Study of Inverted Pendulum Robot Using Fuzzy ... - SAGE Journals

5 downloads 0 Views 379KB Size Report
Oscar Castillo et al. [15] describe ..... Melin, Fevrier Valdez, José Soria, “Comparative. Study of ... [17] Selene L. Cardenas-Maciel, Oscar Castillo, Luis T. Aguilar ...
ARTICLE International Journal of Advanced Robotic Systems

Study of Inverted Pendulum Robot Using Fuzzy Servo Control Method Regular Paper

Dazhong Wang1, Shujing Wu1,*, Liqiang Zhang1 and Shigenori Okubo2   1 Shanghai University of Engineering Science, China 2 Graduate School of Science and Engineering, Yamagata University, Japan * Corresponding author E-mail: [email protected]

  Received 1 May 2012; Accepted 21 Jun 2012 DOI: 10.5772/50982 © 2012 Wang et al.; licensee InTech. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract  The  inverted  pendulum  robot  is  a  classical  problem  in  controls.  The  inherit instabilities in  the  setup  make  it  a  natural  target  for  a  control  system.    Inverted  pendulum  robot  is  suitable  to  use  for  investigation  and  verification  of  various  control  methods  for  dynamic  systems.  Maintaining  an  equilibrium  position  of  the  pendulum pointing up is a challenge as this equilibrium  position  is  unstable.  As  the  inverted  pendulum  robot  system  is  nonlinear  it  is  well‐suited  to  be  controlled  by  fuzzy  logic.  In  this  paper,  Lagrange  method  has  been  applied to develop the mathematical model of the system.  The  objective  of  the  simulation  to  be  shown  using  the  fuzzy  control  method  can  stabilize  the  nonlinear  system  of inverted pendulum robot.   

Keywords  Inverted  Pendulum  Robot,  Disturbances,  Servo Control, Fuzzy Control. 

 

1. Introduction   

In  recent  years,  the  researchers  wish  to  simulate  human  stance  on  the  machine.  In  this  paper,  the  model  is  constructed  based  on  purely  inverted  pendulum  dynamics  and  on  a  movable  supportive  base.  This  work  www.intechopen.com

was based on the assumption that the act of maintaining  an erect posture could be viewed. However, the problems  often are a complicated nonlinear system (Figure 1) [1].   

Inverted  pendulum  robot  is  the  abstract  model  of  many  control problems which the gravity center is upper and the  fulcrum  is  lower  and  it  is  unstable  object.  In  the  control  process  it  can  reflect  a  number  of  key  issues  effectively  such  as  the  system  stability,  nonlinear  problem,  controllability, robustness and so on. As a controlled object  it  is  a  higher  order,  nonlinear,  multi‐variable,  strong  coupling and unstable rapid control system. Walking robot  joint control, the vertical degree of control in rocket launch,  satellite attitude control, those all related to the stability of  the control problem that of upside‐down objects. Therefore,  the inverted pendulum control strategies can be applied to  aerospace,  military,  robotics,  industry  and  others  areas,  to  solve the balance problems.   

Recently, some authors proposed several control methods  to  control  the  nonlinear  systems  by  using  fuzzy  system  models  [1–9].  The  affine  fuzzy  system  means  the  fuzzy  system of which consequent part is affined and which has  a  constant  bias  term.  It  is  well  known  that  such  models  can  describe  or  approximate  a  wide  class  of  nonlinear  J Adv Robotic Sy, 2012, Vol. 9, 69:2012 Dazhong Wang, ShujingIntWu, Liqiang Zhang and Shigenori Okubo: Study of Inverted Pendulum Robot Using Fuzzy Servo Control Method

1

systems. Hence, it is important to study their stability and  the  design  of  stabilizing  controllers.  Besides,  robust  stability  also  has  been  considered  in  literatures  which  have presented robust stability analysis and methods for  designing  robust  fuzzy  controllers  to  stabilize  a  class  of  uncertain fuzzy systems. In general, stability analysis and  synthesis  can  be  extended  to  the  time‐delay  systems.  Time  delays  often  appear  in  industrial  systems  and  information  networks.  Thus,  it  is  also  important  to  analyze time‐delay effects for the affine fuzzy systems.   

 

Figure  1.  Inverted  pendulum  robot  system  to  simulate  human  stance 

  Nowadays, fuzzy logic is one of the most used methods of  computational intelligence robot [10‐14] and with the best  future. Oscar Castillo et al. [15] describe the application of  Ant  Colony  Optimization  (ACO)  and  Particle  Swarm  Optimization  (PSO)  on  the  optimization  of  the  membership  functions  parameters  of  a  fuzzy  logic  controller  (FLC)  in  order  to  nd  the  optimal  intelligent  controller  for  an  autonomous  wheeled  mobile  robot.  The  results  obtained  by  the  simulations  performed  are  statistically compared among them and the previous work  results obtained with GAs in order to nd which is the best  optimization technique for this particular robotics problem.  And [16] presented a hybrid architecture, which combines  Type‐1  or  Type‐2  fuzzy  logic  system  (FLS)  and  genetic  algorithms  (GAs)  for  the  optimization  of  the  membership  function  (MF)  parameters  of  FLS,  in  order  to  solve  to  the  output  regulation  problem  of  a  servomechanism  with  nonlinear backlash. In this approach, the fuzzy rule base is  predesigned  by  experts  of  this  problem.  The  proposed  method  is  far  from  trivial  because  of  nonminimum  phase  properties of the system.      Intelligent  control  of  robotic  systems  is  a  difcult  problem because the dynamics of these systems is highly  nonlinear  [17‐18].  Oscar  Castillo  et  al.  [19]  develop  a  tracking  controller  for  the  dynamic  model  of  unicycle  mobile  robot  by  integrating  a  kinematic  controller  and  a  torque  controller  based  on  fuzzy  logic  theory.  Both  the  2

Int J Adv Robotic Sy, 2012, Vol. 9, 69:2012

kinematics  and  dynamics  models  are  used  currently  to  design,  simulate,  and  control  robot  manipulators  [20‐25].  The  kinematics  model  is  a  prerequisite  for  the  dynamics  model  and  fundamental  for  practical  aspects  like  motion  planning,  manufacturing  cell  graphical  simulation  and  fuzzy  servo  control.  For  example,  the  inverted  pendulum  robot is a classical problem in controls [26‐27]. The inherit  instabilities  in  the  setup  make  it  a  natural  target  for  a  control  system.    Inverted  pendulum  robot  is  suitable  to  use  for  investigation  and  verification  of  various  control  methods for dynamic systems. Maintaining an equilibrium  position of the pendulum pointing up is a challenge as this  equilibrium  position  is  unstable.    As  the  inverted  pendulum robot system is nonlinear it is well‐suited to be  controlled by fuzzy logic. In this paper, Lagrange method  has been applied to develop the mathematical model of the  system. The objective of the simulation to be shown using  the  fuzzy  control  method  can  stabilize  the  nonlinear  system of inverted pendulum robot.      The  remainder  of  this  paper  is  organized  as  follows:  In  Section  2,  the  expression  of  problems  is  presented.  In  Section 3, the fuzzy servo control method is proposed. In  Section  4,  linearization  and  stability  analysis  and  the  fuzzy  rule  is  shown.  Section  5  is  the  simulation  results.  Section 6 is the conclusion.    2. The expression of problems    Design of the robot naturally centered on the basic idea of  an inverted pendulum. There would be a weight at the top  of a long shaft and there would be some sort of mechanism  attached to the bottom of this shaft that would be used to  balance  the  weight  at  the  top.  Unlike  most  inverted  pendulum experiments that consist of a cart on a track that  limits  mobility,  this  project  was  constructed  much  like  a  Segway  to  enable  the  robot  to  have  a  greater  range  of  mobility.  Kinematic  and  dynamic  models  for  wheeled  inverted pendulum robot as shown in Figure 2.   

θ F

x

 

Figure  2.  Kinematic  and  dynamic  models  for  wheeled  inverted  pendulum robot 

www.intechopen.com

Lagrange  method  is  adopt  to  establish  the  mathematical  model  because  the  number  of  equations  equal  to  the  degree  of  freedom  system  and  modeling  process  can  be  simplified.  The  dynamics  of  inverted  pendulum  robot  can be described in general form as follows [3].   

d     F   Qi     dt  qi  qi qi     where 

H (q )q  C (q, q )q  G (q )  Qu   q, q

  and 

q    

system,  are 

Si   is the local linear system and the fuzzy rules 

n i   N , , N .  zw  R   is  a  vector  of  nonlinear 

elements, and 

 

(1) 

z w  Cw  x u 

T

, which are included in 

 

(2) 

are  the  velocity  and 

xT   x1 x2 x3  , u T   u1 u2  ,  where  x1 ,  x2 ,  u1   are nonlinear, and  Cw   can be defined as 

Let  

 x1  1 0 0 0 0     zw   x2  , Cw  0 1 0 0 0     u1  0 0 0 1 0 

C (q, q )q   is  the  coriolis  and  centripetal  force  vector,  and  G ( q ) is  the  gravity force vector.    3. Fuzzy servo control method 

 

Fuzzy  method  has  been  used  as  alternative  method  to  develop control rule for complex system. The method has  been  successfully  implemented  to  the  real‐world  application  like  engine  control  system  of  subway  train.  The  idea  behind  of  control  method  in  this  paper  is  to  divide  the  operating  region  of  nonlinear  system  into  small  area,  and  treated  as  a  collection  of  local  linear  systems.  After  that,  in  order  to  develop  the  control  law,  fuzzy method has been apply to each local linear system  and combines it as new control law as shown in Figure 3

 : all domain). 

Cw  R nw ( n  m )   is  a 

matrix of which its elements are 1 or 0.      Example     

acceleration  vectors,  respectively, 

( Di : small domain 

Di   is  the  local  driving  area,  S  is  the  nonlinear 

controlled  system  in  the  equation. 

H ( q )   is  an  n  n   inertia  matrix  dependent  on 

position  vector 

where 

Let 

i   define 

as  Gaussian  type  fuzzy  membership 

function as follows.   

i  e ( z

T w  z wi )

Qw ( zw  zwi )  

 

Qw  QwT  0    

i   can be define as   

i  wi /  i  N i .  N

 

The fuzzy servo system can be rewrite as.   

 

z 

N

  (A x  B u  d

i  N

i

zi

zi

zi



 

(3) 

  In  order  to  develop  new  control  rule,  we  calculate  each  local linear system control rule by using   

u   Ki z    

 

 

      (4) 

 

K i   is  the  feedback  coefficient  matrix  of  the  input.  This  matrix  calculated  using  Hikita  method  [28].  Let 

fij  ( j I  Azi ) 1 Bzi g j   Figure 3. Driving domain   

Fuzzy method has been apply to each local linear system  and combines it and can be define as    Ri IF zn  Di THEN S is Si    

www.intechopen.com



j  1, 2,3,..., n  l )



g j  R m ,  fij  R n l .   j   be the eigenvalues and  fij   be  eigenvector  of  the  system.  The  feedback  co‐efficient  matrix can be represented as   

K i   gi1  gi ( n l )   f i1 

f i ( n l ) 

1

 

 

K i   ki1  ki ( n l )    Dazhong Wang, Shujing Wu, Liqiang Zhang and Shigenori Okubo: Study of Inverted Pendulum Robot Using Fuzzy Servo Control Method

3

x3   and  x4 .   

Applied  fuzzy  method  to  each  local  linear  system  and  combines it as new control law.      The control input  u   is   

Parameter 

N

u    i K i z  

 

 

      (5)   

 

 

( M  m)  x  ml cos   Dx  ml sin  2  F (6)  4 ml cos   x  ml 2  mgl sin   C  0   (7)  3

y  x1 . Define an error of the system as  v  y  r . Rearranged the equation in term of    x1  x ,  x  x ,  x   ,  x     and  F  u .  The  new 

Mass of the cart   



0.18kg 

Mass of the pendulum 



0.10kg 

Gravitational constant 



9.8m/s2 



0.20m 



5.0kg/s 

of gravity to its rotation axis 

The input  u   in (5) is applied to system in (1) and (2).    4. Linearization and stability analysis and the fuzzy rule    The inverted pendulum robot used in this paper is shown  in Figure 2. It consists of cart and a pendulum. The cart is  free  to  move  the  horizontal  direction  when  the  force 

applies  to  it.  We    assume  that  the  mass  of  the  pendulum  and  cart  are  homogenously  distributed  and  concentrated in their center of the gravity and the friction  of  the  cart  is    proportional  only  to  the  cart  velocity  and  friction generating by the pivot axis is proportional to the  angular  velocity  of  the  pendulum.  The  parameters  used  for  simulation  are  shown  in  Table  1.  The  mathematical  model of inverted pendulum system can be described as  follows. 

Value 

Length  of  pendulum’s  center 

i  N

F

Description 

Coefficient 

4

3

equation for inverted pendulum are shown in below.   

x1  x2 x2  3cos x3 ( mgl sin x3  Cx4 ) 

2 3 4 2 3

4l (u  Dx2  ml sin x x ) 4l ( M  m)  3ml cos x

x3  x4 x4 

Coefficient  between 

 

  Rom the equation, we know that the nonlinear coefficient 

x3   and  x4 . The linearization has been 

done  to  mathematical  model  of  the  inverted  pendulum  robot system using Taylor expansion as shown in (5) and  (6) around of the operating points for nonlinear variables 

Int J Adv Robotic Sy, 2012, Vol. 9, 69:2012

friction 

pendulum 

0.02kgm



and 

/s 

Table 1. Parameters of inverted pendulum system 

  where 

 x3  x3  x3i

  and 

 x4  x4  x4i

.  The 

linearization  has  been  done  and  the  linear  servo  system  can be represent as.   

z  Azi z  Bzi u  d zi  

 

 

      (8) 

  where   

0 1 0 a 22  Azi  0 0  0 a42 1 0  

0 a23 0 a43 0

0 a24 1 a44 0

0 0  0    0 0 

Bzi   0 b21 0 b41 0

T

 

z   x1

x2

x3

x4

v

T

d zi   0 d 21 0 d 41 0

   

T

ml cos x3 (u  Dx2  ml sin x3 x42 )  ml 2 (4( M  m)  3m cos x32 )

4

of 

rotation axis 

 

3(( M  m)( mgl sin x3  Cx4 ) ml 2 ( 4( M  m)  3m cos x32 )

for the system is 

friction 

between cart and system 

With output as 

2

of 

 

 

d zi

  is  disturbance  vector.  Each  coefficient  can  be 

described as follows.   

a22  (2 D(5m  8m  3m cos(2 x3i ))  6mx3i sin(2 x3i )) / (4( M  m)  3m cos 2 ( x3i )) 2

 

 

a23  (8M  m  3m cos(2 x3i ))(4ml 2 x42i cos( x3i ) 3mgl (3m  (8M  5m) cos(2 x3i ))  3Cx4i (8M  11m  3m cos(2 x3i )) sin( x3i ) / (2l ( M  m)  3m cos 2 ( x3i )) 2

www.intechopen.com

a43  ((3mg ( M  m) cos( x3i ))(8M  m

5. Simulation results   

 3m cos(2 x3i ))  3 x4i 2 ml 2 (3m  6((8M  5m) cos(2 x3i ))

 

coefficient 

C

 (( M  m) sin(2 x3i )))

Di   with pole assignment. Fuzzy input u is 

/ (2l (4l ( M  m)  3ml cos 2 ( x3i )))2

 

a44  3(C ( M  m)  m l x4i sin(2 x3i )) / ml 2 (4( M  m)  3m cos 2 ( x3i ))

u

  

 K x

i N N

i N

b21  2(8M  5m  3m cos(2 x3i ) / (4( M  m)  3m cos ( x3i ))

where 

2

25



b41  ((6 cos( x3i ))(8M  5m  3m cos(2 x3i )  2(8M  11m  3m cos(2 x3i ))

  Base  on  the  Lyapunov  law:  the  nonlinear  control  system  can  be  analyzed  by  the  linearization  system.  The  controllability matrix of the control system   

AB



A2 B  An 1B    

 

      (14) 

i

i  e and 

 qi ( x  xi ) 2

initial 

,  the  initial  angle  of  condition 

of 



  is 

simulation 

T

of simulation are shown in Figure 4.    As the result of simulation, the system is stable with this 

fuzzy  input,  but  it  is  stable  which  initial  angle  of     is  between  25 .  It  is  necessary  for  enlarging  controllable  angle to change fuzzy input. So set   

i  e  q ( x  x

    (9) 

  is full‐rank. Rank (S) = 4. So the inverted pendulum robot  system is controllable.      Fuzzy rule:      The  state  equation  of  inverted  pendulum  robot  can  be  shown as.   

x  f ( x, u )  d  

 

1  2  3  4  0.80 ,  and  q  5 .  The  results 

 

/ (4l (4( M  m)  3m cos 2 ( x3i ))) 2



   

x (0)  0 0 0.44 0 .  The  system  simulate  with 

 

S B

i

   

2

i



 

 6mx3i sin(2 x3i ))

,  feedback 

N

2 2

1

1

1i

) 2  q 2 ( x2  x2i ) 2

 

            (15) 

  The  initial  angle  of  simulation 

   is  50   and  initial  condition  of 

x (0)   0 0 0.87 0 

simulate  3  times  which 

T

.  The  system 

1  2  3  4  0.80  

were  ‐0.80,  ‐0.78  and  ‐0.82  separately  and  q1  5, q2  1 .  The results of simulation are shown in Figure 5.   

            (10)   

y  g ( x)  d 0   Set 

  and 

K i   can be obtained from every small domain 

 

 

B

Comprehensive  analysis  part 

 

 

(11) 

zw  Cw  x u   R nw ,  so  zw  Di ,  the  fuzzy  T

rule is:   

IF 

zv  Di   THEN  S   is  Si   (  N  i  N ) 

 

And in this part,   

S   and  Si   are follows. 

S : x  f ( x, u )  d y  g ( x)  d 0

   

Si : x  Ai x  Biu  d xi y  Ci x  d yi www.intechopen.com

 

      (12)   

                (13) 

Figure 4. Result for simulation of θ 

  The simulation results show that with different poles, the  system  response  different  characteristics.  With  smaller  pole,  the  overshoot  of  pendulum  is  smaller  and  settling  time  of  pendulum  is  shorter. However,  overshoot  of cart 

Dazhong Wang, Shujing Wu, Liqiang Zhang and Shigenori Okubo: Study of Inverted Pendulum Robot Using Fuzzy Servo Control Method

5

is  larger.  Settling  time  of  cart  has  the  approximate  same  performance.   

  Figure 5. Result for simulation of x from 0s to 15s 

  6. Conclusion    In this paper, mathematical model of inverted pendulum  is  established  based  on  Lagrange  method,  and  from  the  simulation  results,  the  fuzzy  method  [29‐30]  can  make  nonlinear system stable. This fuzzy method adapt to most  of  nonlinear  system.  For  different  needs,  the  system  can  provide  different  response  characteristics.  In  the  future,  servo  system  will  be  established  and  simulated  to  improve  the  system  performance  by  changing  the  parameters.    7. Acknowledgments    This  work  was  financially  supported  by  the  Innovation  Program  of  Shanghai  Municipal  Education  Commission  (12YZ148), the Project‐sponsored by SRF for ROCS, SEM  (2011‐1568)  and  the  Scientific  Research  Foundation  of  SUES  (2012‐01).  The  authors  would  like  to  thank  the  editor and the reviewers for their constructive comments  and suggestions which improved the quality of the paper.    8. References    [1] W. J. Chang, W. H. Huang, W. Chang, “Robust Fuzzy  Control  of  Inverter  Pendulum  Robot  via  Time‐Delay  Affine  T‐S  Fuzzy  Models,”  Proceedings  of  the  International Multi Conference of Engineers and Computer  Scientists, March 18‐20, Hong Kong, Vol. II, 2009.  [2] W.  J.  Chang  and  C.  C.  Sun,  “Constrained  Fuzzy  Controller  Design  of  Discrete  Takagi‐Sugeno  Fuzzy  Models,”  Fuzzy  Sets  and  Systems,  vol.  133,  no.  1,  pp.  37‐55, 2003.    [3] C.  H.  Tsai,  C.  H.  Wang,  W.  S.  Lin,  “Robust  Fuzzy  Model‐Following  Control  of  Robot  Manipulators,”  IEEE  Transactions  on  fuzzy  systems,  vol.  8,  no.  4,  pp.  462‐469, 2000.      6

Int J Adv Robotic Sy, 2012, Vol. 9, 69:2012

[4] W.  J.  Chang  and  S.  M.  Wu,  “Continuous  Fuzzy  Controller  Design  Subject  to  Minimizing  Control  Input  Energy  with  Output  Variance  Constraints,”  European Journal of Control, Vol. 11, No. 3, pp. 269‐277,  2005.    [5] B. S. Chen, C. S. Tseng, and H. J. Uang, “Robustness  Design  of  Nonlinear  Dynamic  Systems  via  Fuzzy  Control,”  Fuzzy  Sets  and  Systems,  vol.  7,  no.  5,  pp.  571–585, 1999.    [6] M.  K.  B.  Mohamed  Nor,  S.  Okubo,  “The  Design  of  Nonlinear  Servo  System  Using  Fuzzy  Method,”  Proceedings  of  the  2011  Eighth  International  Conference  on  Fuzzy  Systems  and  Knowledge  Discovery,  pp.  540‐544, shanghai, 2011.    [7] C.  H.  Fang,  Y.  S.  Liu,  S.  W.  Kau,  L.  Hong  and  C.  H.  Lee,  “A  New  LMI‐Based  Approach  to  Relaxed  Quadratic  Stabilization  of  T‐S  Fuzzy  Control  Systems,” IEEE Trans. on Fuzzy Systems, Vol. 14, No. 3,  pp. 386‐397, 2006.    [8] W. J. Chang and W. Chang, “Discrete Fuzzy Control  of  Time‐Delay  Affine  Takagi‐Sugeno  Fuzzy  Models  with  H‐infinity  Constraint,”  IEE  Proceeding,  Part  D,  Control  Theory  and  Applications,  Vol.  153,  No.  6,  pp.745‐752, 2006.  [9] R.  Ooi,  “Balancing  a  Two‐wheeled  Autonomous  Robot,” Proceeding of University of Westerm, Australia,  Nov. 2003.  [10] C.  K.  Lin,  “Nonsingular  terminal  sliding  mode  control  of  robot  manipulators  using  fuzzy  wavelet  networks”, IEEE Transaction on Fuzzy Systems, vol. 14,  no. 6, p.849, 2006.  [11] K.  P.  Valavanis,  L.  Doitsidis,  M.  Long,  and  R.  R.  Murphy, “A Case Study of Fuzzy‐Logic‐Based Robot  Navigation,”  IEEE  Robotic  and  Automation  Magazine,  pp. 93‐107, 2006.    [12] T. H. Lee, H.K. Lam, F. H. F. Leung, and P. K. S. Tam,  “4  Apractical  Fuzzy  Logic  Controller  for  the  Path  Tracking  of  Wheeled  Mobile  Robots,”  IEEE  Control  Systems Magazine, pp.60‐65, 2003.    [13] R.  J.  Wai  and  P.  C.  Chen,  “Robust  Neural‐Fuzzy‐Network  Control  for  Robot  Manipulator  Including  Actuator  Dynamics,”  IEEE  Transactions  on  Industrial  Electronics,  vol.  53,  no.  4,  2006.  [14] I. S. F. M. Assal, K. Watanabe, and K. Izumi, “Neural  Network‐Based  Kinematic  Inversion  of  Industrial  Redundant Robots Using Cooperative Fuzzy Hint for  the  Joint  Limits  Avoidance”,  IEEE/ASME  Transaction  on Mechatronics, vol. 11, no. 5, pp. 593‐603, 2006.    [15] Oscar Castillo, Ricardo Martinez‐Marroquin, Patricia  Melin,  Fevrier  Valdez,  José  Soria,  “Comparative  Study  of  Bio‐Inspired  Algorithms  Applied  to  the  Optimization  of  Type‐1  and  Type‐2  Fuzzy  Controllers  for  an  Autonomous  Mobile  Robot,”  Information Sciences, vol. 192, pp. 19‐38, 2012.     

www.intechopen.com

[16] Nohé  R.  Cázarez‐Castro,  Luis  T.  Aguilar,  Oscar  Castillo,  “Fuzzy  Logic  Control  With  Genetic  Membership  Function  Parameters  Optimization  for  the  Output  Regulation  of  a  Servo  Mechanism  With  Nonlinear Backlash,” Expert Systems Applications, vol.  37, no. 6, pp. 4368‐4378, 2010.    [17] Selene  L.  Cardenas‐Maciel,  Oscar  Castillo,  Luis  T.  Aguilar,  “Generation  of  Walking  Periodic  Motions  for  a  Biped  Robot  via  Genetic  Algorithms,”  Applied  Soft Computing, vol. 11, no. 8, pp. 5306‐5314, 2011.  [18] Oscar  Castillo,  Patricia  Melin,  “Intelligent  Adaptive  Model‐Based  Control  Of  Robotic  Dynamic  Systems  with a Hybrid Fuzzy‐Neural Approach,” Applied Soft  Computing, vol. 3, no. 4, pp. 363‐378, 2003.    [19] Leslie  Astudillo,  Oscar  Castillo,  Patricia  Melin,  Arnulfo  Alanis  Garza,  Jose  Soria,  Luis  T.  Aguilar,  “Intelligent Control of an Autonomous Mobile Robot  Using  Type‐2  Fuzzy  Logic,”  Engineering  Letters,  vol.  13, no. 2, pp. 93‐97 , 2006.  [20] A.  Izadbakhsh,  M.  M.  Fateh,  “A  Model‐Free  Robust  Control  Approach  for  Robot  Manipulator,”  World  Academy of Science, Engineering and Technology, vol. 29,  pp. 205‐210, 2007.  [21] I.  A.  Rahman,  S.  M.  Suboh,  M.  R.  Arshad,  “Theory  and  Design  Issues  of  Underwater  Manipulator,”  Proceedings  of  International  Conference  on  Control,  Instrumentation  and  Mechatronics  Engineering,  Johor  Malaysia, pp. 725‐731, May, 2007.  [22] H.  Zhou,  Y.  Cao,  B.  k.  Li,  M.  P.  Wu,  J.  H.  Yu,  H.  W.  Chen, “Position‐Singularity Analysis of a Class of the  3/6‐Gough‐Stewart  Manipulators  based  on  Singularity‐Equivalent‐Mechanism,”  International  Journal  of  Advanced  Robotic  Systems,  vol.  9,  pp.  1‐9,  2012.                                             

www.intechopen.com

[23] J.  H.  Ryu,  D.  S.  Kwon  and  Y.  J.  Park,  “A  Robust  Controller Design Method for a Flexible Manipulator  with  a  Large  Time  Varying  Payload  and  Parameter  Uncertainties,” Journal of Intelligent and Robotic System,  vol. 27, pp. 345‐361, 2000.  [24] E. M. Jafarov, M. N. A. Parlakç, Y. Istefanopulos, “A  New  Variable  Structure  Pid‐Controller  Design  for  Robot  Manipulators,”  IEEE  Transaction  on  control  systems technology, vol. 13, no. 1, 2005.    [25] M.  J.  Lee  and  Y.  K.  Choi,  “An  Adaptive  Neurocontroller  using  RBFN  for  Robot  Manipulators,”  IEEE  Transactions  on  Industrial  Electronics, vol. 51, no. 3, pp. 711‐717, 2004.    [26] J.  Lam,  “Control  of  an  Inverted  Pendulum,”  Proceeding  of  University  of  California,  Santa  Barbara,  June, 2004.  [27] K. Tanaka and H. O. Wang, “Fuzzy Control Systems  Design  and  Analysis  –  A  Linear  Matrix  Inequality  Approach,” John Wiley & New York, 2001.    [28] H.  Hikita,  S.  koyama,  and  R.  Miura,  “The  Redundancy  of  Feedback  Matrix  and  the  Derivation  of  Low  Feedback  Gain  Matrix  in  Pole  Assignment,”  Transactions  of  the  Society  of  Instrument  and  Control  Engineers, vol. 11, no. 5, pp. 556‐560, 1975.  [29] T.  Takagi  and  M.  Sugeno:  “Fuzzy  Identification  of  System  and  its  Application  to  Modeling  and  Control,”  IEEE  Transactions  on  Systems,  Man  and  Cybernetics, vol. 15, no.1 pp. 116‐132, 1985.  [30] J. Merline Vinotha, W. Ritha and A. Abraham, “Total  Time  Minimization  of  Fuzzy  Transportation  Problem,” Journal of Intelligent and Fuzzy Systems, vol.  23, no. 2–3, pp. 93‐99, 2012.                 

Dazhong Wang, Shujing Wu, Liqiang Zhang and Shigenori Okubo: Study of Inverted Pendulum Robot Using Fuzzy Servo Control Method

7