<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Neurorobot.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Neurorobotics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Neurorobot.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">1662-5218</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fnbot.2022.789842</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Neuroscience</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>An Adaptive Time-Varying Impedance Controller for Manipulators</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Liang</surname> <given-names>Xu</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/1494372/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Su</surname> <given-names>Tingting</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/1407766/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Zhang</surname> <given-names>Zhonghai</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3"><sup>3</sup></xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Zhang</surname> <given-names>Jie</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Liu</surname> <given-names>Shengda</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Zhao</surname> <given-names>Quanliang</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/990574/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Yuan</surname> <given-names>Junjie</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Huang</surname> <given-names>Can</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Zhao</surname> <given-names>Lei</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>He</surname> <given-names>Guangping</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Department of Mechanical and Electrical Engineering, North China University of Technology</institution>, <addr-line>Beijng</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>State Key Laboratory of Management and Control for Complex Systems, Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences</institution>, <addr-line>Beijing</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff3"><sup>3</sup><institution>Beijing Aerospace Measurement &#x00026; Control Technology Co., Ltd</institution>, <addr-line>Beijing</addr-line>, <country>China</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Di Wu, Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology (CAS), China</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Junyong Zhai, Southeast University, China; Lei Liu, Liaoning University of Technology, China; Yuanxin Li, Liaoning University of Technology, China</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Guangping He <email>hegp55&#x00040;ncut.edu.cn</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>18</day>
<month>03</month>
<year>2022</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2022</year>
</pub-date>
<volume>16</volume>
<elocation-id>789842</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>05</day>
<month>10</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>11</day>
<month>02</month>
<year>2022</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2022 Liang, Su, Zhang, Zhang, Liu, Zhao, Yuan, Huang, Zhao and He.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>Liang, Su, Zhang, Zhang, Liu, Zhao, Yuan, Huang, Zhao and He</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract>
<p>Aiming at the situation that the structural parameters of the general manipulators are uncertain, a time-varying impedance controller based on model reference adaptive control (MRAC) is proposed in this article. The proposed controller does not need to use acceleration-based feedback or to measure external loads and can tolerate considerable structure parameter errors. The global uniform asymptotic stability of the time-varying closed-loop system is analyzed, and a selection approach for control parameters is presented. It is demonstrated that, by using the proposed control parameter selection approach, the closed-loop system under the adaptive controller is equivalent to an existing result. The feasibility of the presented controller for the general manipulators is demonstrated by some numerical simulations.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>adaptive</kwd>
<kwd>intelligent control</kwd>
<kwd>time-varying</kwd>
<kwd>human&#x02013;robot interaction</kwd>
<kwd>MRAC</kwd>
</kwd-group>
<contract-num rid="cn001">4204097</contract-num>
<contract-num rid="cn001">L202020</contract-num>
<contract-num rid="cn002">KM202110009009</contract-num>
<contract-num rid="cn002">KZ202010009015</contract-num>
<contract-sponsor id="cn001">Natural Science Foundation of Beijing Municipality<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100004826</named-content></contract-sponsor>
<contract-sponsor id="cn002">Beijing Municipal Education Commission<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100003213</named-content></contract-sponsor>
<counts>
<fig-count count="8"/>
<table-count count="2"/>
<equation-count count="40"/>
<ref-count count="41"/>
<page-count count="10"/>
<word-count count="6655"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>The control issues of a multi-degree-of-freedom (multi-DOF) mechanical system with force and motion task constraints are significant for many advanced practical applications, such as minimally invasive surgeries (Burgner-Kahrs et al., <xref ref-type="bibr" rid="B2">2015</xref>), rehabilitation nursing (Jutinico et al., <xref ref-type="bibr" rid="B11">2017</xref>; Ansari et al., <xref ref-type="bibr" rid="B1">2018</xref>), <italic>in-situ</italic> inspection, and machining for the repair of aeroengine parts (Dong et al., <xref ref-type="bibr" rid="B5">2017</xref>; Su et al., <xref ref-type="bibr" rid="B29">2020</xref>), life rescues (McMahan et al., <xref ref-type="bibr" rid="B22">2006</xref>), teleoperation based on haptic interfaces (Sharifi et al., <xref ref-type="bibr" rid="B26">2016</xref>), etc. The operation tasks with force and motion constraint include force-position approximately decoupled operation tasks and more general force-position coupled operation tasks. With regard to the operation task with decoupling force and motion constraint, the closed-loop control system can be stabilized through hybrid force/motion control strategies (Yip and Camarillo, <xref ref-type="bibr" rid="B40">2016</xref>). As to the task with coupling force and motion constraints, in general, an impedance controller has to be utilized to track the time-varying trajectories of the constraint task (Kronander and Billard, <xref ref-type="bibr" rid="B12">2016</xref>). At present, most researches focus on the invariant impedance control of the robot system. The adjustment range of the manipulator&#x00027;s dynamic characteristics under the invariant impedance controller is limited, and it can only complete some rough human-machine cooperation/coordination tasks. For mechanical assembly tasks, especially for those relatively precise assembly operations, such as bearing press-mounting and quantitative fastening of screws/nuts, it is necessary to accurately control the position and pose of the end-effector in the direction of force, as well as the force/torque during the operations. Therefore, the application of invariant impedance control is relatively limited, and the time-varying impedance control has important practical application requirements in engineering tasks. Since the time-varying impedance control has extensive and important application requirements in complex systems or high-level applications such as the universal operation of industrial robots, the interactive motion of rehabilitation robots, human&#x02013;machine fusion control of exoskeleton robots, telepresence teleoperation robots, etc., in recent years, scholars have conducted related research on time-varying impedance control. The time-varying impedance closed-loop system is a kind of time-varying dynamic system, and it is difficult to analyze its global or large range asymptotic stability. The integration of robotics and artificial intelligence promotes the development of controllers under time-varying operation tasks (Su et al., <xref ref-type="bibr" rid="B28">2018</xref>; Wu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B31">2021a</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B33">b</xref>). The theoretical and practical research of artificial intelligence control methods based on fuzzy control, neural network and other theories have been carried out internationally for more than 30 years (Deng et al., <xref ref-type="bibr" rid="B3">2021a</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B4">b</xref>; Wu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B34">2021c</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B37">e</xref>). Artificial intelligence control methods often use large-scale inference rule bases or network structures with a large number of nodes and layers in order to ensure their large-scale effectiveness. Due to their good learning ability, artificial intelligence methods are often used in the cognitive science of human&#x02013;machine interaction systems (Wu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B35">2020b</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B36">2021d</xref>).</p>
<p>In practical engineering applications, the control systems often encounter comprehensive characteristics such as strong non-linearity, uncertainty, and time-varying parameters (Liu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B19">2020</xref>; Liang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B17">2021b</xref>), which will affect the stability of the system. Because the accurate dynamic modeling of the robot system is rather hard, which brings difficulties to the control law design of the system and reduces the dynamic characteristics of the closed-loop system, it is difficult for the robot to achieve high-quality practical applications. Adaptive control and its improvement (Tong et al., <xref ref-type="bibr" rid="B30">2020</xref>; Liu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B21">2021b</xref>), sliding mode control and its improvement (Zhai and Xu, <xref ref-type="bibr" rid="B41">2021</xref>), non-linear feedback control and its improvement, observers and its improvement (Liang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B16">2021a</xref>; Li et al., <xref ref-type="bibr" rid="B14">2021</xref>; Liu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B18">2021a</xref>), and other methods (Yang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B39">2021</xref>) can be used to solve this problem. In literature (Li, <xref ref-type="bibr" rid="B13">2021</xref>), a novel command filter adaptive tracking controller is designed to achieve asymptotic tracking for a class of uncertain non-linear systems with time-varying parameters and uncertain disturbances by introducing a smooth function with positive integrable time-varying function to compensate the unknown time-varying parameters and uncertain disturbances. In this article, we study adaptive time-varying impedance controllers. In recent years, adaptive impedance control problems have attracted the attention of many scholars due to the wide and different application requirements (Xu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B38">2011</xref>; Jamwal et al., <xref ref-type="bibr" rid="B10">2017</xref>), such as the relevant developments about haptic interfaces (Sharifi et al., <xref ref-type="bibr" rid="B26">2016</xref>), upper/lower limb rehabilitation robots (Li et al., <xref ref-type="bibr" rid="B15">2017</xref>; Liu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B20">2017</xref>), robotic exoskeleton systems (Hussain et al., <xref ref-type="bibr" rid="B9">2013</xref>), and so on (Wu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B32">2020a</xref>; Deng et al., <xref ref-type="bibr" rid="B4">2021b</xref>). At present, most research studies on adaptive impedance control are actually focused on online &#x0201C;impedance planning,&#x0201D; which means online searching for a target impedance profile for the purpose of improving the application effects of robots. The stability issues of the time-varying closed-loop systems with regard to the target impedance profile are not analyzed except few works (Ferraguti et al., <xref ref-type="bibr" rid="B6">2013</xref>; Kronander and Billard, <xref ref-type="bibr" rid="B12">2016</xref>). In some application-oriented research studies, experiments are always used to demonstrate the stability of the controlled plants (Hamedani et al., <xref ref-type="bibr" rid="B7">2019</xref>; Pena et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">2019</xref>; Perez-Ibarra et al., <xref ref-type="bibr" rid="B25">2019</xref>). However, demonstrating the stability of an adaptive impedance control system by experiments is commonly task-depended, and different operating tasks require different experiments to verify the stability of the system. Therefore, an analysis or control method that can ensure the stability of the time-varying impedance control system is required. To this end, the literature (Kronander and Billard, <xref ref-type="bibr" rid="B12">2016</xref>) and (Ferraguti et al., <xref ref-type="bibr" rid="B6">2013</xref>) addressed this issue. Through an in-depth analysis of the method presented in Ferraguti et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B6">2013</xref>), the literature (Kronander and Billard, <xref ref-type="bibr" rid="B12">2016</xref>) presented the stability conditions for the variable damping and stiffness system, and the proposed stability conditions do not rely on the controlled plant&#x00027;s states. The benefit of the stability conditions is that they can be verified offline before performing a task. However, this approach has two main shortcomings: (1) accurate dynamics model of the controlled plant is needed in the controller; and (2) measurement of external loads or joint accelerations is required in the controller.</p>
<p>In this article, aiming at the above two problems, a globally uniform stability condition is proposed in which the variable damping and stiffness are independent of the state of the robot. As we all know, the closed-loop system under an adaptive impedance controller is actually a time-varying dynamic system, and it is also a complex non-linear system, which makes it difficult to design the controller. To be specific, the main contribution of this article is summarized as follows:</p>
<list list-type="order">
<list-item><p>In this article, we use variable damping and stiffness control to adjust damping and stiffness parameters to improve compliant operation performance and use adaptive control to adjust the parameters to achieve the stability of the system when the system parameters are disturbed.</p></list-item>
<list-item><p>Under the frame of model reference adaptive control (MRAC), the rigorous canonical reduction form of the dynamics of the general robot system can be transformed into linear or special non-linear &#x0201C;recursive canonical form.&#x0201D; By using the recursive canonical expression and the design method of the time-varying impedance controller of the linear system, the analytical expression of the parameter adaptive regulation law can be obtained, and the time-varying impedance controller with parameter adaptive characteristics can be designed.</p></list-item>
<list-item><p>The time-varying impedance controller is reconstructed under the frame of MRAC, and the stability condition given in Kronander and Billard (<xref ref-type="bibr" rid="B12">2016</xref>) remains unchanged. Therefore, the stability condition under the adaptive control frame is still state independent, while the above two shortcomings are eliminated.</p></list-item>
</list>
<p>The remainder of this article is organized as follows. Section 2 presents the stability condition provided by Kronander and Billard (<xref ref-type="bibr" rid="B12">2016</xref>), since it does not depend on any controllers. Section 3 presents our main contributions, the time-varying impedance controller based on MRAC and a control parameter selection approach. As an example, the method is tested through an uncertain planar 2R manipulator in section 4. Section 5 gives the conclusions.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2. Existing Time-varying Impedance Controller for Manipulators</title>
<p>In general, the dynamic equation of the manipulators has the following form</p>
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M1"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x00398; &#x02208; &#x0211C;<sup><italic>n</italic></sup> represents the generalized coordinates of the manipulator in configuration space, <italic>M</italic>(&#x00398;) &#x02208; &#x0211C;<sup><italic>n</italic>&#x000D7;<italic>n</italic></sup> represents the inertial matrix of the system, <inline-formula><mml:math id="M2"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> represents centrifugal and Coriolis torque vector, <italic>N</italic>(&#x00398;) &#x02208; &#x0211C;<sup><italic>n</italic></sup> represents the gravity and elastic force vector, <inline-formula><mml:math id="M3"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> represents an equivalent torque caused by the external forces, while <inline-formula><mml:math id="M4"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> represents the actuation torque.</p>
<p>For time-varying impedance control issues, the closed-loop target dynamic equation of a manipulator can be given as follows</p>
<disp-formula id="E2"><label>(2)</label><mml:math id="M5"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>H</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M6"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is defined to be an error vector of the generalized coordinates and &#x00398;<sup><italic>d</italic></sup> denotes the desired position of the generalized coordinates, <italic>H</italic> denotes a positive definite and symmetric constant matrix, <italic>D</italic>(<italic>t</italic>) denotes a time-varying damping matrix, and <italic>K</italic>(<italic>t</italic>) denotes a time-varying stiffness matrix. Both of <italic>D</italic>(<italic>t</italic>) and <italic>K</italic>(<italic>t</italic>) are also positive definite and symmetric. Usually, <italic>K</italic>(<italic>t</italic>) should be determined by the designated operation tasks, and <italic>D</italic>(<italic>t</italic>) should be selected to ensure the global asymptotic stability at the origin <inline-formula><mml:math id="M7"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the closed-loop system (2) when the equivalent external torque satisfies &#x003C4;<sub><italic>e</italic></sub> &#x0003D; 0. If the equivalent external torque &#x003C4;<sub><italic>e</italic></sub> does not equal to zero, then the origin <inline-formula><mml:math id="M8"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the closed-loop system (2) should be globally stable in Lyapunov&#x00027;s sense. An elegant result of designing a time-varying impedance controller of the manipulator can be stated as Lemma 1, which is an adapted result that was first presented in the literature (Kronander and Billard, <xref ref-type="bibr" rid="B12">2016</xref>).</p>
<p><bold>Lemma 1</bold>. <italic>For the dynamic systems (1) and the target system (2), suppose the stiffness matrix K</italic>(<italic>t</italic>) <italic>is continuous, then</italic> <inline-formula><mml:math id="M9"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <italic>is bounded, which means</italic> <inline-formula><mml:math id="M10"><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <italic>where</italic> &#x003A9; <italic>is a positive constant. Then there exists a positive constant &#x003B1; and a matrix D</italic>(<italic>t</italic>) <italic>satisfying the following set of inequalities</italic></p>
<disp-formula id="E3"><label>(3)</label><mml:math id="M11"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x01E0A;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which makes the following closed-loop system</p>
<disp-formula id="E4"><label>(4)</label><mml:math id="M12"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>globally uniformly asymptotically stable at the origin <inline-formula><mml:math id="M13"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> when &#x003C4;<sub><italic>e</italic></sub> &#x0003D; 0. When &#x003C4;<sub><italic>e</italic></sub> &#x02260; 0, then the origin <inline-formula><mml:math id="M14"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is globally uniformly stable.</p>
<p><bold>R</bold><sc><bold>emark</bold></sc> <bold>1</bold>. By applying a Lyapunov candidate function <inline-formula><mml:math id="M15"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> with the time-varying function definition &#x003B2;(<italic>t</italic>) &#x0003D; <italic>K</italic>(<italic>t</italic>) &#x0002B; &#x003B1;<italic>D</italic>(<italic>t</italic>) &#x02212; &#x003B1;<sup>2</sup><italic>H</italic>, it is not hard to show that the first two inequalities in (3) are used to ensure the positive definiteness of Lyapunov function <inline-formula><mml:math id="M16"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the last two inequalities in (3) can ensure the negative definiteness of <inline-formula><mml:math id="M17"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Furthermore, by proving the function <inline-formula><mml:math id="M18"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is also a decrescent function, then the global uniform asymptotic stability of the closed-loop system (2) can be concluded. For the purpose of simplifying control parameters selection, in He et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B8">2020</xref>) the authors presented a simple stability condition</p>
<disp-formula id="E5"><label>(5)</label><mml:math id="M19"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003B5; &#x0003E; 0 is a small constant and <italic>I</italic> denotes an identity matrix. Even though the damping matrix given in (5) shows certain conservatism for some applications, it is sufficient to show that the solution of the inequality group (3) exists.</p>
<p><bold>R</bold><sc><bold>emark</bold></sc> <bold>2</bold>. Note that the torque controller &#x003C4;<sub><italic>a</italic></sub>(<italic>t</italic>) in (4) uses acceleration feedbacks, and the dynamics model (1) is supposed to be accurate. In real world applications, these two points may not be easily achieved, since the acceleration sensors are not standard accessories for many manipulators and it is also rather difficult to accurately determine the dynamics parameters of a multi-DOF mechanical system. In the next section, it will be shown that these problems can be resolved by developing an MRAC based time-varying impedance controller.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3. A MRAC Based Time-varying Impedance Controller for Manipulators</title>
<p>For a controlled system with an adaptive controller, in general, the uniformly asymptotical stability of the closed-loop system cannot be concluded by following the same method as that provided in Remark 1. The main reason is that a parameter estimation law is also included in the closed-loop system besides a control law, such that the Lyapunov candidate function cannot be constructed as that presented in Remark 1. On the contrary, the following lemma (Slotine and Li, <xref ref-type="bibr" rid="B27">1991</xref>) can be utilized to analyze the uniformly asymptotical stability of a closed-loop system with an adaptive controller.</p>
<p><bold>L</bold><sc><bold>emma</bold></sc> <bold>2</bold>. <italic>If a scalar function V</italic>(<italic>t</italic>) <italic>has the following properties, then</italic> <inline-formula><mml:math id="M20"><mml:munder><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">lim</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">t</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
<list list-type="order">
<list-item><p><italic>V</italic>(<italic>t</italic>) is lower bounded;</p></list-item>
<list-item><p><inline-formula><mml:math id="M21"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is negative semi-definite;</p></list-item>
<list-item><p><inline-formula><mml:math id="M22"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is uniformly continuous in time.</p></list-item>
</list>
<p>Now, we derive the adaptive time-varying impedance controller. First, we define a virtual velocity error vector</p>
<disp-formula id="E6"><label>(6)</label><mml:math id="M23"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x0039B; &#x02208; &#x0211C;<sup><italic>n</italic>&#x000D7;<italic>n</italic></sup> is a symmetric and positive definite matrix, or more generally a matrix so that &#x02212;&#x0039B; is Hurwitz, <inline-formula><mml:math id="M24"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and the virtual reference velocity <inline-formula><mml:math id="M25"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> in Equation (6) is defined as</p>
<disp-formula id="E7"><label>(7)</label><mml:math id="M26"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>It is well known that the dynamics of a mechanical system commonly satisfies the linearly parameterized property, that is, the left-hand side of the dynamic system (1) can be expressed as the following form</p>
<disp-formula id="E8"><label>(8)</label><mml:math id="M27"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M28"><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes a matrix, &#x003C1; denotes an unknown parameter vector that describes the mass properties of a mechanical system. If we replace the differential variables <inline-formula><mml:math id="M29"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M30"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> of the system (1) with the virtual reference velocity <inline-formula><mml:math id="M31"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and its differential variable <inline-formula><mml:math id="M32"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, then the linearly parameterized property does not change, and the resulted virtual dynamic system can also be expressed as a similar form</p>
<disp-formula id="E9"><label>(9)</label><mml:math id="M33"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By applying the linearly parameterized form Equation (9), we can obtain the following result.</p>
<p><bold>T</bold><sc><bold>heorem</bold></sc> <bold>1</bold>. For the dynamic systems (1), by applying the following controller</p>
<disp-formula id="E10"><label>(10)</label><mml:math id="M34"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and the following parameter estimator</p>
<disp-formula id="E11"><label>(11)</label><mml:math id="M35"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>K</italic><sub><italic>D</italic></sub> in Equation (10) is a continuous positive definite matrix, i.e., <inline-formula><mml:math id="M36"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is bounded, <inline-formula><mml:math id="M37"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> denotes the estimation of &#x003C1;, and the matrix &#x00393; in Equation (11) is also positive definite, then the origin <inline-formula><mml:math id="M38"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the closed-loop system</p>
<disp-formula id="E12"><label>(12)</label><mml:math id="M39"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>is globally uniformly asymptotically stable when the external loads &#x003C4;<sub><italic>e</italic></sub> &#x0003D; 0. If the external loads &#x003C4;<sub><italic>e</italic></sub> &#x02260; 0, the origin <inline-formula><mml:math id="M40"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the system Equation (12) is globally uniformly stable in the Lyapunov&#x00027;s sense.</p>
<p>PROOF. Let us define <inline-formula><mml:math id="M41"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> to be an error vector of the parameter estimates <inline-formula><mml:math id="M42"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> and select a Lyapunov candidate function</p>
<disp-formula id="E13"><label>(13)</label><mml:math id="M43"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By using the definition of the virtual velocity error vector given by Equation (6), the time derivative of Equation (13) can be given as</p>
<disp-formula id="E14"><label>(14)</label><mml:math id="M44"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>&#x01E61;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x01E40;</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x01E40;</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Since &#x01E40; &#x02212; 2<italic>C</italic> is a skew-symmetric matrix (Murray et al., <xref ref-type="bibr" rid="B23">1994</xref>), which means that (&#x01E40; &#x02212; 2<italic>C</italic>)<sup>T</sup> &#x0003D; &#x02212;(&#x01E40; &#x02212; 2<italic>C</italic>), we have</p>
<disp-formula id="E15"><label>(15)</label><mml:math id="M45"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x01E40;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x01E40;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and since <italic>M</italic> is a symmetric and positive definite (Murray et al., <xref ref-type="bibr" rid="B23">1994</xref>), which means that <italic>M</italic> &#x0003D; <italic>M</italic><sup>T</sup>, then from Equation (15) we can get</p>
<disp-formula id="E16"><label>(16)</label><mml:math id="M46"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x01E40;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x01E40;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x01E40;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>So</p>
<disp-formula id="E17"><label>(17)</label><mml:math id="M47"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x01E40;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By using the equation above, Equation (14) can be written as</p>
<disp-formula id="E18"><label>(18)</label><mml:math id="M48"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Referring to the dynamics Equation (1), it is easy to obtain</p>
<disp-formula id="E19"><label>(19)</label><mml:math id="M49"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and from (6) we can obtain</p>
<disp-formula id="E20"><label>(20)</label><mml:math id="M50"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Substituting Equations (20) into (19) and then bringing Equations (19) into (18), it can be shown that</p>
<disp-formula id="E21"><label>(21)</label><mml:math id="M51"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Due to <inline-formula><mml:math id="M52"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and &#x003C1; is a constant for any manipulator system, we have <inline-formula><mml:math id="M53"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>. Therefore, Equation (21) follows that</p>
<disp-formula id="E22"><label>(22)</label><mml:math id="M54"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By applying the linearly parameterized form Equation (9), Equation (22) can be expressed as</p>
<disp-formula id="E23"><label>(23)</label><mml:math id="M55"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>If we adopt the controller Equation (10), it is straightforward that the Equation (23) can be rewritten as</p>
<disp-formula id="E24"><label>(24)</label><mml:math id="M56"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By using the parameter estimator Equation (11), which is given as <inline-formula><mml:math id="M57"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>s</mml:mi></mml:math></inline-formula>, then we can obtain</p>
<disp-formula id="E25"><label>(25)</label><mml:math id="M58"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>since <italic>K</italic><sub><italic>D</italic></sub> is positive definite. This implies <italic>V</italic>(<italic>t</italic>) &#x02264; <italic>V</italic>(0), and therefore, both of the vectors <italic>s</italic> and <inline-formula><mml:math id="M59"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> are bounded [see Equation (13)]. To observe the uniform continuity of the function <inline-formula><mml:math id="M60"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we calculate the second order differential function of <italic>V</italic>(<italic>t</italic>), and it can be written as</p>
<disp-formula id="E26"><label>(26)</label><mml:math id="M61"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x01E61;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>See definition Equation (6), it shows the vector <italic>s</italic> is smooth. On the other hand, the differential matrix <inline-formula><mml:math id="M62"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is supposed to be bounded. Then we can conclude that <inline-formula><mml:math id="M63"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is bounded. According to Lemma 2, we can get <inline-formula><mml:math id="M64"><mml:munder><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">lim</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">t</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, which means <italic>s</italic> &#x02192; 0 as <italic>t</italic> &#x02192; &#x0221E;. It is obvious that &#x01E61; is bounded.</p>
<p>On the surface <italic>s</italic> &#x0003D; 0, referring to the definition <inline-formula><mml:math id="M65"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, we can conclude the origin <inline-formula><mml:math id="M66"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the closed-loop system Equation (12) is uniformly asymptotically stable since &#x02212;&#x0039B; is Hurwitz. In addition, the function <italic>V</italic>(<italic>t</italic>) is unbounded, thus the stability of the closed-loop system is globally effective.</p>
<p><bold>R</bold><sc><bold>emark</bold></sc> <bold>3</bold>. Theorem 1 shows that both the control law Equation (10) and the parameter estimator (11) only use state feedback <inline-formula><mml:math id="M67"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>. This is helpful for improving the feasibility of the controller in real world applications. In particular, the adaptive controller does not need an accurate dynamic model, thus better robust stability of the closed-loop system Equation (12) could be expected.</p>
<p><bold>R</bold><sc><bold>emark</bold></sc> <bold>4</bold>. Even though Theorem 1 gives an adaptive controller for the dynamic system Equation (1), so far the adaptive controller is not related to the time-varying impedance control issues of the manipulators. By using the following result, we can get that the time-varying impedance control problems can be resolved under the adaptive control strategy.</p>
<p><bold>T</bold><sc><bold>heorem</bold></sc> <bold>2</bold>. If the control parameters &#x0039B; and <italic>K</italic><sub><italic>D</italic></sub> of the adaptive controller Equation (10) are chosen as</p>
<disp-formula id="E27"><label>(27)</label><mml:math id="M68"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003B3; &#x0003E; 0 is a constant, then the origin <inline-formula><mml:math id="M69"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the closed-loop system Equation (12) is globally uniformly stable in Lyapunov&#x00027;s sense.</p>
<p>PROOF. By subtracting Equation (9) from Equation (1), we have</p>
<disp-formula id="E28"><label>(28)</label><mml:math id="M70"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>&#x01E61;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M71"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is considered. Then, substituting the adaptive control law Equation (10) into Equation (28), we can obtain that</p>
<disp-formula id="E29"><label>(29)</label><mml:math id="M72"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>&#x01E61;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M73"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is considered. Since the vector also satisfies the relationship <inline-formula><mml:math id="M74"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, we can obtain</p>
<disp-formula id="E30"><label>(30)</label><mml:math id="M75"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>According to Equation (27), if we select &#x0039B; &#x0003D; &#x003B3;<italic>M</italic><sup>&#x02212;1</sup> and <inline-formula><mml:math id="M76"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula>, then Equation (30) can be written as</p>
<disp-formula id="E31"><label>(31)</label><mml:math id="M77"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E32"><label>(32)</label><mml:math id="M78"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Comparing Equation (32) with Equation (5), it shows the damping matrix given by (32) satisfies the stability condition Equation (5) if we select <inline-formula><mml:math id="M79"><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and &#x003B5; &#x0003D; &#x003B3;. In addition, on the basis of Theorem 1, under the control law (10) and the parameter estimator Equation (11), the error vector <inline-formula><mml:math id="M80"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is bounded. According to Lemma 1, the origin <inline-formula><mml:math id="M81"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the closed-loop system Equation (31) is globally uniformly asymptotically stable when <inline-formula><mml:math id="M82"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. If the error vector <inline-formula><mml:math id="M83"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the origin <inline-formula><mml:math id="M84"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the system Equation (31) is globally uniformly stable in Lyapunov&#x00027;s sense.</p>
<p><bold>R</bold><sc><bold>emark</bold></sc> <bold>5</bold>. It is worth noting that, in Equation (2), the inertial matrix <italic>H</italic> is generally different from the inertial matrix <italic>M</italic>, so that the term <inline-formula><mml:math id="M85"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is appeared in the controller Equation (4), and then an accelerated feedback or sensing the external loads &#x003C4;<sub><italic>e</italic></sub> is necessary. If we select <italic>H</italic> &#x0003D; <italic>M</italic>, the closed-loop system Equation (4) is given by</p>
<disp-formula id="E33"><label>(33)</label><mml:math id="M86"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which is very similar to the adaptive control law based closed-loop system Equation (31). However, if the dynamics model Equation (1) is not accurate, then the error terms <inline-formula><mml:math id="M87"><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M88"><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, and &#x00394;<italic>N</italic>(&#x00398;) will appear in the closed-loop system Equation (4), as well as in the system Equation (33), so that some more complex robust controllers have to be used to overcome the effects caused by the un-modeled errors for guaranteeing the stability of the closed-loop system Equation (4). On the contrary, the adaptive control law Equation (10) has considered the un-modeled error and updated the virtual reference model <inline-formula><mml:math id="M89"><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> in the controller Equation (10) online by using the parameter estimator Equation (11). This makes the virtual velocity vectors <italic>s</italic> and the parameters errors <inline-formula><mml:math id="M90"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> be bounded, and finally, the virtual velocity vectors <italic>s</italic> &#x02192; 0 as <italic>t</italic> &#x02192; &#x0221E;. On the surface <inline-formula><mml:math id="M91"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the stability of the state <inline-formula><mml:math id="M92"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the closed-loop system is ensured by the Hurwitz matrix &#x02212;&#x0039B;. Thus, the two problems mentioned in Remark 2 can be resolved or relaxed by using the MRAC based time-varying impedance controller.</p>
<p><bold>R</bold><sc><bold>emark</bold></sc> <bold>6</bold>. It is also worth noting that, in general, the external loads &#x003C4;<sub><italic>e</italic></sub> cannot be estimated by using the linearly parameterized form Equation (9). Thus, for some accurate force tracking control tasks, the linearly parameterized form Equation (9) should be changed as</p>
<disp-formula id="E34"><label>(34)</label><mml:math id="M93"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>then under the control law Equation (10) and the parameter estimator Equation (11), the closed-loop system can be given as</p>
<disp-formula id="E35"><label>(35)</label><mml:math id="M94"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where the control parameter selection Equation (27) is considered. Since the right side of Equation (35) is bounded under control law Equation (10) with the parameter estimator Equation (11), the origin <inline-formula><mml:math id="M95"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the system Equation (35) is still globally uniformly stable in the Lyapunov&#x00027;s sense. However, the error term <inline-formula><mml:math id="M96"><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> on the right side of Equation (35) will cause certain force tracking errors. Thus, for accurate force tracking control tasks, measurement of external loads is required, and the MRAC based control law should be changed as</p>
<disp-formula id="E36"><label>(36)</label><mml:math id="M97"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>then the closed-loop system Equation (35) will changed to that same as Equation (31).</p>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4. Numerical Simulations</title>
<p>To test the feasibility of the proposed adaptive time-varying impedance controller, a model-uncertain planar 2R manipulator is adopted as the plant. Suppose the mass of two links are <italic>m</italic><sub>1</sub> and <italic>m</italic><sub>2</sub>, respectively, the inertia of two links is <italic>I</italic><sub>1</sub> and <italic>I</italic><sub>2</sub>, respectively, the length of two links is <italic>L</italic><sub>1</sub> and <italic>L</italic><sub>2</sub>, respectively, the distance between the mass center of links and joint axes are <italic>L</italic><sub><italic>c</italic>1</sub> and <italic>L</italic><sub><italic>c</italic>2</sub>, respectively, the dynamic equation of planar 2R manipulator can be given as</p>
<disp-formula id="E37"><label>(37)</label><mml:math id="M98"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none none none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none none none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none none none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none none none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none none none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003B8;<sub>1</sub> and &#x003B8;<sub>2</sub> are the joint angles of the two links, <italic>m</italic><sub>11</sub> &#x0003D; &#x003C1;<sub>1</sub> &#x0002B; 2&#x003C1;<sub>3</sub> cos &#x003B8;<sub>2</sub>, <italic>m</italic><sub>12</sub> &#x0003D; &#x003C1;<sub>2</sub> &#x0002B; &#x003C1;<sub>3</sub> cos &#x003B8;<sub>2</sub>, <italic>m</italic><sub>21</sub> &#x0003D; <italic>m</italic><sub>12</sub>, <italic>m</italic><sub>22</sub> &#x0003D; &#x003C1;<sub>2</sub>, <inline-formula><mml:math id="M99"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M100"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M101"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <italic>c</italic><sub>22</sub> &#x0003D; 0 with <inline-formula><mml:math id="M102"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M103"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and &#x003C1;<sub>3</sub> &#x0003D; <italic>m</italic><sub>2</sub><italic>L</italic><sub>1</sub><italic>L</italic><sub><italic>c</italic>2</sub>. For the planar 2R manipulator, the linearly parameterized form Equation (34) can be expressed as</p>
<disp-formula id="E38"><label>(38)</label><mml:math id="M104"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none none none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none none none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M105"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M106"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M107"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="qopname">cos</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, &#x003C7;<sub>21</sub> &#x0003D; 0, <inline-formula><mml:math id="M108"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M109"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="qopname">cos</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. In the simulation, the control task is described as</p>
<disp-formula id="E39"><label>(39)</label><mml:math id="M110"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none none none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and</p>
<disp-formula id="E40"><label>(40)</label><mml:math id="M111"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none none none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none none none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>5</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>10</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>14</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none none none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>14</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The physical parameters of the manipulator are shown in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>, and the control parameters are shown in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>, then the response results of the closed-loop system Equation (35) are plotted in the <xref ref-type="fig" rid="F1">Figures 1</xref>&#x02013;<bold>5</bold>.</p>
<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p>Physical parameters of the planar 2R manipulator.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead><tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Parameter</bold><break/> <bold>Symbols</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Initial value</bold><break/> <bold>used in <inline-formula><mml:math id="M112"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mstyle></mml:math></inline-formula></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Actual value</bold><break/> <bold>of the plant</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Physical</bold><break/> <bold>Units</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>m</italic><sub>1</sub></td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center">2.0</td>
<td valign="top" align="center">kg</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>m</italic><sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center">2.0</td>
<td valign="top" align="center">kg</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>L</italic><sub>1</sub></td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center">0.5</td>
<td valign="top" align="center">m</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>L</italic><sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center">0.6</td>
<td valign="top" align="center">m</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>L</italic><sub><italic>c</italic>1</sub></td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center">0.3</td>
<td valign="top" align="center">m</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>L</italic><sub><italic>c</italic>2</sub></td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center">0.4</td>
<td valign="top" align="center">m</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M113"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center">0.18</td>
<td valign="top" align="center">Kg &#x000B7; m<sup>2</sup></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M114"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center">0.32</td>
<td valign="top" align="center">Kg &#x000B7; m<sup>2</sup></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap position="float" id="T2">
<label>Table 2</label>
<caption><p>Control parameters of the adaptive controller.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead><tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Parameters</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Symbols</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Values</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Physical</bold><break/> <bold>Units</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="center">Coefficient</td>
<td valign="top" align="center">&#x003B3;</td>
<td valign="top" align="center">0.04</td>
<td valign="top" align="center">/</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="center">Inertial matrix</td>
<td valign="top" align="center"><italic>M</italic></td>
<td valign="top" align="center">Given by (37)</td>
<td valign="top" align="center">Kg &#x000B7; m<sup>2</sup></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="center">Coefficient<break/> matrix</td>
<td valign="top" align="center">&#x0039B;</td>
<td valign="top" align="center">&#x003B3;<italic>M</italic><sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="center">(Kg &#x000B7; m<sup>2</sup>)<sup>&#x02212;1</sup></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="center">Coefficient<break/> matrix</td>
<td valign="top" align="center">&#x00393;</td>
<td valign="top" align="center">80<italic>I</italic></td>
<td valign="top" align="center">/</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="center">Desired stiffness matrix</td>
<td valign="top" align="center"><italic>K</italic>(<italic>t</italic>)</td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M115"><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none none none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo class="qopname">cos</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center">Nm/rad</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="center">Coefficient<break/>matrix</td>
<td valign="top" align="center"><italic>K</italic><sub><italic>D</italic></sub></td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M116"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center">/</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="center">Desired damping matrix</td>
<td valign="top" align="center"><italic>D</italic>(<italic>t</italic>)</td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M117"><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center">Nm/rad/s</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Responses of the joint position and their desired trajectories.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-16-789842-g0001.tif"/>
</fig>
<p>According to the numerical simulation results, even though the physical parameters of the plant are supposed to be zero at the initial moment (see <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> and <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>), it shows that system Equation (35) is uniformly stable for the controlled planar 2R manipulator. From <xref ref-type="fig" rid="F1">Figures 1</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref>, it can be seen that the joint trajectory tracking errors are bounded and converge to zero when the trajectory tracking task is switched to a stabilization task after the time is larger than 6s. Meanwhile, from <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>, it is observed that the parameter estimates <inline-formula><mml:math id="M118"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> are changed to constant values, and from <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>, one sees that the actuation torques converge to zero after the desired joint trajectories <inline-formula><mml:math id="M119"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are constants. When the time is falling in the interval <italic>t</italic> &#x02208; (10, 14](s), there are non-zero external loads <inline-formula><mml:math id="M120"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> acting on the joints, and then the joint angles demonstrate large deviations (as shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>) due to the small given closed-loop stiffness <italic>K</italic>(<italic>t</italic>) (as shown in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>). Since the desired joint stiffness <italic>K</italic>(<italic>t</italic>) is time-varying, the joint position deviations are varying even though the external loads &#x003C4;<sub><italic>e</italic></sub> are constant. <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> shows a local enlarged drawing of the actuation torques during &#x003C4;<sub><italic>e</italic></sub> &#x02260; 0. It is observed that the average values of the actuation torques happen to be <inline-formula><mml:math id="M121"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">T</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, since the planar 2R manipulator moves in the horizontal plane [see Equation (37) where the gravity of the manipulator is not considered here], then the actuation torques &#x003C4;<sub><italic>a</italic></sub> should balance the external loads &#x003C4;<sub><italic>e</italic></sub>. However, due to the desired time-varying stiffness <italic>K</italic>(<italic>t</italic>), the parameter estimates <inline-formula><mml:math id="M122"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> show certain fluctuations (such that <inline-formula><mml:math id="M123"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>), then the error term <inline-formula><mml:math id="M124"><mml:mi>&#x003C7;</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> shown in Equation (35) causes the actuation torques &#x003C4;<sub><italic>a</italic></sub> to show certain fluctuations. The selection of controller parameters &#x003B3; and &#x00393; affect the performance of the system. We make a performance analysis of the closed-loop control system with different parameters &#x003B3; and &#x00393;. We found that with other conditions unchanged, when &#x00393; increases within a certain range, the root-mean-square error (RMSE) of the joint position will increase, and the peak value of the error <inline-formula><mml:math id="M125"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> will also increase, while the RMSE of control torque will decrease. When &#x003B3; is too large or too small, the performance of the control system will deteriorate. Therefore, the state-independent property allows us to tune the controller parameters offline in advance through simulation, which lays a good foundation for ensuring the performance of the robot.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>Responses of the joint position errors.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-16-789842-g0002.tif"/>
</fig>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>Trajectories of the parameter estimates.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-16-789842-g0003.tif"/>
</fig>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>Actuation torques of the 2R manipulator during the control task.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-16-789842-g0004.tif"/>
</fig>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>A local enlarged drawing of the actuation torques when the external loads are acting.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-16-789842-g0005.tif"/>
</fig>
<p>In order to verify the effectiveness of the controller proposed in this article, we also compared it with the controller in He et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B8">2020</xref>). Under the same initial conditions and parameters as the proposed controller, the simulation of the comparison controller is carried out, and the response results of the closed-loop system under the comparison controller are shown in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figures 6</xref>&#x02013;<xref ref-type="fig" rid="F8">8</xref>. Comparing <xref ref-type="fig" rid="F2">Figures 2</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref>, we can get that the RMSE of the joint position under the proposed controller in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> is 0.416 and 0.494, while the RMSE of the joint position under the comparison controller in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref> is 0.865 and 1.337. Then, it can be concluded that the controller proposed in this article can better realize the trajectory tracking control with higher accuracy. From the simulation results, we can also get that the proposed controller has a smaller peak error. All these simulation results verify the effectiveness of the controller proposed in this article.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p>Responses of the joint position and their desired trajectories of the comparison method.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-16-789842-g0006.tif"/>
</fig>
<fig id="F7" position="float">
<label>Figure 7</label>
<caption><p>Responses of the joint position errors of the comparison method.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-16-789842-g0007.tif"/>
</fig>
<fig id="F8" position="float">
<label>Figure 8</label>
<caption><p>Actuation torques of the 2R manipulator during the control task of the comparison method.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fnbot-16-789842-g0008.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec sec-type="conclusions" id="s5">
<title>5. Conclusion</title>
<p>Under the design frame of an MRAC based control system, a time-varying impedance controller is proposed for manipulators with uncertain structure parameters. We show that the proposed controller does not need to use acceleration-based feedback or measurement of the external loads, and the adaptive controller can tolerate considerable structure parameter errors. By employing a Lyapunov-like stability analysis approach, the globally uniform stability of the time-varying closed-loop system is analyzed, and a simple controller parameters selection approach is presented. Through a planar 2R manipulator, the feasibility of the proposed control method is verified by some numerical simulations. Our future work will focus on the anti-interference ability of the proposed controller.</p>
</sec>
<sec sec-type="data-availability" id="s6">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/supplementary material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author Contributions</title>
<p>XL: conceptualization, visualization, and supervision. GH: methodology. TS: software. SL and QZ: validation. CH: formal analysis. LZ: investigation. JY: resources. ZZ: writing-original draft preparation. TS and GH: writing-review and editing. JZ: project administration. XL and TS: funding acquisition. All authors have read and agreed to the published version of the manuscript. All authors agree to be accountable for the content of the work.</p>
</sec>
<sec sec-type="funding-information" id="s8">
<title>Funding</title>
<p>This work is supported by the National Key R&#x00026;D Program of China under Grants 2019YFB1309603 and 2020AAA0105801, the Natural Science Foundation of Beijing under Grants L202020 and 4204097, the Natural Science Foundation of China under Grant 62003005, 62103007 and 51775002, Beijing Municipal Education Commission under Grant KM202110009009 and KZ202010009015, China Postdoctoral Science Foundation under Grant 2021M693404, Fundamental Research Funds for Beijing Municipal Universities, Yuyou Talent Support Project of North China University of Technology, and open research fund of the State Key Laboratory for Management and Control of Complex Systems under Grant 20210103.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="conf1">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>ZZ was employed by Beijing Aerospace Measurement &#x00026; Control Technology Co., Ltd. The remaining authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s9">
<title>Publisher&#x00027;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ansari</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Manti</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Falotico</surname> <given-names>E.</given-names></name> <name><surname>Cianchetti</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Laschi</surname> <given-names>C.</given-names></name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Multiobjective optimization for stiffness and position control in a soft robot arm module</article-title>. <source>IEEE Robot. Autom. Lett.</source> <volume>3</volume>, <fpage>108</fpage>&#x02013;<lpage>115</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LRA.2017.2734247</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Burgner-Kahrs</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Rucker</surname> <given-names>D. C.</given-names></name> <name><surname>Choset</surname> <given-names>H.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Continuum robots for medical applications: a survey</article-title>. <source>IEEE Trans. Robot.</source> <volume>31</volume>, <fpage>1261</fpage>&#x02013;<lpage>1280</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TRO.2015.2489500</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Deng</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Cai</surname> <given-names>Q.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Wu</surname> <given-names>X.</given-names></name></person-group> (<year>2021a</year>). <article-title>User behavior analysis based on stacked autoencoder and clustering in complex power grid environment</article-title>. <source>IEEE Trans. Intell. Transp. Syst.</source> <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>15</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TITS.2021.3076607</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Deng</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Dong</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Gao</surname> <given-names>G.</given-names></name></person-group> (<year>2021b</year>). <article-title>Short-term load forecasting by using improved GEP and abnormal load recognition</article-title>. <source>ACM Trans. Internet Technol.</source> <volume>21</volume>, <fpage>95</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1145/3447513</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dong</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Axinte</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Palmer</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Cobos</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Raffles</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Rabani</surname> <given-names>A.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2017</year>). <article-title>Development of a slender continuum robotic system for on-wing inspection/repair of gas turbine engines</article-title>. <source>Robot. Comput. Integrat. Manuf.</source> <volume>44</volume>, <fpage>218</fpage>&#x02013;<lpage>229</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.rcim.2016.09.004</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ferraguti</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Secchi</surname> <given-names>C.</given-names></name> <name><surname>Fantuzzi</surname> <given-names>C.</given-names></name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>A tank-based approach to impedance control with variable stiffness</article-title>. in <source>Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation</source> (<publisher-loc>Karlsruhe</publisher-loc>), <fpage>4948</fpage>&#x02013;<lpage>4953</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">33501348</pub-id></citation></ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hamedani</surname> <given-names>M. H.</given-names></name> <name><surname>Zekri</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Sheikholeslam</surname> <given-names>F.</given-names></name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Adaptive impedance control of uncertain robot manipulators with saturation effect based on dynamic surface technique and self-recurrent wavelet neural networks</article-title>. <source>Robotica</source> <volume>37</volume>, <fpage>161</fpage>&#x02013;<lpage>188</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S0263574718000930</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>He</surname> <given-names>G. P.</given-names></name> <name><surname>Fan</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Su</surname> <given-names>T. T.</given-names></name> <name><surname>Zhao</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Zhao</surname> <given-names>Q.</given-names></name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Variable impedance control of cable actuated continuum manipulators</article-title>. <source>Int. J. Control Autom. Syst.</source> <volume>18</volume>, <fpage>1839</fpage>&#x02013;<lpage>1852</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12555-019-0449-y</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hussain</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Xie</surname> <given-names>S. Q.</given-names></name> <name><surname>Jamwal</surname> <given-names>P. K.</given-names></name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Adaptive impedance control of a robotic orthosis for gait rehabilitation</article-title>. <source>IEEE Trans. Cybern.</source> 43, no. <volume>3</volume>, <fpage>1025</fpage>&#x02013;<lpage>1034</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSMCB.2012.2222374</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23193241</pub-id></citation></ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jamwal</surname> <given-names>P. K.</given-names></name> <name><surname>Hussain</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Ghayesh</surname> <given-names>M. H.</given-names></name> <name><surname>Rogozina</surname> <given-names>S. V.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Adaptive impedance control of parallel ankle rehabilitation robot</article-title>. <source>J. Dyn. Syst. Meas. Control</source> <volume>139</volume>, <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1115/1.4036560</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29255412</pub-id></citation></ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jutinico</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Jaimes</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Escalante</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Perez-Ibarra</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Terra</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Siqueira</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Impedance control for robotic rehabilitation: a robust markovian approach</article-title>. <source>Front. Neurorobot.</source> <volume>11</volume>, <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>16</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fnbot.2017.00043</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">28883790</pub-id></citation></ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kronander</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Billard</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Stability considerations for variable impedance control</article-title>. <source>IEEE Trans. Robot.</source> <volume>32</volume>, <fpage>1298</fpage>&#x02013;<lpage>1305</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TRO.2016.2593492</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Li</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Command filter adaptive asymptotic tracking of uncertain nonlinear systems with time-varying parameters and disturbances</article-title>. <source>IEEE Trans. Autom. Control</source> <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TAC.2021.3089626</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Li</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Tong</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Observer-based neuro-adaptive optimized control of strict-feedback nonlinear systems with state constraints</article-title>. <source>IEEE Trans. Neural Netw. Learn. Syst.</source> <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>15</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TNNLS.2021.3051030</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">33497342</pub-id></citation></ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Li</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Huang</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>He</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Su</surname> <given-names>C. Y.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Adaptive impedance control for an upper limb robotic exoskeleton using biological signals</article-title>. <source>IEEE Trans. Ind. Electron.</source> <volume>64</volume>, <fpage>1664</fpage>&#x02013;<lpage>1674</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TIE.2016.2538741</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liang</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Guo</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Pan</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Huang</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>2021a</year>). <article-title>Event-triggered fuzzy bipartite tracking control for network systems based on distributed reduced-order observers</article-title>. <source>IEEE Trans. Fuzzy Syst.</source> <volume>29</volume>, <fpage>1601</fpage>&#x02013;<lpage>1614</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TFUZZ.2020.2982618</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liang</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Huang</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>2021b</year>). <article-title>Neural-network-based event-triggered adaptive control of nonaffine nonlinear multiagent systems with dynamic uncertainties</article-title>. <source>IEEE Trans. Neural Netw. Learn. Syst.</source> <volume>32</volume>, <fpage>2239</fpage>&#x02013;<lpage>2250</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TNNLS.2020.3003950</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">32663131</pub-id></citation></ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liu</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Cui</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>Y. J.</given-names></name> <name><surname>Tong</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2021a</year>). <article-title>Observer-based adaptive neural output feedback constraint controller design for switched systems under average dwell time</article-title>. <source>IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Papers</source> <volume>68</volume>, <fpage>3901</fpage>&#x02013;<lpage>3912</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCSI.2021.3093326</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liu</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>Y. J.</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Tong</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>C. L. P.</given-names></name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Integral Barrier Lyapunov function-based adaptive control for switched nonlinear systems</article-title>. <source>Sci. China Inf. Sci.</source> <volume>63</volume>, <fpage>132203</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11432-019-2714-7</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liu</surname> <given-names>Q.</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Meng</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Ai</surname> <given-names>Q.</given-names></name> <name><surname>Xie</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Hierarchical compliance control of a soft ankle rehabilitation robot actuated by pneumatic muscles</article-title>. <source>Front. Neurorobot.</source> <volume>11</volume>, <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>19</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fnbot.2017.00064</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29255412</pub-id></citation></ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liu</surname> <given-names>Y. J.</given-names></name> <name><surname>Zhao</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Tong</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>C. L. P.</given-names></name></person-group> (<year>2021b</year>). <article-title>Adaptive neural network control for a class of nonlinear systems with function constraints on states</article-title>. <source>IEEE Trans. Neural Netw. Learn. Syst.</source> <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>10</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TNNLS.2021.3107600</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">34520366</pub-id></citation></ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>McMahan</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Chitrakaran</surname> <given-names>V.</given-names></name> <name><surname>Csencsits</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Dawson</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Walker</surname> <given-names>I. D.</given-names></name> <name><surname>Jones</surname> <given-names>B. A.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2006</year>). <article-title>Field trials and testing of the OctArm continuum manipulator</article-title>, in <source>Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation</source> (<publisher-loc>Orlando, FL</publisher-loc>), <fpage>2336</fpage>&#x02013;<lpage>2341</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Murray</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>Z. X.</given-names></name> <name><surname>Sastry</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>1994</year>). <source>A Mathematical Introduction To Robotic Manipulation</source>. <publisher-loc>Boca Raton, FL</publisher-loc>: <publisher-name>CRC Press</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pena</surname> <given-names>G. G.</given-names></name> <name><surname>Consoni</surname> <given-names>L. J.</given-names></name> <name><surname>dos. Santos</surname> <given-names>W. M.</given-names></name> <name><surname>Siqueira</surname> <given-names>A. A. G.</given-names></name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Feasibility of an optimal EMG-driven adaptive impedance control applied to an active knee orthosis</article-title>. <source>Robot. Auton. Syst.</source> <volume>112</volume>, <fpage>98</fpage>&#x02013;<lpage>108</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/J.ROBOT.2018.11.011</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Perez-Ibarra</surname> <given-names>J. C.</given-names></name> <name><surname>Siqueira</surname> <given-names>A. A. G.</given-names></name> <name><surname>Silva-Couto</surname> <given-names>M. A.</given-names></name> <name><surname>de. Russo</surname> <given-names>T. L.</given-names></name> <name><surname>Krebs</surname> <given-names>H. I.</given-names></name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Adaptive impedance control applied to robot-aided neuro-rehabilitation of the ankle</article-title>. <source>IEEE Robot. Autom. Lett.</source> 4, no. <volume>2</volume>, <fpage>185</fpage>&#x02013;<lpage>192</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LRA.2018.2885165</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sharifi</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Behzadipour</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Salarieh</surname> <given-names>H.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Nonlinear bilateral adaptive impedance control with applications in telesurgery and telerehabilitation</article-title>. <source>J. Dyn. Syst. Meas. Control</source> <volume>138</volume>, <fpage>111010</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1115/1.4033775</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Slotine</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>W.</given-names></name></person-group> (<year>1991</year>). <source>Applied Nonlinear Control</source>. <publisher-loc>Upper Saddle River, NJ</publisher-loc>: <publisher-name>Prentice Hall</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Su</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Cheng</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Liang</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Zheng</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>H.</given-names></name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Time-optimal trajectory planning for delta robot based on quintic pythagorean-hodograph curves</article-title>. <source>IEEE Access</source> <volume>6</volume>, <fpage>28530</fpage>&#x02013;<lpage>28539</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/ACCESS.2018.2831663</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Su</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Niu</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>He</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Liang</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Zhao</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Zhao</surname> <given-names>Q.</given-names></name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Coordinated variable impedance control for multi-segment cable-driven continuum manipulators</article-title>. <source>Mech. Mach. Theory</source> <volume>153</volume>, <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>19</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.mechmachtheory.2020.103969</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tong</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Min</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Observer-based adaptive fuzzy tracking control for strict-feedback nonlinear systems with unknown control gain functions</article-title>. <source>IEEE Trans. Cybern.</source> <volume>50</volume>, <fpage>3903</fpage>&#x02013;<lpage>3913</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCYB.2020.2977175</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">32191903</pub-id></citation></ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wu</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>He</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Luo</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Zhou</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2021a</year>). <article-title>A latent factor analysis-based approach to online sparse streaming feature selection</article-title>. <source>IEEE Trans. Syst. Man Cybern. Syst.</source> <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>15</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSMC.2021.3096065</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wu</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Luo</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Shang</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>He</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Dong</surname> <given-names>X.</given-names></name></person-group> (<year>2020a</year>). <article-title>A data-characteristic-aware latent factor model for web service QoS prediction</article-title>. <source>IEEE Trans. Knowl. Data Eng.</source> <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>12</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TKDE.2020.3014302</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25910255</pub-id></citation></ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wu</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Luo</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Shang</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>He</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Zhou</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2021b</year>). <article-title>A deep latent factor model for high-dimensional and sparse matrices in recommender systems</article-title>. <source>IEEE Trans. Syst. Man Cybern. Syst.</source> <volume>51</volume>, <fpage>4285</fpage>&#x02013;<lpage>4296</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSMC.2019.2931393</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wu</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Shang</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Luo</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>Z.</given-names></name></person-group> (<year>2021c</year>). <article-title>An <italic>L</italic><sub>1</sub>-and-<italic>L</italic><sub>2</sub>-norm-oriented latent factor model for recommender systems</article-title>. <source>IEEE Trans. Neural Netw. Learn. Syst</source>. <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>14</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TNNLS.2021.3071392</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">33886475</pub-id></citation></ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wu</surname> <given-names>E. Q.</given-names></name> <name><surname>Hu</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Deng</surname> <given-names>P. Y.</given-names></name> <name><surname>Tang</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Cao</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>W. M.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2020b</year>). <article-title>Nonparametric bayesian prior inducing deep network for automatic detection of cognitive status</article-title>. <source>IEEE Trans. Cybern.</source> <volume>51</volume>, <fpage>5483</fpage>&#x02013;<lpage>5496</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCYB.2020.2977267</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">32203044</pub-id></citation></ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wu</surname> <given-names>E. Q.</given-names></name> <name><surname>Lin</surname> <given-names>C. T.</given-names></name> <name><surname>Zhu</surname> <given-names>L. M.</given-names></name> <name><surname>Tang</surname> <given-names>Z. R.</given-names></name> <name><surname>Jie</surname> <given-names>Y. W.</given-names></name> <name><surname>Zhou</surname> <given-names>G. R.</given-names></name></person-group> (<year>2021d</year>). <article-title>Fatigue detection of pilots&#x00027; brain through brains cognitive map and multilayer latent incremental learning model</article-title>. <source>IEEE Trans. Cybern.</source> <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>13</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCYB.2021.3068300</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">33961575</pub-id></citation></ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wu</surname> <given-names>E. Q.</given-names></name> <name><surname>Zhou</surname> <given-names>G. R.</given-names></name> <name><surname>Zhu</surname> <given-names>L. M.</given-names></name> <name><surname>Wei</surname> <given-names>C. F.</given-names></name> <name><surname>Ren</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Sheng</surname> <given-names>R. S. F.</given-names></name></person-group> (<year>2021e</year>). <article-title>Rotated sphere haar wavelet and deep contractive auto-encoder network with fuzzy Gaussian SVM for pilot&#x00027;s pupil center detection</article-title>. <source>IEEE Trans. Cybern.</source> <volume>51</volume>, <fpage>332</fpage>&#x02013;<lpage>345</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCYB.2018.2886012</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30640640</pub-id></citation></ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Xu</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Song</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>H.</given-names></name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Adaptive impedance control for upper-limb rehabilitation robot using evolutionary dynamic recurrent fuzzy neural network</article-title>. <source>J. Intell. Robot. Syst.</source> <volume>62</volume>, <fpage>501</fpage>&#x02013;<lpage>525</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10846-010-9462-3</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Yang</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Vamvoudakis</surname> <given-names>K. G.</given-names></name> <name><surname>Modares</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Yin</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Wunsch</surname> <given-names>D. C.</given-names></name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Hamiltonian-driven hybrid adaptive dynamic programming</article-title>. <source>IEEE Trans. Syst. Man Cybern. Syst.</source> <volume>51</volume>, <fpage>6423</fpage>&#x02013;<lpage>6434</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSMC.2019.2962103</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Yip</surname> <given-names>M. C.</given-names></name> <name><surname>Camarillo</surname> <given-names>D. B.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Model-less hybrid position/force control: a minimalist approach for continuum manipulators in unknown, constrained environments</article-title>. <source>IEEE Robot. Autom. Lett.</source> <volume>1</volume>, <fpage>844</fpage>&#x02013;<lpage>851</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LRA.2016.2526062</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhai</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Xu</surname> <given-names>G.</given-names></name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A novel non-singular terminal sliding mode trajectory tracking control for robotic manipulators</article-title>. <source>IEEE Trans. Circuits Syst. II Exp. Briefs</source> <volume>68</volume>, <fpage>391</fpage>&#x02013;<lpage>395</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCSII.2020.2999937</pub-id></citation>
</ref>
</ref-list> 
</back>
</article>