Controle híbrido em cascata baseado em passividade
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRJ |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/11422/21753 |
Resumo: | This dissertation presents a passivity-based cascade hybrid control law whose goal is to ensure contact stability between the end-effector of an industrial manipu- lator and an unknown compliant surface on which it performs an interaction task. The cascade control law consists on two nested control loops. In the inner loop, a joint space inverse dynamics algorithm is used to make the manipulator behave kinematically. In the outer loop, an operational space kinematic position/force hy- brid control law is used so that the end-effector follows a desired position trajectory on the surface while exerting a desired contact force on the orthogonal direction to it at all times. A kinematic orientation control law is also used so that the end-effector always stays aligned with the orthogonal direction. In theory, this control allows tracking of the position, force and orientation ref- erences. However, due to practical aspects of implementation in a real manipulator, the contact between the end-effector and the surface may become unstable and large contact forces may be exerted, damaging both the manipulator and the sur- face. Many of these destabilizing factors can be attributed to the force sensor, for example, its measurement delay. The goal of the passivity control is to prevent this instability. An energy observer is introduced to monitor the energy dissipated by the system and, if loss of passivity is detected at any time, a passivity controller acts to increase its impedance so that it dissipates a larger amount of energy until passivity, and consequently stability, is recovered. |
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Controle híbrido em cascata baseado em passividadeManipulador robóticoControle cinemáticoControle em cascataControle híbrido.Controle por passividadeCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAThis dissertation presents a passivity-based cascade hybrid control law whose goal is to ensure contact stability between the end-effector of an industrial manipu- lator and an unknown compliant surface on which it performs an interaction task. The cascade control law consists on two nested control loops. In the inner loop, a joint space inverse dynamics algorithm is used to make the manipulator behave kinematically. In the outer loop, an operational space kinematic position/force hy- brid control law is used so that the end-effector follows a desired position trajectory on the surface while exerting a desired contact force on the orthogonal direction to it at all times. A kinematic orientation control law is also used so that the end-effector always stays aligned with the orthogonal direction. In theory, this control allows tracking of the position, force and orientation ref- erences. However, due to practical aspects of implementation in a real manipulator, the contact between the end-effector and the surface may become unstable and large contact forces may be exerted, damaging both the manipulator and the sur- face. Many of these destabilizing factors can be attributed to the force sensor, for example, its measurement delay. The goal of the passivity control is to prevent this instability. An energy observer is introduced to monitor the energy dissipated by the system and, if loss of passivity is detected at any time, a passivity controller acts to increase its impedance so that it dissipates a larger amount of energy until passivity, and consequently stability, is recovered.Esta dissertação apresenta uma lei de controle híbrido em cascata baseada em passividade cujo objetivo é garantir a estabilidade do contato entre o efetuador de um manipulador industrial e uma superfície complacente desconhecida sobre a qual este executa uma tarefa de interação. A lei de controle em cascata consiste em duas malhas de controle aninhadas. Na malha interna, é utilizado um algoritmo de dinâmica inversa no espaço das juntas que faz o manipulador se comportar de forma cinemática. Na malha externa, é utilizado um controle cinemático híbrido de posição/força no espaço operacional para que o efetuador siga uma trajetória de posição desejada sobre a superfície enquanto exerce uma força de contato desejada na direção ortogonal a esta a todo instante. Um controle cinemático de orientação também é utilizado para que o efetuador sempre se mantenha alinhado com a direção ortogonal à superfície. Em teoria, esse controle permite o rastreamento das referências de posição, força e orientação. Devido a aspectos práticos de implementação em um manipulador real, porém, o contato entre o efetuador e a superfície pode se tornar instável e grandes forças de contato podem ser exercidas, danificando tanto o manipulador quanto a superfície. Muitos desses fatores desestabilizadores podem ser atribuídos a presença do sensor de força como, por exemplo, o atraso de medição. O controle por passividade tem como objetivo evitar essa instabilidade. Um observador de energia é introduzido para monitorar a energia dissipada pelo sistema e, caso seja detectada a perda de passividade deste em algum momento, um controlador de passividade entra em ação para aumentar a sua impedância de modo que este dissipe uma quantidade maior de energia até que a passividade, e consequentemente a estabilidade, seja recuperada.Universidade Federal do Rio de JaneiroBrasilInstituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de EngenhariaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFRJCosta, Ramon Romankeviciushttp://lattes.cnpq.br/5038960204383102Lizarralde, Fernando CesarHsu, LiuBecker, MarceloRibeiro, Rodolpho Costa2023-10-04T22:45:19Z2023-12-21T03:02:04Z2019-03-02info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://hdl.handle.net/11422/21753porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRJinstname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)instacron:UFRJ2023-12-21T03:02:04Zoai:pantheon.ufrj.br:11422/21753Repositório InstitucionalPUBhttp://www.pantheon.ufrj.br/oai/requestpantheon@sibi.ufrj.bropendoar:2023-12-21T03:02:04Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)false |
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