Estimação de força de um manipulador de 2GdL usando filtro de kalman unscented

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Miguel, Felipe Antonio
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/236709
Resumo: TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Campus Blumenau. Engenharia de Controle e Automação
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spelling Estimação de força de um manipulador de 2GdL usando filtro de kalman unscentedSensor de ForçaFiltro de KalmanRobóticaTCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Campus Blumenau. Engenharia de Controle e AutomaçãoA evolução das soluções robóticas implicam na interação com meio, surge desta maneira a necessidade de medir a força de contato com os robôs. Manipuladores industriais contam com sensores de força sofisticados, mas também de alto valor e peso considerável. Por outro lado, a robótica móvel traz consigo a necessidade de soluções mais baratas e com menor peso. Uma abordagem para contornar a questão é o emprego de observadores de estado, que permitem a partir de algumas medidas estimar o valor de variáveis de interesse. Assim, neste trabalho trata-se do problema de estimação de força de um manipulador de 2 GdL, que foi escolhido como objeto de estudo devido sua simplicidade e aplicabilidade em robôs de pequeno porte, como é o caso por exemplo de quadrotor. A solução parte do desenvolvimento dos modelos cinemático e dinâmico do manipulador, seguido da síntese de um controlador, para então passar para o desenvolvimento de um estimador de estado. Neste trabalho, optou-se pelo filtro de Kalman Unscented pelo seu bom desempenho com sistemas não lineares. Os resultados são apresentados para comprovar o desempenho da proposta, que se mostrou satisfatória. Desta forma, ao utilizar o modelo matemático de um manipulador robótico de 2 graus de liberdade em conjunto com um estimador de estados, é possível obter a força no efetuador final em relação aos torques dos motores. Para o modelo matemático utilizou-se a formulação de Euler-Lagrange bem como as técnicas de cinemática direta e diferencial. Para o controle utilizou-se as técnicas do controle de torque computado e para a síntese do observador de estados utilizou-se o filtro de Kalman em seu formato para equações não lineares. Por fim, é possível realizar a comprovação da medição via software MATLAB, o qual gerou resultados e gráficos de acordo com o esperado pela teoria.The evolution of robotic solutions implies interaction with the environment, hence the need to measure the contact force between the robot. Industrial manipulators have sophisticated force sensors, but also of high value and considerable weight. In contrast, mobile robotics brings with it the need for cheaper and more slights solutions. One approach to solve the problem is the use of state observers, which allow, from some measurements, to estimate the value of variables of interest. Then, this work deals with the problem of estimating the force of a 2 DoF manipulator, which was chosen as an object of study due to its simplicity and applicability in small robots, as is the case for example of quadrotor. The solution starts with the development of the kinematic and dynamic models of the manipulator, followed by the synthesis of a controller, and then moves on to the development of a state estimator. In this work, the Kalman Unscented filter was chosen for it is good performance with nonlinear systems. The results are presented to prove the performance of the proposal, which proved to be satisfactory. In this way, when using the mathematical model of a robotic manipulator with 2 degrees of freedom together with a state estimator, it is possible to obtain the force in the end effector in relation to the torques of the motors. For the mathematical model, the formulation of Euler-Lagrange was used, as well as the techniques of direct and differential kinematics. For the control, the techniques of computed torque control were used and for the synthesis of the state observer, the Kalman filter was used in it is format for nonlinear equations. Finally, it is possible to verify the measurement via MATLAB software, which generated results and graphs as expected by the theory.Blumenau, SCEl’Youssef, Ebrahim SamerUniversidade Federal de Santa CatarinaMiguel, Felipe Antonio2022-07-19T11:00:58Z2022-07-19T11:00:58Z2022-06-01info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis60application/pdfhttps://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/236709info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSC2022-07-19T11:00:58Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/236709Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732022-07-19T11:00:58Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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