A novel dual quaternion based Newton-Euler inverse dynamics algorithm

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Farias, Cristiana Miranda de
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/47469
Resumo: Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2019.
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spelling A novel dual quaternion based Newton-Euler inverse dynamics algorithmUm novo método para o algorítmo de Newton-Euler para dinâmica inversa beaseado em quaternios duaisQuatérnios duaisRobóticaDinâmica inversaManipuladores robóticosModelamento dinâmicoDissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2019.seriais é explorado e reformulado no contexto da álgebra dos Quatérnios Duais — como o dqRNEA (dual quaternion based Recursive Newton-Euler inverse dynamics). Aqui nós estruturamos a descrição da cinemática para fase direta a partir da álgebra de screws e deslocamentos de linha ao invés da já bem estabelecida parametrização de Denavit-Hartemberg. Dessa maneira, garantimos melhor eficiência e modelos dinâmicos mais simples. Além disso, a iteração inversa do algoritmo usa os valores calculados anteriormente para estimar os torques no espaço da junta. Também apresentamos uma solução fechada para o dqRNEA, ou seja, reformulamos o problema recursivo como uma equação fechada baseada em matrizes de quatérnios duais. A fim de formalizar tal equação, definimos algumas das propriedades algébricas para vetores de quatérnios duais e matrizes de quatérnios duais. Além disso, com uma formulação fechada do dqRNEA, também é possível formalizar um esquema de controle de dinâmica inversa para o sistema. Ou seja, um método de linearização por feedback para controlar os torques do manipulador serial no espaço das juntas. Finalmente, este trabalho também aborda a questão da validação do algoritmo, tanto em termos de eficiência quanto em termos de funcionalidade. Com o objetivo de validar eficiência, é feita uma análise de custo computacional das principais operações de Quatérnios Duais e do dqRNEA como um todo. Estes resultados são comparado com outros da literatura. Para melhorar ainda mais o custo, também foi reformulada a operação adjunta, de modo que ela requeira menos operações em sua execução. Para validar as funcionalidades do controlador, foi criado um pacote MATLAB para executar o algoritmo dqRNEA, tanto da formulação recursiva quanto na fechada, e testamos ambos junto a outros métodos na literatura e com o controle de dinâmica inversa.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).In this manuscript, the well known recursive Newton- Euler inverse dynamics algorithm for serial manipulators is explored and reformulated into the context of the algebra of Dual Quaternions—as the dqRNEA (dual quaternion based Recursive Newton-Euler inverse dynamics). Here we structure the forward kinematic description with screws and line displacements rather than the well established Denavit-Hartemberg parameters, thus accounting better efficiency, compactness and simpler dynamical models. Furthermore, the backwards iteration uses the previously calculated values for estimating the joint space torques. We also present a closed solution for the dqRNEA, that is, we reformulate the recursive problem as a closed equation based on dual quaternion-matrices. In order to accomplish such an endeavor, we formalize some of the algebra for dual quaternion-vectors and dual quaternion-matrices. Moreover, with a closed formulation of the dqRNEA we are also capable of creating a dual quaternion based formulation for the computed torque control, a feedback linearization method for controlling a serial manipulator’s torques in the joint space. In addition, this manuscript also covers the matter of validating the algorithm, both in terms of efficiency and in terms of functionality. Aiming to accomplish the former a computational cost analysis of the main Dual Quaternions operations and of the Newton-Euler inverse dynamics algorithm as a whole is made and compared with other results in the literature. To further improve on cost, we also reformulate the adjoint operation to run with fewer operations. To validate the functionality of our controller we create a MATLAB package to run the dqRNEA algorithm in both the recursive and closed formulation, and we test it both against other methods in the literature and with the computed torque control.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Elétrica (FT ENE)Programa de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaIshihara, João YoshiyukiFarias, Cristiana Miranda de2024-01-23T21:53:28Z2024-01-23T21:53:28Z2024-01-232019-07-02info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfFARIAS, Cristiana Miranda de. A novel dual quaternion based Newton-Euler inverse dynamics algorithm. 2019 f., il. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) — Universidade de Brasília, Brasília, 2019.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/47469enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-01-23T21:53:28Zoai:repositorio.unb.br:10482/47469Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-01-23T21:53:28Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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