Orientador: João Maurício Rosário, Didier Dumur

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica

Resumo: Este trabalho visa o desenvolvimento, síntese e aplicação de um controlador baseado em controle preditivo generalizado para rastreamento de trajetórias de robôs paralelos. A finalidade é melhorar o desempenho dinâmico do robô paralelo através do desenvolvimento de controladores avançados que...

Resumo: Este trabalho visa o desenvolvimento, síntese e aplicação de um controlador baseado em controle preditivo generalizado para rastreamento de trajetórias de robôs paralelos. A finalidade é melhorar o desempenho dinâmico do robô paralelo através do desenvolvimento de controladores avançados que considerem características do robô tais como não-linearidades da dinâmica, incertezas paramétricas e distúrbios externos. Inicialmente é revisada a formulação do modelo dinâmico do robô paralelo que envolve: modelo geométrico, cinemático e dinâmico. À continuação é realizado o projeto dos controladores de posição no espaço das juntas: controladores de torque computado com PID na forma RST, controlador preditivo generalizado e robustificação com os parâmetros de Youla. A seguir, a dinâmica do robô paralelo e os controladores desenvolvidos são simulados no ambiente MATLAB/Simulink. Finalmente, é realizada a implementação experimental e validação dos controladores no robô Orthoglide no laboratório de robótica do IRCCyN, École Centrale de Nantes. O controlador preditivo generalizado robustificado melhora a resposta dinâmica em relação ao controlador de torque computado que tem sido amplamente utilizado nesta classe de robôs. Os resultados obtidos através da implementação experimental da lei de controle preditiva robustificada no robô Orthoglide e testes experimentais indicam que o desempenho dinâmico do robô é melhorado em termos das seguintes caraterísticas: precisão no rastreamento de trajetórias típicas para usinagem no espaço de trabalho, estas trajetórias são executadas com diferentes acelerações máximas; robustez a variação dos parâmetros do robô tais como mudança da carga na plataforma móvel, obtendo desta forma uma melhor regulação; e finalmente, atenuação do efeito do ruído de medição nos sensores no sinal de controle dos atuadores durante a execução de um movimento. Os resultados experimentais mostraram que o controlador preditivo generalizado robustificado aplicado no robô Orthoglide é eficiente frente as incertezas paramétricas e restrições no domínio do tempo, melhorando assim o desempenho dinâmico do robô com um custo computacional equivalente ao controle de torque computado

Abstract: This thesis addresses the development and application of a controller based on generalized predictive control to track a desired trajectory using parallel robots. The main purpose of this thesis is to improve the dynamical behavior with an advanced controller which considers the proper...

Abstract: This thesis addresses the development and application of a controller based on generalized predictive control to track a desired trajectory using parallel robots. The main purpose of this thesis is to improve the dynamical behavior with an advanced controller which considers the proper characteristics of the parallel robot such as no linear dynamics, parameters uncertainties and external disturbances. This work is divided into four parts. A first part formulates the complete dynamical model of the parallel robot, considering the geometrical, kinematic and dynamic modelling. Then, the joint space control is performed for the parallel robot using the computed torque controller in the RST form and the robustified generalized predictive control via Youla parameterization. A third part shows the simulation of the dynamic of the robot with the controllers in MATLAB/Simulink to establish a comparison between controllers. Finally, the controllers are implemented in the prototype and some experiments are performed on the Orthoglide robot at the laboratory of robotics, IRCCyN, Ecole Centrale de Nantes to assess the dynamic performance of the controllers. The experimental results show that the robustification of the generalized predictive control against parametric uncertainties including time domain constraints improves the dynamical behavior of the parallel robots. The experimental results shows that the the robustified generalized predictive control enhances the dynamic performance of is in terms of: tracking accuracy of trajectories used in milling process; robustness to parameters variation such as payload changing (on the end effector), therefore, a better regulation is obtained; and finally, attenuation of noise due to sensor measurement in control. Additionally, the robustification of the generalized predictive control applied on the Orthoglide robot improves the dynamical behavior compared to controllers widely used in parallel robots such as computed torque control with and equivalent computational cost