Orientador: Juan Francisco Camino dos Santos

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

Resumo: Esta tese trata do problema de controle de trajetórias de robôs móveis não holonômicos com deslizamento longitudinal das rodas. As estratégias de controle propostas são projetadas usando dois modelos, um cinemático e um dinâmico, que consideram os deslizamentos longitudinais das rodas como...

Resumo: Esta tese trata do problema de controle de trajetórias de robôs móveis não holonômicos com deslizamento longitudinal das rodas. As estratégias de controle propostas são projetadas usando dois modelos, um cinemático e um dinâmico, que consideram os deslizamentos longitudinais das rodas como parâmetros desconhecidos. A primeira estratégia de controle consiste em um controlador adaptativo projetado com base em um modelo cinemático que utiliza como entrada de controle, as velocidades angulares das rodas. Essas velocidades angulares são fornecidas por uma lei de controle cinemática que utiliza estimativa dos parâmetros de deslizamento desconhecidos, obtidas por meio de uma lei de adaptação. A segunda estratégia de controle consiste em um controlador adaptativo projetado com base em um modelo dinâmico simplificado que utilizam como entrada de controle, forças de propulsão aplicadas no centro das rodas. A lei de controle, que fornece essas forças, é projetada aplicando-se a técnica backstepping ao modelo dinâmico reduzido, que foi obtido com a utilização do método da dinâmica inversa. Os parâmetros de deslizamento longitudinal desconhecidos, necessários para a utilização do método da dinâmica inversa, são estimados por uma lei de adaptação. O filtro de Kalman unscented também é utilizado para estimar os parâmetros de deslizamento desconhecidos. Essas estimativas são utilizadas, da mesma forma que as estimativas obtidas pela lei de adaptação, nas leis que fornecem as velocidades angulares e as forças de propulsão das rodas. As estratégias propostas, baseadas na teoria de controle adaptativo e na teoria de filtragem, diferenciam-se basicamente pela técnica que utilizam para estimar os parâmetros de deslizamento. No caso das estratégias adaptativas, a estabilidade do sistema em malha fechada é garantida pela teoria de Lyapunov. Simulações numéricas são realizadas para apresentar o desempenho das estratégias de controle propostas em termos do erro de postura do robô para diferentes perfis de deslizamento

Abstract: This thesis deals with the trajectory tracking control problem of nonholonomic mobile robots with longitudinal slip of the wheels. The proposed control strategies are designed using a kinematic model and a dynamic model which consider the longitudinal slip of the wheels as unknown...

Abstract: This thesis deals with the trajectory tracking control problem of nonholonomic mobile robots with longitudinal slip of the wheels. The proposed control strategies are designed using a kinematic model and a dynamic model which consider the longitudinal slip of the wheels as unknown parameters. The first proposed control strategy consists in an adaptive controller based on a kinematic model that uses the wheel angular velocities as control input. These angular velocities are provided by a kinematic control law which uses the unknown slip parameters estimated by an adaptive rule. The second proposed control strategy consists in an adaptive controller based on a simplified dynamic model that uses the thrust forces applied on the center of the wheels as control input. The control law that provides these thrust forces is designed using the backstepping technique applied to a reduced dynamic model obtained using the inverse dynamic method. The unknown longitudinal slip parameters necessary to use the inverse dynamic method are estimated by an adaptation rule. The unscented Kalman filter is also used to estimate the unknown slip parameters. These estimates are used, in the same way as the estimates obtained by the adaptation rule, by the control laws that provide the angular velocities and the thrust forces. The main difference between the proposed control strategies, based on the adaptive control theory and on the filtering theory, is given by the technique used to estimate the slip parameters. In the case of the adaptive strategies, the stability of the closed-loop system is ensured by the Lyapunov theory. Numerical simulations show the performance of the proposed control strategies in terms of the posture error of the robot with different wheels slip profiles