Modelling, identification and control for the robotic manipulator UR3

Trabalho de conclusão de curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Curso de Graduação em Engenharia de Controle e Automação, 2020.A utilização de robôs manipuladores em situações de cooperação com humanos ou outros robôs requer um extenso conhecimento sobre a sua dinâmica para que seja possível garantir algum grau de segurança para as pessoas ou equipamentos envolvidos. Além das equações que relacionam as forças aplicadas com o movimento obtido, é preciso conhecer os parâ- metros dinâmicos do robô caso não sejam fornecidos, para, por fim, ser possível realizar controladores que busquem garantir tal segurança. Neste trabalho foi utilizada a dinâmica de Newton-Euler para escrever as equações dinâmicas do robô manipulador UR3. Então foi feita a simplificação das equações em formato simbólico para ser possível separar os termos lineares dos não lineares para finalmente realizar o processo de identificação dos parâmetros dinâmicos desconhecidos utilizando experimentos feitos pelo Pedro Garcia. Por fim foram apresentadas duas arquiteturas de controle cinemático de trajetória que levam em conside- ração a dinâmica do robô: Controle do ângulo de rotação das juntas e controle de posição e orientação da ferramenta. Ambos os controladores foram testados apenas em ambiente de simulação sendo que o primeiro obteve resultados satisfatórios, enquanto o segundo obteve problemas com a componente de controle de orientação. A partir destes controladores de posição será possível criar novas arquiteturas para realizar o controle de torque nas juntas e de força de contato da ferramenta em trabalhos futuros, possibilitando a cooperação entre robôs ou entre humanos e robôs de forma mais segura.To be able to use robotic manipulators in situations that require human-robot or robot-robot cooperation is necessary to have an extensive knowledge about its dynamic as to be possible to ensure some degree of safety to the people or equipment involved. Beyond the equa- tions that connect the applied force with the obtained movement it’s necessary to know the dynamic parameters of the robot if those are not provided to finally be able to design con- trollers that seek to ensure the said safety. In this work it was utilized the Newton-Euler parametrization to write the UR3 robot dynamic equations, then was made the symbolic simplification to separate the linear terms form the nonlinear for then perform the unknown parameters identification process using Pedro Garcia’s experimental results. Lastly, two dif- ferent controllers architecture was presented: joint angle position control and tool position and orientation control. Both controllers ware tested only in simulation environment. The first one achieved good results while the last one had problems with the orientation compo- nent. From those controllers it’s possible to design a joint torque controller and a tool contact force controller enabling a safer cooperation between humans and robots