Estabilização do caminhar de um robô bípede de 5 elos com compensação do movimento dorsal

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.Este trabalho foca na análise e controle, no plano sagital, do caminhar de um robô bípede subatuado de 5 elos, a partir dos conceitos de energias mecânicas envolvida no movimento, trazendo duas contribuições. A principal contribuição foi propor o aproveitamento da posição relativa dorsal do robô para a compensação de momentos que conduz a um caminhar estável para qualquer horizonte de tempo de simulação. O sistema é controlado por meio da técnica de torque computado aliada a um controlador proporcional derivativo. A segunda contribuição foi a modificação do controlador PD para evitar que ocorra hiperextensão do joelho do robô, na sua perna de apoio com o solo. Para a obtenção dos resultados numéricos foi desenvolvido um simulador do robô. A robustez da estratégia adotada é verificada via simulações. This work focuses on the analisys and control, in the sagittal plane, of the gait of an underactuated 5-link bipedal robot, based on the concepts of the mechanical energies involved in the movement, bringing two contributions. The major contribution was the proposal of the usage of the robots relative dorsal position for the moments compensation that conduces to a stable walk for any simulation's time horizon. The system is controlled by means of the control torque technique together with a proportional derivative controller. The second contribution was the modification of the PD controller in order to avoid hyperextension at the robot's knee supporting leg. For numerical results a simulator was developed. Robustness of the adopted strategy is verified through simulations

Identification et commande pour l'atténuation des vibrations du robot parallèle Par2

The parallel robot Par2, conceived for high-speed and high-accuracy industrial pick-and-place operations, is subject to severe vibrations at the end of a trajectory. In order to minimize these vibrations, the use of piezoelectric patches wrapped around the robot arms is proposed. The open loop identification of the flexible modes of the robot, charged with 2,5kg and at the stop position, is performed by means of a subspace-based technique. Two models are identified, one for the controller synthesis and another one for validation in simulation. Some stabilizing controllers are obtained and compared for two control strategies: mixed H8 sensitivity and H8 Loop Shaping. The robustness of the controllers is tested for different trajectory and charge conditions. An anti-windup strategy is employed to correct the action of a controller when it shows no robustness to some limit situations. Some simulation and experimental results allow comparing the effectiveness of the controllers.Le robot parallèle Par2, conçu pour des opérations industrielles de prise et dépôt à haute vitesse et haute précision, subit des vibrations importantes à la fin d'un déplacement. Pour minimiser ces vibrations, l'utilisation d'éléments piézo-électriques autour des bras du robot est proposée. L'identification en boucle ouverte des modes flexibles du robot, à 2,5kg de charge sur la nacelle et à la position d'arrêt, est faite en utilisant une technique basée sur les sousespaces. Deux modèles sont identifiés, un pour la synthèse des contrôleurs et un autre pour leur validation en simulation. Des contrôleurs stabilisant la boucle fermée sont obtenus et comparés pour deux stratégies de commande: H8 à sensibilité mixte et H8 Loop Shaping. La robustesse des contrôleurs est ensuite testée pour différentes trajectoires et conditions de charge. Une stratégie anti-windup est mise en place pour corriger l'action d'un contrôleur lorsqu'il ne s'avère pas robuste pour certaines situations limites. Des résultats en simulations et expérimentaux permettent de comparer l'efficacité des contrôleurs

Identification and control for vibration damping of parallel robot Par2

Le robot parallèle Par2, conçu pour des opérations industrielles de prise et dépôt à haute vitesse et haute précision, subit des vibrations importantes à la fin d'un déplacement. Pour minimiser ces vibrations, l'utilisation d'éléments piézo-électriques autour des bras du robot est proposée. L'identification en boucle ouverte des modes flexibles du robot, à 2,5kg de charge sur la nacelle et à la position d'arrêt, est faite en utilisant une technique basée sur les sous-espaces. Deux modèles sont identifiés, un pour la synthèse des contrôleurs et un autre pour leur validation en simulation. Des contrôleurs stabilisant la boucle fermée sont obtenus et comparés pour deux stratégies de commande: H∞ à sensibilité mixte et H∞ Loop Shaping. La robustesse des contrôleurs est ensuite testée pour différentes trajectoires et conditions de charge. Une stratégie anti-windup est mise en place pour corriger l'action d'un contrôleur lorsqu'il ne s'avère pas robuste pour certaines situations limites. Des résultats en simulations et expérimentaux permettent de comparer l'efficacité des contrôleursThe parallel robot Par2, conceived for high-speed and high-accuracy industrial pick-and-place operations, is subject to severe vibrations at the end of a trajectory. In order to minimize these vibrations, the use of piezoelectric patches wrapped around the robot arms is proposed. The open loop identification of the flexible modes of the robot, charged with 2,5kg and at the stop position, is performed by means of a subspace-based technique. Two models are identified, one for the controller synthesis and another one for validation in simulation. Some stabilizing controllers are obtained and compared for two control strategies: mixed H∞ sensitivity and H∞ Loop Shaping. The robustness of the controllers is tested for different trajectory and charge conditions. An anti-windup strategy is employed to correct the action of a controller when it shows no robustness to some limit situations. Some simulation and experimental results allow comparing the effectiveness of the controller

Identification et commande pour l'atténuation des vibrations du robot parallèle par2

Le robot parallèle Par2, conçu pour des opérations industrielles de prise et dépôt à haute vitesse et haute précision, subit des vibrations importantes à la fin d'un déplacement. Pour minimiser ces vibrations, l'utilisation d'éléments piézo-électriques autour des bras du robot est proposée. L'identification en boucle ouverte des modes flexibles du robot, à 2,5kg de charge sur la nacelle et à la position d'arrêt, est faite en utilisant une technique basée sur les sous-espaces. Deux modèles sont identifiés, un pour la synthèse des contrôleurs et un autre pour leur validation en simulation. Des contrôleurs stabilisant la boucle fermée sont obtenus et comparés pour deux stratégies de commande: H à sensibilité mixte et H Loop Shaping. La robustesse des contrôleurs est ensuite testée pour différentes trajectoires et conditions de charge. Une stratégie anti-windup est mise en place pour corriger l'action d'un contrôleur lorsqu'il ne s'avère pas robuste pour certaines situations limites. Des résultats en simulations et expérimentaux permettent de comparer l'efficacité des contrôleursThe parallel robot Par2, conceived for high-speed and high-accuracy industrial pick-and-place operations, is subject to severe vibrations at the end of a trajectory. In order to minimize these vibrations, the use of piezoelectric patches wrapped around the robot arms is proposed. The open loop identification of the flexible modes of the robot, charged with 2,5kg and at the stop position, is performed by means of a subspace-based technique. Two models are identified, one for the controller synthesis and another one for validation in simulation. Some stabilizing controllers are obtained and compared for two control strategies: mixed H sensitivity and H Loop Shaping. The robustness of the controllers is tested for different trajectory and charge conditions. An anti-windup strategy is employed to correct the action of a controller when it shows no robustness to some limit situations. Some simulation and experimental results allow comparing the effectiveness of the controllersTOULOUSE-INSA-Bib. electronique (315559905) / SudocSudocFranceF

Identification and Vibration Attenuation for the Parallel Robot Par2

International audiencePar2 is a two-degree-of-freedom parallel robot designed for high-speed and high-accuracy industrial pick-and-place operation tasks. As a result of the high acceleration trajec-tories, the end-effector undergoes some undesirable vibrations after reaching the stop positions, compromising its precision and leading therefore to an increase in the operation cycle time. Accelerometer sensors placed on the end-effector and piezoelectric patch actuators wrapped around the robot arms are employed in order to actively reduce these vibrations in a non-collocated closed-loop setting. After submitting the robot to an identification procedure, the obtained nominal model is used to synthesize a reduced order controller with the H ∞ Loop Shaping technique. Performance analysis as well as simulation and experimental results exhibit that vibration reduction is achieved around the nominal operating point, but fails for some extreme operating points, due to high control efforts. An anti-windup strategy is then employed to deal with the saturation of the actuator, which allows to achieve vibration attenuation on the whole operation domain, for a given configuration of the robot at the stop point