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Laboratorio di Automatica

Alcuni temi per tesi BIAR in Automazione e Robotica

Prof. Alessandro De Luca [email protected]

Laboratorio di Automatica 25.2.2016

Sommario - 1

!  esperimenti con un sensore di forza/coppia su robot !  finora, una tesi sulla calibrazione del sensore ATI Mini45 !  controllo del contatto e regolazione di forza !  esplorazione/identificazione di contorni mediante sensore !  slides 4-10

!  prove con e uso di attuatori a cedevolezza variabile !  controllo simultaneo di rigidezza e posizione con un Qbmove !  ...anche in simulazione (Simulink/Matlab) !  assemblaggio di due Qbmove in una struttura articolata (robot) !  controllo coordinato di più gradi di libertà !  slides 11-16

Laboratorio di Automatica 25.2.2016 2

Sommario - 2

!  controllo a tempo minimo di robot su cammino assegnato !  trattazione cinematica con comandi limitati in accelerazione !  con o senza vincoli di velocità dei giunti !  nello spazio dei giunti o nello spazio cartesiano !  robot 2R planare o 3R spaziale !  slides 17-19 + appunti manoscritti

!  supervisione guidata da eventi di controllori a tempo continuo per robot !  automa o rete di Petri guidata da eventi (e dallo stato del robot)

per lo switch tra fasi/strategie di controllo per compiti complessi !  stabilizzazione a configurazione di un robot 2R sotto-attuato !  scelta delle priorità dei compiti simultanei per un robot ridondante !  slides 20-23 (con articoli scientifici a parte)


Sensore 6D di forza/coppia (F/T)

!  serie ATI !  costo: circa 5 K! per il

modello Mini45


Sensore 6D di forza/coppia + robot

!  unità elettronica di filtraggio segnali e relative elaborazioni !  montaggio al “polso” di un robot manipolatore

flangia di montaggio (sull’ultimo asse del manipolatore) terna di misura

(solidale al sensore)


Usi tipici di un sensore F/T in ambito industriale


Assemblaggio con sensore F/T

video https://youtu.be/4Ro6rQbePqE robot ABB con sensore F/T ATI


Controllo combinato con uso di sensori di visione e forza

video MovingPlate2.mp4, materiale del corso Robotics 1: 05_Rob1_Video.zip

robot KUKA LWR con telecamera e sensore F/T (demo @ IEEE ICRA’07, Roma)


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Calibrazione di un sensore F/T

forze/coppie misurate nella terna solidale al sensore

matrice di calibrazione

segnali in uscita agli estensimetri

(ponti di Wheatstone) trasformazione delle misure dalla terna

del sensore ad una di utente (carico/contatto)

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Sensore ATI Mini45 e KUKA LWR c/o Laboratorio di Robotica DIAG


Attuatore a cedevolezza variabile

!  attuatore Qbmove !  prototipo Variable Stiffness

Actuator (VSA) da spin-off dell’Università di Pisa

!  due motori per il controllo simultaneo di movimento e cedevolezza (1/rigidezza)

!  basso costo e compatto !  progetto open source HW/SW !  modulare e componibile !  modello dinamico e simulatore

movimentazione di un braccio

puleggia di uscita a cui applicare un carico

interfacce standard di comunicazione e alimentazione

Matlab

Simulink



schema di principio: agonista-antagonista

trasmissione elastica non lineare



Prima modalità: -  riferimento variabile

per la posizione -  riferimento costante

per la rigidezza

Seconda modalità: -  riferimento sinusoidale

per la rigidezza -  riferimento costante

per la posizione



Esperimenti: riferimento variabile per la posizione, costante per la rigidezza

controllore PID controllore PID + feedforward



Esperimenti: riferimento sinusoidale per la rigidezza, costante per la posizione

controllore PID controllore PID + feedforward


Robot con Qbmove combinati

3 video Università di Pisa:

anche altri in playlist VSA CubeBot

https://www.youtube.com/playlist?list=PLfo0T9jz8_FJUg6u34uhVR-f8fkqN21sC Laboratorio di Automatica 25.2.2016 16

Controllo cinematico a tempo minimo di robot: punto-punto (PTP) e su cammino

video https://youtu.be/o43AXQdfuQI

video https://youtu.be/8bx1DsAOC1A

moto su cammino cartesiano assegnato (qui lineare a tratti)

moto da fermo a fermo tra configurazione iniziale

e finale dei giunti


Controllo cinematico a tempo minimo di robot su cammino assegnato

vedi pdf allegato con appunti manoscritti (11 pagine) su diverse possibili formulazioni di problemi di controllo ottimo di questo tipo


Controllo dinamico di robot: a tempo minimo e a minima energia

video Manutec_PTP_MinTime.mpg

video Manutec_PTP_MinEnergy.mpg

moto PTP (Point-To-Point) con

vincoli di coppia ai motori

moto PTP (Point-To-Point) a minima energia totale con vincoli di coppia ai motori

sono problemi più complessi, con dinamica, adatti per la laurea magistrale in Control Engineering

materiali del corso Robotics 2: 05_Rob2_Videos.zip Laboratorio di Automatica 25.2.2016 19

Supervisore nel controllo di robot


Robot

Supervisore

Controllore (switched)

strategia/fase 1

strategia/fase 2

strategia/fase m

....

+

－

stato/eventi

riferimenti (obiettivi)

uscite (prestazioni)

!  esempi di supervisori basati su eventi !  decide le transizioni da una fase di controllo alla successiva in base

all’errore e a condizioni di contrazione (controllo di robot sotto-attuati) !  sceglie una tra più strategie di controllo in base allo stato del robot e agli

obiettivi (controllo di robot ridondanti per task multipli con priorità)

codifica della prossima legge istanti temporali di switch

Controllo di robot sotto-attuati

3 video AIST Tsukuba: vedi https://staff.aist.go.jp/h.arai/uam_e.html

2R planare con 1 solo motore alla base ⇒ controllo molto difficile!

3R planare con 2 motori (il terzo giunto è passivo) ⇒ relativamente più semplice...

si pianifica e si controlla il moto del “centro di percussione”

del terzo braccio


Controllo di robot sotto-attuati schema iterativo per contrazioni successive

2R con 1 solo motore alla base, in moto su un piano orizzontale


Controllo di robot ridondanti c/o Laboratorio di Robotica DIAG

8 video nella playlist Kinematic control of redundant robots https://www.youtube.com/playlist?list=PLvAUmIzqq6oZDshns-3fbhaZjATUFQfIU


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