Modelagem e controle de corpo completo usando álgebra de quatérnios duais aplicados e um manipulador móvel
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Luciano Cunha de Araujo Pimenta
Douglas Guimaraes Macharet
Douglas Guimaraes Macharet
Resumo
Esta dissertação visa implementar uma técnica de modelagem e controle de corpo completo para um manipulador móvel composto por um robô manipulador de cinco graus de liberdade acoplado a um robô móvel não holonômico de tração diferencial de três graus de liberdade. A modelagem baseia-se na álgebra de quatérnios duais para encontrar os modelos cinemáticos direto e diferencial da cadeia cinemática heterogênea serialmente acoplada. Um controlador cinemático | no qual a referência é dada pelo quatérnio dual representando a pose do efetuador | produz o movimento do robô e utiliza o Jacobiano do corpo completo para gerar simultaneamente o sinal de controle de todos os graus de liberdade da cadeia cinemática redundante. Além disso, visando melhorar o desempenho do controlador e ampliar sua região de convergência, propõe-se uma estrutura de controle em cascata, na qual a malha mais interna leva em consideração as restrições de não holonomia da base móvel por meio de um controlador com linearização entrada-saída. Com o objetivo de se avaliar o desempenho dos algoritmos implementados, foram realizados simulações computacionais e experimentos em um manipulador móvel real. Os resultados obtidos do ponto de vista experimental mostraram-se aceitáveis, demonstrando assim a validade da técnica de modelagem e controle de corpo completo baseada na álgebra de quatérnios duais.
Abstract
The goal of this dissertation is to implement a technique of whole-body modeling and control for a mobile manipulator composed of a robotic manipulator with five degrees of freedom coupled to a non-holonomic mobile robot with differential traction and three degrees of freedom. The modeling is based on the dual quaternion algebra for finding the foward and differential kinematic models of the heterogeneous serial kinematic chain. A kinematic controller-in which the reference is given by the dual quaternion representing the end-effector pose-produces the robot movement and uses the whole-body Jacobian to generate, simultaneously, the control signal for all degrees of freedom of the redundant kinematic chain. Moreover, in order to improve the controller performance and extend its convergence region, we propose a cascade control in which the inner loop takes into consideration the non-holonomic constraints of the mobile robot by means of an inputoutout linearization controller. In order to evaluate the performance of the implemented algorithms, computer simulations and experiments on a real mobile manipulator were performed. The results obtained from the experimental point of view are shown to be acceptable, demonstrating the validity of the technique of whole-body modeling and control based on dual quaternion algebra.
Assunto
Engenharia elétrica
Palavras-chave
Engenharia Elétrica