Laboratorio di Automatica Alcuni temi per tesi BIAR in Automazione e Robotica Prof. Alessandro De Luca deluca@diag.uniroma1.it 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) Laboratorio di Automatica 25.2.2016 3
Sensore 6D di forza/coppia (F/T)! serie ATI! costo: circa 5 K! per il modello Mini45 Laboratorio di Automatica 25.2.2016 4
Sensore 6D di forza/coppia + robot! unità elettronica di filtraggio segnali e relative elaborazioni! montaggio al polso di un robot manipolatore terna di misura (solidale al sensore) flangia di montaggio (sull ultimo asse del manipolatore) Laboratorio di Automatica 25.2.2016 5
Usi tipici di un sensore F/T in ambito industriale Laboratorio di Automatica 25.2.2016 6
Assemblaggio con sensore F/T robot ABB con sensore F/T ATI video https://youtu.be/4ro6rqbepqe Laboratorio di Automatica 25.2.2016 7
Controllo combinato con uso di sensori di visione e forza robot KUKA LWR con telecamera e sensore F/T (demo @ IEEE ICRA 07, Roma) video MovingPlate2.mp4, materiale del corso Robotics 1: 05_Rob1_Video.zip Laboratorio di Automatica 25.2.2016 8
Calibrazione di un sensore F/T s f x s µ x " $ $ $ $ $ $ # $ s f x s f y s f z s µ x s µ y s µ z % ' ' ' ' ' ' & ' s f y s µ y s µ z s f z forze/coppie misurate nella terna solidale al sensore matrice di calibrazione " $ # c f c c µ c % ' = & " c R s O %" $ # S( c r cs ) c R c ' $ s R s &# s f s s µ s trasformazione delle misure dalla terna del sensore ad una di utente (carico/contatto) % ' & segnali in uscita agli estensimetri (ponti di Wheatstone) Laboratorio di Automatica 25.2.2016 9
Sensore ATI Mini45 e KUKA LWR c/o Laboratorio di Robotica DIAG Laboratorio di Automatica 25.2.2016 10
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 puleggia di uscita a cui applicare un carico movimentazione di un braccio interfacce standard di comunicazione e alimentazione Matlab Simulink Laboratorio di Automatica 25.2.2016 11
Attuatore a cedevolezza variabile schema di principio: agonista-antagonista trasmissione elastica non lineare Laboratorio di Automatica 25.2.2016 12
Attuatore a cedevolezza variabile Prima modalità: - riferimento variabile per la posizione - riferimento costante per la rigidezza Seconda modalità: - riferimento sinusoidale per la rigidezza - riferimento costante per la posizione Laboratorio di Automatica 25.2.2016 13
Attuatore a cedevolezza variabile Esperimenti: riferimento variabile per la posizione, costante per la rigidezza controllore PID controllore PID + feedforward Laboratorio di Automatica 25.2.2016 14
Attuatore a cedevolezza variabile Esperimenti: riferimento sinusoidale per la rigidezza, costante per la posizione controllore PID controllore PID + feedforward Laboratorio di Automatica 25.2.2016 15
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 moto da fermo a fermo tra configurazione iniziale e finale dei giunti moto su cammino cartesiano assegnato (qui lineare a tratti) video https://youtu.be/8bx1dsaoc1a Laboratorio di Automatica 25.2.2016 17
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 Laboratorio di Automatica 25.2.2016 18
Controllo dinamico di robot: a tempo minimo e a minima energia sono problemi più complessi, con dinamica, adatti per la laurea magistrale in Control Engineering moto PTP (Point-To-Point) con vincoli di coppia ai motori video Manutec_PTP_MinTime.mpg video Manutec_PTP_MinEnergy.mpg moto PTP (Point-To-Point) a minima energia totale con vincoli di coppia ai motori materiali del corso Robotics 2: 05_Rob2_Videos.zip Laboratorio di Automatica 25.2.2016 19
Supervisore nel controllo di robot codifica della prossima legge istanti temporali di switch + riferimenti (obiettivi) Controllore (switched) Supervisore strategia/fase 1 strategia/fase 2... strategia/fase m stato/eventi Robot 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) Laboratorio di Automatica 25.2.2016 20
Controllo di robot sotto-attuati 2R planare con 1 solo motore alla base controllo molto difficile! 3R planare con 2 motori (il terzo giunto è passivo) relativamente più semplice... 3 video AIST Tsukuba: vedi https://staff.aist.go.jp/h.arai/uam_e.html si pianifica e si controlla il moto del centro di percussione del terzo braccio Laboratorio di Automatica 25.2.2016 21
Controllo di robot sotto-attuati schema iterativo per contrazioni successive 2R con 1 solo motore alla base, in moto su un piano orizzontale Laboratorio di Automatica 25.2.2016 22
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 Laboratorio di Automatica 25.2.2016 23