Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/23224
Type: Dissertação
Title: Real-time path-constrained trajectory planning for robot manipulators with energy budget optimization
Author(s)/Inventor(s): Cunha, Danilo Vannier
Advisor: Lizarralde, Fernando Cesar
Abstract: Otimização de trajetórias é um tema de grande relevância na comunidade de robótica. Várias aplicações industriais têm limitação de energia, como equipamentos submarinos e veículos elétricos. Essa dissertação considera o rastreamento de trajetórias de caminho fixo de manipuladores robóticos onde as trajetórias são otimizadas para utilizar-se um limite pré-definido de energia. A estratégia proposta é baseada na técnica de horizonte móvel do controle preditivo utilizando-se de uma parametrização do caminho que reduz a dimensão para uma variável. A dinâmica da trajetória parametrizada é governada por um sistema linear que pode ser considerado como um parâmetro de controle. Em seguida, uma função de energia baseada no conceito de trabalho e uma função de custo são definidas. Com isso, o controle é feito associando-se controle preditivo com o método de Newton minimizando-se então a função de custo em tempo real. Além disso, a técnica de torque computado é empregada para linearizar o sistema. A solução proposta é também formulada no espaço de trabalho do manipulador permitindo-se o uso de controle cinemático, o que é fundamental considerando-se que vários manipuladores industriais permitem apenas controle de velocidade. A solução proposta nessa dissertação foi verificada por meio de simulações numéricas. Resultados experimentais com um manipulador de quatro graus de liberdade ilustram a aplicabilidade da solução proposta.
Abstract: Trajectory optimization is of great relevance for the robotics community. Many industry applications have energy limitations, such as subsea installed equipment or electric vehicles. This dissertation considers the optimization of path-constrained trajectory for robot manipulators with limited energy budget. The proposed strategy is based on a Nonlinear Receding Horizon Predictive Control (NRHPC) using a path parameterization of dimension one. The dynamic of the parameterized trajectory is governed by a predefined linear system, then an energy and a cost functions are defined and a NRHPC based on a Newton method is used to minimize the cost function in real time. A computed torque linearization scheme is considered to simplify the Newton method. The solution is also formulated in the manipulator task space permitting to be used with a kinematic control scheme, which is fundamental since many industrial manipulators only allow velocity control. The proposed solution is verified with several numerical simulations. Experimental results using a four degrees of freedom manipulator illustrate the applicability of the proposed solution.
Keywords: Otimização de trajetória
Manipulador dinâmica
Controle não linear
Subject CNPq: Engenharia Elétrica
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Mar-2020
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Elétrica

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