O problema da tolerância a falhas em robôs manipuladores cooperativos conectados rigidamente a um objeto indeformável é estudado nesta tese. A tolerância a falhas é alcançada através de reconfiguração do sistema de controle. Primeiro, a falha é detectada e isolada. Então, o sistema de controle é reconfigurado de acordo com a falha isolada. As falhas em robôs manipuladores são primeiramente estudadas de acordo com suas consequências no sistema cooperativo. Quatro tipos de falhas são identificados: juntas com balanço livre (sem atuadores ativos), bloqueadas, com informação incorreta de posição e com informação incorreta de velocidade. A detecção e a isolação dos dois primeiros tipos de falhas são alcançadas através de um sistema utilizando redes neurais artificiais. Redes do tipo MLP são empregadas para mapear a dinâmica dos robôs cooperativos sem falhas e uma rede RBF é utilizada para a classificação do vetor de resíduos. As falhas do tipo informação incorreta de posição ou velocidade das juntas são detectadas e isoladas através do uso das restrições impostas pela cadeia cinemática fechada presente no sistema cooperativo. Quando falhas do tipo juntas com balanço livre ou bloqueadas são isoladas, as leis de controle são reconfiguradas. Para estes casos, controladores híbridos de movimento e esmagamento do objeto são deduzidos. Quando falhas do tipo informação incorreta de posição ou velocidade das juntas são isoladas, as medidas afetadas são substituídas por valores estimados. Resultados obtidos em simulações e em robôs cooperativos reais mostram que a metodologia proposta é viável. / The problem of fault tolerance in cooperative manipulators rigidly connected to an undeformable load is addressed in this work. Fault tolerance is reached by reconfiguration of the control system. The faults are firstly detected and isolated. Then, the control system is reconfigured according to the isolated fault. Four faults are considered: free-swinging joint faults, locked joint faults, incorrectly measured joint position faults, and incorrectly measured joint velocity faults. Free-swinging and locked joint faults are detected and isolated by artificial neural networks. MLP’s are utilized to reproduce the dynamics of the fault-free system and an RBF is used to classify the residual vector. Incorrectly measured joint position and velocity faults are detected and isolated based on the kinematic constraints imposed on the cooperative system. When free-swinging and locked joint faults are isolated, the control laws are reconfigured. Control laws for motion and squeeze of the object are developed in these cases. When incorrectly measured joint position faults and incorrectly measured joint velocity faults are isolated, the faulty measurements are replaced by their estimates. Results obtained in simulations and in real cooperative robots indicate that the proposed methodology is viable.

O problema da tolerância a falhas em robôs manipuladores cooperativos conectados rigidamente a um objeto indeformável é estudado nesta tese. A tolerância a falhas é alcançada através de reconfiguração do sistema de controle. Primeiro, a falha é detectada e isolada. Então, o sistema de controle é reconfigurado de acordo com a falha isolada. As falhas em robôs manipuladores são primeiramente estudadas de acordo com suas consequências no sistema cooperativo. Quatro tipos de falhas são identificados: juntas com balanço livre (sem atuadores ativos), bloqueadas, com informação incorreta de posição e com informação incorreta de velocidade. A detecção e a isolação dos dois primeiros tipos de falhas são alcançadas através de um sistema utilizando redes neurais artificiais. Redes do tipo MLP são empregadas para mapear a dinâmica dos robôs cooperativos sem falhas e uma rede RBF é utilizada para a classificação do vetor de resíduos. As falhas do tipo informação incorreta de posição ou velocidade das juntas são detectadas e isoladas através do uso das restrições impostas pela cadeia cinemática fechada presente no sistema cooperativo. Quando falhas do tipo juntas com balanço livre ou bloqueadas são isoladas, as leis de controle são reconfiguradas. Para estes casos, controladores híbridos de movimento e esmagamento do objeto são deduzidos. Quando falhas do tipo informação incorreta de posição ou velocidade das juntas são isoladas, as medidas afetadas são substituídas por valores estimados. Resultados obtidos em simulações e em robôs cooperativos reais mostram que a metodologia proposta é viável. / The problem of fault tolerance in cooperative manipulators rigidly connected to an undeformable load is addressed in this work. Fault tolerance is reached by reconfiguration of the control system. The faults are firstly detected and isolated. Then, the control system is reconfigured according to the isolated fault. Four faults are considered: free-swinging joint faults, locked joint faults, incorrectly measured joint position faults, and incorrectly measured joint velocity faults. Free-swinging and locked joint faults are detected and isolated by artificial neural networks. MLP’s are utilized to reproduce the dynamics of the fault-free system and an RBF is used to classify the residual vector. Incorrectly measured joint position and velocity faults are detected and isolated based on the kinematic constraints imposed on the cooperative system. When free-swinging and locked joint faults are isolated, the control laws are reconfigured. Control laws for motion and squeeze of the object are developed in these cases. When incorrectly measured joint position faults and incorrectly measured joint velocity faults are isolated, the faulty measurements are replaced by their estimates. Results obtained in simulations and in real cooperative robots indicate that the proposed methodology is viable.