Este documento trata da especificação de uma arquitetura aberta para controle de robôs manipuladores. A arquitetura é implementada utilizando o framework do projeto OROCOS, ambiente que já foi utilizado com sucesso em alguns sistemas de controle de robôs. Esta arquitetura é especificada para um robô manipulador genérico de N juntas, definindo componentes que abstraem o hardware dos robôs. A arquitetura é implementada com três tipos de controladores diferentes: PID independente por junta, controlador de torque calculado e controlador com feedforward. A sua validação é feita através da sua implementação em um robô real. Para isso é utilizada uma placa de acionamento, utilizando o barramento CAN devido ao seu determinismo e a sua taxa de comunicação. Também é necessário a utilização do modelo dinâmico do robô para as estratégias de controle de torque calculado e com feedforward. A obtenção de tal modelo é feita neste trabalho de forma analítica, e a seguir os parâmetros são identificados usando o sistema proposto. / This work deals with the specification of an open architecture for control of manipulator robots. The architecture is implemented by using the OROCOS framework. The architecture is specified for a generic manipulator robot with N joints, through definition of components which abstract the hardware of the robot. Three different controllers are implemented: an independent PID for each joint, a computed torque controller and a controller with feedforward. The validation is made through the implementation on the Janus robot. For this purpose, an actuator card is defined. This card uses the CAN bus due its determinism and bus rate. The dynamic model of Janus, used in computed torque and feedforward controllers, is obtained in an analytical way. After that, the parameters of this model are identified using the least squares method.

Este documento trata da especificação de uma arquitetura aberta para controle de robôs manipuladores. A arquitetura é implementada utilizando o framework do projeto OROCOS, ambiente que já foi utilizado com sucesso em alguns sistemas de controle de robôs. Esta arquitetura é especificada para um robô manipulador genérico de N juntas, definindo componentes que abstraem o hardware dos robôs. A arquitetura é implementada com três tipos de controladores diferentes: PID independente por junta, controlador de torque calculado e controlador com feedforward. A sua validação é feita através da sua implementação em um robô real. Para isso é utilizada uma placa de acionamento, utilizando o barramento CAN devido ao seu determinismo e a sua taxa de comunicação. Também é necessário a utilização do modelo dinâmico do robô para as estratégias de controle de torque calculado e com feedforward. A obtenção de tal modelo é feita neste trabalho de forma analítica, e a seguir os parâmetros são identificados usando o sistema proposto. / This work deals with the specification of an open architecture for control of manipulator robots. The architecture is implemented by using the OROCOS framework. The architecture is specified for a generic manipulator robot with N joints, through definition of components which abstract the hardware of the robot. Three different controllers are implemented: an independent PID for each joint, a computed torque controller and a controller with feedforward. The validation is made through the implementation on the Janus robot. For this purpose, an actuator card is defined. This card uses the CAN bus due its determinism and bus rate. The dynamic model of Janus, used in computed torque and feedforward controllers, is obtained in an analytical way. After that, the parameters of this model are identified using the least squares method.

Com o intuito de utilizar uma rede com protocolo IP para a implementação de malhas fechadas de controle, este trabalho propõe-se a realizar um estudo da operação de um sistema de controle dinâmico distribuído, comparando-o com a operação de um sistema de controle local convencional. Em geral, a decisão de projetar uma arquitetura de controle distribuído é feita baseada na simplicidade, na redução dos custos e confiabilidade; portanto, um diferencial bastante importante é a utilização da rede IP. O objetivo de uma rede de controle não é transmitir dados digitais, mas dados analógicos amostrados. Assim, métricas usuais em redes de computadores, como quantidade de dados e taxa de transferências, tornam-se secundárias em uma rede de controle. São propostas técnicas para tratar os pacotes que sofrem atrasos e recuperar o desempenho do sistema de controle através da rede IP. A chave para este método é realizar a estimação do conteúdo dos pacotes que sofrem atrasos com base no modelo dinâmico do sistema, mantendo o sistema com um nível adequado de desempenho. O sistema considerado é o controle de um manipulador antropomórfico com dois braços e uma cabeça de visão estéreo totalizando 18 juntas. Os resultados obtidos mostram que se pode recuperar boa parte do desempenho do sistema. / ln order to enable the use of IP networks to implement closed-Ioop control systems, this work compares a distributed control system to its conventional counterpart, which is based on local controI. Usually the option for a distributed control architecture is motivated by simplicity, cost reduction and reliability, hence the use of an IP network. The goal of a control network is not to transmit pure digital data, but to transmit digitized control and sensor signals. Therefore, metrics common in computer networks, such as amount of transfered data and transfer rates, become of little importance. This work proposes a method to compensate for the delays imposed to network packets and to recover the control system performance. The key for this method is to estimate the contents of delayed network packets based on the system dymanic modeI. The example system is an antropormorphic robot with two arms and a stereo vision head. Results show that the system performance can be recovered.

Com o intuito de utilizar uma rede com protocolo IP para a implementação de malhas fechadas de controle, este trabalho propõe-se a realizar um estudo da operação de um sistema de controle dinâmico distribuído, comparando-o com a operação de um sistema de controle local convencional. Em geral, a decisão de projetar uma arquitetura de controle distribuído é feita baseada na simplicidade, na redução dos custos e confiabilidade; portanto, um diferencial bastante importante é a utilização da rede IP. O objetivo de uma rede de controle não é transmitir dados digitais, mas dados analógicos amostrados. Assim, métricas usuais em redes de computadores, como quantidade de dados e taxa de transferências, tornam-se secundárias em uma rede de controle. São propostas técnicas para tratar os pacotes que sofrem atrasos e recuperar o desempenho do sistema de controle através da rede IP. A chave para este método é realizar a estimação do conteúdo dos pacotes que sofrem atrasos com base no modelo dinâmico do sistema, mantendo o sistema com um nível adequado de desempenho. O sistema considerado é o controle de um manipulador antropomórfico com dois braços e uma cabeça de visão estéreo totalizando 18 juntas. Os resultados obtidos mostram que se pode recuperar boa parte do desempenho do sistema. / ln order to enable the use of IP networks to implement closed-Ioop control systems, this work compares a distributed control system to its conventional counterpart, which is based on local controI. Usually the option for a distributed control architecture is motivated by simplicity, cost reduction and reliability, hence the use of an IP network. The goal of a control network is not to transmit pure digital data, but to transmit digitized control and sensor signals. Therefore, metrics common in computer networks, such as amount of transfered data and transfer rates, become of little importance. This work proposes a method to compensate for the delays imposed to network packets and to recover the control system performance. The key for this method is to estimate the contents of delayed network packets based on the system dymanic modeI. The example system is an antropormorphic robot with two arms and a stereo vision head. Results show that the system performance can be recovered.

Este documento trata da especificação de uma arquitetura aberta para controle de robôs manipuladores. A arquitetura é implementada utilizando o framework do projeto OROCOS, ambiente que já foi utilizado com sucesso em alguns sistemas de controle de robôs. Esta arquitetura é especificada para um robô manipulador genérico de N juntas, definindo componentes que abstraem o hardware dos robôs. A arquitetura é implementada com três tipos de controladores diferentes: PID independente por junta, controlador de torque calculado e controlador com feedforward. A sua validação é feita através da sua implementação em um robô real. Para isso é utilizada uma placa de acionamento, utilizando o barramento CAN devido ao seu determinismo e a sua taxa de comunicação. Também é necessário a utilização do modelo dinâmico do robô para as estratégias de controle de torque calculado e com feedforward. A obtenção de tal modelo é feita neste trabalho de forma analítica, e a seguir os parâmetros são identificados usando o sistema proposto. / This work deals with the specification of an open architecture for control of manipulator robots. The architecture is implemented by using the OROCOS framework. The architecture is specified for a generic manipulator robot with N joints, through definition of components which abstract the hardware of the robot. Three different controllers are implemented: an independent PID for each joint, a computed torque controller and a controller with feedforward. The validation is made through the implementation on the Janus robot. For this purpose, an actuator card is defined. This card uses the CAN bus due its determinism and bus rate. The dynamic model of Janus, used in computed torque and feedforward controllers, is obtained in an analytical way. After that, the parameters of this model are identified using the least squares method.

Orientador: Douglas Eduardo Zampieri / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:12:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goncalves_JoaoBosco_D.pdf: 9689870 bytes, checksum: db2fb279a1080765ab5bddf9068a356d (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Este trabalho concebeu um robô bípede composto por uma sucessão de elos rígidos interconectados por 12 articulações rotativas, permitindo movimentos tridimensionais. O robô bípede é constituído por dois subsistemas: tronco e membros inferiores. A modelagem matemática foi realizada em separado para cada um dos subsistemas, que são integrados pelas forças reativas de vínculo. Nossa proposta permite ao robô bípede executar a andadura dinâmica utilizando o tronco para fornecer o balanço dinâmico (estabilidade postural). De forma inédita, foi desenvolvido um gerador automático de trajetória para o tronco que processa as informações de posições e acelerações impostas aos membros inferiores, dotando o robô bípede de reflexos. Foi desenvolvido um gerador de marcha que utiliza a capacidade do robô bípede de executar movimentos tridimensionais, implicando andadura dinamicamente estável sem a efetiva utilização do tronco. O gerador automático de trajetória para o tronco entra em ação se a marcha gerada não mantiver o balanço dinâmico, restabelecendo uma marcha estável. Foi projetado um sistema de controle adaptativo por modelo de referência que utiliza redes neurais artificiais. A avaliação de estabilidade é feita segundo o critério de Lyapunov. O sistema de controle e o gerador automático de trajetórias para o tronco são integrados, compondo os mecanismos adaptativos desenvolvidos para solucionar o modo de andar dinâmico / Abstract: The main objective of this work is to project a biped robot machine with a trunk. The mathematical model was realized by considering two sub-systems: the legs and the trunk. The trajectories of the trunk are planned to compensate torques inherent to the dynamic gait, permitting to preserve the dynamic balance of the biped robot. An automatic generator of trajectory for the trunk was developed that processes the infonnation of positions and accelerations imposed to the legs. A gait generator was developed that uses the capacity of the biped robot to execute three-dimensional movements, causing a steady dynamic gait without the effective use of the trunk. The automatic generator of trajectory for the trunk actuates, if the generated do not keep the dynamic balance, reestablishing he steady dynamic gait. A neural network reference model for the adaptive control was projected, which utilizes an RBF neural network and a stability evaluation is based on the criterion of Lyapunov. The system of control and the automatic generator of trajectories for the trunk are integrated, composing the adaptive mechanisms developed to solve the way of dynamic walking / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

The Electric Field Approach, EFA, is a heuristic for behavior selection for autonomous robot control. This thesis deals with the problem of using the EFA as a heuristics for the perceptive behaviors. The integration is done by extending the EFA with having three electric fields and each having its own probes and charges. The extended EFA was tested in the RoboCup domain.

The thesis deals with the analysis, software design and the study of 3D kinematic model of robotic manipulator ROB 2-6. It creates the control software for this manipulator, containing user interface based on MFC applications. Moreover, the thesis is concentrated on the solution of various problems, e.g. non-linearity of servomotor or the limitation of manipulator´s attainability. Finally, it poses a documentation of the single project and offers new possibilities of further development in the control of this manipulator.

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