The thesis focuses on the design of a control strategy for safety-critical remote teleoperation. The main goal is to make the controlled system track the desired velocity specified by a human operator while avoiding obstacles despite communication delays. Different methods adopting Control Barrier Functions (CBFs) and Model Predictive Control (MPC) have been explored and tested. In this combination, CBFs are used to define the safety constraints the system has to respect to avoid obstacles, while MPC provides the framework for filtering the desired input by solving an optimization problem. The resulting input is sent to the remote system, where appropriate low-level velocity controllers translate it into system-specific commands. The main novelty of the thesis is a method to make the CBFs robust against the uncertainties affecting the system’s state due to network delays. Other techniques are investigated to improve the quality of the system information starting from the delayed one and to formulate the optimization problem without knowing the specific dynamic of the controlled system. The results show how the proposed method successfully solves the safetycritical teleoperation problem, making the controlled systems avoid obstacles with different types of network delay. The controller has also been tested in simulation and on a real manipulator, demonstrating its general applicability when reliable low-level velocity controllers are available. / Avhandlingen fokuserar på utformningen av en kontrollstrategi för säkerhetskritisk fjärrstyrd teleoperation. Huvudmålet är att få det kontrollerade systemet att följa den önskade hastigheten som specificeras av en mänsklig operatör samtidigt som hinder undviks trots kommunikationsfördröjningar. Olika metoder som använder Control Barrier Functions (CBFs) och Model Predictive Control har undersökts och testats. I denna kombination används CBFs för att definiera de säkerhetsbegränsningar som systemet måste respektera för att undvika hinder, medan MPC utgör ramverket för filtrering av den önskade indata genom att lösa ett optimeringsproblem. Den resulterande indata skickas till fjärrsystemet, där lämpliga hastighetsregulatorer på låg nivå översätter den till systemspecifika kommandon. Den viktigaste nyheten i avhandlingen är en metod för att göra CBFs robust mot de osäkerheter som påverkar systemets tillstånd på grund av nätverksfördröjningar. Andra tekniker undersöks för att förbättra kvaliteten på systeminformationen med utgångspunkt från den fördröjda informationen och för att formulera optimeringsproblemet utan att känna till det kontrollerade systemets specifika dynamik. Resultaten visar hur den föreslagna metoden framgångsrikt löser det säkerhetskritiska teleoperationsproblemet, vilket gör att de kontrollerade systemen undviker hinder med olika typer av nätverksfördröjningar. Styrningen har också testats i simulering och på en verklig manipulator, vilket visar dess allmänna tillämpbarhet när tillförlitliga lågnivåhastighetsregulatorer finns tillgängliga.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-344665 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Periotto, Riccardo |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2023:660 |
Page generated in 0.0028 seconds