Diseño e implementación de algortimo para control de trayectoria con compensación gravitatoria para el robot Kuka Youbot
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Date
2024-08
Authors
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Publisher
Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial. Carrera de Ingeniería Industrial en Procesos de Automatización
Abstract
This work addresses the challenge of precise trajectory tracking control in the KUKA youBot robotic manipulator, focusing on an alternative computed torque control method. The approach aims to overcome the inherent non-linearities of these systems, considering both structured (model errors) and unstructured (friction) uncertainties. The alternative method implements a cascade PI controller, combining position and velocity controllers for improved disturbance rejection. A crucial aspect is the accurate identification of dynamic model parameters, as those provided by manufacturers are often inaccurate. The work includes a detailed analysis of the semantics used in rigid body algorithms, contributing to a more precise construction of geometric relationships. Additionally, friction compensation is incorporated to enhance controller performance.
The implementation of the alternative method is complemented by a safety control layer that constantly monitors the state of the joints, protecting the system's valuable hardware. The experiments conducted include validation of the dynamic model through gravity compensation tasks and controller tests with analytical trajectories. Friction modeling and compensation experiments were carried out, and the control scheme was evaluated on the joints farthest from the base. The results demonstrate that, despite inaccuracies in the dynamic model parameters, the controller achieves precise trajectory tracking with acceptable errors in the manipulator's joints. This work significantly contributes to the field of robotic control, offering valuable insights into the practical implementation of advanced controllers in complex robotic systems, particularly in handling uncertainties and optimizing performance in trajectory tracking tasks.
Description
Este trabajo aborda el desafío del control preciso de seguimiento de trayectoria en el manipulador robótico KUKA youBot, centrándose en un método alternativo de control de torque computado. El enfoque busca superar las no linealidades inherentes a estos sistemas, considerando las incertidumbres estructuradas (errores del modelo) y no estructuradas (fricción). El método alternativo implementa un controlador PI en cascada, combinando controladores de posición y velocidad para un mejor rechazo de perturbaciones. Un aspecto crucial es la identificación precisa de los parámetros del modelo dinámico, ya que los proporcionados por los fabricantes suelen ser inexactos. El trabajo incluye un análisis detallado de la semántica utilizada en los algoritmos de cuerpo rígido, contribuyendo a una construcción más precisa de las relaciones geométricas. Además, se incorpora la compensación de fricción para mejorar el rendimiento del controlador.
La implementación del método alternativo se complementa con una capa de control de seguridad que monitorea constantemente el estado de las articulaciones, protegiendo el hardware valioso del sistema. Los experimentos realizados incluyen la validación del modelo dinámico mediante tareas de compensación de gravedad y pruebas del controlador con trayectorias analíticas. Se llevaron a cabo experimentos de modelado y compensación de fricción, y el esquema de control se evaluó en las articulaciones más alejadas de la base. Los resultados demuestran que, a pesar de las inexactitudes en los parámetros del modelo dinámico, el controlador logra un seguimiento de trayectoria preciso con errores aceptables en las articulaciones del manipulador. Este trabajo contribuye significativamente al campo del control robótico, ofreciendo perspectivas valiosas sobre la implementación práctica de controladores avanzados en sistemas robóticos complejos, particularmente en el manejo de incertidumbres y la optimización del rendimiento en tareas de seguimiento de trayectoria.
Keywords
KUKA, TORQUE, FRICCIÓN, COMPENSACIÓN, ARTICULACIÓN