Controllo di forza per un manipolatore robotico industriale in presenza di elasticità del robot e dell'ambiente

This thesis is part of the research focused on force control in the robotic field. The work aims at improving the performance of a force control algorithm with particular emphasis on robustness with respect to the conditions in which it is employed. In particular, the dynamic response of the system should be independent from the intrinsic elasticity of the structure and from the environmental compliance variation. In order to obtain this result, we have realized suitable estimation algorithms able to identify the contact stiffness value even during motion at contact. The adopted control strategy belongs to the category of implicit force controllers (i.e. closed around an industrial position controller) and is able to ensure the desired performance regardless of the operating conditions. For these reasons it represents an improvement towards a possible technological transfer to industry. Finally, as far as the human-robot interaction is concerned, we suggest a mixed force/admittance control algorithm that allows the manual guidance of the manipulator while maintaining the contact with an outer surface. The experimental results, which also include the validation of the estimators and the force control developed, are performed using the robot COMAU Smart Six, equipped with a six-axis force sensor mounted on the wrist of the manipulator.

La presente tesi si inserisce nell'ambito di ricerca inerente al controllo di forza dei robot industriali. Il lavoro mira a migliorare le prestazioni di un controllore di forza rendendolo robusto rispetto alle condizioni di utilizzo. Nello specifico si vuole rendere indipendente la risposta dinamica dalle elasticità intrinseche della struttura e dalla variazione di cedevolezza dell'ambiente di contatto. A tale scopo vengono realizzati degli opportuni stimatori in grado di identificare il valore della rigidezza dell'ambiente anche durante spostamenti a contatto con lo stesso. La strategia di controllo che si adotta è di tipo implicito (ossia basata su un controllore di posizione industriale) e in grado di garantire le prestazioni desiderate indipendentemente dalla condizione di impiego. Rappresenta quindi un avanzamento rispetto ad un possibile trasferimento tecnologico all'industria. Nell'ambito delle operazioni che prevedono una collaborazione tra uomo e robot si propone un algoritmo misto di forza e ammettenza al fine di permettere la guida manuale del manipolatore a contatto con una superficie esterna. I risultati sperimentali, che comprendono la validazione degli stimatori e del controllo di forza sviluppati, vengono condotti utilizzando il robot Smart Six COMAU, equipaggiato con un sensore di forza a sei assi montato all'organo terminale del manipolatore.