Controllo ibrido forza-posizione per un robot industriale con stima in linea delle caratteristiche della superficie di contatto

The continuous evolution of manufacturing industries is driving companies to adopt highly flexible engineering solutions. In this context robots have a very important role because they can be easily adapted to different application contexts. Therefore, the ability to perform a task as autonomously as possible is extremely important. This thesis focuses on increasing the skills of a robot in order to make it interact with an unknown environment. In particular we want the end-effector to smear on a surface whose geometry is not known a priori, while keeping the contact force under control. This goal has been achieved studying the mathematical model of the interaction between the environment and the tool, focusing on the normal and tangential forces generated. Indeed, these forces allow to calculate the normal and tangent vectors of the surface for every point of the trajectory. This resulted in the design of an estimator for the dynamic friction coefficient, which is the only unknown parameter of the model, and a simple strategy for real-time kinematic constrains correction which improves the surface tracking. Finally the whole algorithm was integrated in a hybrid implicit force-position control scheme in which the direction of the control signals are the vectors calculated with the interaction equations. The effectiveness of this algorithm was verified in two different phases. First thanks to a simulator developed with Simulink throughout previous theses and then experimentally with the industrial manipulator COMAU Smart SiX.

La continua evoluzione dell'odierno panorama industriale spinge le aziende manifatturiere ad adottare soluzioni ingegneristiche caratterizzate da elevata flessibilità. In questo contesto, i robot, rivestono un ruolo di grande importanza grazie alla facilità con cui possono adattarsi ed essere adattati ai diversi contesti applicativi. Di particolare rilevanza, dunque, è la capacità di un manipolatore robotico di eseguire un compito in modo più autonomo possibile. Questo elaborato, in particolare, si concentra sull'aumento delle capacità operative di un robot in modo che possa interagire con un ambiente di lavoro la cui geometria non è nota a priori. Specificamente, si vuole che l'organo terminale, strisci su una superficie di forma incognita, mantenendo sotto controllo la forza di contatto. Per raggiungere questo obiettivo è stato studiato il modello matematico di interazione tra l'utensile del manipolatore e la superficie, con particolare attenzione alle forze normali e tangenziali che si sviluppano durante il moto. Queste forze permettono di calcolare puntualmente il vettore tangente e il vettore normale alla superficie. In seguito è stato predisposto uno stimatore per il coefficiente di attrito dinamico superficiale che costituisce l'unico parametro incognito del modello. È stata inoltre progettata una semplice strategia di correzione in tempo reale della stima dei vincoli cinematici che consente di migliorare l'inseguimento del profilo della superficie. Il tutto è stato infine integrato in un sistema di controllo ibrido forza-posizione di tipo implicito, in cui le direzioni dei riferimenti di posizione non sono altro che i vettori calcolati tramite le equazioni di interazione. L'efficacia dell'algoritmo è stata verificata sia su un simulatore sviluppato in ambiente Simulink in lavori precedenti, sia sperimentalmente su un manipolatore industriale COMAU Smart SiX.