Sviluppo di un controllo visuale predittivo model-based

The objective of this work is to develop a visual servoing control using the model predictive technique MPC, in which one can take into consideration the future evolution of the system and the mechanical limitation of the manipulator, as well. These issues cannot be considered in a classic visual servoing technique. To develop a real-time controller, however, the intrinsic high computational cost of the MPC have to be reduced; therefore, a linear MPC should be used. Using a cascade scheme and keeping in mind that the manipulator has an internal control, the robot-camera system can be seen as an integrator. This way, the model of the system becomes linear. The constraints implemented in the MPC have been linearized by using the recursive nature of the MPC technique. The limitations implemented for the manipulator are the joint position limits and maximum velocity. The image limits must be taken into account as well, so that the observed object remains in the field of view of the camera. The presence of an obstacle has been also taken into consideration, including obstacle avoidance constraints. All these functions have been tested in simulations and the effectiveness of this control, with respect to a classical visual servoing, has been shown.

Il presente lavoro di tesi si pone l’obiettivo di sviluppare un controllo visuale tramite la tecnica predittiva model-based MPC. Con questa tecnica è possibile tenere in considerazione lo sviluppo del sistema negli istanti successivi e le limitazioni meccaniche del manipolatore, fattori che non possono essere considerati in un controllo visuale classico. Per un’applicazione real-time del controllo bisogna ridurre l’onere computazionale caratteristico della tecnica MPC ed è quindi necessario utilizzare la sua variante lineare. Sfruttando il controllore interno del manipolatore e le proprietà relative allo schema in cascata utilizzato è possibile considerare il sistema robot-telecamera come un integratore ed avere così un modello lineare. I vincoli sono stati linearizzati utilizzando la natura ricorsiva dell’MPC. Questi sono stati implementati sulle posizioni e sulle velocità dei giunti del manipolatore, sull’immagine della telecamera in modo tale da mantenere l’oggetto nel campo di visione, ed infine è stata considerata la possibile presenza di ostacoli da evitare nello spazio di lavoro. Tutte queste funzioni sono state testate in varie simulazioni che hanno permesso di dimostrarne l’efficacia rispetto ad un controllo visuale classico.