Controllo in forza di un robot industriale in presenza di elasticità e attrito ai giunti

This thesis addresses the realization, simulation and the experimental validation of a force control algorithm, applied to the COMAU SmartSix robot. The system consists of the robot, the industrial controller, the six axes force sensor and the a PC in real time configuration, where the force controller runs. The force control algorithm conceived in this thesis belongs to the family of implicit force controllers, because its outputs are the positions reference of the robot joints, which are imposed to the industrial controller in order to establish a given force with the environment. In order to explain the most relevant elements affecting the system, the characterization of the joint friction and the identification of the joint stiffness coefficients have been required. A non linear complete Simulink simulator and a linear joint decoupled approximation model have been assembled. They have been used to design the control system and forecast its behavior. Experimental validation has been carried out with different parameter values and robot positions. The results exhibit the achievement of the defined objectives. The obtained algorithm is joint position based, simply implementable and independent from environment conditions characteristics. As a consequence, it is potentially exploitable in industry.

L'obiettivo della presente tesi è lo sviluppo, la simulazione e la validazione sperimentale di un algoritmo di controllo di forza agente sul robot Smart Six di COMAU. Il sistema complessivo, oltre al manipolatore e al regolatore industriale, si compone di un sensore di forza a sei assi e del PC real time sul quale si implementa il controllo. L'algoritmo di controllo in forza concepito è di tipo implicito, ovvero per imporre una forza desiderata si impone il riferimento di posizione dei giunti del manipolatore, il cui controllo è demandato al regolatore del robot. La realizzazione del controllo ha richiesto la modellazione dei fenomeni di attrito e l'identificazione delle elasticità torsionali di giunto. Si è quindi sviluppato il simulatore completo non lineare del sistema in ambiente Simulink e un modello a giunti disaccoppiati lineare nel dominio in frequenza, utilizzati in fase previsionale e di sintesi del controllore. L'algoritmo è stato quindi validato sperimentalmente al variare dei parametri e delle configurazioni del robot, mostrando il buon funzionamento del sistema. La realizzazione di un controllo di forza implicito, di semplice realizzazione e indipendente dalle caratteristiche delle condizioni di utilizzo, presenta potenziale applicabilità in ambito industriale.