Nonlinear control of multiple mobile manipulator robots transporting a rigid object in coordination

Brahmi, Abdelkrim (2018). Nonlinear control of multiple mobile manipulator robots transporting a rigid object in coordination. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

This doctoral thesis proposes and validates experimentally nonlinear control strategies for a group of mobile manipulator robots transporting a rigid object in coordination. This developed approach ensures trajectory tracking in Cartesian space in the presence of parameter uncertainty and undesirable disturbances.

The objective of the creation of robots in the early sixties was to relieve man of certain hard jobs such as: handling a heavy object, and repetitive tasks which are often tiring or even sometimes infeasible manually. Following this situation, several types of manipulator robots were created. Naturally, the need for robots having both locomotion and manipulation capabilities has led to the creation of the mobile manipulators. Typical examples of mobile manipulators, more or less automated, are the cranes mounted on trucks , the satellite arms, the deep-sea exploration submarines, or extra-planetary exploration vehicles.

Some operations requiring the handling of a heavy object are difficult to achieve by a single mobile manipulator. These operations require a coordination of several mobile manipulators to move or transport a heavy object in common. However, this complicates the robotic system as its control design complexity increases greatly. The problem of controlling the mechanical system forming a closed kinematic chain mechanism lies in the fact that it imposes a set of kinematic constraints on the coordination of the position and velocity of the mobile manipulator. Therefore, there is a reduction in the degrees of freedom for the entire system. Further, the internal forces of the object produced by all mobile manipulators should be controlled. This thesis work was focused on developing a consistent control technique for a group of mobile manipulator robots executing a task in coordination. Different nonlinear controllers were simulated and experimentally applied to multiple mobile manipulator system transporting a rigid object in coordination. To achieve all objectives of this thesis, as a first step, an experimental platform was developed and mounted in the laboratory of GREPCI-ETS to implement and validate the different designed control laws. In the second step, several adaptive coordinated motion/force tracking control laws were applied, ensuring that the desired trajectory can excellently tracked under uncertainties parameters and disturbances.

Titre traduit

Commande non linéaire d'un groupe des manipulateurs mobiles transportant un objet rigide en coordination

Résumé traduit

Cette thèse de doctorat propose et valide expérimentalement des stratégies de commande nonlinéaire pour un groupe de robots manipulateurs mobiles transportant un objet rigide en coordination, assurant le suivi de trajectoires dans l’espace cartésien en présence de paramètres d’incertitude et de perturbations indésirables.

L’objectif de la création des robots, au début des années soixante, était de décharger l’homme de certains travaux fastidieux tels que : la manutention, et les tâches répétitives qui sont souvent fatigantes ou même parfois infaisables manuellement. Suite à cette situation, plusieurs sortes de manipulateurs ont été créées. Naturellement, le besoin de robots ayant à la fois des capacités de locomotion et de manipulation a conduit à la réalisation de manipulateurs mobiles. Des exemples courants de manipulateurs mobiles, plus ou moins automatisés, sont les grues montées sur camions, les bras de satellites, les sous-marins d’exploration des fonds marins ou encore les véhicules d’exploration extra planétaires.

Certaines opérations nécessitant la manipulation d’un objet lourd sont difficilement réalisables par un manipulateur mobile unique. Ces opérations nécessitent de faire la coordination de plusieurs manipulateurs mobiles pour manipuler ou transporter un objet lourd en commun. Par conséquent, cela rend le système robotique plus complexe, car la complexité de conception de tel contrôleur augmente considérablement. Le problème de la commande du système mécanique formant un mécanisme de chaîne cinématique fermé réside dans le fait qu’il impose un ensemble de contraintes cinématiques sur la coordination de la position et de la vitesse du manipulateur mobile. Par conséquent, il y aura une réduction des degrés de liberté pour l’ensemble du système. En outre, les forces internes de l’objet produit par tous les manipulateurs mobiles devraient être contrôlées.

Dans ce travail, le sujet abordé concerne la commande non linéaire d’un groupe de manipulateurs mobiles transportant un objet en coordination. Ce travail de thèse a porté sur le développement d’une technique de contrôle cohérente pour un groupe de robots manipulateurs mobiles exécutant une tâche de transport en coordination. Différents contrôleurs non linéaires ont été simulés et appliqués expérimentalement à un groupe de manipulateurs mobiles transportant un objet rigide en coordination. Pour atteindre tous les objectifs de cette thèse, en première étape, une plate-forme expérimentale a été développée et montée dans le laboratoire du GREPCIETS pour mettre en oeuvre et valider les différentes lois de contrôle développées. Ensuite, différentes commandes adaptatives de la position et de la force interne ont été appliquées, ces lois de commande assurent que la trajectoire désirée puisse être suivie de manière optimale en présence des paramètres incertitudes et des perturbations externes.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy." Comprend des références bibliographiques (pages 181-192).
Mots-clés libres:	groupe de robots manipulateurs mobiles, commande adaptative, coordination, espace Cartésien, force interne
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Saad, Maarouf
Codirecteur:	Codirecteur Gauthier, Guy
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	31 oct. 2018 14:24
Dernière modification:	31 oct. 2018 14:24
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2124

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