Compliant Control of the Kinova Robot for Surface Polishing

Abstract

O presente trabalho consiste em testar diferentes algoritmos de controlo no robô Kinova JACO² e proporcionar uma solução para o polimento automatizado. Atualmente, o processo de polimento a nível industrial apresenta limitações quer a nível de tempo assim como de produção, uma vez que ainda é realizado manualmente. Devido ao facto deste processo ser moroso e por vezes complexo requer muito tempo por parte do ser humano a desempenhar a mesma tarefa. Inicialmente são testados algoritmos de controlo simplificados por forma a testar e avaliar o desempenho do robô. Os algoritmos testados correspondem a arquiteturas de controlo avançadas, como o controlo de binário computorizado, quer no espaço das juntas quer no espaço de tarefa. Posteriormente é testado o controlador de impedância que permite relacionar uma determinada posição, velocidade e aceleração com a força necessária. Afim de validar os controladores anteriormente mencionados estes são testados em ambiente de simulação assim como em ambiente real. Por fim, o controlador de impedância é testado numa tarefa real de polimento. Verificou-se que o controlador de impedância pode ser usado para desempenhar tarefas de polimento. Contudo, o desempenho do robô necessita melhorias. Os problemas detectados no robô podem estar associados à fricção dos atuadores e a outros fatores externos, o que pode ser mitigado com um estudo minucioso dos vários parâmetros considerados no controlador e dos vários parâmetros internos associados ao manipulador robótico.

This work consists in testing different control algorithms in the Kinova JACO² robot and providing a solution for automated polishing processes. Nowadays, the polishing process at industrial level presents limitations both at the level of time and production capacity, since it is performed manually. Due to the fact that this process is time-consuming and sometimes complex it requires a lot of time on the part of the human being to perform the same task. Initially, several simplified control algorithms are tested so as to evaluate the robot performance. The tested algorithms correspond to advanced control architectures, such as computed torque controller in the joint space and in the task space. Then, the impedance controller is tested since it allows to regulate the relationship between the required force and position, velocity and acceleration of the robot manipulator. In order to validate the mentioned controllers they are tested in simulated environment as well as in real environment. Finally, the impedance controller is tested in a real surface polishing task. In conclusion, the impedance controller can be used to perform polishing tasks. However, the robot performance need improvements. The problems detected in the manipulator can be associated with the friction of the actuators and other external factors, which can be mitigated by an in-depth study of the several parameters considered in the controller and the various internal parameters associated with the manipulator arm.