Controle adaptativo robusto para um modelo desacoplado de um robô móvel

This thesis presents a new structure of robust adaptive controller applied to mobile robots (surface mobile robot) with nonholonomic constraints. It acts in the dynamics and kinematics of the robot, and it is split in two distinct parts. The first part controls the robot dynamics, using variable structure model reference adaptive controllers. The second part controls the robot kinematics, using a position controller, whose objective is to make the robot to reach any point in the cartesian plan. The kinematic controller is based only on information about the robot configuration. A decoupling method is adopted to transform the linear model of the mobile robot, a multiple-input multiple-output system, into two decoupled single-input single-output systems, thus reducing the complexity of designing the controller for the mobile robot. After that, a variable structure model reference adaptive controller is applied to each one of the resulting systems. One of such controllers will be responsible for the robot position and the other for the leading angle, using reference signals generated by the position controller. To validate the proposed structure, some simulated and experimental results using differential drive mobile robots of a robot soccer kit are presented. The simulator uses the main characteristics of real physical system as noise and non-linearities such as deadzone and saturation. The experimental results were obtained through an C++ program applied to the robot soccer kit of Microrobot team at the LACI/UFRN. The simulated and experimental results are presented and discussed at the end of the text

Esta tese apresenta o desenvolvimento de uma nova estrutura de controlador adaptativo robusto aplicado a sistemas robóticos móveis com rodas (robô móvel de superfície) e restrições não-holonômicas de movimento. Este controlador atua tanto na dinâmica como na cinemática do robô, e pode ser dividido em duas partes distintas. A primeira parte controla a dinâmica, através da utilização de controladores adaptativos por modelo de referência e estrutura variável. A segunda parte controla a cinemática do robô através de um controlador de posição, cujo objetivo é fazer com que o robô seja capaz de atingir um ponto qualquer no plano cartesiano, sendo que este controlador cinemático é baseado apenas em informações da configuração do robô. O trabalho aplica um método de desacoplamento para transformar o modelo linear do robô móvel, que é um sistema com múltiplas entradas e múltiplas saídas, em dois sistemas desacoplados com apenas uma entrada e uma saída cada um, para reduzir a complexidade do projeto do controlador. Em seguida, aplica-se um controlador adaptativo por modelo de referência e estrutura variável a cada um dos sistemas resultantes. Um controlador será responsável pelo posicionamento e o outro pela orientação do robô, sendo que estes controladores utilizam como referências sinais provenientes do controlador cinemático de posição. Para comprovar o funcionamento da estrutura proposta, obteve-se resultados simulados e experimentais para o robô móvel com acionamento diferencial de um kit de futebol de robôs. O simulador possui as principais características do sistema físico real, dentre as quais podem-se destacar os ruídos de entradas e as não-linearidades como zona morta e saturação. Os resultados experimentais foram obtidos através de um programa desenvolvido em C++ e aplicado a um kit de futebol de robôs da empresa Microrobot no Laboratório de Acionamento, Controle e Instrumentação da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (LACI/UFRN). Os resultados simulados e experimentais são apresentados e discutidos ao final da tese