Controllo di un giunto di manipolatore industriale con schema ad azione in avanti

Abstract

Questo lavoro di tesi presenta la modellazione dinamica e il controllo di un singolo giunto del manipolatore industriale Franka Emika Panda. L’obiettivo principale è la sintesi e la validazione sperimentale di una struttura di controllo volta a garantire elevate prestazioni nell’inseguimento di traiettoria. Partendo dalle specifiche geometriche e inerziali del braccio robotico, viene derivato il modello dinamico del sistema attraverso l’applicazione del formalismo della dinamica lagrangiana. Su tale modello viene inizialmente sintetizzato un regolatore classico di tipo Proporzionale-Integrale-Derivativo (PID). Al fine di minimizzare l’errore di inseguimento dinamico, la struttura di controllo viene estesa integrando uno schema ad azione in avanti (feedforward) in prefiltraggio, basato sull’inversione del modello nominale. La metodologia proposta viene preventivamente validata in ambiente di simulazione per la verifica delle prestazioni. Infine, l’architettura di controllo viene implementata e testata sul manipolatore fisico. I risultati sperimentali confermano l’efficacia dell’azione in avanti, evidenziando una riduzione dell’errore di inseguimento rispetto al solo controllo in retroazione.

This thesis work presents the dynamic modeling and control of a single joint of the Franka Emika Panda industrial manipulator. The main objective is the synthesis and experimental validation of a control structure aimed at ensuring high performance in trajectory tracking. Starting from the geometric and inertial specifications of the robotic arm, the dynamic model of the system is derived through the application of the Lagrangian dynamics formalism. On this model, a classic Proportional-Integral-Derivative (PID) controller is initially synthesized. In order to minimize the dynamic tracking error, the control structure is extended by integrating a feedforward scheme in pre-filtering, based on the inversion of the nominal model. The proposed methodology is validated beforehand in a simulation environment to verify performance. Finally, the control architecture is implemented and tested on the physical manipulator. The experimental results confirm the effectiveness of the feedforward action, highlighting a reduction in tracking error compared to feedback control alone.