Modélisation et commande d’un manipulateur mobile à roues
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Université Sétif 1 - Ferhat ABBAS , Faculté de Technologie
Abstract
This dissertation addresses the problems of modeling, motion planning and tracking control design for Wheeled Mobile Manipulators (WMMs). WMMs are typical examples of nonlinear systems with both holonomic and non-holonomic constraints with highly coupled dynamics. The proposed control approach is based on two main concepts: (i) the flatness property of WMM and (ii) the Sliding Mode Control (SMC) theory. Using the fact that the WMM is differentially flat system, the motion control design is relatively simplified by defining the desired motions of the robot in the flat output space of the system. The accurate and the robust trajectories tracking are provided firstly, by imposing the sliding manifold from the flat output space of the system. Secondly, a State-Dependent Gain discontinuous control law is introduced to drive to zero in finite time such sliding manifold, despite model uncertainties and external disturbances. The system stability is proven using the Lyapunov theory. Compared with classical Feedback control algorithms, the proposed controller is applied to the mobile robot and then to the mobile manipulator compound of 2 dof robot manipulator mounted on a mobile platform. Simulation and practical tests are presented to illustrate the performances of the proposed approach in the presence of unknown external disturbances.
Description
Cette thèse aborde les problèmes de modélisation, de planification de mouvement et de commande pour les manipulateurs mobiles à roues (WMMs). Les WMMs sont des exemples typiques de systèmes non linéaires avec des contraintes holonomes et non-holonomes avec une dynamique fortement couplée. L'approche de contrôle proposée est basée sur deux concepts principaux: (i) la propriété de platitude de WMM et (ii) la théorie de la commande par mode de glissement (SMC). En utilisant le fait que le système WMM est différentiellement plat, la conception du contrôle de mouvement est relativement simplifiée en définissant les mouvements désirés du robot dans l'espace des sorties plates du système. La précision et la robustesse du suivi des trajectoires sont assurées en premier lieu, en imposant la surface de glissement depuis l'espace de sortie plate du système. Ensuite, une loi de commande discontinue de gain dépendant de l'état est introduite pour conduire à zéro dans le temps fini une telle surface, malgré les incertitudes du modèle et les perturbations externes. La stabilité du système est prouvée par la théorie de Lyapunov. Comparativement aux algorithmes classiques de contrôle par rétroaction, le contrôleur proposé est appliqué au robot mobile puis au
manipulateur mobile composé de 2 ddl robot manipulateur monté sur une plate-forme mobile. Des simulations et des tests pratiques sont présentés pour illustrer les performances de l'approche proposée en présence de perturbations externes inconnues.