Approximate constrained model predictive control of compliant motion involving contact

Abstract

The goal of this work is to investigate an approach to model predictive control in constrained settings, where the motion involves constraints and compliant motion is desired. Specifically, the fixed Lagrangian should be evaluated on a simulated two link serial robot model performing a motion that involves sliding. For this task, it is needed to setup a simulation environment for the modeled system, to implement the control strategy and to analyze this control strategy with respect to the stiffness along the planned trajectory. Further on, there will be a theoretical investigation of the closed-loop system regarding stability. As an advanced test scenario a position error in the sliding surface is introduced. Hence, only position control will fail, since either the system could be damaged due to a \emph{high-gain feedback} behavior or the contact and thus the sliding motion will not occur. Therefore, it is investigated whether it is possible to extend the control structure in order to ensure that the sliding motion takes place as desired.

Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen Ansatz zur modellprädiktiven Regelung in beschränkten Szenarien, bei welchen die Bewegung beschränkt ist und weiche Bewegungen gewünscht sind, zu untersuchen. Im Speziellen soll die feste Lagrange-Funktion an einem zweisegmentigem seriellem Roboter, welcher eine gleitende Bewegung durchführt, untersucht werden. Für diese Aufgabe ist es notwendig eine Simulationsumgebung für das modellierte System aufzusetzen, die Regelstrategie zu implementieren und das Analysieren dieser Regelstrategie bezüglich der Steifheit entlang der geplanten Trajektorie. Weitergehend wird es eine theoretische Untersuchung des geschlossenen Kreises hinsichtlich der Stabilität geben. Als weiterführendes Testszenario wird ein Positionsfehler in der Oberfläche, welche zum Gleiten genutzt werden soll, eingeführt. Daher wird eine reine Positions\-regelung fehlschlagen, weil entweder das System durch ein \emph{high-gain feedback} Verhalten beschädigt werden könnte oder der Kontakt und somit die gleitende Bewegung nicht eintreten wird. Daher wird untersucht, ob es möglich ist die Regelstruktur so zu erweitern, dass die gleitende Bewegung wie gewünscht stattfindet.