Sliding mode control for a cable-driven parallel robot in cable failure scenario

Cable robots have a great potential and can increase performances in terms of workspace and dynamics compared to rigid actuators. These robots can work close with humans. However, safety is a critical issue which is more challenging with respect to the usual industrial robots since stopping the actuators do not imply that the end-effector remains stable. This thesis proposes a new strategy to manage cables failures. A super twisting sliding mode controller (STSM) has been developed to track a desired trajectory and a recovery strategy based on the potential fields has been studied to lead the end-effector of a cable-suspended parallel robot to a safe point in the case of a cable breaking scenario. This new robust strategy achieves lower chattering and energy consumption compared to pure sliding mode but keeps accuracy and guarantees stability and robustness. The proposed controller has been applied to a point-mass suspended cable robot with three degrees of freedom to evaluate the performances.

I robot a cavi hanno un grande potenziale e possono portare a delle performance superiori in termini di workspace e dinamicità rispetto ai robot rigidi. Questi robot possono lavorare in sinergia con gli esseri umani; tuttavia, la sicurezza è una criticità, ed essa porta ad una sfida maggiore rispetto agli altri robot industriali dal momento che fermare i motori non implica necessariamente che l’end-effector rimanga stabile. Questa tesi propone una nuova strategia per gestire la rottura dei cavi. È stato sviluppato un controllore super twising sliding mode per seguire una traiettoria desiderata, inoltre è stata implementata una strategia di recupero basata sui campi potenziali che, nel caso di rottura di un cavo, è in grado di condurre l’endeffector di un robot sospeso a cavi verso un safe point. Questa nuova strategia di controllo garantisce oscillazioni e consumo di energia inferiori rispetto ad un controllo puro in sliding mode ma mantiene l’accuratezza, la stabilità e la robustezza di quest’ultimo. Il controllo proposto è stato applicato a un robot a cavi sospeso con tre gradi di libertà per valutarne le performance.