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<div class="csl-entry">Kretschmer, J. (2019). <i>Swing-up and stabilization of a spherical Inverted pendulum on a robot</i> [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2019.49000</div>
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dc.identifier.uri
https://doi.org/10.34726/hss.2019.49000
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dc.identifier.uri
http://hdl.handle.net/20.500.12708/1937
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dc.description
Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
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dc.description.abstract
Diese Arbeit befasst sich mit dem Aufschwingen und Stabilisieren eines sphärischen inversen Pendels, welches an einem Roboter mit sieben Freiheitsgraden befestigt ist. Ein mechatronisches Design für das sphärische inverse Pendel wird vorgestellt, welches die Befestigung an einem Kuka LWR IV+ und an anderen Robotern mit kompatiblem Endeffektor ermöglicht. Es werden mathematische Modelle für das sphärische inverse Pendel, den Roboter und das komplette zusammengesetzte System hergeleitet. Die Aufschwingtrajektorie wird mittels eines Optimalsteuerungsproblems berechnet. Das dynamische Optimierungsproblem wird dabei mit einem direkten Verfahren in ein statisches Optimierungsproblem übergeführt. Die Aufschwingtrajetorie wird mithilfe eines dreistufigen Prozesses berechnet. Im ersten Schritt wird eine Aufschwingtrajektorie für ein einfacheres Modell mit weniger Zuständen und Eingängen ermittelt. Diese Lösung wird dann als Starttrajektorie für das statische Optimierungsproblem des kompletten zusammengesetzten Systems verwendet. Um das System um die Aufschwingtrajektorie zu stabilisieren, wird ein zeitvarianter LQR entworfen. Nach dem erfolgreichen Aufschwingen des Pendels wird auf einen Stabilisierungsregler umgeschaltet, welcher aus zwei LQRs, die das Pendel stabilisieren, und einem kartesischen Trajektorienfolgeregler besteht. Die Aufschwingtrajektorie und die Regler werden in der Simulation und im experimentellen Aufbau, der echtzeitfähige Industriekomponenten verwendet, untersucht. Die Robustheit gegenüber Modellungenauigkeiten, Parameterschwankungen, Störgrößen und Kalibrierungsfehlern wird dabei verifiziert.
de
dc.description.abstract
This thesis examines the swing-up and stabilization of a spherical inverted pendulum attached to a robot with seven degrees of freedom. A mechatronic design for a spherical inverted pendulum is proposed, which can be mounted on a Kuka LWR IV+ and other robots with a compatible end effector. After deriving mathematical models for the spherical inverted pendulum, the robot and the complete system, an optimal control problem is solved to obtain the swing-up trajectory. The dynamic optimization problem is converted to a static optimization problem using a direct method. The swing-up trajectory is obtained in the course of a three-step process. First, the search for a swing-up trajectory is performed on a simpler model with fewer states and inputs. This trajectory is then used as an initial guess for the static optimization problem for the complete system, which is then solved to find a trajectory for the full problem. A time-variant LQR is designed to stabilize the system around the swing-up trajectory. After the successful swing-up, the controller switches to a stabilizing controller, which consists of two LQRs for stabilizing the pendulum and a Cartesian trajectory tracking controller. The swing-up trajectory and the controllers are investigated in simulations as well as in a complete experimental setup using real-time capable industrial hardware. The robustness to model and parameter uncertainties, disturbances and calibration errors is verified.
en
dc.language
English
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dc.language.iso
en
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dc.rights.uri
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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dc.subject
Robotik
de
dc.subject
Optimierung
de
dc.subject
Instabiles System
de
dc.subject
Leichtbau-Roboter
de
dc.subject
Stellgrößenbeschränkungen
de
dc.subject
Robotics
en
dc.subject
Optimization
en
dc.subject
Unstable System
en
dc.subject
Light Weight Robot
en
dc.subject
Input constraints
en
dc.title
Swing-up and stabilization of a spherical Inverted pendulum on a robot
en
dc.title.alternative
Robotisches Aufschwingen und Stabilisieren eines sphärischen inversen Pendels
de
dc.type
Thesis
en
dc.type
Hochschulschrift
de
dc.rights.license
In Copyright
en
dc.rights.license
Urheberrechtsschutz
de
dc.identifier.doi
10.34726/hss.2019.49000
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dc.contributor.affiliation
TU Wien, Österreich
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dc.rights.holder
Jens Kretschmer
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dc.publisher.place
Wien
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tuw.version
vor
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tuw.thesisinformation
Technische Universität Wien
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dc.contributor.assistant
Hartl-Nesic, Christian
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tuw.publication.orgunit
E376 - Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik
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dc.type.qualificationlevel
Diploma
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dc.identifier.libraryid
AC15260763
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dc.description.numberOfPages
95
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dc.identifier.urn
urn:nbn:at:at-ubtuw:1-120425
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dc.thesistype
Diplomarbeit
de
dc.thesistype
Diploma Thesis
en
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In Copyright
en
dc.rights.identifier
Urheberrechtsschutz
de
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staff
-
tuw.assistant.staffStatus
staff
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tuw.advisor.orcid
0000-0001-7995-1690
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tuw.assistant.orcid
0000-0003-3054-9435
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Open Access
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http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
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open
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item.mimetype
application/pdf
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en
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item.openairetype
master thesis
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item.fulltext
with Fulltext
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item.cerifentitytype
Publications
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crisitem.author.dept
E389 - Telecommunications
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crisitem.author.parentorg
E350 - Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik