Projecte llegit
Títol: Soft contact for aerial trajectory generation and contact-based manipulation
Estudiants que han llegit aquest projecte:
BROTONS XIMENIS, JAN (data lectura: 31-10-2025)- Cerca aquest projecte a Bibliotècnica
BROTONS XIMENIS, JAN (data lectura: 31-10-2025)Director/a: AGUADO CHAO, JUAN CARLOS
Departament: ESAII
Títol: Soft contact for aerial trajectory generation and contact-based manipulation
Data inici oferta: 20-01-2025 Data finalització oferta: 20-08-2025
Estudis d'assignació del projecte:
- GR ENG SIST AEROESP
| Tipus: Individual | |
| Lloc de realització: |
|
| Segon director/a (UPC): SOLÀ ORTEGA, JOAN | |
| Paraules clau: | |
| Drones, OCP, soft-contact, contacts, articulate arm, control, tragectori generation | |
| Descripció del contingut i pla d'activitats: | |
| L'objectiu principal d'aquest treball és la implementació d'un model de contacte en forma de contacte suau en una plataforma controlada principalment per control predictiu de models (MPC). Això permet una trajectòria altament dinàmica amb capacitats de contacte. El treball es realitzarà en una plataforma existent, un hexacòpter amb un braç robòtic de 2 graus de llibertat, ja controlat amb èxit per MPC anomenat.
El treball principal d'aquesta tesi serà l'addició de la capacitat de la plataforma d'interactuar amb el sòl en forma de contacte. Aquesta implementació s'afegirà com a model de contacte suau. En un model de contacte suau, les forces de contacte externes del robot es modelen en funció de la penetració al sòl. Imitant un terreny tou o un efector final, que s'aixafa, la força normal comença a augmentar. Això s'implementarà dins del càlcul de la dinàmica cap endavant dins de l'OCP. Per fer-ho, s'ampliarà una classe de la biblioteca de Pinotxo per donar suport a les forces de contacte en l'efector final en el càlcul dinàmic cap endavant. The end goal of this thesis is to prof that this implementation is possible on this platform and to learn how this way of introducing external forces interacts with the OCP and MPC. First, we only will perform Simulations and trajectory generation with the OCP and then once this is tuned correctly and proven, we will move to MPC simulations and real live experiments. L'objectiu final d'aquesta tesi és demostrar que aquesta implementació és possible en aquesta plataforma i aprendre com aquesta forma d'introduir forces externes interactua amb l'OCP i el MPC. Primer, només realitzarem simulacions i generació de trajectòries amb l'OCP i després, un cop ajustat correctament i demostrat, passarem a simulacions MPC i experiments reals en directe. |
|
| Overview (resum en anglès): | |
| Context & Motivation. High-level control for aerial robots (drones) remains relatively unexplored within control. While interest is growing for purely flying platforms, research on hybrid systems that exploit contact for mobility is still scarce. Such interactions pose modeling and numerical challenges, yet they also open a new field for advancing agile, contact-rich behaviors.
Objective & Contributions. We study whether the technique called soft-contact embedded in an Optimal Control Problem (OCP) can generate feasible, physically plausible trajectories for a robot aerial loco-manipulator (RALM). To validate soft-contact, we implement two different contact models, a linear spring-damper model with quadratic smoothing and an exponential law with a sigmoid damping activation. We integrate them inside the optimal control problem (OCP) pipeline and evaluate solver behavior, physical plausibility, and provide tuning guidelines. Methodology. We use the existing platform Borinot, a hexacopter base with a 2-DoF torque-controlled limb, and an offline OC environment. The integration processes is done by modifying existing libraries like Crocoddyl. Finllay, we optimize and assess the feasibility of the performance of soft-contact in three contact-rich tasks: landing, take-off and a forward jump, and assess the feasibility, the penetration bounds, force profiles and solver convergence. Results. Both models produce feasible trajectories that satisfy task goals with bounded penetration and physically coherent force profiles. The linear model tends to smaller overall penetrations, excelling in deeper-penetration or energetic contacts. The exponential model provides globally smooth, informative gradients that help anticipate contact timing and ease convergence in light-contact regimes, at the cost of small pre-contact forces, slightly deeper penetrations and worst overall performance in energetic contacts. In both scenarios, we observe predictable solver behavior with properly tuned models and same trajectory weights. Convergence is highly influenced by the discretization step, cost shaping, and model parameters. Conclusions. Soft-Contact modeling inside the Optimal Control Problem proves to generate feasible trajectories for dynamic aerial maneuvers with contact in a RALM. Demonstrating a credible path to contact-aware MPC on the existing platform. Limitations & Future Work. The solver sensitivity to stiffness and discretization persists while soft-contact artifacts, like penetration and pre-contact forces, remain. We suggest some improvements, e.g., moving to a hybrid normal-force law (a smooth activation, with linear growth) and adaptive stiffness during the solver process. |
|