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http://hdl.handle.net/1843/46591
Type: | Tese |
Title: | Dynamic modeling of robotic systems : a dual quaternion formulation |
Other Titles: | Modelagem dinâmica de sistemas robóticos : uma formulação utilizando quatérnios duais |
Authors: | Frederico Fernandes Afonso Silva |
First Advisor: | Bruno Vilhena Adorno |
First Referee: | Edson Roberto De Pieri |
Second Referee: | João Yoshiyuki Ishihara |
Third Referee: | Leonardo Antônio Borges Tôrres |
metadata.dc.contributor.referee4: | Guilherme Vianna Raffo |
metadata.dc.contributor.referee5: | Bruno Vilhena Adorno |
Abstract: | This thesis proposes a technique for the dynamic modeling of serial and branched robots using dual quaternion algebra. The modeling accounts for all lower-pair kinematic joints and six-degree-of-freedom joints, and the framework enables the systematic modular composition of dynamic models comprising several subsystems, each, in turn, composed of multiple rigid bodies. The proposed strategy is applicable even if some subsystems are regarded as black boxes, requiring only the twists and wrenches at the connection points between different subsystems. To help in the model composition, a unified graph representation that encodes the propagation of twists and wrenches between the subsystems is also proposed. The joint wrenches result from the calculation of the interconnection matrix of the graph, making the modeling procedure straightforward. The framework was validated using serial manipulators of 6-DoF and 50-DoF, a 9-DoF holonomic mobile manipulator, and a 38-DoF branched robot composed of 9 subsystems. The results were compared with Peter Corke's Robotics Toolbox, Roy Featherstone's Spatial V2, and the robot simulator V-REP/CoppeliaSim, demonstrating that the proposed formalism is as accurate as state-of-the-art libraries. |
Abstract: | Essa tese propõe uma técnica para a modelagem dinâmica de robôs seriais e ramificados utilizando álgebra de quatérnios duais. O modelo considera tanto todas as juntas do tipo lower-pair kinematic quanto juntas de seis graus de liberdade e, adicionalmente, o procedimento permite a composição modular sistemática de modelos dinâmicos compostos de múltiplos subsistemas, cada um deles, por sua vez, composto de diversos corpos rígidos. A estratégia proposta é aplicável ainda que alguns subsistemas se comportem como caixas pretas, exigindo apenas os heligiros e as heliforças do ponto de conexão entre eles. Para auxiliar na composição de modelos, é também proposta uma representação em grafos que codifica a propagação de heligiros e heliforças dentre os subsistemas. As heliforças das juntas são resultado do cálculo da matriz de interconexão do grafo, tornando intuitivo o procedimento de modelagem. O formalismo proposto foi validado utilizando manipuladores robóticos de 6-DoF e 50-DoF, um manipulador móvel de base holonômica de 9-DoF e um robô ramificado de 38-DoF, composto de 9 subsistemas. Os resultados foram comparados com as bibliotecas Robotics Toolbox, desenvolvida pelo Peter Corke, e Spatial V2, desenvolvida pelo Roy Featherstone, além do simulador V-REP/CoppeliaSim, demonstrando que o método proposto é tão preciso quanto as bibliotecas do estado da arte. |
Subject: | Engenharia elétrica Quatérnios Robótica Teoria dos grafos |
language: | eng |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Publisher Initials: | UFMG |
metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
Rights: | Acesso Aberto |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/46591 |
Issue Date: | 16-Jun-2022 |
Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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