Dynamic modeling of robotic systems : a dual quaternion formulation

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.