Tradução em tempo real de cinemática no comando de movimento de robôs
Carregando...
Data
Autor(es)
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Real-time robot kinematics translation on motion command
Primeiro orientador
Membros da banca
Alessandro Correa Victorino
Antonio Augusto Torres Maia
Antonio Augusto Torres Maia
Resumo
O presente trabalho tem como propósito o desenvolvimento de um sistema de tradução em
tempo real de soluções cinemáticas. Realizando um estudo de caso de aplicação na tradu-
ção de uma cinemática cartesiana para a cinemática de um robô híbrido paralelo com uma
extensão serial. A relevância do trabalho está no fato de sistemas de comando numérico
se basearem no controle de máquinas de arquitetura cartesiana. Para o comando de robôs
não cartesianos é necessária a tradução dos comandos de movimento do espaço cartesiano
para o espaço de juntas, levando à necessidade de alterações na programação do software
de comando. O sistema de tradução em tempo real atua no set-point de movimento possibilitando que CNCs possam ser utilizados como controladores de movimento de robôs com
geometrias mais complexas sem perda de recursos. A geometria híbrida do robô estudado
consiste em um robô planar paralelo de quatro barras na configuração pantográfica. Então
a esta cadeia fechada de juntas rotativas é acoplado um terceiro link serial formando uma
cadeia aberta em sua extremidade. A atuação do robô é totalmente concêntrica em sua
base, e sua ferramenta se movimenta no plano XY e tem sua orientação do giro no eixo Z
controlada. As soluções das cinemáticas são encontradas utilizando uma metodologia hí-
brida unindo o método do desacoplamento cinemático com as soluções paramétricas K-K
e D-H, e o método geométrico. Ao final obtém-se uma solução totalmente analítica para
as configurações do robô. O sistema de tradução foi implementado em um em um modelo
simulado desenvolvido no GNU Octave, de forma que os parâmetros fossem estudados em
um ambiente controlado. Foi utilizada a metodologia DoE, design de experimento, para
desenvolver um experimento multifatorial de estudo das interações entre os parâmetros
de interesse do modelo matemático. Após este estudo seus resultados foram utilizados
para o desenvolvimento de uma aplicação real embarcada. Isto para possibilitar o teste de
eficácia do sistema de tradução utilizando um CNC real pré-existente no mercado. Este
provém o comando de movimento em forma de frequência para cada eixo cartesiano. O
sinal de comando é introduzido no tradutor de cinemática, que utilizando a solução das
cinemáticas desenvolvidas para gerar um set-point de movimento de acordo com o espaço
de juntas do robô. Para se avaliar a eficácia do sistema o movimento comandado no espaço cartesiano e o movimento traduzido e aplicado ao modelo do robô são comparados.
Ao final do desenvolvimento conclui-se que é possível realizar a tradução embarcada em
tempo real das cinemáticas do robô em questão com uma resposta que atende as expectativas de um sistema robótico. Sendo possível a utilização deste sistema como ferramenta
no auxílio do desenvolvimento e estudo de novas soluções e geometrias robóticas.
Abstract
The purpose of this work is to develop a real-time translation system for kinematic solutions. A case study is conducted on the translation of a Cartesian kinematic to the
kinematic of a hybrid parallel robot with a serial extension. The relevance of this work
lies in the fact that numerical control systems are based on Cartesian architecture machines. For the command of non-Cartesian robots, it is necessary to translate the motion
commands from Cartesian space to joint space, leading to the need for changes in the
control software programming. The real-time translation system acts on the motion setpoint, enabling CNCs to be used as motion controllers for robots with more complex
geometries without loss of features. The hybrid geometry of the studied robot consists
of a four-bar planar parallel robot in a pantographic configuration. Then, a third serial
link is coupled to this closed chain of rotary joints, forming an open chain at its end. The
robot’s actuation is entirely concentric at its base, and its tool moves in the XY plane,
with its tool orientation over the Z-axis rotation. The kinematic solutions are found using
a hybrid methodology combining the kinematic decoupling method with the K-K and
D-H parametric solutions and the geometric method. Finally, a fully analytical solution
is obtained for the robot’s configurations. The translation system was implemented in
a simulated model developed in GNU Octave so that the parameters could be studied
in a controlled environment. The DoE methodology, design of experiment, was used to
develop a multifactorial experiment to study the interactions between the parameters of
interest of the mathematical model. After this study, its results were used to develop a
real embedded application. This was done to enable testing of the translation system’s
effectiveness using an existing CNC on the market, which provides motion command in
the form of frequency for each Cartesian axis. The command signal is introduced into the
kinematic translator, which uses the developed kinematic solutions to generate a motion
set-point according to the robot’s joint space. To evaluate the effectiveness of the system,
the commanded motion in Cartesian space and the translated motion applied to the robot
model are compared. At the end of the development, it is concluded that it is possible to
perform real-time embedded translation of the kinematics of the robot with a response
that meets the expectations of a robotic system. Thus this system can be used as a tool
to aid in the development and study of new robotic solutions and geometries.
Assunto
Engenharia mecânica, Robótica, Cinemática, Robôs, Robôs - Movimento, Robôs - Sistemas de controle
Palavras-chave
Robótica, Cinemática, Sistemas embarcados, Comando numérico
Citação
Departamento
Endereço externo
Avaliação
Revisão
Suplementado Por
Referenciado Por
Licença Creative Commons
Exceto quando indicado de outra forma, a licença deste item é descrita como Acesso Aberto