Teleoperação bilateral de robôs manipuladores industriais

Abstract

Neste trabalho é proposto um modelo de simulação de teleoperação bilateral de robôs manipuladores industriais. A teleoperação bilateral consiste em um dispositivo mestre que comanda um dispositivo escravo remotamente, sendo que escravo é capaz de fornecer uma percepção do ambiente de operação ao mestre. Atualmente os problemas de teleoperação bilateral de robôs são solucionados em contextos onde as propriedades das tecnologias no mundo real, como velocidade de comunicação e limitação de programação, não são totalmente consideradas . A presente dissertação aborda então a teleoperação bilateral considerando as limitações de robôs industriais, e tem por base o desenvolvimento de dois modelos de simulação, um para validação de um conceito de restrições virtuais e outro para analisar o comportamento de robôs industriais teleoperados. Primeiramente é simulado um modelo de teleoperação no domínio do tempo contínuo, no qual um robô mestre comanda um robô escravo. Este último opera em um ambiente virtual que impõe restrições de movimento, sendo que a percepção dessas restrições por parte do mestre é feita através de realimentação de força, obtida através de uma impedância virtual. A segunda simulação conta com o modelo no tempo discreto de dois robôs industriais idênticos. O mestre recebe comados de movimento por meio de uma admitância virtual alimentada por medições de um sensor de força real. Nesta segunda simulação é o mestre quem opera em um ambiente virtual, estimando a interação do escravo com as restrições. O movimento do mestre é copiado então pelo escravo através de um sistema de comunicação de dados com atraso, calculado de acordo com o tempo de resposta do escravo. Por fim foi concluído que o sistema final proposto possui maiores vantagens quando operado com pequenas forças e velocidades, sendo que para magnitudes relativamente maiores, o sistema tende a apresentar maiores atrasos de comunicação, perdendo a precisão e a confiabilidade.

Abstract: In this work it is proposed a simulation model of bilateral teleoperation of industrial robot manipulator. Bilateral teleoperation consists of a master device that commands a slave device remotely, being that the slave is able to provide a perception of the operation environment to the master. Actually the problems in robots bilateral teleoperation are solved in contexts where real-world technology properties, like communication speed and programming limitations are not fully considered. The present thesis then approaches the bilateral teleoperation considering the limitations of industrial robots, and is based on the development of two simulation models, one to validate a concept of virtual constraints and the other to analyze the behavior of teleoperated industrial robots. Firstly is simulated a teleoperation model in the continuous time domain, in which a master robot commands a slave robot. The latter one operates in a virtual environment that imposes movement restrictions, and the perception of these restrictions by the master is made through of force feedback, obtained through a virtual impedance. The second simulation features the discrete time model of two identical industrial robots. The master receives motion commands through a virtual admittance fed by measurements of a real force sensor. In this second simulation is the master who operates in a virtual environment, estimating the interaction of the slave with the constraints. The movement of the master is then copied by the slave via a delayed data communication system, calculated according to the slave?s response time. Finally it was concluded that the proposed final system has greater advantages when operated with small forces and speeds, and for relatively larger magnitudes, the system tends to present greater communication delays, losing accuracy and reliability.