Planejamento de trajetórias e evitamento de colisão em tarefas de manipuladores reduntantes operando em ambientes confinados

Abstract

O planejamento de trajetórias de soldagem para manipuladores redundantes operando em ambientes confinados requer métodos precisos para obtenção de informações de suas variáveis de operação. Este trabalho desenvolve duas metodologias a serem aplicadas neste tipo de manipulador: primeiro, apresenta o desenvolvimento de uma sistemática para planejamento de tarefas fora de linha (off-line) e segundo, o estudo da solução da cinemática inversa de posição para mecanismos de cadeia fechada, usando o modelo de cinemática diferencial. As trajetórias desenvolvidas são utilizadas na tarefa de recobrimento de regiões pelo processo de soldagem, para tanto, é desenvolvida uma adaptação da metodologia baseada em algoritmos de rugosidade superficial (Scallop-height) para o cálculo de caminhos da ferramenta, de tal forma que estes sejam equidistantes ou paralelos entre si no espaço de trabalho. A metodologia de cálculo dos caminhos paralelos explora as propriedades das superfícies de trabalho usando os recursos matemáticos de modelagem de curvas e superfícies paramétricas. A solução analítica da cinemática inversa para manipuladores redundantes é geralmente de difícil obtenção, e uma solução é usar a integração da cinemática inversa diferencial, para isso é necessário o modelo de sua cinemática diferencial. O modelo da cinemática diferencial é obtido utilizando-se uma proposta de modelagem de mecanismos de cadeia fechada baseada no método de Davies e cadeias virtuais de Assur. Os modelos de cinemática diferencial são geralmente complexos, assim para obtenção da cinemática de posição é utilizada uma metodologia numérica para integração da cinemática diferencial. As aproximações características dos métodos numéricos resultam em posições de juntas que geram erros de fechamento da cadeia cinemática. Nesta linha, esta tese apresenta uma nova metodologia de modelamento da cinemática diferencial a qual possibilita o controle do erro de fechamento da cadeia, proveniente da aplicação dos métodos numéricos de integração. Neste sentido, são discutidos os métodos clássicos de solução da redundância de manipuladores, baseados na pseudoinversa do Jacobiano, e propostas mais atuais baseadas em cadeias virtuais. São estudadas as propriedades e é comprovada a estabilidade do método proposto. Ao final são realizados experimentos de laboratório os quais servem para validação do método proposto. Nestas experimentações é desenvolvida uma aplicação com o manipulador redundante Roboturb, o qual realiza uma tarefa similar à deposição de material pelo processo de soldagem, para recobrimento de uma superfície, desviando de um obstáculo posicionado dentro do seu volume de trabalho.