A Geração de trajetórias e controle de movimentos de um robô

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO

PEDRO MARCOS V. FERNANDES

RESUMO DO CAPÍTULO:

Geração de trajetórias e controle de movimentos de um robô 

CORNÉLIO PROCÓPIO

2018

A Geração de trajetórias pode ser definida ponto-a-ponto, ou seja, o rodo movimenta-se entre dois diferentes pontos sequencialmente, sem que haja um caminho intermediário, uma opção utilizada para operações conhecidas como pick-and-place, onde o robô deve pegar um objeto e colocar em uma outra posição. Outra maneira é especificando o trajeto através de funções geométricas, comuns em exemplos onde possuem obstáculos no trajeto ou quando deseja garantir que o elemento terminal siga uma trajetória específica.

Para o controle do movimento do robô é possível utilizar o planejamento do movimento e o acompanhamento de sinal. Para o primeiro caso é necessário a geração e um trajeto e de sua lei temporal, desta maneira é fornecido o sinal de referência ao controlador. O acompanhamento de sinal, como o próprio nome já diz, consistem no acompanhamento do sinal de referência.

Dentro do conceito de planejamento de trajetória, é frequentemente usado o modo conhecido como “off-line”, típico em caso que a geração de trajetória apresenta é computacionalmente pesado. Contudo, de maneira geral, é desejado gerar trajetórias “on-line” de modo eu possa ser executada com facilidade a mudança de trajetória do robô, assim incrementando a robustez e a adaptabilidade do sistema de maneira geral, como por exemplo um manipulador que podem necessitar a alteração e recalcular sua trajetória “on-line” afim de evitar um obstáculo inesperado no caminho.

Para uma estação automática com robôs, é possível verificar um grande número de objetivos envolve uma série de tarefas do manipulador em termos de pontos direcionais, pontos de aproximação e pontos de parada. O manipulador deve executar a tarefa gerando caminhos e trajetos para estes pontos e então, seguir estes trajetos utilizando uma lei de controle. Desta maneira podemos observar que o uso de planejador “online” reduz o tempo de “setup” e de parada, visto que o tempo necessário para planejar as trajetórias é menor.

Dentro do estudo das trajetórias, considerando ou não restrições cinemáticas, dinâmicas, o problema da flexibilidade, atritos, folgas, contato entre o robô e o ambiente, entre outras, é de grande importância encontrar técnicas que permitam obter soluções ótimas, ou quase ótimas, para estes problemas assim a tarefa que um manipulador deve realizar pode ser definida por uma série de pontos por onde o manipulador deve passar (movimento sem restrição entre os pontos). Muitas vezes é necessário especificar o trajeto entre dois pontos de forma a evitar obstáculos presentes no espaço de trabalho, ou para facilitar a tarefa a ser executada. Como regra geral, os sistemas robóticos devem executar movimentos suaves tanto quanto possíveis e modificações bruscas de posição, velocidade e aceleração devem ser evitadas.

A situação tida como ideal é que o ambiente de trabalho do robô fosse bem planejado, com objetos e máquinas descrevendo trajetórias e operações bem definidas, de forma que todo movimento estivesse sob controle. Para o planejamento de trajetórias em ambientes não estruturados é necessário o uso de técnicas tais como reconhecimento de forma e inteligência artificial.

Para operações onde o trajeto especifico deve ser seguido corretamente, como em caso de soldagem, colagem e corte, é melhor planejar a trajetória toda em espaços de tarefas do que aproximar o trajeto por interpolações entre os pontos no espaço das articulações. Movimentos planejados no espaço da tarefa também são mais previsíveis, isto é, é mais fácil para o usuário dizer se o elemento terminal do manipulador vai tocar em algum obstáculo.