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Teleoperação Bilateral de Múltiplos Robôs aplicada

1. lt a A bof Fe ot bal fo lt Dh fr FP testa f sel ot ts laal fo lt Soh IP ka ft ka ka ssh fill ka fil ks Win 4 18 e ll pa Note que W uma fun o de y1 pois fi VP z As constantes k k4 e kg s o Me a Amax Ki ky Amaz Ki k4 N k k ko las hl fll ell 7 A condi o para o sistema ser UB que W y seja negativa semi definida fora de uma determinada vizinhan a no espa o formado por y Para tal observa se que 46 as ra zes de 4 18 s o ka y k4 4k ho lAl h sendo uma solu o negativa e outra positiva Assim o limite da vizinhan a dado pela raiz positiva levando a condi o k IA gt gtk 4 19 na qual k uma constante em fun o de k e ke Observa o 2 Destaca se que a condi o de y limitado implica em amp e e limitados devido as rela es 4 13 e 4 15 Tarefa Secund ria Devido a defini o da for as de refer ncia no sistema de coordenadas inercial e a limita o da n o transmiss o de momento de acordo com o modelo de contato os efetuadores dos N rob s devem se manter perpendiculares a superf cie de contato da carga transportada Essa restri o mantida pelo controlador da tarefa secund ria que utiliza a mo vimenta o livre das juntas no espa o nulo do Jacobiano para preservar a orienta o adequada Para iss
2. 14 6 Z a 14 8 F A 4 Lut g As ines da JA J T 452 Escravo 2 _ 152 T T T Fa RE 15 eh PN of p gt kar WAEN S 14 8 o 146 0 5 10 15 20 25 tempo s Figura 5 21 Forgas medidas nos efetuadores durante a teleopera o utilizando Ki nect como mestre Preto valor medido e cinza refer ncia 76 Cap tulo 6 Conclus es Neste trabalho foi proposta uma metodologia para teleopera o bilateral coopera tiva com m ltiplos mestres comandando m ltiplos rob s escravos para o problema de transporte de carga Para para garantir a estabilidade no sistema de teleopera o devido a presen a de atraso no canal de comunica o utiliza se uma estrat gia em duas camadas Franken et al 2009 A primeira camada de transpar ncia imple menta as leis de controle de forma que o sistema escravo siga a refer ncia comandada pelo sistema mestre enquanto este reproduz para o operador as for as de intera o dos escravos com o objeto A segunda camada monitora a energia recebida e dis sipada pelos sistemas rob ticos durante a intera o com o operador e a carga partir da energia monitorada o sinal de controle alterado para que a condi o de passividade seja atendida A camada de transpar ncia aqui implementada considerando que o controle de coopera o dos escravos utiliza refer ncias de velocidade e de for a para os efe tuadores A refer ncia de for a a soma de um valor constant
3. 4 121 Este manual tem o intuito de ser um guia para conhecer e operar o Motman DIA10 Algumas situa es diferentes da opera o padr o s o apresentadas entretanto n o substitui completamente os manuais fornecidos pelo fabricante Estes devem ser con sultados caso uma situa o aqui n o abordada ocorra O mesmo pode ser dito sobre o controlador de alta velocidade HSC cujo funcionamento aqui tamb m resumido Sugere se manter uma c pia deste no local de opera o para que seja utilizado para consultas r pidas 109 C 1 Caracter sticas cinem ticas O Motoman DIA10 um rob constitu do de dois manipuladores antropom rficos 7 DoF e um tronco resultando em 15 DoF como mostrado no desenho da Figura C 1 Cada um dos bra os suporta uma carga de 10 kg no efetuador Todas as juntas s o de revolu o e controladas de forma independente Reference coordinates of base robot axes Reference coordinates Reference coordinates Z Sele of base robot axes of base robot axes 7th axis U axis R axis d fp N4 T STN y B axis TI teH 4 x T axis Ls Rotation axis S1 axis station 1 Figura C 1 Nomes das juntas e sistema de refer ncia do rob DIA10 O eixo verde representa a refer ncia e os azuis os sistemas de coordenadas finais para a cinem tica direta via Denavit Hartenberg A partir das dimens es dos elos na Figura e dos sentidos de rota
4. 3 3 Camada de Passividade Abaixo da camada de transpar ncia a segunda camada de controle garante a estabi lidade do sistema Essa camada monitora a energia dissipada e acumulada durante a movimenta o dos rob s em cada ambiente e ent o restringe os sinais de controle aplicados a esses de forma a garantir que o sistema se comporte de forma passiva A monitora o da energia realizada considerando o controle como um sistema discreto de acordo com o proposto em Franken et al 2009 A cada instante de amostragem k a energia dispon vel para a movimenta o dos rob s estimada como sendo o sub ndice j igual m para o mestre e s para o escravo H k 1 representa o nivel de energia presente na amostragem anterior e os termos H e H s o usados para troca de energia entre os ambientes local e remoto Uma forma simples para essa transfer ncia de energia mostrada em Stramigioli et al 2010 e consiste em enviar sempre uma parcela da energia dispon vel desta forma Hj 6H k 1 3 6 transmitida a cada instante k Outras estrat gias para troca de energia s o en contradas em Stramigioli et al 2010 35 No lado onde se recebe o pacote formada uma fila Q at a ocorr ncia de um novo passo do controlador Neste instante o termo aditivo de energia computado a partir dos pacotes na fila atrav s de Hy gt H 3 7 HEQ e a fila esvaziada Essa estrat gia tende a mante
5. Supervision Radiation controller tolerant signal a Reduced size x umbilical STAUBLI RX170 slave arm Call wall concrete sheilding Control cabinets including the TAO2000 teleoperation controller tion tolerar axes FIT sensor Radiating area Operating area a Opera o de ROV b Plantas de energia nuclear Adaptado de Desbats ot al 2006 Figura 1 9 Diagramas com representa es de teleopera es na modalidade direta Neste trabalho utiliza se teleopera o com controle compartilhado No ambiente remoto parte da realimenta o do operador calculada diretamente sem informa es sobre os escravos Enquanto no ambiente local parte do controle de coopera o realizada sem a a o do operador Estabilidade passividade e transpar ncia Para analisar a estabilidade dos sistemas de controle em teleopera o considere a interliga o de diferentes subsistemas de duas portas como na Figura 1 10 Seguindo um fluxo da esquerda para direita inicia se no ambiente remoto com o operador interagindo com o dispositivo mestre tp tm Transmite se um comando de velocidade tm ts para o ambiente local este passado para o controlador e o rob escravo agindo sobre o ambiente ts gt te A for a resultante desta opera o fe fs enviada como realimenta o para o operador fs gt fm fn O canal de comunica o pode conter atraso vari
6. Chave seletora de modo utilizada para alterar entre o modo de programa o Teach e o modo de reprodu o dos programas Play O primeiro modo tam b m permite que as juntas sejam posicionadas individualmente ou retornem para a posi o inicial conjuntamente O segundo modo permite o controle pelo computador via HSC ver Ap ndice C 4p Start inicia a reprodu o de um programa no modo Play Parada de emerg ncia desliga instantaneamente os servomotores fazendo com que o rob pare Este bot o fica travado impedindo qualquer novo movimento at que seja rotacionado em sentido hor rio Servo on Ready coloca os servomotores em estado de espera no modo Teach ou ligado no modo Play Page alterna entre diferentes p ginas de determinadas fun es do Teach Pendant Select utilizado para selecionar diferentes op es no menu apresentado na tela a qual tamb m sens vel ao toque Cancel cancela a es ou mensagens de erro Comando de juntas utilizados para movimentar as juntas individualmente Cada junta possui um bot o para deslocamento no sentido positivo e negativo 114 Figura C 5 Teach Pendant come ando no canto superior esquerdo do quadro est a S seguindo para baixo at a T Para a junta 7 preciso manter pressionado Shift e acionar a S Entre estes bot es est o o controle de velocidade e o led indicador de estado dos servomotores Enter utilizado para confirmar determinadas a es
7. dividida em duas categorias de acordo com a presen a de realimenta o de for a Quando esta existe opera o bilateral o operador tem a percep o das for as de intera o do manipulador com o ambiente No caso contr rio opera o unilateral somente a realimenta o visual utilizada como guia para a realiza o da tarefa Niemeyer et al 2008 Ambiente Remoto Ambiente Local Stream de video L For as de intera o Realimenta o g Atua o no visual mestre Controle de Realimenta o Posi o veloddade de for a do mestre Sensor de For a Figura 1 8 Diagramas de blocos para teleopera o com controle direto Um exemplo de teleopera o unilateral s o as opera es de ROV ve culos remo tamente operados submarinos utilizados para inspe es em usinas hidrel tricas tu bula es de plataformas de petr leo opera es de bancos de v lvulas rvore de na tal submersos entre outros Estes dispositivos s o operados de um navio atrav s de um cabo umbilical sendo comandados por velocidade atrav s de um joystick como na ilustra o da Figura 1 9 a A modalidade bilateral por exemplo utilizada em usinas nucleares para a manuten o de reas com presen a de radia o mantendo o operador seguro em uma sala com uma vis o direta do manipulador Desbats et al 2006 utilizando uma estrutura como a ilustrada na Figura 1 9 b Radiation tolerant absolute posi encoder
8. mero de trabalhadores e o tempo de perman ncia destes na plataforma utilizando rob s para opera o da mesma Anisi et al 2010 2011 From 2010 Graf amp Pfeiffer 2007 Transeth et al 2010 De forma extrema prop e se um projeto de plataforma dividida e duas reas uma permanentemente n o habitada por humanos onde ocorre a explora o e outra parcialmente habitada que recebe trabalhadores para opera es de manuten o e reparo como na ilustra o da Figura Este con ceito foi criado para ser utilizado em novos po os na Noruega onde al m dos riscos comuns a opera o o frio intenso Transeth et al 2010 Fire wall unmanned area Normally not manned area Permanently Figura 1 4 Proposta de novo modelo de plataforma de explora o de petr leo em reas remotas Apresenta uma divis o em duas reas uma constantemente n o habitada e outra parcialmente habitada Retirado de Transeth et al 2010 No caso mais espec fico da teleopera o de m ltiplos manipuladores em coopera o a motiva o inicial te rica visto que apresenta desafios adicionais ao caso de um nico rob Por exemplo a coordena o entre os m ltiplos mestres e escravos e o cumprimento da restri o Apesar desse t pico ser apontado como uma ten dencia por Hokayem amp Spong 2006 somente quatro trabalhos foram encontrados na literatura Aldana et al 2012 Bacocco amp Melchiorril 2009 Lee amp Spo
9. planares em forma es com dois ou quatro agentes 5 1 1 Modelagem A presente proposta de solu o para o problema de teleopera o cooperativa foi si mulada utilizando Simulink e considerando mestres e escravos planares com 3 juntas de revolu o como na Figura 5 1 Os mestres s o modelados como manipuladores com din mica completa M 0 6 C 0 0 0 G 0 JT F 59 Figura 5 1 Representa o do sistema escravo simulado N 2 indicando os para metros do modelo atuados atrav s da for a F Seguindo a modelagem de Aldana et al 2012 e utili zando os par metros da Figura 5 1 as matrizes M e C s o definidas em fun o das vari veis auxiliares Pi mails h moh malsls Tp mall Mello mslsls Tz pa Malls mall p3 malals pa M3lyl3 ps Mal5l5 Ig maglalo malgls I3 pe malgls Is Sendo a matriz de in rcia sim trica Pi 2pocho 2p3c03 2pacho3 M ps pocd 2pscds pacdos ps 2p3c03 5 1 Pe p3cO3 pachos Pe pacls Pe na qual chij e s0 representam cos 6 0 0 e sin 0 0 0 respectivamente A matriz de for as de Coriolis e centrifugas C11 C12 C13 C pas0201 p380303 pas02301 p380303 p3803 01 02 05 5 2 pas03 01 05 p4s6230 p3s03 01 05 0 com os termos C definidos por Cy po5020 p3s0303 p4803 05 03 C12 po805 01 65 7380303 pas0 3 01 0 63 C13 p3s03 p4s023 04
10. 4 30 Ent o para v 0 as seguintes propriedades s o v lidas i X1 X2 E Loo ti lims 7 8 O lie p2 t 0 Prova A demonstra o pode ser encontrada no Ap ndice 4 4 2 Estrat gia de controle A primeira etapa consiste em projetar o controle din mico seguindo Para tal considera se que os par metros que definem as matrizes M C e g do modelo 2 5 s o conhecidos de forma exata projetando se um controle por torque computado r M 6 6 C 0 0 0 9 0 Kao ua J 0 f 4 31 no qual Kg gt 0 uma matriz de ganho para um controlador proporcional do erro virtual de velocidade definido por o 6 6 he 60 0 Ae 4 32 com A uma matriz diagonal constante estritamente positiva O termo ug representa um sinal de controle externo que atua sobre o sistema em malha fechada 53 A representa o do sistema em malha fechada obtida a partir de 2 5 e 4 31 como M 6 o C 0 0 Kao ua 4 33 e representa um mapeamento ug gt o estritamente passivo Esta condi o facil mente reconhecida considerando se a candidata a fun o de Lyapunov 2V o Mo cuja derivada sobre as trajet rias do sistema V 0o u4 0o Kyo Como os sinais s o todos limitados se ug 0 V lt 0 eo lema de Barbalat garante que lim o g t 0 Ressalta se que pelas defini es de o e 6 em 4 32 tem se o Ae e portanto lim oo t 0 e lim e t 0 Seguindo os passos pa
11. Cap tulo 6 No ltimo cap tulo s o apresentadas as conclus es Al m do corpo principal informa es complementares s o apresentadas em tr s se es em anexo No Ap ndice A apresentada a arquitetura para prototipagem r pida de aplica es de teleopera o desenvolvida durante este trabalho Ribeiro et al 2012 no Ap ndice B s o apresentados teoremas e provas auxiliares e no Ap ndice U encontra se um manual para opera o do rob Motoman DIA10 utilizado para os testes experimentais 24 Cap tulo 2 Modelagem de Manipuladores Manipuladores rob ticos s o cadeias de corpos r gidos denominados elos conectados por mecanismos m veis denominados juntas ver Figura 2 1 A rela o entre o estado de cada junta da cadeia com o estado de cada um dos elos pode ser modelada atrav s de uma abordagem cinem tica ou din mica A primeira aborda posi o e orienta o dos corpos enquanto a segunda considera as for as e momentos angulares Figura 2 1 Representa o esquem tica de um manipulador rob tico Em verme lho est o indicados os movimentos das juntas e em azul o comprimento dos elos Os sistemas de coordenadas representam a refer ncia inercial na base verde e o efetuador azul 2 1 Modelo Cinem tico A cinem tica estuda a descri o da posi o e orienta o bem como suas derivadas temporais de cada um dos corpos r gidos da cadeia que descreve o manipulado
12. VACA OST C O f E E Instituto Alberto Luiz Coimbra de U F RJ P s Gradua o e Pesquisa de Engenharia TELEOPERA O BILATERAL DE M LTIPLOS ROB S APLICADA AO TRANSPORTE DE CARGA Gabriel Casulari da Motta Ribeiro Disserta o de Mestrado apresentada ao Programa de P s gradua o em Engenharia El trica COPPE da Universidade Federal do Rio de Janeiro como parte dos requisitos necess rios obten o do t tulo de Mestre em Engenharia El trica Orientador Fernando Cesar Lizarralde Rio de Janeiro Agosto de 2013 TELEOPERA O BILATERAL DE M LTIPLOS ROB S APLICADA AO TRANSPORTE DE CARGA Gabriel Casulari da Motta Ribeiro DISSERTA O SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LUIZ COIMBRA DE P S GRADUA O E PESQUISA DE ENGENHARIA COPPE DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESS RIOS PARA A OBTEN O DO GRAU DE MESTRE EM CI NCIAS EM ENGENHARIA EL TRICA Examinada por Prof Fernando Cesar Lizarralde D Sc Prof Liu Hsu Dr d tat Prof Guilherme Augusto Silva Pereira D Sc RIO DE JANEIRO RJ BRASIL AGOSTO DE 2013 Ribeiro Gabriel Casulari da Motta Teleopera o Bilateral de M ltiplos Rob s aplicada ao Transporte de Carga Gabriel Casulari da Motta Ribeiro Rio de Janeiro UFRJ COPPE 2013 pf il 29 Tem Orientador Fernando Cesar Lizarralde Disserta o mestrado UFRJ COPPE Programa de Engenharia El trica 201
13. es de seus pr prios sensores sem comunica o direta com os demais 39 4 1 Modelagem Para o projeto do controlador do sistema cooperativo considera se primeiramente a carga sem deforma o com o rob em contato no ponto a Se a orienta o do objeto representada por uma matriz de rota o R 6 ent o sendo x a posi o inercial do centro de massa da carga e r um vetor fixo no sistema de coordenadas inercial o ver Figura 3 1 A posi o a t representa ent o o ponto de contato do i simo rob sem que este deforme a carga em um dado tempo t Como os rob s se movem a carga pode ser eventualmente comprimida com x a Pode se assim ser definida uma deforma o zi x ai como representado na Figura respons vel por uma for a f no contato entre a carga e o efetuador do i simo rob Sob a hip tese de que n o ocorre rota o da carga R 8 0 a varia o da deforma o ao longo do tempo dada por e assume se que a mesma limitada t e existe c lt oo constante tal que 2 lt c ay Figura 4 2 Representa o da intera o entre um manipulador e o objeto A for a fi pode ser considerada como o gradiente V P z de uma fun o po tencial positiva definida da deforma o Por defini o quando z 0 o i simo rob n o deforma o objeto ent o nenhuma for a de rea o gerada e as condi es devem ser satisfeitas por P z Bai amp Wen 2010 No
14. o devido ao controle de velocidade Este drift claro ao observar se os instant neos da Figura 5 11 Escravo 1 F amp 1 5708 4 o 5 1 5708 lt 1 5708 H 4 Ro 1 5708 E Escravo 2 F 1 5708 4 Q 1 5708 N 4 oO E 1 5708 4 5 1 5708 Ll fi fi fi I fi 1 I 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 tempo s Figura 5 10 Orienta o dos manipuladores escravo durante a simula o de teleope ra o com movimento circular e controle em cascata Preto orienta o calculada e cinza escuro refer ncia Na Figura s o apresentados os mestres e os escravos em diferentes instantes da simula o Nota se que devido ao atraso de 1 s os escravos permanecem na mesma posi o na primeira e segunda imagens Alem disso o drift na posi o observado ao longo da trajet ria do centro da carga representada pela linha verde 66 e posi o ap s 20 s Figura 5 11 Representa o dos rob s mestre e escravo em diferentes instantes de tempo para a simula o de controle em cascata As linhas azuis representam os mestres trajet ria da carga no ambiente local linha verde sofre um deslocamento devido ao controle somente de velocidade 67 5 2 Testes Experimentais Os testes experimentais foram realizados utilizando a estrutura presente no LEATe a arquitetura apresentada no Ap ndice A Foram considerados o controle aut nomo de coopera o e
15. transforma o transforma o Com as mesmas condi es no canal de comunica o e tamb m considerando transforma es de estado empregam a teoria de ondas a qual permite observar novos aspectos deste canal como a reflex o gerada por desbalanceamentos de imped ncia As transforma es propostas s o semelhantes por m a nota o de Niemeyer amp Slotine 1991 mais utilizada Com esta os sinais transmitidos s o ba F bz F De dq 1 2 y 2b y 2b sendo parametrizados por b Utilizando a transforma o 1 2 e considerando a energia inicial nula A energia acumulada 1 1 obtida de t t 1 rt T iT T T T T Pap aai fede 5 ia a e ad 10 Devido a presen a de atraso tem se que us t um t T1 e Um t vs t To assim a energia dada por sf ul mum Us T To Ty 7 To ulus um T T tm t Ty dr 1 t T 2 J um T tt 7 dr um 01 um 91 dO 92 2 Jo t3 io Vat alado o vs 02 Tus 02 dd E ha no T Um T dr Sfo a T vs T dr 1 3 positiva e portanto est vel independentemente da magnitude dos atrasos Niemeyer amp Slotine 1991 Destaca se que o c lculo acima considerou a substitui o de vari veis 6 7 T do dr i 1 2 A partir da d cada de 90 a estrutura da internet se mostrou como a principal candidata a linha de transmiss o para a teleopera o Entretanto devido as caracte r sticas desta rede o atraso encont
16. A gt 63 A 60 O vetor de for as referentes a gravidade dado por moagl5 maglo cO1 magls m3gl2 cOi2 m3gl cO123 G magl M3gl2 c012 pocO123 j 5 3 mM3gl5c9123 sendo g a magnitude da acelera o da gravidade no ambiente local considerando esta atuando ao longo da dire o y Os escravos por sua vez s o manipuladores cinem ticos representados pelo Ja cobiano de posi o l s los01 1350123 l95012 1350123 1350123 a 5 4 lichi loco l3c0123 loc012 I3cO 123 l3c0123 5 4 p como no modelo 4 6 quando considerado o caso de din mica desprez vel Para manipuladores com din mica n o desprez vel utiliza se como modelo a din mica do erro virtual de velocidade em 4 33 Para a simula o considera se que os mestres e os escravos tem as mesmas di mens es de acordo com os par metros da Tabela 5 1 Tabela 5 1 Par metros do modelo de manipulador 3 DoF utilizado na simula o A a Elo k Par metro S mbolo 1 9 3 Massa My 2 2 1 5 Momento de in rcia Ik 0 5 0 5 0 25 Comprimento lk 0 8 0 8 0 65 Os pacotes referentes as camadas de transpar ncia e de passividade s o transmi tidos pelo mesmo canal de comunica o sem perdas e com atraso vari vel distinto em cada sentido Os manipuladores mestre rastreiam uma refer ncia de velocidade Cartesiana atrav s de um controlador proporcional e integral A carga transpor tada possui uma rigidez de 500 N m
17. Kitagawa M Dokko D Okamura A M amp Yuh D D 2005 Effect of sensory substitution on suture manipulation forces for robotic surgical systems The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery 129 1 151 158 Kosuge K amp Oosumi T 1996 Decentralized control of multiple robots handling an object in Proc IEEE RSJ Int Conf Intelligent Robots and Systems Vol 1 pp 318 323 Kume Y Hirata Y dong Wang Z amp Kosuge K 2002 Decentralized control of multiple mobile manipulators handling a single object in coordination in Proc IEEE RSJ Int Conf Intelligent Robots Systems Vol 3 pp 2758 2763 vol 3 Lawrence D 1993 Stability and transparency in bilateral teleoperation IEEE Trans Robot Automat 9 5 624 637 Lee D amp Spong M 2005 Bilateral teleoperation of multiple cooperative robots over delayed communication networks Theory in Proc IEEE Int Conf Robotics and Automation pp 360 365 Lee D amp Spong M 2006 Passive bilateral teleoperation with constant time delay IEEE Trans Robot 22 2 269 281 Leung G Francis B amp Apkarian J 1995 Bilateral controller for teleope rators with time delay via p synthesis IEEE Trans Robot Automat 11 1 105 116 Lizarralde F Hsu L amp Costa R 2008 Adaptive visual servoing of robot mani pulators without measuring the image velocity in Proc of the 17 IFA
18. a modular control architecture for telerobotics IEEE Robot Automat Mag 2 3 10 18 Anderson R amp Spong M 1989 Bilateral control of teleoperators with time delay IEEE Trans Automat Contr 34 5 494 501 Anisi D Gunnar J Lillehagen T amp Skourup C 2010 Robot automation in oil and gas facilities Indoor and onsite demonstrations in Proc IEEE RSJ Int Conf Intelligent Robots and Systems pp 4729 4734 Anisi D Persson E amp Heyer C 2011 Real world demonstration of sensor based robotic automation in oil amp gas facilities in Proc IEEE RSJ Int Conf Intelligent Robots and Systems pp 235 240 Arcara P amp Melchiorri C 2002 Control schemes for teleoperation with time delay A comparative study Robotics and Autonomous Systems 38 1 49 64 Bacocco R amp Melchiorri C 2009 Lq control design of cooperative teleoperation systems in Proc IEEE Int Conf Advanced Robotics pp 1 6 Bai H amp Wen J T 2010 Cooperative load transport a formation control perspective IEEE Trans Robot 26 4 742 750 Ballantyne G 2002 Robotic surgery telerobotic surgery telepresence and te lementoring Surgical Endoscopy And Other Interventional Techniques 16 10 1389 1402 Bambang R 2007 Development of architectures for internet telerobotics sys tems J Bionic Eng 4 4 291 297 81 Boukhnifer M Ferrei
19. o controlada em uma tarefa principal para movimentar o objeto enquanto a orienta o tratada em uma tarefa secund ria para manter os efetuadores per pendiculares a carga A primeira lei de controle para manipuladores com din mica n o desprez vel apresenta um controle dual ao caso cinem tico para a posi o do efetuador considerando um modelo no espa o cartesiano O segundo caso com modelo din mico utiliza uma estrat gia em cascata que con sidera uma malha interna de controle din mico no espa o das juntas para transfor mar o manipulador n o linear em um novo sistema com modelo simplificado Neste trabalho considera se que a cascata leva a um modelo linear de segunda ordem para o efetuador A posi o e orienta o podem ser tratadas de forma independente e duas leis de controle s o propostas para transladar a carga mantendo os efetuado res perpendiculares a mesma Por considerar o espa o das juntas a estrat gia em cascata facilita a implementa o de t cnicas adaptativas Para cada uma das leis de controle apresentada uma prova te rica de que os sistemas em malha fechada s o UB garantindo a estabilidade da tarefa de coo pera o A estrat gia completa de teleopera o verificada utilizando simula o num rica considerando o controle cinem tico de manipuladores planares Essa lei de controle tamb m utilizada em experimentos de controle aut nomo onde n o h um operador e com teleopera o unilateral
20. o das juntas apresentados na Figura C 1 pode se levantar o modelo cinem tico de cada um dos bra os Para tal considera se como posi o inicial o rob com os dois bra os abertos semelhante ao padr o do NX100 Na Tabela s o apresentados os par metros de Denavit Hartenberg 110 P point maximum envelope P point oe ee View C Maximum envelope without interference maximum P point envelope maximum envelope Units mm Figura C 2 Dimens es dos elos e limites de rota o das juntas do rob DIA10 Tabela C 1 Par metros de Denavit Hartenberg standard para o DIA10 Esta re presenta o considera como posi o inicial o rob com os dois bra os abertos seme lhante ao padr o do NX100 R1 R2 Junta a a 0 d a a 0 d Tronco 3 0 0 0 0 0 478 53 00 0 0 0 478 S 3 0 0 0 0 0 380 5 0 0 0 0 0 380 L 00 00 0000 53 00 00 0 000 7 0 0 00 0 390 3 0 0 0 0 0 390 U 35 0 0 0 0 0 000 S 0 0 0 0 0 000 R 5 00 00 0 330 gt 00 00 0 330 B 00 0 0 0 000 F 00 0 0 0 000 T 0 0 0 0 0 0 0 210 0 0 0 0 0 0 0 210 111 A representa o cinem tica dos bra os segundo a teoria de Screw apresentada na Tabela Tabela C 2 Par metros cinem ticos segundo a teoria de Screw para o DIA1O RI R2 Junta w q w q Tronco jo 0 1 o 0 000 0 478 jo 0 1 jo 0 000 0 478 S po fo 0 380 0 4
21. que se controla diretamente a for a Observa o 5 Como a for a de contato imposta diretamente sobre o efetuador esta lei de controle din mico n o requer a utiliza o de um sensor de for a para realimenta o Entretanto este fato considera que o Jacobiano do manipulador completamente conhecido de forma que a utiliza o de um sensor pode aumentar a robustez do sistema Levando esta lei de controle no modelo 4 22 o sistema em malha fechada representado por amp M7 i T amp VP 24 VP 2 4 24 4 14 e 4 15 para os manipuladores as for as e a carga A estabilidade deste sistema dentro do conceito de UB garantida pelo seguinte teorema Teorema 3 Considere um sistema de rob s cooperativos modelados por 4 22 com par metros conhecidos transportando uma carga deform vel 4 4 As for as de intera o s o consideradas como o gradiente de uma fun o potencial positiva definida da deforma o da carga submetida a condi o 4 3 Suponha que os rob s s o controlados de acordo com 4 23 Se a velocidade de refer ncia v t e sua derivada vt s o limitadas e a for a desejada f satisfaz 4 5 entao o sistema completo em malha fechada 4 14 e 4 24 na pr tica rastreia ie UB v4 t com for as de intera o f variando de forma limitada entorno do valor desejado T Prova Considerando o sistema dividido em y e A e Y2 le o objetivo demonstr
22. 1988 A cinem tica pode ser classificada como direta ou inversa No primeiro caso a pose p do efetuador sistema de coordenadas azul na Figura 2 1 em rela o a base sistema de coordenadas verde determinada em a partir do conjunto de posi es das juntas 0 ver Figura 2 1 j H S 2 1 q A express o anal tica de h 0 obtida atrav s das rela es geom tricas entre as jun tas e os comprimentos do elos pr prias de cada manipulador Uma alternativa s o os m todos sistem ticos que podem ser aplicados de maneira padr o para qualquer configura o de rob como por exemplo o m todo de Denavit Hartenberg let al 2009 ou a teoria de Screw Murray et al 1994 27 O caso inverso claramente recupera as posi es das juntas para uma dada pose do efetuador Neste caso podem haver uma ou m ltiplas solu es para uma mesma pose como mostrado na Figura 2 3 Assim para grande parte dos manipuladores n o existe solu o alg brica fechada para a cinem tica inversa Siciliano et al 2009 Figura 2 3 Exemplo de um manipulador que possui mais de uma solu o de cine m tica inversa para a mesma pose Explicitamente com cotovelo para cima ou para baixo 2 1 1 Cinem tica diferencial A cinem tica diferencial estabelece a rela o entre a velocidade das juntas e as velocidades linear e angular w de um ponto no corpo r gido Esta rela o estabelecida por uma matriz chamada de Jacobiano g
23. 2006 Entretanto o problema abordado n o se prop em a este sincronismo principalmente por considerar como mestres dispositivos com configura o distinta da dos escravos e a presen a de realimenta o visual O objetivo da tarefa aqui exposta posicionar a carga assim a vis o do ambiente local permite que o operador corrija os erros de forma gradual 58 Cap tulo 5 Resultados Experimentais Para validar a nova proposta de estrat gia para teleopera o cooperativa em rela o a estabilidade garantida pelos tanques de energia e a coordena o entre os escravos s o apresentados resultados de simula o da mesma Na simula o considera se o uso de manipuladores planares com 3 DoF utilizando se controle cinem tico ou em cascata para os rob s escravos O caso cinem tico tamb m implementado em um rob industrial Motoman DIA10 que possui dois manipuladores com 7 DoF cada A implementa o experimental considera o controle cooperativo local de trajet rias pr estabelecidas sem a a o de um operador e devido a limita es de dispositi vos o caso de controle unilateral com somente um mestre O mestre pode ser um dispositivo h ptico Phantom Omni Sensable EUA ou um dispositivo de interface natural Kinect Microsoft Corp EUA 5 1 Simula o A verifica o da eficacia da arquitetura de controle proposta foi realizada atrav s de simula o da teleopera o bilateral As simula es consideraram manipuladores
24. 3 cinza claro durante a movimenta o mestre escravo com o Kinect cont nuo e Phantom tra cejado Retirado de Motta Ribeiro et al 2012 Durante a servovis o devido ao procedimento de obten o da imagem pelo n Matlab do RR o intervalo de tempo entre o envio de informa es para o ambiente local aumenta podendo aproximar se de 3s Com isso o deslocamento do manipu lador deve ser realizado com velocidade ainda menor de forma a manter o marcador dentro da sub janela de processamento da imagem Este atraso na atualiza o do erro por m n o inviabiliza o controle como pode ser observado na Figura A aproxima o realizada de forma gradual enquanto a execu o do trajeto de volta ap s o fechamento da garra ocorre em uma etapa nica Uma alternativa para aumentar a velocidade do controlador realizar o processamento local com o operador remoto capturando a imagem somente para indicar o marcador e o alvo e sendo realimentado pela informa o de erro de imagem 104 Servovis o 40 20H J 0 E E g 2 S 20 x O oO 40 E oO 6 L s 10 20 30 40 50 60 amostra Figura A 15 Erro em pixels nos eixos x cinza e y preto durante a servovis o Retirado de Motta Ribeiro et al 2012 Como a estrat gia de servovis o adotada considera somente o movimento planar ao fim da etapa inicial de movimenta o mestre escravo o manipulador deve estar alinhado ao objeto
25. Este alinhamento por m dificultado pela falta da informa o de profundidade na realimenta o visual do operador remoto A profundidade da imagem pode ser acrescentada atrav s de uma vis o n o frontal a partir de outras c meras Bambang 2007 de duas c meras realizando estereoscopia Hutchinson 1996 ou utilizando a medida da rea do marcador no punho Zachi Hsu Lizarralde amp Leite 2006 entre outros O teste de realimenta o de for a mostrou que poss vel reproduzir no Phantom as for as medidas no efetuador do manipulador Al m disso observa se que devido a pequena amplitude do movimento na etapa de regula o a opera o est vel mesmo com o atraso na comunica o o mesmo n o ocorrendo durante o rastreamento 105 Ap ndice B Teoremas auxiliares Neste ap ndice s o apresentas as provas para os resultados dos Teoremas I e 4 bem como o Lema 4 3 de Khalil 2002 utilizado na prova dos Teoremas Pe B 1 Prova do Teorema A demonstra o a seguir para o Teorema 1 uma adapta o da prova original para o teorema 4 14 de Haddad amp Chellaboinal2011 Prova Primeiramente considere 0 u e assuma yo lt 6 Se yi t lt u para t gt 0 ent o de segue que yi t lt u lt a 8 u lt a m e para t gt 0 Considere ent o que 6 41 7 sendo y sup r gt 0 By 1 a r 0 C D e assuma que yi9 Bs 0 e Ilynoll gt u Agora para todo gt 0 tal qu
26. FAPERJ e a CAPES pelo suporte financeiro com a bolsa e o apoio aos projetos desenvolvidos no laborat rio e que de alguma forma contri bu ram para realiza o do presente trabalho Agrade o tamb m a equipe CoPPETEX por criar a classe com o modelo COPPE de forma que eu n o precisei olhar para aquele manual de formata o ao escrever esta disserta o Por fim mas n o menos importante aos demais membros do LABCON e do LEAD sejam alunos t cnicos porteiros ou professores todos contribu ram de al guma maneira durante a pesquisa iv Resumo da Disserta o apresentada COPPE UFRJ como parte dos requisitos necess rios para a obten o do grau de Mestre em Ci ncias M Sc TELEOPERA O BILATERAL DE M LTIPLOS ROB S APLICADA AO TRANSPORTE DE CARGA Gabriel Casulari da Motta Ribeiro Agosto 2013 Orientador Fernando Cesar Lizarralde Programa Engenharia El trica Este trabalho apresenta uma proposta para a teleopera o bilateral coopera tiva de m ltiplos manipuladores transportando uma carga considerando atraso nos canais de comunica o A teleopera o cooperativa exige al m da transpar ncia e estabilidade a garantia da restri o estabelecida pela intera o entre rob s durante a tarefa Entre as diferentes estrat gias de teleopera o considera se uma arquitetura em duas camadas verticais Uma camada utilizada para tratar a transpar ncia isto a coordena o entre mestres e escravos
27. Motoman DIA10 rastreando uma trajet ria helicoidal Preto escravo 1 e cinza escravo 2 A orienta o dos efetuadores durante o movimento helicoidal mostrada na Figura Ao inv s de representar os quatro elementos do quaternion que n o tem representa o f sica s o utilizados sistemas de coordenadas Assim o objetivo de controle manter os sistemas que representam a orienta o real em azul igual a desejada em verde Nota se que um ganho mais elevado como no painel direto tende a aumentar a for a da tarefa secund ria e melhorar o resultado da regula o Ganho 05 Ganho 10 Figura 5 16 Representa o da orienta o durante a trajet ria helicoidal com dois ganhos para a tarefa secund ria Verde refer ncia de orienta o e azul orienta o do efetuador 71 5 2 3 Teleoperagao unilateral Para o teste de teleopera o unilateral considerou se como mestre um dispositivo h ptico Phantom Omni Ap ndice A 3 2 ou os bra os do operador captados atrav s do Kinect Ambos os dispositivos s o acessados no Matlab atrav s de n s do RR como apresentado no Ap ndice A As especifica es de cada teste e os resultados s o apresentados a seguir Implementa o A estrat gia de teleopera o descrita no Capitulo 3 utilizando a estrutura por posta em Motta Ribeiro et al 2012 apresentada no Ap ndice A Cada camada de controle utiliza seu pr prio canal de comunica o num total de
28. Os experimentos foram realizados utilizando uma arquitetura flex vel para teleopera o Motta Ribeiro et al 2012 utilizando conjuntamente o Phantom Omni ou o Kinect e um rob Motoman DIA 10 atrav s do Matlab 6 1 Limita es Considera se com principais limita es do presente trabalho e Os controladores para din mica n o desprez vel projetados para sistemas de segunda ordem utilizam a acelera o de refer ncia Entretanto como o mo vimento realizado diretamente pelo operador essa informa o n o pode ser conhecida a pripori Considerando ainda que pode existir atraso vari vel no canal de comunica o um sinal de acelera o transmitido do ambiente remoto para o local n o corresponderia ao sinal de velocidade enviado em conjunto Uma possibilidade ent o considerar um modelo de refer ncia no ambiente local de forma a estimar esta acelera o 78 6 2 Nos casos que consideram manipuladores com din mica n o desprez vel os controladores propostos sup em que os par metros do modelo din mico s o totalmente conhecidos podendo assim serem compensados Em um manipu lador real essa hip tese forte pois incertezas na medi o e simplifica es na modelagem geram imprecis o neste modelo Uma alternativa considerar um esquema adaptativo que respeite a condi o de passividade como o de Slotine 1591 Durante os experimentos n o foram utilizados sensores de for a para medir a intera
29. Trinklj2005 No fechamento de for a os rob s atuam sobre a carga de forma que o esfor o exercido mantenha um determinado n mero de graus de liberdade da mesma fixos Um exemplo de fechamento de for a mostrado na Figura 1 15 a J no fechamento de forma os movimentos da carga s o restritos pelo configura o dos rob s durante a pegada como no exemplo da Figura 1 15 b a Fechamento de for a b Fechamento de forma Figura 1 15 Exemplos de condi es de pegada Retirado de Prattichizzo amp Trinkle 2008 Para o caso de rob s m veis transportando uma carga pode se acrescentar uma terceira condi o denominada fechamento de objeto Neste caso o objeto fica restrito a uma determinada rea formada pelos rob s como se estivesse em uma gaiola no ingl s cage podendo desta forma se movimentar livremente neste espa o e perder o contato temporariamente com os agentes Pereira et al 2004 Para ilustrar este conceito considere um grupo de rob s formando uma circunfer ncia com um objeto no centro Se os agentes da circunfer ncia come arem a se deslocar coordenadamente o objeto do centro ter que seguir o mesmo caminho j que ser empurrado por um ou mais rob s A Figura representa este caso exemplo Controle O problema de transportar uma carga possivelmente flex vel utilizando um grupo de rob s m veis tratado por Sugar amp Kumar 2002a s o considerados diferentes leis de controle des
30. Verlag Silva A Ramirez O Vega V amp Oliver J 2009 Phantom omni haptic de vice Kinematic and manipulability in Proc Electronics Robotics and Automotive Mechanics Conf IEEE pp 193 198 Sirouspour S 2005 Modeling and control of cooperative teleoperation systems IEEE Trans Robot 21 6 1220 1225 Slotine J amp Li W 1991 Applied Nonlinear Control Prentice Hall New Jersey EUA Smith A C amp Hashtrudi Zaad K 2006 Smith predictor type control architec tures for time delayed teleoperation Int J Robotics Res 25 8 797 818 Stanczyk B amp Buss M 2004 Development of a telerobotic system for explora tion of hazardous environments in Proc IEEE RSJ Int Conf Intelligent Robots and Systems Vol 3 pp 2532 2537 Stramigioli S Mohony R amp Corke P 2010 A novel approach to haptic tele operation of aerial robot vehicles in Proc IEEE Int Conf Robotics and Automation Anchorage USA Stramigioli S Secchi C Schaft A J amp Fantuzzi C 2005 Sampled data systems passivity and discrete port hamiltonian systems IEEE Trans 87 Robot 21 4 574 587 URL http doc utwente nl 54220 Sugar T G amp Kumar V 20024 Control of cooperating mobile manipulators IEEE Trans Robot Automat 18 1 94 103 Sugar T G amp Kumar V 20026 Design and control of a compliant parallel manipulator
31. cada junta e a cada instante apresen tado ao operador o valor do ngulo enviado Para a opera o com Phantom ver Figura A 10 b o painel mostra somente os ngulos de cada junta e para a servovi s o o painel apresenta as posi o do alvo e do marcador no punho do manipulador al m do erro de imagem em pixels como representado na Figura Para a servovis o tamb m apresentada uma figura com uma foto do ambiente local adquirida a partir da requisi o do operador pelo bot o snapshot ou ao se iniciar o procedimento atrav s desta figura que a posi o inicial do marcador no punho e o alvo s o informados As coordenadas do alvo podem ser alteradas a qualquer instante de tempo bastando selecionar um novo local da imagem enquanto o marcador deve ser relocalizado apenas quando o processamento da imagem n o o faz automaticamente Figura A 11 Exemplos de figuras para aux lio do operador durante o uso do Kinect Painel esquerdo reconstru o do bra o atrav s dos pontos fornecidos pelo disposi tivo painel central diferen a entre ngulos das juntas no Kinect e no manipulador antes de iniciar a opera o painel direito ngulos enviados ao manipulador linhas s lidas e limites linhas tracejadas para cada junta Nos dois ltimos os eixos s o radianos e amostras Retirado de Motta Ribeiro et al 2012 Na opera o atrav s do Kinect nenhuma informa o mostrada no painel pr
32. como na Figura L 14 a Esta malha central det m o conhecimento total do sistema com as leituras de todos os sensores e a posi o de todos os agentes podendo assim determinar os movimentos individuais que garantem o objetivo coletivo No caso do controle descentralizado cada agente possui sua pr pria malha de con trole A coordena o pode ser realizada atrav s de informa es passadas diretamente entre os agentes exigindo um canal de comunica o entre estes ver Figura 1 14 b ou indiretamente sendo obtida da pr pria tarefa ver Figura 1 14 c Controle central Posi o veloddade Controle Vo G local Controle f G local local Controle ks Controle G oal i Controle local G ioai Controle CAA T local Bett TT TTT nest local a Centralizado b Descentralizado com comunica o Controle OG local Controle Controle 6 G val c Descentralizado sem comunica o Figura 1 14 Diagrama representando os sistemas de controle centralizado a e descentralizado com comunica o direta b e indireta c 19 Pegada Ao transportar a carga necess rio garantir que a mesma permane a segura e con tida pelos rob s essa condi o denominada de pegada no ingl s grasp O de senvolvimento te rico sobre esta condi o decorrente do estudo de m os rob ticas Neste se estabelecem duas modalidades de pegada os fechamentos de for a e de forma Praitichizao amp
33. constante e vari veis Na Figura 5 13 s o apresentados os erros de velocidade para ambos os casos A velocidade de refer ncia obtida pela lei de controle utilizando e 4 20 enquanto a velocidade real dos efetua dores estimada atrav s do modelo cinem tico diferencial e da medida de velocidade das juntas a cada instante de amostragem do controlador Por simplicidade somente o escravo 1 mostrado sendo o comportamento do escravo 2 semelhante Como esperado o erro de velocidade com refer ncia constante menor que du rante o rastreamento de refer ncia circular Nota se ainda que no primeiro caso o erro constante por m n o nulo como esperado a partir do desenvolvimento te rico Isto pode ser explicado por pequenas diferen as no modelo cinem tico a presen a 69 Linear xy vw 0 05 E E o a 49 0 o oO 0 05 0 5 10 Circular xy 041 E Es 2 o O D 0 1 gt 0 5 10 15 tempo s Linear yz Linear xz 0 05 0 05 dh APTN I TA to lidera tah 0 Pa JA e ld 0 ee deve de tii inir 0 05 0 05 0 5 10 0 5 10 Circular yz Circular xz 0 1 0 1 0 1 0 1 0 5 10 15 0 5 10 15 tempo s tempo s Figura 5 13 Erros de velocidade do efetuador do escravo 1 durante o controle aut nomo com refer ncia linear e circular Preto eixo x cinza escuro eixo y e cinza claro eixo 2 de atraso entre o comando e o movimento real das juntas e a ut
34. de 80 elementos com a posi o e a qualidade da identifica o de cada um dos 20 pontos para at dois esqueletos Para a aplica o atual somente tr s pontos mostrados na Figura 7 referentes ao bra o direito s o utilizados 96 Figura A 7 Pontos P Pi e P2 do esqueleto fornecido pelo Kinect e utilizados para controle do manipulador Retirado de Motta Ribeiro et al 2012 Para movimentar o manipulador s o utilizados os ngulos do ombro 0 e 01 e do cotovelo 62 onde o bra o modelado por meio dos vetores V RAOo Ry 1 y A 1 Vo R 00 Ry 01 Ry 92 2 onde R uma rota o elementar de 0 em torno do eixo 7 e R 0 uma rota o elementar de 0 em torno do eixo y para i 1 2 Note que os vetores Ve Vo definidos na Figura podem ser obtidos por cinem tica inversa atrav s dos subproblemas 2 e 1 de Paden Kahan Murray et al 1994 Este modelo considera a posi o zero do manipulador com o elo 1 alinhado ao eixo y e o elo 2 ao eixo Z al m de um movimento inverso para os ngulos 0 e 0 Esta invers o justificada para se obter melhor ergonomia em opera es com o cotovelo do rob para o alto por exemplo coletando objetos sobre uma mesa A 3 2 Phantom Omni O Phantom um mecanismo rob tico com 6 juntas de revolu o 3 atuadas e 3 n o atuadas Silva et al 2009 mostrado na Figura A 8 Possui uma biblioteca de desenvolvimento em C C com a qual pos
35. de servovis o As implementa es destas interfaces s o apresentadas nas se es seguintes junto descri o da GUI A 3 1 Kinect O Kinect um dispositivo composto por uma c mera RGB e uma c mera e emissor infravermelho Este gera uma nuvem de pontos cuja deforma o permite ao dis positivo fornecer informa es de profundidade junto a imagem do ambiente sendo classificado como um dispositivo RGBD em ingl s red green blue and depth O Kinect foi desenvolvido para fornecer interface natural a jogos eletr nicos a partir do rastreamento dos movimentos do usu rio O rastreamento realizado atrav s de 20 pontos compreendendo as articula es dos bra os e pernas m os p s ca be a centro da linha dos ombros centro de massa do corpo pr ximo ao umbigo e um ponto intermedi rio entre os dois ltimos como mostrado na Figura Para estender esta capacidade a plataforma Windows foram utilizados o driver e kit de desenvolvimento oficiais da Microsoft sendo a interface com Matlab realizada por um servidor TCP utilizando o RR Cotovelo Punho esquerdo esquerdo M o esquerda a Punho Cotovelo M o direito direito direita Centro dos ombros Quadril centro Quadril esquerda de massa direita Joelho esquerdo Tornozelo esquerdo P esquerdo Figura A 6 Pontos do corpo que formam o esqueleto fornecido pelo Kinect O servidor fornece quando requisitado um vetor
36. do manipulador quando h atraso na comunica o 2Um v deo com a tarefa de pick and place pode ser visto em http www youtube com watch v J5vRgD_kieY 103 Na Figura s o apresentados os ngulos enviados para o ambiente local durante a movimenta o mestre escravo tanto com Phantom quanto com o Kinect Observa se que inicialmente os valores s o constantes durante o per odo em que o operador ajusta o controlador a posi o atual do manipulador de forma a n o ocorrem saltos na posi o das juntas Ap s este ajuste a junta 1 levada a posi o rad durante a etapa inicial e retorna pr ximo a zero na etapa final assim como definido na tarefa Ressalta se que a opera o com o Kinect se mostrou mais dif cil com maiores oscila es e tempo de execu o pois o PUMA 560 n o possu todos os graus de mobilidade do bra o humano tornando o movimento pouco natural com o operador virando todo o corpo e dificultando a visualiza o da tela de opera o Al m disso apesar das invers es consideradas na cinem tica inversa tornarem mais ergon mica a posi o de cotovelo do manipulador para cima elas tornam tamb m os movimentos do bra o menos intuitivos Alinhamento ao objeto 4 T T T rad T 2 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Retorno para a cesta Abertura da garra rad i L 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Figura A 14 Trajet rias da juntas 1 cinza escuro 2 preto e
37. do procedimento de conex o entre n s do Robot Raconteur 92 propriedade e fun es Resta ao programador escrever o c digo que implementa as funcionalidades do servi o Um exemplo de robdef apresentado no C digo C digo A 1 Exemplo de arquivo robdef que define a interface para um servi o de intera o com o Phantom Omni service PhantomlmniRemote interface struct SpatialOrientation Orienta o por quaternion field double 4 orientation Posi o cartesiana field double 3 position end struct object OmniHost objref Omnil o end object object Omni property SpatialDrientation pose function void SetForce double 3 force end object O C digo 1 define um servi o para interagir com o Phantom Omni mostrando os diferentes tipos de elementos que podem definidos Com este servi o poss vel utilizar atrav s da rede um ou mais dispositivos conectados em um mesmo com putador Cada dispositivo corresponde a um objeto Omni sendo armazenado como um elemento do array OmniHost Ap s a conex o o cliente pode interagir com cada um dos objetos separadamente sendo capaz de acessar a pose do Phantom atrav s da propriedade pose e enviar vetores de for a para serem aplicados como realimenta o utilizando a fun o SetForce Os canais de transporte de mensagem implementados permitem a comunica o atrav s de TCP IP para uma rede local ou internet de uma pipe para processos in ternos em uma m qu
38. m lti plos escravos com um ou m ltiplos mestres Hokayem amp Spong 2006 Essa tarefa cooperativa apresenta novos desafios j que preciso garantir a coordena o entre os rob s entretanto possibilita novas opera es e um aumento da carga a ser mani pulada Aplica es t picas de manipuladores cooperativos s o transporte de cargas grandes e ou pesadas montagem de m ltiplas partes simultaneamente e manipula o de objetos flex veis ou com partes m veis Caccavale amp Uchiyamal 2008 Fora da teleopera o a coopera o entre rob s uma assunto estudado desde 1970 com diferentes estrat gias de controle propostas Dentre estas destacam se o controle h brido o controle de for a complac ncia e a lineariza o por realimenta o Uma vis o diferente para a coopera o rob tica apresentada por Bai amp Wen que utilizam uma abordagem de forma o onde os rob s atingem uma mesma velocidade constante enquanto aplicam uma for a sobre um objeto deform vel Para este trabalho a estrutura em duas camadas para tele opera o bilateral ser utilizada em uma tarefa cooperativa de transporte de carga onde podem ser empregados m ltiplos dispositivos mestre Para a coordena o entre os escravos utiliza se a estrat gia de forma o Bai amp Wen 2010 com o controle de pegada realizado localmente no ambiente da tarefa n o sofrendo diretamente a a o do atraso S o propostas leis de controle cinem
39. modalidades de entrada e ei a DE RR Y 90 A 2 Diagrama representativo das vias de comunica o para a arquitetura sm os RR NB Bw A ER ES 91 A 3 Diagrama representando os elementos da arquitetura do Robot Ra be cacy Se co G OH Be de RD Ge Db R S wh oes 92 A 4 Diagrama do procedimento de conex o entre n s do Robot Raconteur 92 A 5 Diagrama esquem tico de um sistema de controle utilizando RR e AP dama sta nda pad sa do rd dE E E Su DE A DA 95 a 96 i ho Le Pe ee ee ee ee ee Po ee By 97 PS 98 om QS TE a ee Boe Se PLE ee E DU 98 err 100 A1 Exemplos de figuras para auxilio do operador durante o uso do Kimecg101 A 12 Sistema de dois rob s PUMA560 sobre trilhos do CATS RPL 102 A 13 Exemplo do experimento com as diferentes modalidades de controle 103 A 14 Trajet rias da juntas 1 2 e 3 do PUMA560 durante a movimenta o mestre escravo com o Kinect e Phantom 104 A 15 Erro em pixels nos eixos x e y durante a servovisao 105 xil C 2 Dimens es dos elos e limites de rota o das juntas do rob DIA10 111 C 3 Controlador industrial NX100 scssera veses eae ee x 112 C 4 Diagrama para conex o dos cabos entre o rob e o controlador NX100 13 C 5 Teach Pendant C 6 Diagrama de conex o entre o HSC o controlador NX100 e um com EN E O eu ieeued nous 116 O Enade puphg eoeedaneetemeds 118 C 8 Inicializa o do NX100 2 2 2 ce ee ee aaa 119 hg aM apes ues da ad ea
40. o apresentados diferentes procedimentos para a opera o do rob Mo toman DIA10 Os procedimentos est o divididos em duas etapas inicializa o e conex o com computador Na primeira considera se o caso normal e a corre o de erros comuns Para a segunda s o apresentados os procedimento comuns e exemplos espec ficos para opera o j desenvolvidas C 5 1 Inicializa o A inicializa o do rob simples sendo realizada em apenas um etapa 1 Ligar o NX100 colocando a chave do painel frontal na posi o ON como mostrado na Figura C 8 a a Esperar at que o NX100 esteja completamente inicializado O Teach Pendant apresentar a tela inicial mostrada na Figura C 8 b Entretanto durante esta inicializa o podem ocorrer falhas ocasionadas prin cipalmente por falta de carga nas baterias do circuito de mem ria dos encoders absolutos Esses erros e suas solu es s o apresentados a seguir 1 ENCODER BATTERY WEAK Robot 2 SLURBT7 e E na realidade um aviso n o impede a opera o do rob 118 High Voltage Do not open the door with power ON L a Chave de energia b Tela do Teach Pendant ap s inicializa o Figura C 8 Inicializa o do NX100 2 Alarm 4311 SV 2 ENCODER BACK UP ERROR Robot 2 SLURBT7 Alarm 4314 SV 2 SERIAL ENCODER BATTERY ERROR Robot 2 SLURBT7 Alarm 4107 OUT OF RANGE ABSO DATA Robot 2 SLURBT7 e Esse conjunto de erros permite operar o rob sem q
41. o de enjaulamento Pereira et al transportam um objeto em uma trajet ria planar utilizando um conjunto de rob s m veis S o apresentados resultados te ricos com uma condi o para garantir o fechamento de objeto e um controle em tr s etapas criar a pegada manter la e se deslocar para o objetivo Cada um dos agentes transita independentemente por estas etapas de forma que o conjunto atinge o objetivo de carregar o objeto Os resultados s o exemplificados em um experimento onde os rob s s o controlados utilizando realimenta o visual Sem utilizar uma estrat gia de l der seguidor pro p e um controle descentralizado com fechamento de for a A estrat gia utilizada realiza o controle simult neo de deslocamento e for a em cada um dos agentes sem uma comunica o expl cita de nenhum par metro Primeiramente considera se de forma independente o controle de movimento projetando se em seguida o controle de for a que considera como perturba es as for as geradas pelo outro controlador Os controladores n o utilizam explicitamente a proje o no espa o nulo para obter 2Esta imagem um quadro do video http www youtube com watch v SBLIYAHdYLM 21 a realimenta o das for as internas e o desacoplamento dos controles Entretanto a estabilidade garantida pois o controle de movimento tem converg ncia exponen cial limita o que se consideram somente transla es Em o problema de transporte de car
42. o ganho de controle K 0 02 e K z para os todos os escravos e a refer ncia de for a para pegada ft lo 20 ou E f 20 0 de acordo com a orienta o do efetuador Os par metros utilizados para implementar os tanques de energia s o presentados na Tabela Tabela 5 2 Par metros para simula o dos tanques de energia Bm 0 05 Ha 0 05 a 100 6 0 05 hee D 61 5 1 2 Resultados Os resultados ser o apresentados para a simula o da teleopera o com N 2 A escolha por este caso decorre exclusivamente do menor n mero de dados a serem apresentados j que o desempenho semelhante para quatro ou dois agentes como apresentado na Figura A numera o dos rob s segue a ordem estabelecida na Figura 0 6 0 44 0 2 0 Vo finos os AN A oo 0 2 erro y m s 0 2 T T e Ma ay Peg 0 1 F erro x m s 0 2 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 tempo s Figura 5 2 Erro de velocidade da carga durante simula o de teleopera o com movimento circular considerando N 2 e N 4 Cinza N 4 preto N 2 A influencia da satura o do sinal de controle na camada de passividade pode ser claramente observada no caso em que se considera uma fun o da energia atual no tanque para limitar os sinais de comando Os manipuladores n o seguem di retamente a refer ncia at existir um n vel de energia adequado como observado
43. plant Industrial Robot An International Journal 33 3 178 186 Ferrell W amp Sheridan T 1967 Supervisory control of remote manipulation Spectrum IEEE 4 10 81 88 Franken M Stramigioli S Reilink R Secchi C amp Macchelli A 2009 Brid ging the gap between passivity and transparency in Proc Robotics Sci ence and Systems Seattle USA Freitas G Gleizer G Lizarralde F Hsu L amp dos Reis N R S 2010 Kine matic reconfigurability control for an environmental mobile robot opera ting in the amazon rain forest Journal of Field Robotics 27 2 197 216 82 From P J 2010 Off shore Robotics Robust and Optimal Solutions for Au tonomous Operation PhD thesis Norwegian University of Science and Technology Goto S Naka T Matsuda Y amp Egashira N 2010 Teleoperation system of robot arms combined with remote control and visual servo control in Proc SICE Annual Conf pp 1975 1981 Graf B amp Pfeiffer K 2007 Mobile robots for offshore inspection and manipu lation in Proc Int Petroleum Technology Conf Guenther R amp Hsu L 1993 Variable structure adaptive cascade control of rigid link electrically driven robot manipulators in Proc IEEE Conf Dec and Contr San Antonio pp 2137 2142 Hacioglu Y Arslan Y Z amp Yagiz N 2011 MIMO fuzzy sliding mode con trolled dual arm robot in load transpor
44. se que os primeiros trabalhos sobre dispositivos para teleopera o s o dois artigos publicados por Goertz em 1954 Niemeyer et al 2008 Ambos s o motivados pela ind stria nuclear de forma a diminuir a exposi o do trabalhador a radia o O primeiro trabalho descreve um dispositivo mec nico mostrado na Figura 1 3 onde os dispositivos mestre e escravo s o acoplados diretamente em um mecanismo de quatro barras semelhante a um pant grafo O segundo trabalho inicia a maior separa o entre ambiente local e remoto apresentando um mecanismo de teleopera o controlado eletronicamente Ap s este primeiro trabalho a pesquisa em teleopera o nos anos 60 foi concen trada na rela o entre o operador humano e o dispositivo rob tico e na consequ ncia da introdu o desta nova ferramenta para a realiza o da tarefa Hokayem amp Spong 2006 Como exemplo cita se o trabalho de Sheridan amp Ferrell 1963 que investiga experimentalmente a influencia da presen a de atraso na comunica o na realiza o Figura 1 3 Primeiro dispositivo de teleopera o descrito por Goertz em 1954 O acoplamento entre mestre e escravo mec nico atrav s de um mecanismo de quatro barras Retirado de Niemeyer et al 2008 da tarefa observando a ado o por parte do operador de um movimento pausado No fim dos anos 60 motivado pelo uso de rob s no espa o prop e uma alternativa para melhorar a performance da teleopera o na p
45. servovis o respons vel pelo posicionamento fino utilizando uma c mera no punho que alinhada a um alvo de forma autom tica ap s este entrar no quadro da imagem O processamento local em um terceiro computador se comunicando via TCP com o controlador do manipulador escravo Realizando somente o controle bilateral Oboe amp Fiorini 1998 utilizam um sis tema em tempo real criado pelos autores que se comunica com a internet atrav s de uma socket utilizam um processo em tempo real no Windows NT com o aux lio do Hyperkernel um programa que cria um kernel paralelo ao do sistema operacional realizando a comunica o com a internet atrav s do NT que acessa uma mem ria compartilhada com o Hyperkernel Em ambos trabalhos um computador remoto retransmite o sinal de controle do manipulador mestre atrav s da internet para uma simula o do mesmo utilizada como escravo que realimenta o sistema de controle diretamente Hirche et al 2004 controlam um manipulador de 7 graus de mobilidade em um espa o operacional de 2 graus e Stanczyk amp Buss 2004 estendem o controle atrav s de um manipulador mestre com 6 graus de mobilidade Estes dois trabalhos realizam o controle dos dispositivos rob ticos utilizando a combina o Matlab Simulink e XPC Target por m n o especificam como realizada a comunica o UDP do ingl s User Datagram Protocol entre as m quinas v lido ressaltar que essas diferentes interfaces p
46. teleopera o com N 4 na qual em cada ambiente dois rob s est o alinhados ao eixo x e dois ao eixo y como na Figura 3 3 Neste caso existiriam dois conjuntos para os c lculos das refer ncias Qy com os rob s de n mero 1 e 2 e Qg com os rob s 3 e 4 L ca 1 i he 1 L LUY e x mestre 4 mestre 3 esc 4 esc 3 O ci 2 lt I 2 Figura 3 3 Representa o dos manipuladores mestre linhas azuis e escravo linhas pretas em uma teleopera o com N 4 Juntos aos escravos a carga represen tada pelo ret ngulo com x no ponto vermelho O centro da carga virtual x7 representado pelo ponto magenta junto aos mestres 34 As refer ncias calculadas em cada um dos ambientes s o mostradas na Tabela 3 1 Pode se observar o agrupamento dos manipuladores e a defini o dos sinais para a aplica o nos rob s de acordo com a posi o deste em rela o ao centro de massa do objeto real ou virtual Tabela 3 1 Refer ncias calculadas no exemplo de camada de transpar ncia Ambiente Remoto Refer ncia de velocidade vi i iP i g it fe g leg eel D lag well Dz fg a rell L leg ve Dg Pa mwen wa p Ambiente Local fe 5 Ilfall Msa Mere tr a UPA Ae l eD PERTE Hajte rd fe gon Ea fe f min SEN m en pain Refer ncia de for a For a aplicada ao operador For a de realimenta o Refer ncia de for a
47. tico e din mico para contemplar rob s industriais e diretamente atuados Destaca se que esta integra o representa uma extens o de ambos as trabalhos considerando o caso cinem tico para as cama das de teleopera o e o rastreamento de trajet rias de velocidade para o controle cooperativo 1 1 Motiva o A teleopera o rob tica tem uma motiva o clara no aumento da seguran a do trabalhador e redu o de custos de log stica Isto porque pode evitar a necessidade da presen a de humanos em tarefas e ambientes que apresentam risco a sa de dificuldade de acesso e condi es clim ticas adversas No contexto brasileiro atual uma rea para aplica o deste tipo de tecnologia s o as novas fronteiras de explora o de petr leo na regi o do pr sal A atividade de explora o apresenta riscos devido a presen a de produtos inflam veis explosivos e t xicos em uma regi o com poucas alternativas de evacua o e alta taxa de corros o pela maresia No pr sal devido a grande dist ncia entre os po os e a plataforma continental ocorre ainda um aumento no custo e no tempo de transporte de traba lhadores n o sendo poss vel em certas reas uma viagem completa de ida e volta de um helic ptero sem a realiza o de escalas Com isso al m do aumento dos custos de opera o e reparo a capacidade de resposta a emerg ncias deteriorada Uma poss vel alternativa para a explora o nesta regi o remota reduzir o n
48. transposto Nakanishi et al 2008 Entretanto o controle de orienta o com din mica n o desprez vel ser considerado somente na pr xima se o utilizando uma abordagem em cascata 4 3 1 Estrat gia de Controle Como observado em o sinal de controle din mico F consiste em uma for a no efetuador equivalente ao torque aplicado as juntas do manipulador Para projetar esta for a considere uma lei de controle cl ssica por torque computado com os par metros do modelo totalmente conhecidos Com as matrizes que descrevem o modelo conhecidas o projeto se separa em duas partes um sinal de feedforward do modelo avaliado na trajet ria desejada e um sinal de controle para seguir esta trajet ria Dado o objetivo de controle a gt r e kek de rastrear uma velocidade mantendo uma for a de contato constante A seguinte lei de controle proposta F M Cwt Gi TiG amp fi 4 23 Nesta os tr s primeiros termos representam a compensa o do modelo din mico e os dois ltimos um termo para controle de velocidade e outro para aplica o da for a A Figura 4 4 apresenta um diagrama de blocos da estrat gia de controle proposta Destaca se que a parte dos termos de feedforward a lei de controle o dual da lei de controle do objetivo principal no caso cinem tico 4 11 Aqui o 49 din mico 7 x Figura 4 4 Diagrama de blocos representando o controle din mico termo proporcional relativo a velocidade j
49. uma express o semelhante utilizada para o rob escravo Os ganhos K e Ka s o matrizes positivas definidas e a estabilidade obtida pela dissipa o resultante do termo de amortecimento dependendo assim da escolha correta do ganho Ka Para determinar este ganho Lee amp Spong 2006 imp e a condi o no dom nio da frequ ncia w T T gt 2 sin wt ta E Ka gt aa ae Ky Ka Kp Vw E e 12 Uma poss vel solu o para esta condi o Kg Ci a que depende somente do limite superior dos atrasos T Esta lei de controle garante uma transpar ncia ideal durante o regime permanente Uma compara o entre diferentes estrat gias baseadas em passividade para esta bilizar a teleopera o realizada atrav s de uma estrutura te rica unificada baseada em fun es de Lyapunov em Nu o et al 2011 Um trabalho menos atual de cara amp Melchiorril 2002 realiza uma compara o mais ampla incluindo estrat gias que n o se baseiam em passividade Dentre as t cnicas que n o se baseiam em passividade se destacam aquelas que utilizam controle timo estimadores de estados e t cnicas de controle avan ado As t cnicas de controle timo utilizam informa es de limite superior dos atrasos no projeto dos controladores obtendo leis est veis at estes limites Leung et al 1995 A s ntese realizada em duas etapas na primeira um controlador para movimenta o livre projetado via H em segui
50. vel com prototipagem r pida ii integrar o dispositivo Phantom Omni ao Matlab iii estabelecer a estrutura para controlar o rob Motoman DIA 10 atrav s de um computador 1 4 Metodologia O problema de coopera o ser resolvido utilizando se rastreamento de velocidade associado a regula o de for a considerando as seguintes hip teses 1 o contato entre o efetuador dos manipuladores e a carga pontual com atrito transmitindo for as e n o torques 2 antes de iniciar a teleopera o os manipuladores j est o segurando o objeto 3 as refer ncias de for as de contato s o projetadas de forma a garantir uma condi o de fechamento de for a 22 4 os rob s mestres s o manipuladores ou dispositivos h pticos que possuem um mecanismo para atuar com a for a transmitida do ambiente local para realimenta o do operador 5 os movimentos de cada um dos manipuladores escravo n o leva a configura es singulares O controle de pegada realizado diretamente no ambiente local n o sendo afe tado pelo atraso no canal de comunica o e n o dependendo da a o do operador Este controle realizado em conjunto com o de velocidade para movimentar a carga realizando a coopera o entre os manipuladores atrav s da abordagem de forma o proposta por 2010 Para tal esta estendida para ao caso de movi mento espacial e rastreamento de trajet ria de velocidade apresentando uma prova te rica da estabil
51. vel e distinto em cada sentido Canal de comunica o Operad Mestre Escravo Ambiente Figura 1 10 Representa o de teleopera o como um conjunto de sistemas de 4 portas interligados Entre os sistemas s o transmitidas for as f e velocidades lt considerando a possibilidade de atraso no canal de comunica o Os sub ndices representam h operador m mestre s escravo e ambiente Atrav s da teoria de passividade temos que um sistema com entrada u e sa da y passivo e por tanto est vel se a pot ncia P que entra neste tal que dH P u Y t Paiss ou seja O sistema armazena 4 ou dissipa Piss a pot ncia Khalil2002 Uma condi o que geralmente mais simples de verificar observar a energia H t que o sistema pode fornecer Tem se a cada instante t t J Pinar H t H 0 f Passlr dr gt H 0 0 0 que limitada energia inicialmente dispon vel Desta condi o simples concluir que conectando dois sistemas passivos o resultante mant m a mesma propriedade pois em cada etapa a energia conservada ou dissipada Khalil 2002 inclusive em sistemas realimentados Na teleopera o comum supor que o operador e o ambiente se comportam como sistemas passivos desde que apresentem complac ncia ao movimento Os controladores para o mestre e o escravo ser o projetados de forma est vel assim o ponto a ser analisado o canal de comunica o A energia neste obt
52. 3 Refer ncias Bibliogr ficas p 81 88 1 Teleopera o 2 Rob s Cooperativos 3 Transporte de carga I Lizarralde Fernando Cesar II Universidade Federal do Rio de Janeiro COPPE Programa de Engenharia El trica III T tulo iii Agradecimentos Primeiramente a minha fam lia que sempre me apoiou e continuar apoiando mesmo com oscila es de humor e nervos a flor da pele Um agradecimento especial ao meu orientador neste trabalho Fernando Lizarralde pelo apoio na defini o do tema e para que o conte do atingisse a consis t ncia agora apresentada Parte de seus conselhos v o seguir comigo nos pr ximos passos de meu desenvolvimento Com este mesmo pensamento ofere o ao mem bros da banca Liu e Guilherme um muito obrigado pelos elogios e cr ticas Estas contribu ram para melhorar o trabalho final e ir o contribuir para trabalhos futuros Uma lembran a muito especial aos amigos de gradua o que serviram de su porte acad mico e foram companheiros para os momentos de descontra o sem esta turma o curso de Controle e Automa o n o teria a mesma validade Aqui entram tamb m os colegas de mestrado um desafio que n o deve ser enfrentado sozinho Men es especias v o para o Thiago que foi companheiro no projeto da PETROBRAS que correu junto disserta o e ao Fernando Coutinho Este chegou no final do caminho mas foi um qualificado ajudante para os testes experimentais Agrade o ao CNPq a
53. 4 sockets Em cada ambiente um script implementa a transmiss o e recep o de dados e o controle dos rob s utilizando dois la os aninhados como esquematizado no C digo C digo 5 1 Pseudoc digo Matlab para implementa o da teleopera o cooperativa while it lt limite usu rio finaliza tic Inicia contagem de tempo para pr ximo passo do controlador while 1 recebe pacotes de passividade acumula energia no buffer if t toc gt periodo break end h Verifica se deve ocorrer o pr ximo passo end tie Inicia a contagem de tempo utilizado em um passo do controlador recebe pacote de transpar ncia calcula energia dispon vel calcula a o de controle satura a o de controle envia comando para o rob envia pacote de energia it it l Incrementa n mero de itera es t toc Salva tempo utilizado por um passo do controlador end O la o principal executado at que um n mero limite de itera es seja atingido ou o usu rio envie um comando para termin lo Os pacotes referentes a camada de transpar ncia s o amostrados a uma taxa fixa no la o principal determinada pela malha de controle a vari vel periodo Esta mesma taxa utilizada para o envio de pacotes de energia por m o recebimento destes realizado de forma assincrona entre dois intervalos de amostragem formando o buffer Q dentro do la o interno Destaca se que a taxa de amostragem mantida nestes la os aproximada utili zando as f
54. 5 2 OH 4 OH 4 D 0 05 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 tempo s tempo s Figura 5 8 Erro de velocidade durante simula o de teleopera o com movimento circular e controle em cascata Para o controle de for a a Figura 5 9 mostra que a amplitude da oscila o sobre o valor desejado maior do que a do caso de controle cinem tico Isso indica a presen a de uma maior influ ncia do controle de velocidade sobre a regula o de for a que pode ser explicado pelo ganho unit rio neste segundo controle A principal diferen a entre a resposta do sistema com controle em cascata e apenas cinem tico est na orienta o do manipulador De maneira diferente ao apresentado anteriormente na Figura 5 10 com a estrat gia de cascata a orienta o n o oscila em torno do valor desejado dado que n o mais um objetivo secund rio Nota se que ao final da simula o esta orienta o tem uma tend ncia a divergir do valor de refer ncia Isto pode ser explicado como uma quest o de precis o do Matlab 65 Escravo 1 Escravo 2 SSAA YY SIN AMAR UU ESPN CO Figura 5 9 Magnitude das for as desejada e aplicada a carga por cada rob durante movimento circular e controle em cascata Preto for a medida pelo rob Verde for a de refer ncia de pegada e Azul refer ncia incluindo a for a do usu rio ou mais provavelmente pelo drift de posi
55. 78 fo 10 o 0 380 0 478 L o o 1 fo 0 000 0 478 fo o 1 fo 0 000 0 478 7 o 1 0 o 0 770 0 478 jo 10 o 0 770 0 478 U jp o 1 fo 0000 0478 fo o 1 0 0 000 0 478 R jo 1 0 o 1 100 0 478 o 0 o 1 100 0 478 B lo o 1 fo 0000 0 478 0 0 1 0 0 000 0 478 T lo 1 o fo 1 310 0 478 fo 1 0 o 1 320 0 478 C 2 Instala o Para utilizar o Motoman DIA10 necess rio conectar lo ao controlador industrial NX100 mostrado na Figura C 3 onde se encontram os drivers dos motores Play mode RR enable Parada de emerg ncia chave de energia Teach z S Pendant Figura C 3 Controlador industrial NX100 A conex o realizada atrav s de tr s cabos de pot ncia e dois para leitura de encoders Os cabos s o identificados nas duas extremidades devendo ser conectados de acordo com esta identifica o como representado no diagrama da Figura C 4 Os conectores est o localizados na parte inferior traseira da base do rob e na lateral direta do NX100 112 Manipulator Back View NX100 side Manipulator side NX100 i Manipulatoi Connector No Caned a x1 UBC 1BC Encoder Cable X21 2BC X21 2BC Power Cable X12 X22 f y 4BC Power Cable X23 5BC X23 i alli i SBC Power
56. C World Congress Seoul South Korea pp 4108 4113 Lizarralde F amp Wen J 1996 Attitude control without angular velocity measu rement a passivity approach IEEE Trans Automat Contr 41 3 468 472 Lozano R Chopra N amp Spong M 2002 Passivation of force reflecting bilateral teleoperators with time varying delay in Proc 8 Mechatronics Forum pp 24 26 Luh J amp Zheng Y 1987 Constrained relations between two coordinated in dustrial robots for motion control Int J Robotics Res 6 3 60 70 84 Marescaux J Leroy J Rubino F Smith M Vix M Simone M amp Mutter D 2002 Transcontinental robot assisted remote telesurgery feasibility and potential applications Ann Surg 235 4 487 92 Montemayor G amp Wen J 2004 Multiple robot force control with delayed force measurements in Control Applications 2004 Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Vol 1 pp 327 332 Vol 1 Montemayor G amp Wen J 2005 Decentralized collaborative load transport by multiple robots in Proc IEEE Int Conf Robotics and Automation pp 372 377 Motta Ribeiro G C Leite A C From P J Lizarralde F amp Hsu L 2012 Uma arquitetura para teleopera o integrando interface natural realimen ta o de for a e servovis o in Proc Congresso Brasileiro de Automatica Munir S amp Book W J 2003 Con
57. Cable Figura C 4 Diagrama para conex o dos cabos entre o rob e o controlador NX100 113 O NX100 alimentado atrav s de uma tomada industrial ligada a rede el trica com 248 V 4 5 kVA trif sico Recomenda se realizar a conex o dos cabos entre o rob e o controlador com este desenergizado Para configurar o NX100 e controlar o DIA10 utiliza se o Teach Pendant mostrado na Figura e descrito na pr xima se o Para instalar este dispositivo basta conectar lo a entrada na frente do controlador o cabo para o Teach Pendant o nico com dois conectores redondos Al m do conector do Teach Pendant a parte da frente do NX 100 cont m a chave para para ligar lo e mais dois bot es Play mode enable utilizado para colocar o controlador no modo autom tico onde repete movimentos pr programados ou aceita comandos externos de um computador via HSC ver Ap ndices 3 e C 4p Parada de emerg ncia desliga instantaneamente os servomotores fazendo com que o rob pare Este bot o fica travado impedindo qualquer novo movimento at que seja rotacionado em sentido horario C 3 Controle via Teach Pendant O Teach Pendant o dispositivo utilizado para configura o do NX100 e controle do rob ligado a este poss vel movimentar as juntas individualmente ou programar movimentos para serem reproduzidos repetidamente A Figura C 5 mostra o Teach Pendant descriminando suas principais partes apresentadas a seguir
58. Esse erro de regula o de for a esperado pelo Teorema 2 devido a presen a de acoplamento entre os controles de for a e velocidade sendo resultado de uma refer ncia de velocidade vari vel ver Figura Destaca se que o erro limitado Kinect Na opera o considerando como mestre os bra os do operador diferentemente do apresentado na Ap ndice n o se calcula a cinem tica inversa dos pontos de esqueleto sendo utilizado diretamente a refer ncia de posi o das m os Como no caso do Phantom a refer ncia de velocidade obtida da diferen a de posi es de duas amostras consecutivas Para auxiliar o operador a manter suas m os posicionadas de maneira consistente o esqueleto fornecido pelo Kinect apresentado junto a uma carga representada por um cubo entre as suas m os como na Figura 73 0 15 T velocidade m s 0 15 0 2 L I 0 tempo s Figura 5 18 Refer ncia de velocidade gerada pelo operador durante teleopera o unilateral com Phantom Omni Azul dire o y verde dire o x e vermelho dire o z Figura 5 19 Operador comandando o rob atrav s do Kinect A imagem a direita serve de aux lio representando os pontos de esqueleto e uma caixa virtual 74 Assim como no caso aut nomo os dois manipuladores rastreiam a refer ncia de velocidade com error limitado como mostrado na Figura 5 20 Observam se alguns picos de erro presentes devido a acelera es mais i
59. Inter lock utilizado em conjunto com Select e o bot o de seguran a no procedi mento de libera o dos freios Direcionais navega entre diferentes op es nos menus da tela Bot o de seguran a utilizado para acionar os servomotores no modo Teach quando acionado at a metade Igual a parada de emerg ncia se acionado completamente sem o travamento C 4 Controle via computador Para comandar o DIA10 utilizando um computador necess rio conectar o NX100 a um controlador de alta velocidade HSC na sigla em ingl s Este respons vel por conciliar a malha de tempo real do controlador industrial e a malha de controle implementada no computador Adicionalmente neste manual ser considerado o uso do Robot Raconteur RR para disponibilizar o acesso ao rob por qual quer computador em uma mesma rede local 115 C 4 1 HSC O HSC conecta o NX100 e um computador atrav s de uma rede industrial Star Fa bric Esta utiliza cabeamento Ethernet comum com duas vias uma para transmiss o e outra para recep o necessitando de uma placa de rede especial Na Figura mostrado um diagrama da conex o entre os dispositivos a ponta da seta indica o sentido da envio dos pacotes Nota se que no NX100 existem duas placas de rede uma para cada bra o do rob mas n o h uma correspond ncia espec fica nas porta do HSC Respeitando evidentemente que o RX e TX de uma placa estejam ligados no mesmo Link Figura C 6 Diagrama d
60. Journal of Mechanical Design 124 676 683 Taylor K Dalton B amp Trevelyan J 1999 Web based telerobotics Robotica 17 1 49 57 Transeth A Skotheim O Schumann Olsen H Johansen G Thielemann J amp Kyrkjebo E 2010 A robotic concept for remote maintenance ope rations A robust 3d object detection and pose estimation method and a novel robot tool in Proc IEEE RSJ Int Conf Intelligent Robots and Systems pp 5099 5106 Tsypkin Y Z amp Holmberg U 1995 Robust stochastic control using the internal mode principle and internal model control Int J Contr 61 4 809 822 Uchiyama M amp Dauchez P 1992 Symmetric kinematic formulation and non master slave coordinated control of two arm robots Advanced Robotics 7 4 361 383 Wason J amp Wen J 2011 Robot raconteur A communication architecture and library for robotic and automation systems in Proc CASE pp 761 766 Yokokohji Y amp Yoshikawa T 1994 Bilateral control of master slave manipu lators for ideal kinesthetic coupling formulation and experiment IEEE Trans Robot Automat 10 5 605 620 Yuan J 1988 Closed loop manipulator control using quaternion feedback IEEE J Robot Automat 4 4 434 440 Zachi A R L Hsu L Lizarralde F amp Leite A C 2006 Adaptive control of nonlinear visual servoing systems for 3D cartesian tracking Automation amp C
61. Teorema 5 Considere um sistema de rob s cooperativos com cada um dos efe tuadores modelados como um sistema de segunda ordem transportando uma carga deform vel modelada por 4 4 As for as de intera o s o consideradas como o gra diente de uma fun o potencial positiva definida da deforma o da carga submetida a condi o 4 3 Suponha que os rob s s o controlados de acordo com 4 35 Se a velocidade de refer ncia v t e sua derivada f t s o limitadas e a for a desejada f satisfaz 4 5 ent o para o caso de controle de posi o o sistema completo em malha fechada 4 14 4 15 e 4 36 na pr tica rastreia ie UB v4 t com for as de intera o f variando de forma limitada T Prova Considere o sistema completo dividido em y ler zy e Y2 le com a candidata a Lyapunov a tE 1 Vo Eis zi D Pila PH A a i 5 TG 56 Mo 437 i 1 i 1 positiva definida e radialmente ilimitada A derivada temporal de V ao longo das trajet rias do sistema dada por N Yat DT E E Mek i 1 N hi AE E HE KG HEDE i EM i 1 as I Mz Er X S S e amp a s lI ps Me o lI Me f f GE kG MA o lI N VG KG M0 4 38 i 1 que semelhante a 4 17 Com isso o resto da prova segue a demonstra o do Teorema Note que a parte relativa a orienta o no modelo em 4 27 considera a acele ra o ang
62. Testes Experimentais A 5 Observa es dos Experimentos 02 02000 B Teoremas auxiliares B 1 Prova do Teorema B 2 Lema 4 3 de Khalil 2002 sue 404 4 Pa ee PES RS HES B 3 Prova do Teorema viii 59 59 59 62 68 68 69 72 TT 78 79 81 89 90 91 93 94 95 95 96 97 98 99 101 103 C Manual de utiliza o Motoman DIA10 109 C l Caracter sticas cinem ticas vs sis 8 eae qua See hee 110 Go ee PS a RR q RR SS E RPA ee ee 112 Co Controle via Teach Pengo au 4 kd dad ld RA BoE SEG EE 114 eee e ee ee ee eee ae 115 CAIS sg Be poe oe ER Oe Be Bok RD goa e hos ee 116 C 4 2 Robot Raconteur ss sa ob ded di ke E Re Ra RE 117 a ana na ro ps ee Se ANO a a Se Beta een pa 118 oe Ne ep esto nd o ee R q E ee UA R 118 gay dea Tg a Qu a DS 121 ix Lista de Figuras 1 1 Exemplos de rob s industrias executando tarefas pr programadas 1 1 2 Exemplos de aplica o de teleopera o robotica 2 3 Primeiro dispositivo de teleopera o descrito por Goertz em 1954 3 HA E RaT Ras Rus ae AD peas 5 EDER 6 HA q T a 8 Diagramas de blocos para teleopera o com controle direto 8 8 mene oe E CR ee He RD CBL ee 9 HA como um conjunto de sistemas de 4 portas interligados 10 1 de blocos do controle de teleopera o com passividade no dom nio do tempo sas sa bah wee pad Add ew eee ew 88 12 1 13 Diagrama de blocos da estrat gia de t
63. a Destacam se tr s abordagens considerando um ou m ltiplos mestres 2005 Em uma estrat gia SMMS do ingl s Single Master Multiple Slaves prop e um nico mestre comandando a posi o de um objeto fir memente seguro por m ltiplos manipuladores A estabilidade da teleopera o garantida utilizando se uma transforma o de estados atrav s da teoria de scatte ring J a coordena o entre os rob s escravos realizada atrav s de decomposi o passiva onde o sistema formado por todas as juntas desacoplado em um grupo respons vel pela pegada do objeto e outro pelo movimento restrito devido a essa pegada sem que se altere a passividade Posteriormente 2012 con siderando que n o existe medi o de for a utilizam a mesma lei de controle para o manipulador mestre alterando o controle dos escravos para um controle adaptativo no espa o Cartesiano Esta lei de controle considera tanto o modelo dos manipulado res quanto o do objeto adaptando ambos Com a atraso constante e sem intera o entre a carga e o ambiente esta e o manipulador mestre convergem para a mesma posi o Com um conceito de m ltiplos mestres MMMS do ingl s Multiple Masters Multiple Slaves Sirouspour prop e um controlador em que as informa es de posi o e for a s o compartilhadas por todos os agentes Entretanto mantido um pareamento entre mestres e escravos No ambiente local utiliza se um controlador timo baseado no m todo p sy
64. a for a e velocidade no mestre e no es cravo Lawrence 1993 A transpar ncia ideal ent o representada por hy has 0 hi2 1 e ha 1 na qual a in rcia do sistema n o transmitida entre os ambientes Recentemente uma nova abordagem para o projeto de controle na teleopera o foi proposta em Franken et al 2009 Esta considera o projeto em duas camadas uma respons vel pela transpar ncia e outra pela estabilidade A Figura 1 13 mostra o diagrama de blocos representando esta estrat gia Operador Mestre Escravo Ambiente e o 10 o q RS E 3 E G s o T E q S Figura 1 13 Diagrama de blocos da estrat gia de teleopera o em duas camadas Na camada de passividade s o transmitidos pacotes de energia entre os ambientes na de transpar ncia transmiti se os sinais utilizados para controle O sinal r representa a refer ncia ideal enviada pelo controle de teleopera o para o controlador do rob entretanto esta alterada para manter a passividade gerando rsar Na camada de transpar ncia s o implementadas as leis de controle que para que o manipulador escravo siga os movimentos do mestre e este reproduza para o ope rador as for as de intera o no ambiente local Essas leis podem ser projetadas sem considerar a estabilidade total do sistema podendo inclusive ser inst veis let al 2009 Antes de enviar as refer ncias para o controlador dos rob s essas pas sam atrav s da camada de estab
65. a teleopera o unilateral utilizando um nico mestre que pode ser um dispositivo h ptico Phantom Omni ou um Kinect 5 2 1 Montagem experimental O rob utilizado para os experimentos um Motoman DIA10 com dois bra os 7 DoF cada como na Figura 5 12 controlado em baixo n vel por um controlador industrial NX100 As refer ncias para este s o geradas em um computador pessoal conectado com o NX100 atrav s de um controlador de alta velocidade Motoma HSC Figura 5 12 Motoman DIA10 segurando uma caixa Para acessar o HSC a partir do Matlab onde implementada a malha de con trole de coopera o utilizado o RR ver Ap ndice Wason amp Wen 2011 O servi o projetado para esta comunica o fornece informa es sobre as posi es e torques das juntas al m das medidas de for a virtuais Como entrada o servi o recebe posi es de refer ncia para juntas e implementa um malha de controle de posi o intermedi ria a malha de deslocamento relativo do controlador industrial Esta malha projetada em Simulink sendo ent o compilada para rodar em um pro cesso exclusivo com amostragem de 2m s seguindo o HSC O Ap ndice Clapresenta uma descri o mais detalhada deste sistema Como o rob n o possui sensor de for a no efetuador um objeto virtual com rigidez 500 N m e um sensor de for a ideal foram implementados na malha de con Laborat rio de Controle e Automa o Engenharia de Aplica o e Desenvo
66. acotes Oboe 2001 O servidor e o cliente s o implementados em Matlab atrav s do TCP UDP toolboz Para estabelecer a conex o o cliente envia um comando para o servidor conhe cendo previamente o seu endere o IP este ent o reconhece o endere o do cliente e inicia o envio de comandos de acordo com o modo de opera o estabelecido O controle de acesso ao manipulador realizado pelo ambiente local que define a conex o com o servidor UDP remoto ver Figura A 2 Com isso mesmo que o sistema de controle esteja em uma rede virtual local ver Ap ndice A 2 ao se re quisitar a conex o o roteador capaz de resolver as quest es de roteamento interno de portas As poss veis barreiras de firewall estabelecidas pela rede do ambiente local podem ser ultrapassadas atrav s da utiliza o de uma VPN em ingl s virtual private network A segunda via de comunica o utilizada para o envio das imagens do ambi ente local como realimenta o ao operador remoto necessitando de ordenamento e baixa taxa de perda de pacotes Optou se ent o pelo protocolo TCP com a retrans miss o autom tica de pacotes Oboel2001 Neste caso o servidor local pois o 90 Kinect RR gt MATLAB MATLAB Cliente UDP SIMULINK j SIMULINK Trajet ria Fixa Servidor UDP ET xPC Target D gt Manipulador z eee vane E a MATLAB EE 7 SIMULINK Cliente TCP E CAIC C mera 5 Processamento Servidor TCP de Imagem V de
67. aliza o de uma tarefa utilizando recursos dispostos em dois ambiente distintos o local e o remoto No primeiro est o presentes os dispositivos rob ticos sensores atuadores e demais objetos necess rios para a realiza o da tarefa O operador que planeja e executa a tarefa est no ambiente remoto junto a dispositivos que fornecem realimenta o sobre o estado do ambiente local Desta forma poss vel se utilizar da capacidade de adapta o e percep o do homem para realiza o de tarefas complexas sem expor o mesmo a situa es de risco e esfor o extremo ou ambientes insalubres A teleopera o pode ser classificada pelo n vel de controle exercido pelo humano em tr s modalidades supervis rio compartilhado e direto Na primeira modalidade o operador observa a a o do rob programando tarefas a serem cumpridas baseado nas leituras de sensores instalados no ambiente local Niemeyer et al 2008 como no diagrama da Figura Assim o manipulador aut nomo com todas as ma lhas de controle implementadas no mesmo ambiente Um exemplo s o os rob s de explora o enviados a Marte A equipe de terra define um caminho e pontos de interesse para coleta de amostra o rob executa este trajeto e envia as informa es em pacotes Ambiente Remoto Ambiente Local au Informa es dos sensores tao Realimenta o i G Servovis o ci Controle de Controle da Trajet ria pontos de interesse juntas tarefa a es a serem e
68. ar que o mesmo UB com respeito a yj A seguinte fun o positiva definida e radialmente ilimitada N V amp Zis Ec 5 P z E Pi CE a A SMEH ME 4 25 i 1 i 1 uma candidata a fun o de Lyapunov para o Teorema 1 Considerando as traje t rias do sistema e a propriedade do modelo din mico a derivada temporal de 50 V y y2 igual a N FA i tae i 1 JOT i F2 VA a DD Migi o ET Mig ET Mec 1 1 1 1 2 v e Il un Co e e Ti G S fit SME E 4 ETSO fe TMi 1 1 1 eme LEG Mi O ED Eso h ET M04 SETE T Mit i 1 i T4 o Il que estruturalmente igual a 4 17 Assim o restante da demonstra o segue a do Teorema 2 com as contantes k k4 e ks dadas por Wl o egg EN f a lla N N ky q Rip k4 4 4 Controle Din mico de Posi o e Orienta o Nesta se o considerado o controle de posi o e orienta o para o caso com di n mica n o desprez vel Para tal considerada uma estrat gia em cascata a qual permite alterar a din mica aparente do sistema rob tico para um modelo simplifi cado 2006 O controle em cascata consiste de duas malhas de controle interconectadas como representado na Figura Uma malha respons vel por resolver a din mica do manipulador e a outra por fornecer o sinal de controle necess rio para atingir o objetivo da tarefa Controle Estrat gia 64 Controle ex
69. ca direta 2 1 Desta maneira a derivada parcial de h utilizar a parcela relativa a velocidade angular do Jacobiano anal tico Jao ver Se o 2 1 1 A seguir demonstra se que esta escolha garante a estabilidade da regula o caso os par metros do modelo cinem tico sejam conhecidos Para tal considere que a velocidade das juntas 6 u e a candidata a fun o de Lyapunov 2V h 6 A derivada temporal de V ao longo das trajet rias do sistema dada por d Y0 yt i PAN jd LDT yy SU 49 Jao Kn Ja w 6 wey v 6 4 W0 W JooK IA W0 1 A v0 0 e semi definida negativa Considerando o teorema de LaSalle Khalil 2002 e que o nico ponto de equil brio V 0 a estabilidade da regula o garantida Com a escolha da representa o da orienta o atrav s de quaternions sempre poss vel obter o valor J a partir de JIJ e como o Jacobiano geom trico pode ser obtido de forma sistem tica por exemplo atrav s de par metros de Denavit Hartenberg S Siciliano et al 2009 a express o one pode sempre ser avaliada 4 3 Controle Din mico de Posi o Quando a din mica de um manipulador n o pode ser desprezada o controle pura mente cinem tico n o recomendado No trabalho de Bai amp Wen 2010 que prop e a abordagem para transporte de carga aqui utilizada considera se este caso de di n mica n o desprez vel com agentes pontuai
70. cada manipulador de forma independente mesmo com o objeto em comum Nenhuma das estrat gias de modelagem diferente do apresentado an teriormente ser abordada sugerindo se a consulta Caccavale amp Uchiyama 2008 1994 Siciliano et al 2009 30 Cap tulo 3 Teleopera o Cooperativa Utilizando os conceitos apresentados no Cap tulo 1 ser definida uma estrat gia de teleopera o MMMS para m ltiplos manipuladores transportando uma carga Esta estrat gia apresentada de forma independente lei de controle que atua sobre os rob s escravos e considera os mestres como dispositivos h pticos 3 1 Defini o do problema Na teleopera o os rob s que executam a tarefa e o operador que a comanda est o em locais distintos O ambiente onde a tarefa realizada ser denominado local enquanto o ambiente onde est o operador ser o remoto No ambiente local considere N rob s segurando uma carga deform vel parcial mente desconhecida atrav s de um contato pontual com atrito como representado na Figura 8 1 Neste tipo de contato somente for as e n o torques s o transmitidas Controle local Controle vt f Controle local local Figura 3 1 Representa o do problema de transporte de carga abordado Deseja se movimentar a carga rastreando uma trajet ria de velocidade sem que nenhum contato seja perdido mantendo se assim o objeto seguro entre os rob s Supondo uma rede local com ba
71. centralizadas com comunica o entre os agentes As solu es propostas mant m autonomia dos rob s permitindo altera es na forma o apre sentada pelos mesmos utilizando uma estrat gia de l der seguidor com os pap is 20 Figura 1 16 Exemplo de transporte de carga utilizando enjaulamento O objeto pode se mover dentro da circunfer ncia de rob s mas n o pode sair deste espa d podendo ser alterados durante a trajet ria Para resolver as dificuldades decorren tes da necessidade de controle de for as e momentos sobre a carga e de erros pelo uso de ve culos n o holon micos um novo manipulador paralelo com efetuador ativo proposto em Sugar amp Kumar 2002b utilizado em um dos rob s Uma outra estrat gia de controle descentralizada agora sem comunica o expli cita proposta em Kume et al 2002 Os pontos de contato s o modelados com uma din mica semelhante a rodas castor em 3D O conjunto controlado por uma estrat gia l der seguidor proposta em Kosuge amp Oosumil 1996 em que os segui dores estimam a refer ncia atrav s dos est mulos recebidos via carga permitindo o transporte da carga sem que os rob s conhe am as rela es geom tricas com os demais Os agentes s o dispositivos m veis com um manipulador acoplado O mani pulador respons vel pela pegada e os graus de liberdade excedentes s o utilizados para movimenta o Utilizando controle descentralizado e uma condi
72. cia do m todo demostrada em simula o e testes experimentais para teleopera o baseada em posi o No campo de controle avan ado prop em a utiliza o de modelos dos ambientes local e remoto em uma vers o modificada do controle preditivo MPC Com isso obt m uma teleopera o com estabilidade impl cita ajustando o horizonte de predi o de acordo com o atraso no canal de comunica o e impondo as condi es necess rias como restri es de otimiza o A modifica o 13 adotada utiliza um termo de erro entre o valor predito e medido de forma a aumentar a robustez para par metros desconhecidos de atraso Al m da estabilidade um outro aspecto importante para a teleopera o a trans par ncia Esta a capacidade do sistema de controle reproduzir para o operador a intera o entre o manipulador escravo e o ambiente idealmente causando a sensa o de atua o direta Os dois principais trabalhos neste assunto s o os de 1993 que estabeleceram que a transpar ncia total exige o cancelamento das imped ncias do mestre e escravo necessitando a transmis s o de informa es por quatro canais Al m disso estabelecem que transpar ncia e estabilidade s o conflitantes exigindo sempre o balan o entre as duas condi es Uma medida para a transpar ncia do sistema estabelecida pela chamada matriz h brida mls h s hasts t s Em S hoi s hos s Fo s que relaciona no dom nio da frequ nci
73. da utiliza se u syntesis para um controlador que rejeite os atrasos como perturba es durante o movimento restrito pela intera o com o ambiente considerado uma imped ncia conhecida Para aumentar o intervalo de aplica o das leis projetadas e gerar resultados menos conservadores empregam um par metro de escalonamento para alterar os ganhos de acordo com o n vel de atraso O uso de estimadores de estados visa no ambiente remoto estimar o ambiente local de forma a obter uma informa o de contato e portanto for a livre de atraso A solu o mais empregada a utiliza o do preditor de Smith o qual utilizado para controle de diversas plantas com atraso e utiliza um modelo do sistema em uma malha de realimenta o interna Na teleopera o este m todo foi classica mente empregado com modelos a par metros fixos e aproxima es lineares Mais recentemente t cnicas n o lineares passaram a ser empregadas para aumentar a ro bustez desta estimativa Como exemplo Smith amp Hashtrudi Zaad 2006 utilizam redes neurais para adaptar de forma cont nua o modelo do escravo e seu ambiente Recentemente substituem a arquitetura cl ssica do preditor de Smith por uma estrat gia que combina o princ pio do modelo interno e o controle com modelo interno na sigla em ingl s IMPACT Ao agregar o princ pio do modelo interno a IMPACT aumenta em rela o a t cnica de Smith a robustez e a rejei o de perturba es A efic
74. de um manipulador p Parte escalar do quaternion p Parte vetorial do quaternion p Vetor entre x Gj Pp Refer ncia de velocidade p Posi o do centro de massa da carga p Deforma o da carga p Xvi Lista de Abreviaturas GUI MMMS RR SMMS UB Interface grafica do ingl s Graphical User Interface p do ingl s Multiple Masters Multiple Slaves p Robot Raconteur p do ingl s Single Master Multiple Slaves p do ingl s Ultimately Bounded p xvil Cap tulo 1 Introdu o Classicamente dispositivos rob ticos s o utilizados na industria para substituir tra balhadores humanos em tarefas repetitivas que necessitam de grande precis o ou esfor o f sico por m com baixo grau de exig ncia intelectual Assim o projeto de um rob industrial costuma ser realizado em conjunto com a planta de produ o de forma que o dispositivo executa somente um pequeno conjunto de tarefas de forma cont nua Como exemplo tem se a fabrica o de autom veis e a montagem em s rie de circuitos eletr nicos mostrados na Figura 1 1 AA a Industria automotiva b Industria eletr nica Figura 1 1 Exemplos de rob s industrias executando tarefas pr programadas Outra aplica o para rob tica consiste em utilizar rob s para operar ou realizar manuten o em reas de dif cil acesso com baixas condi es de seguran a ou com risco a sa de do trabalhador Neste segundo caso comu
75. delo utilizado do sistema aumentado onde o sistema completo manipuladores e objeto considerado A lei de controle ent o projetada com um termo de posi o e outro de for a computando o torque T nas juntas atrav s de 1993 r JTW M f Ky ih te Kp 26 25 co J JTV nf K fn E hy O modelo do sistema representado pela matriz M de in rcia o vetor c de for as de Coriolis centr petas e gravitacionais e a matriz Jacobiano J utilizada para transforma o do espa o Cartesiano para o espa o das juntas As matrizes K s o ganhos diagonais positivas g a posi o do objeto e Ay s o as for as internas com o sobrescrito d representando a refer ncia As for as internas s o aquelas que n o contribuem para o movimento do objeto somente para segura lo Matematicamente s o for as projetadas no espa o nulo da matriz W que transforma as for as e momentos no efetuador dos manipuladores para o centro de massa do objeto Caccavale amp Uchiyama 2008 Na equa o acima esta proje o no espa o nulo de W representada pela matriz V O uso das for as internas permite ent o desacoplar os controles de movimento e for a Entretanto 17 necessita de informa es da distribui o de carga do objeto e da localiza o dos pontos de contato em rela o ao centro de massa Teleopera o A teleopera o de manipuladores cooperativos um problema ainda pouco abordado na literatur
76. dice No caso de utiliza o de um processo de alta prioridade o rob j possui um sistema de controle em tempo real que atua sobre o hardware Assim o controle presente no computador possui uma exig ncia de tempo real n o cr tica Como no caso anterior a malha implementada em Simulink com um c digo sendo gerado automaticamente para rodar em uma aplica o diferente do Matlab No lugar do computador externo com sistema operacional de tempo real um programa em C executa o c digo gerado S o utilizados dois treads um de alta prioridade para a malha de controle e outro normal para o servi o RR que realiza a interface com o Matlab ou qualquer outro n RR Um exemplo de utiliza o desta solu o controle do rob Motoman DIA10 utilizado nos experimentos de coopera o na Se o 94 Cameras Devices Robot Camera Host MATLAB System Host Other Software xPC Target Hardware Auxiliary Hardware Critical Non critical Event Real time Real time Driven Figura A 5 Diagrama esquem tico de um sistema de controle utilizando RR e XPC Target para controle de dois manipuladores PUMA 560 sobre um sistema de trilho Adptado de Wason amp Wenl2011 A 2 2 C mera Para acessar as imagens da c mera local no ambiente remoto estas s o transmiti das utilizando um servidor desenvolvido com pacote b sico do RR Esta aplica o chamada de RobotCameraHost permite que qualque
77. dido em dois grupos y Zi Y2 Ee A seguir ser mostrado que o sistema UB com respeito a y Para tal a seguinte candidata a fun o de Lyaponuv proposta Viento Pile Pet 1 ee o SEM 416 i 1 Como V positiva definida e radialmente ilimitada o Lema 4 3 de Khalil 2002 ver Ap ndice B 2 pode ser evocado para garantir que a condi o aly lt V ym y2 lt Bly seja v lida 2 Aqui pr tica utilizado como na estabilidade pr tica onde o sistema permanece em uma vizinhan a do ponto de equil brio 45 A derivada de V ao longo das trajet rias do sistema dada por lt I fi a F8 8 f GP ML N Ga fy ae UMa 1 1 e i Mz i Me N f f9 amp amp E E EM 1 1 0 o Il N X fi f TEES ft SIS fo ET Mis i 1 1 1 i 1 i 1 N N D fio TE EM AT ER Ma 417 ll pa na qual a condi o sobre a refer ncia de for a considerada Nota se que o segundo termo de n o possui um sinal definido entretanto poss vel encontrar um limitante superior para V Para determinar o limitante superior ser considerada a exist ncia de um limite superior para a refer ncia de acelera o e para a velocidade de deforma o da carga 2 al m da rela o 4 15 assim 2 V ky fi ff ko El IA Me e ll pa l fh fil bY le i i 3 a ili i 1 IA Me gt c ll pa
78. e a realimenta o de for a para o operador e a outra camada garante que n o seja gerada nenhuma energia virtual A coopera o entre os escravos tratada como um problema de forma o onde as for as de contato entre os rob s e a carga s o modeladas como gradientes de uma fun o potencial A for a de pegada necess ria para manter o objeto seguro con trolada diretamente no ambiente local onde se realiza a tarefa n o sendo afetada por atrasos na comunica o S o propostas leis de controle cinem tica e din mica de forma a controlar rob s industriais ou diretamente atuados A teleopera o testada atrav s de simula o e procedimentos experimentais Neste caso utiliza se uma arquitetura aberta para prototipagem r pida de aplica es de teleopera o desenvolvida durante o trabalho Abstract of Dissertation presented to COPPE UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science M Sc BILATERAL TELEOPERATION OF MULTIPLE COOPERATIVE ROBOTS FOR LOAD TRANSPORT Gabriel Casulari da Motta Ribeiro August 2013 Advisor Fernando Cesar Lizarralde Department Electrical Engineering In this work the bilateral teleoperation of multiple cooperative robots is ad dressed A control framework for the teleoperation between multiple master slave robots is proposed for collaboratively perform a task A recently proposed two layer approach where the control architecture is separated in
79. e conex o entre o HSC o controlador NX100 e um compu tador OBSERVA O A placa de rede Star Fabric possui suporte somente para sistemas operacional Linux e Windows XP O HSC estabelece um sistema semelhante a mem ria compartilhada permitindo que o NX100 e o computador acessem as mesmas informa es mesmo com tempo riza es distintas Os dados acessados e enviados pelo computador est o dispostos na Tabela Vari veis terminadas em st representam informa es de uma pos s vel esta o com at 2 DoF na qual o rob est montado Como visto na Tabela o controlador NX100 considera as posi es atual e desejada das juntas em pulsos do encoder A convers o de pulso para graus obtida atrav s de um par metro pr prio de cada junta Na estrutura de controle conside rada neste manual essa convers o realizada diretamente pra radianos em uma biblioteca de comunica o com o HSC escrita segundo as recomenda es da Moto man Essa biblioteca acessada por qualquer computador de uma rede utilizando um programa em RR apresentado na se o seguinte 116 Tabela C 3 Dados compartilhados entre o computador e o NX100 via HSC read HSC PC HSC2PC 2 write PC HSC PC2HSC 2 Descri o Vari vel tipo nome Unidade Contador s ncrono ulong sync cnt Estado rob ulong system status Bit n long cur p1ls 8 Pulsos Posi o long cur pls st 2 Pulsos Torque comandado Velocidade Corrente d Cor
80. e de deforma o da carga 4 1 pode ser redefinida em termos destes erros de velocidade como b Gi E 4 15 A intera o entre os N 1 agentes exibe ent o uma topologia de estrela com a carga no centro Dessa maneira controlar as for as em consequ ncia as defor ma es entre os rob s e a carga simultaneamente garante que as posi es relativas entre agentes s o firmemente mantidas Ressalta se ainda que a carga um agente passivo sem uma a o de controle direta A informa o da refer ncia de velocidade recuperada atrav s das for as de contato f que formam um canal de comunica o indireto entre os agentes Teorema 2 Considere um sistema de rob s cooperativos cinem ticos transpor tando uma carga deform vel din mica 4 4 As for as de intera o s o consideradas como o gradiente de uma fun o potencial positiva definida da deforma o da carga submetida a condi o 4 3 Suponha que os rob s s o controlados de acordo com utilizando o sinal de controle para a tarefa principal Se a velocidade de refer ncia v4 t sua derivada v t e a velocidade de deforma o da carga 2 t s o limitadas e a for a desejada f satisfaz 4 5 ent o o sistema completo em ma lha fechada 4 13 a 4 15 na pr tica rastreia ie UB v4 t com for as de intera o fi variando de forma limitada Prova Considere o sistema completo em malha fechada descrito por 4 13 a 4 15 Este sistema pode ser divi
81. e e B 2 Lema 4 3 de Khalil 2002 As prova dos Teoremas 2 e 3 utilizam o resultado do Lema 4 3 de Khalil 2002 assim este aqui transcrito para completude do trabalho Lema Considere V D gt R uma fun o positiva definida no dominio D C R que cont m a origem e B C D para algum r gt 0 Ent o existem fun es a e az da classe K definidas em 0 r de tal modo que anal lt V lt a l para todo x B Se D R e V x radialmente ilimitada ent o existem fun es a and as de classe K de tal forma que a inequa o a cima v lida para todo geR Prova Seja w s definida como w s inf V x for0 lt s lt r sS lal lt r uma fun o continua definida positiva e crescente mas n o necessariamente estri tamente crescente Ademais V x gt W l x para 0 lt x lt r Considere a fun o a s de classe K tal que a s lt ky s com 0 lt k lt 1 Ent o V x gt del gt oa lal para j l lt r Por outro lado defina s como ols sup V x forO lt s lt r ll l lt s 107 um fun o continua definida positiva e e crescente mas n o necessariamente estri tamente crescente Ademais V x lt x para x lt r Considere as s uma fun o de classe K tal que ao s gt k s com k gt 1 Ent o V x lt liz lt astrll para l lt r Se D R as defini es de y
82. e para garantir a pegada do objeto e um valor determinado pela itera o dos rob s metres com uma carga virtual Os manipuladores mestres e escravos s o agrupados de acordo com a dire o no sistema de coordenadas inercial da for a de intera o com o objeto Desta forma n o h uma necessidade de se igualar o n mero de manipuladores em cada ambiente O controle de pegada realizado diretamente no ambiente da tarefa n o sendo afetado pelo atraso no canal de comunica o A coopera o entre os manipuladores se baseia na estrat gia de controle coope rativo proposta em Bai amp Wen 2010 tratando o transporte de carga de maneira similar ao problema de forma o Para tal considera se uma carga deform vel em que a for a de contado modelada como fun o desta deforma o assim controlar a for a equivalente a controlar a dist ncia entre os efetuadores de cada agente Para aplicar a teleopera o de manipuladores o trabalho original foi estendido de forma a considerar o rastreamento de uma refer ncia velocidade A malha de controle con TT sidera todas as for as no efetuador e n o s as internas existindo um acoplamento com o controle de velocidade S o propostas tr s leis de controle uma cinem tica para manipuladores com di n mica desprez vel e duas considerando o caso de rob s com din mica n o desprezi vel No controle cinem tico os seis graus de liberdade do efetuador s o considerados a posi
83. e que 4 27 determina um desacoplamento entre o controle de posi o e de orienta o do efetuador que evidente se a rescrevermos na forma Jp 8 Jo 9 Up Le Vo como subindices p e o representando posi o e orienta o respectivamente O aco plamento existente em termos de torques nas juntas resolvido pelo controle din mico em 4 26 4 4 1 Condi o de estabilidade Considerando que nos passos acima os controladores s o projetados de forma passiva A estabilidade do controle em cascata pode ser estabelecida fazendo uso da teoria de passividade atrav s do seguinte resultado geral para sistemas interconectados Hsu et al 2007 Teorema 2 no trabalho original Hsu et al 2007 52 Teorema 4 Considere os seguintes sistemas interconectados onde X conduzido por Xia E p fiX t 9 X t p2 p hi X fa x t Do 4 28 h X2 sendo f fo continuas por partes em t e localmente Lipschitz em x para todo t gt 0 e XED e DCR um dom nio que cont m a origem X 0 h ho e g s o cont nuos Assumindo que gi X t lt c para algum c gt 0 se o sistema X estritamente passivo de pa gt Y com uma fun o de armazenamento positiva definida Vi X1 tal que Vi lt A or a pi A gt 0 4 29 e o sistema Do estritamente passivo com rela o av 73 com uma fun o positiva definida V2 X2 tal que Va lt A2 lp2l cov yo A gt 0
84. e yi t gt u para t 0 segue de and 4 10 que a lly t I1 lt Vult y2 t lt V x10 20 lt B 8 20 que implica em y t lt a71 3 6 para t 0 t Se ainda existe T gt 0 tal que vi t lt u ent o segue como no primeiro caso que y t lt a7 7 para t gt T Consequentemente se yio E Bs 0 B 0 ent o yi t lt a 1 G d para t gt 0 Suponha ad absurdum que y t gt 87 m para t gt 0 ou de forma equiva lente yi t O By 1 5 0 Bs 1 0 para t gt 0 Como O compacto W cont nuo e W y1 gt 0 para lyi gt n gt p existe k min co W y gt 0 Assim segue de 4 10 que Van y2 t lt V y10 Yao kt 20 106 o que implica em ly II lt Llull kt lt B 6 kt t gt 0 Agora considerando t gt 5 6 k tem se a yi lt 0 o que uma contradi o Desta forma existe T T 6 n gt 0 tal que yn T lt 8 m Como no primeiro caso por 4 9 tem se u l lt a 8 8 n a n t gt T Portanto o sistema n o linear de e UB com respeito a y uniformemente em yo com limite a m Ademais lim sup pa yi t lt o B u Finalmente se D R e a uma fun o de classe Ka segue que uma fun o de classe Ko e ent o y oo Desta forma o sistema n o linear de 4 7 e 4 8 globalmente UB com respeito a y uniformemente em y com limit
85. ece biaun ned 121 xiii Lista de Tabelas 3 1 Refer ncias calculadas no exemplo de camada de transpar ncia 35 9 1 Par metros do modelo de manipulador 3 DoF utilizado na simula o 61 9 2 Par metros para simula o dos tanques de energia 61 5 3 Trajetorias para os testes experimentais do controle de manipuladores eh do E eS eae E oe 2 ore Ee ee oH 69 1 Par metros de Denavit Hartenberg standard para o DIAIO 111 0 2 Par metros cinematicos segundo a teoria de Screw para o DIA10 112 C 3 Dados compartilhados entre o computador e o NX100 via HSC 117 C 4 Ordem de apresenta o das posi es das juntas no servi o RR 123 xiv Lista de Simbolos C Matriz de Coriolis e for as centr petas p J Jacobiano geom trico p Ji Matriz de proje o no espa o nulo do Jacobiano p Ji Pseudo inversa do Jacobiano p da Jacobiano anal tico p Jo Jacobiano de orienta o p Jp Jacobiano de posi o p J Jacobiano da representa o p M Matriz de in rcia p Me Massa da carga p T Velocidade linear p w Velocidade angular p T Torque aplicado as juntas do manipulador p 0 Posi o das juntas do manipulador p E Erro de velocidade p Oi Posi o do efetuador sem deformar a carga p pon Refer ncia de for a do usuario p fi For a de contato p Je Refer ncia de for a p g Vetor de for as gravitacionais p XV de du ri Te Zi Pose do efetuador
86. eleopera o em duas camadas 14 1 14 Diagrama representando os sistemas de controle centralizado e des centralizado com comunica o direta e indireta 2 19 1 15 Exemplos de condi es de pegada 04 20 1 16 Exemplo de transporte de carga utilizando enjaulamento 21 2 1 Representa o esquem tica de um manipulador robotico 25 2 2 Representa o de dois sistemas de coordenadas ortonormais 27 2 3 Exemplo de um manipulador que possui mais de uma solu o de Co kat oe ERG Sa ees 28 3 1 Representa o do problema de transporte de carga abordado 31 3 2 Diagrama representando as camadas de controle 000a 0a 32 3 3 Representa o dos manipuladores em uma teleopera o com N 4 34 3 4 Diagrama representando as camadas de transpar ncia e passividade 38 4 1 Diagrama de blocos representando o controle cooperativo descentra ge ube pa ee aed ed ee e ee i 39 4 2 Representa o da intera o entre um manipulador e o objeto 40 T ea ee e EA do 44 4 Diagrama de blocos representando o controle dinamico 50 51 ashe ir teatro 57 5 1 Representa o do sistema escravo simulado N 2 indicando os pa ERE di oe eee o rd eo 60 movimento circular considerando N 2eN 4 62 cute ES pan aoe pulo gk oe Bw E ee eee A 62 9 4 Representa o dos rob s mestre e escravo em diferentes instantes de tempo com e sem presen a de amorteci
87. entretanto de 3 8 que um efeito semelhante pode ser obtido se a satura o for realizada no sinal de velocidade no lugar da for a Deste modo em uma malha de controle cinem tico 3 9 ser substitu da por sat _ tj 3 10 tj miN tmaai It 7 3 10 E onde tmaz corresponde a Fmar Acrescentando se novos termos a fun o m nimo poss vel considerar limites espec ficos de acordo com a aplica o por exemplo 36 restringir uma for a m xima ou liberar um objeto de forma suave Franken et al 2009 No presente caso onde o ambiente remoto transmite refer ncias de velocidade e de for a ambas sofrem satura o na camada de passividade do ambiente local At aqui a camada de passividade monitora a energia de forma a garantir que n o ocorra restri o a condi o de passividade Entretanto essa a o tende a levar o sistema a condi o de energia armazenada nula onde sem movimento a esta bilidade garantida Para permitir que o sistema possa recuperar energia quando necess rio permitindo o movimento o operador utilizado como fonte Isto reali zado atrav s dos rob s mestres aplicando se uma pequena for a Frrc adicional a de realimenta o se opondo ao movimento do operador Essa for a definida como Frio a H Hm k im 3 11 sendo aplicada sempre que o tanque est abaixo de um n vel H de refer ncia A estabilidade gerada pela estrat gia proposta intuiti
88. eom trico obtida atrav s das rela es geom tricas inerentes da configura o do rob Entretanto se considerarmos a express o de cinem tica direta 2 1 a velocidade pode ser obtida por deriva o p H Se 2 2 direta como q o onde a derivada parcial em rela o as juntas denominada Jacobiano anal tico representada por J e pertencente ao espa o R X A rela o entre a velocidade da representa o por quaternions e a velocidade angular dada pela express o 1 1 q J q w Ww q 2 alq 2 Ea na qual o operador x representa o a vetorial A matriz tipo Jacobiano J possui colunas ortogonais J J HI e J q q 0 E a ice Lizarralde amp Wen 1996 Se tamb m for considerada a velocidade o pev li w s o relacionados atrav s do Jacobiano da representa o J I 0 p Jv a 2 3 279 28 Levando esta rela o em 2 2 obt m se J v J J JO 6 2 4 o que relaciona J com o Jacobiano geom trico J R que por sua vez dividido em duas parcelas J RX e J R que relacionam as velocidades da juntas a velocidade linear e angular respectivamente Destaca se que a dimens o de J e a express o de J variam de acordo com a representa o escolhida para a orienta o Entretanto o J inerente ao manipulador e permanece igual independente da representa o Assim como no caso da cinem tica direta os m todos sistem t
89. er ncia para os efetuadores respeitam 4 5 Assim existe um res duo na for a aplicada para comportar o acoplamento com o controle de velocidade Nota se que as for as de rea o f dependem das deforma es z desta forma regular a for a para um valor desejado semelhante a regular a deforma o provo cada por cada rob Isto similar ao problema de forma o onde a posi o relativa entre agentes regulada para um valor desejado Bai amp Wen 2010 Para este fim assume se que a for a desejada assim com a medida modelada por ff VP z o gradiente de uma fun o potencial da deforma o desejada 27 41 4 2 Controle Cinem tico Em rob s industriais comum que n o se tenha acesso direto as malhas de controle de torque das juntas sendo normalmente empregado um controle cinem tico Nesta se o o problema de transporte de carga descrito anteriormente ser resolvido con siderando esta modalidade de controle Para tal considera se que o movimento dos rob s modelado atrav s da cinem tica diferencial por Na qual J 0 considera somente a parte referente s velocidades lineares da matriz Jacobiano ver Cap tulo 2 0 R s o as posi es das juntas e u 0 E R s o os sinais de controle no espa o das juntas Com isso assume se que o manipulador possui uma malha de controle de velocidade com desempenho muito bom 4 2 1 Condi o de estabilidade A seguir ser ap
90. erivada temporal de V ao longo das trajet rias do sistema V kpo Zez 1 ge P wlw kpo ge 1 w egy egy Wege w X m w Kuow Kpoeq w Ku lt 0 4 41 Como V negativa semi definida a estabilidade deve ser analisada com base no teorema de LaSalle Khalil 2002 Existem dois conjuntos invariantes para este sistema nos quais w 0 egy 0 e ege 1 O caso em que ege 1 o equil brio inst vel Caccavale et al 1998 de forma que o objetivo de controle q gt q T equivalentemente e gt 1 0 0 0 atingido assintoticamente A estrat gia em cascata em cada manipulador para o caso do controle cooperativo descentralizado ent o representada no diagrama de blocos da Figura 4 6 Para a analisar a estabilidade da estrat gia de cascata aplica se o Teorema 4 como a malha din mica passiva necess rio estabelecer a passividade da malha cinem tica Considere ent o o seguinte sistema conduzido por um sinal fict cio 56 i m tica reta Controle cooperativo Robo i Estrat gia de cascata d d fZ v Qi Figura 4 6 Diagrama de blocos representando a proposta de controle em cascata em um manipulador do sistema cooperativo T v v vo amp K amp i f fi Up 4 42 o w Kow Esto Vo 4 43 sendo Vp Jpo Vo Joo Corol rio 1 Os erros definidos por 4 42 e 4 43 definem um mapeame
91. esentar as estrat gias de teleopera o e controle cooperativos propostos utilizando a seguinte estrutura Capitulo 2 Apresenta uma introdu o para a modelagem de manipuladores rob ticos no n vel cinem tico e din mico S o apresentados os principais conceitos e equa es necess rios para o desenvolvimento dos cap tulos seguintes 23 Cap tulo 3 Descri o da estrutura em duas camadas utilizada para a teleopera o Cada uma das camadas apresentada com suas particularidades para o ambiente remoto e o local de forma independente lei de controle aplicada para os manipuladores Cap tulo 4 S o propostas tr s leis de controle para os manipuladores escravos uma cinem tica e duas din micas Desta forma a estrat gia abordada neste traba lho pode ser aplicada a manipuladores industriais e aqueles com din mica n o desprez vel Cada uma projetada para rastrear uma refer ncia de velocidade enquanto regula uma refer ncia de for a seguindo uma abordagem de controle cooperativo descentralizado semelhante ao problema de forma o Cap tulo 5 A lei de controle cinem tico e a estrutura de teleopera o s o testadas atrav s de simula o e procedimentos experimentais As simula es contem plam a teleopera o bilateral enquanto os experimentos abordam o controle aut nomo e a teleopera o unilateral utilizando como mestre um Phnatom Omni ou os movimentos do operador capturados atrav s do Kinect
92. esiano tamb m atrav s de um formul rio clicando em uma imagem ou em um modelo virtual Taylor et al 1999 J na interface de Safaric et al 2003 a tarefa pode ser completamente planejada em um modelo virtual do manipulador sendo posteriormente enviada e executada no rob real Em todos os trabalhos a interface gr fica desenvolvida para navegadores utilizando CGI HTML e Java A SMART arquitetura modular de controle apresentada por 1995 implementada em uma rede VME Virtual Module Europe de sensores atuadores e computadores utilizando sistema operacional VxWorks A interface de comando est em uma m quina que se conecta rede atrav s do padr o Ethernet poss vel criar malhas para teleopera o aut noma ou bilateral atrav s da interliga o de blocos pr programados Ap s conectar todos os blocos s o gerados c digos em linguagem C que podem ser modificados para atender especifica es da tarefa e ent o compilados e enviados para os respectivos computadores ou dispositivos na rede Uma arquitetura que combina opera o bilateral e servovis o apresentada por 2010 O mestre e o escravo s o controlados por dois computa dores rodando Linux de tempo real A comunica o entre o ambiente remoto e o local das posi es dos manipuladores realizada por protocolo TCP do ingl s Transmission Control Protocol com previs o para implementa o em internet mas 15 testado somente em rede local A
93. fa teste consiste em segurar um objeto alvo sobre um suporte em uma mesa e deixa lo dentro de uma cesta pick and place O manipulador inicializado em uma posi o esticada para frente com vetor de ngulos das juntas dado por 0 00 50 5 0 rad Em seguida ele alinhado ao objeto alvo em um posicionamento lateral com 0 rad de forma a obter o marcador do punho no quadro da c mera Ent o o manipulador levado at o objeto e ap s agarrar o mesmo o caminho inverso realizado Os grandes deslocamentos s o realizados atrav s do Phantom ou Kinect enquanto o posicionamento fino utiliza a servovis o As etapas est o exemplificadas na Figura A 13 e os n meros representam as a es enumeradas no in cio deste cap tulo Durante o experimento a etapa de servovis o foi realizada atrav s de um algo ritmo iterativo do tipo look and move Hutchinson et al 1996 O rob controlado no espa o das juntas em uma malha de posi o com a refer ncia qa dada por ga k q k 1 KJ a k 1 e k A 2 sendo J o Jacobiano de posi o do manipulador K uma matriz de ganhos positivos q a posi o atual das juntas e o erro de imagem Neste caso se o plano de trabalho 102 Alinhado ao objeto 0 pi 2 Posi o inicial 9 000 Aproximando Afastando do objeto do objeto Fechamento da garra Posi o final 9 0 0 0 Fechamento da garra Figura A 13 Exemplo do experimento co
94. favorecido por utilizar o controle no espa o das juntas e pelas propriedades de passividade da estrat gia proposta e de controles adaptativos como o de Slotine amp Lil 1991 Esse uso de cascata com adapta o da lei de controle din mico foi explorada em Lizarralde et al 2008 Zachi Hsu Ortega amp Lizarralde 2006 entre outros Para obter a refer ncia de aceleragao utilizada nas leis de controle para mani puladores com din mica n o desprez vel pode se explorar o uso de filtragem do sinal de velocidade ou estimadores de maior ordem no ambiente local 79 e Ao se utilizar o controle de velocidade simplifica se o mapeamento entre os espa os de trabalho dos mestres e dos escravos Entretanto n o garantida a sincronia entre a posi o dos mesmos Na literatura s o proposta diferentes estrat gias para realizar esta sincronia durante a teleopera o assim depen dendo da tarefa pretendida pode se adotar novos termos na lei de controle para o rastreamento das posi es dos mestres e Realiza o dos experimentos de controle aut nomo com um sensor de for a e Realiza o de experimento com teleopera o bilateral utilizando dois dispo sitivos h pticos como mestre 80 Refer ncias Bibliogr ficas Aldana C Nuno E amp Basanez L 2012 Bilateral teleoperation of coopera tive manipulators in Proc IEEE Int Conf Robotics and Automation pp 4274 4279 Anderson R 1995 Smart
95. ga abordado atrav s do controle de forma o O objeto transportado deform vel de modo que a for a exercida por cada rob sobre o objeto modelado como uma fun o da deforma o provocada no mesmo Com isso controlar uma for a desejada equivalente a con trolar a dist ncia entre os efetuadores de dois rob s Considerando que cada rob um agente em uma forma o em movimento manter o objeto seguro equivalente a manter esta forma o Este problema solucionado de forma que os agentes consi derados uma massa pontual e a carga adquirem uma mesma velocidade constante utilizando controladores descentralizado com comunica o atrav s da for a exercida na carga Bai amp Wen 2010 Diferente dos demais trabalhos Hacioglu et al 2011 prop em uma lei de con trole projetada diretamente para manipuladores rob ticos E considerado o caso de dois rob s planares movimentando uma carga controlados atrav s de modos desli zantes e uma l gica fuzzy multivari vel O sistema robusto a altera o da carga e a ru dos nos sinais de medi o 1 3 Objetivos O objetivo principal deste trabalho desenvolver uma metodologia para a teleopera o bilateral de uma tarefa de transporte de cargas de maneira est vel considerando m ltiplos mestres e m ltiplos escravos em um canal de comunica o com atrasos vari veis Como resultados parciais destacam se i propor uma arquitetura de te leopera o flex
96. garante a caracter stica de anti simetria s o os s mbolos de Christoffel Murray et al 1994 Siciliano et al 2009 29 Se considerarmos a rela o 2 2 de cinem tica diferencial e a dualidade entre velocidade e for a r J F poss vel reescrever 2 5 no espa o Cartesiano como M 9 v C 0 0 v G 0 F f 2 6 Sendo a rela o entre v e a derivada temporal da pose p obtida por 2 3 As RSx6 novas matrizes de in rcia M R de Coriolis C e de for as gravitacionais G R s o definidas por M IN MI C u a G ING e mant m as propriedades do modelo no espa o das juntas Os termos F e f representam respectivamente as for as e momentos resultantes do torque aplicado as juntas e da intera o com o ambiente no efetuador do manipulador 2 3 M ltiplos manipuladores A intera o entre dois ou mais manipuladores atrav s de um objeto manipulado ferramenta de trabalho ou contato direto acarreta em restri es de movimento que alteram a din mica e a cinem tica dos rob s Em particular se os manipuladores est o segurando firmemente o objeto a pose do centro de massa deste pode ser descrita considerando a com um efetuador virtual para cada um dos manipuladores Com isso o conjunto forma uma cadeia fechada e cada efetuador possui uma junta passiva no seu efetuador real Entretanto como a estrat gia de coopera o utilizada neste trabalho permite que se considere
97. gb2gray data subwin x subwin y diff im medfilt2 diff im 4 4 diff im im2bw diff im 0 20 diff im bwareaopen diff im 30 stats regionprops diff im Centroid for object 1 length stats bc stats object Centroid bc bc max Yci L 1 1 max Xci L 1 1 end if exist be var Xc round bc 1 Yc round bc 2 falha 0 else falha 1 Xc Yci Yc Xci end A 3 4 Interface Grafica A opera o no ambiente remoto centralizada em uma GUI desenvolvida em Matlab permitindo escolher a modalidade de controle configurar o servidor e controlar o estado da garra no efetuador al m de fornecer informa es para auxiliar o operador A Figura A 10 apresenta a GUI nas diferentes configura es de acordo com o modo de controle selecionado na parte superior Logo abaixo configuram se as portas do 99 cliente e do servidor a posi o inicial das juntas do manipulador e o per odo de amostragem A op o de reiniciar sempre retorna a posi o inicial escolhida cada vez que a opera o parada e reiniciada caso contr rio isto ocorre apenas se o servidor for desligado EB Teicopera o eae EB Teicopera o BE EB Teleoperac o eaen Ajuda Ajuda a Ajuda a Pr planejada Pr planejada Pr planejada Phantom Omni Phantom Omni Phantom Omni gt Kinect Kinect Kinect Servovis o Servovis o Servovis o Porta do Servidor Porta do Senidor Por
98. h Pendant para a posi o Play e Um aviso indicar Push play mode enable Pressione o bot o branco Play mode enable no NX100 ver Fig e Este bot o vai estar aceso devido ao passo anterior e Ap s pressionar lo o bot o se apagara e As fun es do Teach Pendant permanecem bloqueadas at o acionamento deste bot o Retorne ao modo Teach se for necess rio Ligue o HSC atrav s do bot o redondo do mesmo Ap s esta a o o bot o se torna verde Espere at que o HSC carregue completamente 5 No Teach Pendant selecione atrav s dos menus da tela Job Select Job a Com os bot es direcionais selecione a tarefa Computer b Utilize a tecla select para confirmar 6 Ligue os servo motores pressionando Servo On Ready 7 No computador execute o programa DIA 10Simulink Host 8 Carregue a biblioteca contendo a malha de controle gerada no Simulink 10 a Na janela do programa clique em Load b Busque pelo local do arquivo na janela que se abrir Esta abre no local utilizado na ltima execu o c Selecione a biblioteca desejada e clique em Abrir Pressione Start e espere a conex o com o HSC se completar ao lado dos bot es ir o aparecer as posi es atuais das juntas Pressione Start no Teach Pendant as juntas do Motoman devem estar pr xi mas da posi o zero 122 A baixo descrito o procedimento para acessar no Matlab o servi o RR de controle do Motoman DIA10 criado c
99. i ria no ambiente remoto divide fe de L Quando este negativo a for a acordo com o sinal do termo E g enviada ao ambiente local para ser aplicada carga Quando positivo a for a diretamente realimentada ao operador pois esta violaria a condi o de pegada es tabelecida no sistema escravo Como f projetada para garantir a seguran a da carga sendo aplicada inde pendente da movimenta o da mesma a realimenta o de for a considera somente o erro relativo a este patamar De forma semelhante a f a realimenta o rea lizada de acordo com a dire o da for a exercida sobre a carga considerando uma medida da deforma o nesta dire o Assim temos p i me gt lal A 3 4 jEQy aplicada aos respectivos rob s mestre com o sentido determinado de acordo com a posi o do efetuador em rela o ao centro da carga ver exemplo Destaca se que f determinada no ambiente local enquanto fi uma refer ncia transmitida a partir do ambiente remoto Assim a pegada que garante que o objeto se mantenha entre os rob s totalmente tratada no local de realiza o da tarefa n o sendo influenciada por atrasos perda de pacotes e outros efeitos do canal de comunica o A estabilidade de fi por outro lado garantida pela presen a da camada de passividade descrita a seguir Exemplo Como um exemplo para aplica o da camada de transpar ncia considere a
100. icos de Denavit Hartenberg e Twist fornecem express es fechadas para obter o Jacobiano geom trico de um manipulador gen rico 2 2 Modelo Din mico Na din mica estuda se a rela o entre os torques e for as aplicados nas juntas e os consequentes for as lineares e momentos angulares nos elos Para tal considera se que um rob pode ser representado pelo seguinte modelo de Euler Lagrange para manipuladores seriais de cadeia aberta com n juntas Siciliano et al 2009 M 0 0 C 6 0 6 9 0 7 J OF 2 5 no qual M 0 R a matriz de in rcias C 0 0 R representa os efeitos centr fugos e de Coriolis g 0 E R s o os torques devido a gravidade r R 0 vetor dos torques aplicados as juntas e f R um vetor de for as e momentos aplicados no efetuador com m sendo a dimens o do espa o operacional Ressalta se que o modelo de 2 5 possui dentre outras as seguintes propriedades Siciliano et al 2009 P1 M 0 sim trica positiva definida e limitada Amin lt M lt Amax para todo 0ER P2 u M 2C u 0 VueR P3 Existe um vetor de par metros din micos constantes a E R 4 e uma matriz regressora din mica Y ER a tal que Y 0 0 0 a r Observa o 1 A matriz C 6 0 n o unicamente definida assim a propriedade v lida somente com uma escolha adequada desta Um exemplo de representa o que
101. ida da diferen a entre a pot ncia na entrada Pn e na sa da Pout t t t J Pa Pin Pow dt f i fn a1 fy dr 1 1 0 0 0 Se o canal de comunica o ideal sem atrasos e sem perda de pacotes ent o tem se im s fm fs e o sistema est vel Como o aumento da dist ncia entre os ambientes local e remoto leva a uma inevit vel presen a de atraso nesta comunica o este o principal ponto de investiga o te rica no assunto A primeira solu o apresentada utilizando a teoria de controle considera apenas a presen a de atrasos constantes e baseia se em passividade Como o sistema pode ser tratado como uma rede de subsistemas de duas portas aplicaram a teoria de dispers o Scattering sugerindo uma transforma o de vari veis de estados com a qual a linha de transmiss o se comporta como um sistema passivo nova topologia apresentada na Figura nota se que s o transmi tidos sinais transformados que representam uma combina o da for a e velocidade em cada ambiente Th Em Ls De Operador Mestre Escravo Ambiente j Figura 1 11 Representa o de teleopera o utilizando a teoria de espalhamento como um conjunto de sistemas de 4 portas interligados Entre os sistemas s o transmitidas combina es de for a f e velocidade t atrav s de um canal de comunica o com atraso constante Os sub ndices representam h operador m mestre s escravo e ambiente Canal de comunica o
102. idade da nova lei de controle proposta Esta estrat gia permite considerar os manipuladores em separado sem calcular explicitamente restri es de cadeia fechada Para tornar a solu o proposta mais geral s o desenvolvidas tr s leis de con trole cinem tica din mica sem controle de orienta o e din mica com controle de orienta o considerando o modelo completo dos manipuladores Assim podem ser utilizados rob s industriais e com din mica n o desprez vel utilizando ou n o sensor de for a no efetuador Para garantir a estabilidade na teleopera o utiliza se a estrat gia em duas camadas proposta em Franken et al 2009 Devido a estrat gia de coopera o utilizada o sinal de refer ncia de velocidade igual para todos os manipuladores Assim poss vel utilizar um n mero de mestres e escravos distintos possibilitando a realiza o de teleopera o SMMS Aldana et al 2012 Lee amp Spong 2005 ou MMMS Bacocco amp Melchiorri 2009 2005 Para manter esta possibi lidade a estrat gia de realimenta o de for a projetada de forma a n o parear diretamente um rob mestre a um escravo utilizando um agrupamento pela dire o da mesma Diferentemente dos trabalhos anteriores de Aldana et al 2012 amp Spong 2005 2005 transmite se a for a de contato para o operador assim o caso SMMS reduzido teleopera o unilateral 1 5 Estrutura do Texto A sequ ncia do trabalho ir apr
103. ilidade Nessa se mantem um tanque de energia 14 que monitora os movimentos dos manipuladores e sua intera o com o ambiente e o operador assegurando que o mesmo se comporte de forma passiva Para tal anula se a refer ncia sempre que n o h mais energia dispon vel podendo se tamb m determinar outras formas de satura o de acordo com a aplica o 2009 Para manter a energia fluindo no sistema e possibilitar que o mesmo se recu pere ap s poss veis movimentos inst veis esta camada tamb m mant m um canal de comunica o por onde s o enviados pacotes de energia Apesar de tamb m se basear no monitoramento e dissipa o da energia nos am bientes local e remoto a estrat gia de Franken et al 2009 diferente daquela de Ryu amp Preusche 2007 Isto porque aquela n o limita o tipo de controlador bilateral a ser utilizado permite que se atua no sistema antes da perda de passivi dade para evitar la e comporta diretamente camada intermedi ria para melhoria da performance do operador como em Cho et al 2012 Arquiteturas para teleopera o Em Taylor et al 1999 e 2007 apresentam se interfaces para opera o de manipuladores atrav s da internet limitadas a opera o ponto a ponto onde o operador fornece uma posi o e deve esperar o fim do movimento para indicar um novo alvo As posi es podem ser definidas no espa o das juntas por meio de um formul rio Bambang 2007 ou no espa o cart
104. iliza o de um con trole proporcional para a malha intermedi ria de controle de posi o das juntas ver Ap ndice C Por se tratar de um problema de transporte de carga cooperativo al m do se guimento de trajet ria deve se garantir a for a de pegada do objeto A magnitude desta mostrada na Figura 5 14 para cada um dos testes Destaca se que apesar do erro de regula o n o houve perda de contato Linear xy Linear yz Linear xz for a y N 10 10 10 Z 3 l q o AIK re o Valli ta dl oO a a tu a Fi T 445 LY y 0 5 10 15 0 5 10 15 0 5 10 15 tempo s tempo s tempo s Figura 5 14 M dulo das for a virtuais nos efetuadores durante o controle aut nomo com refer ncia linear e circular Preto escravo 1 cinza escuro refer ncia e cinza claro escravo 2 Para o caso da refer ncia tridimensional a Figura apresenta a trajet ria dos dois manipuladores S o representadas as vista em perspectiva superior plano xy e lateral plano xz Destaca se que esta mant m o formato circular de maneira consistente entretanto o movimento na dire o x apresenta uma tend ncia como 70 visto no painel inferior direito levando ao deslocamento do centro da trajet ria no painel inferior esquerdo que gas 0 2 03 0 5 0 2 0 4 gt 0 N 0 3 0 2 0 2 02 04 06 08 04 0 5 0 6 07 x xX Figura 5 15 Trajet ria dos bra os do
105. ina Windows e da porta serial para processadores embarcados de baixo consumo O RR considera sistemas em tempo real ou baseados em even tos e permite programa o em diferentes linguagens Atualmente s o permitidos n s desenvolvidos em linguagens C C e Matlab ou que utilizem a plataforma Arduino Wason amp Wen 2011 A possibilidade de integra o com o Matlab e o re conhecimento de funcionalidades no ato da conex o tornam o RR mais adequado a prototipagem r pida que ferramentas mais gerais como o ROS Quigley et al 2009 A 2 Infraestrutura Local O ambiente de opera o local deve conter ao menos um manipulador rob tico com uma malha de controle de juntas e equipado com um efetuador Como itens adicio nais podem estar presentes um sensor de for a acoplado ao efetuador para teleope ra o bilateral ou controle local de for a e uma c mera de v deo para realimenta o 93 visual e servovis o Devido a utiliza o do Matlab para a constru o da interface de teleopera o um requisito para todos os componentes presentes a capacidade de integra o com esta ferramenta de forma direta ou atrav s do RR Esta integra o indireta apresenta a seguir para os casos da malha de controle e da c mera A 2 1 Sistema de controle As malhas de controle de sistemas rob ticos geralmente necessitam de uma veloci dade e precis o na temporiza o dos ciclos que dificilmente garantida pelo Matlab reque
106. inci pal e o operador realimentado por duas figuras como no exmplo da Figura A 10 d A primeira apresenta uma reconstru o do bra o atrav s dos pontos de esqueleto recebidos do dispositivo A segunda varia de acordo com o momento de opera o ao ser iniciada apresenta a diferen a absoluta em rela o a ltima posi o ou a posi o inicial informada na interface Ap s esta diferen a atingir o limite de 10 em todas as juntas a figura trocada para o ngulo e os limites superior e inferior de cada uma Exemplos destas figuras s o apresentados na Figura 11 da esquerda para direita A 4 Testes Experimentais Para o teste experimental da arquitetura proposta o ambiente de opera o local uti lizado pertence ao Rensselaer Polytechnic Institute Troy NY EUA O ambiente 101 experimental composto por dois manipuladores rob ticos PUMA 560 montados sobre um sistema de trilho contendo uma junta prism tica e duas de revolu o son amp Wen 2011 mostrado na Figura A 12 Entretanto nos ensaios experimentais ser utilizado apenas um dos manipuladores com a base fixa uma c mera CCD e um sensor de for a JR3 JR3 Inc Para avaliar a viabilidade da estrutura estabe lecida duas tarefas teste foram desenvolvidas uma abrangendo os tr s m todos de comando do manipulador e a outra para a realimenta o de for a Figura A 12 Sistema de dois rob s PUMA560 sobre trilhos do CATS RPI A primeira tare
107. informa es para realimenta o do operador que pode ser visual e h ptica Os fluxos de dados desta arquitetura s o apresentados na Figura 1 sendo a infraestrutura local e remota detalhadas nas se es seguintes 89 Kinect Phantom Manipulador RobotRaconteur Esqueleto For a Posi o manipulador spa o das juntas Posi o RR For a a Cinem tica inversa Posi o For a MATLAB Posi o SIMULINK For a Cliente MATLAB SIMULINK Servidor Posi o Espa o das juntas Internet Trajet ria preestabelecida Dist ncia ao alvo pixels Processamento de imagem Imagem Visualiza o cI video Figura A 1 Diagrama de interfaces entre as diferentes modalidades de entrada am biente remoto e o sistema de controle ambiente local RR indica a comunica o atrav s do Robot Raconteur Retirado de IE Toa et al Motta Ribeiro et al 2012 A 1 Comunica o Como mostrado na Figura 1 existem duas vias de comunica o entre os ambien tes remoto e local uma para opera o do manipulador e outra para transmiss o de video A primeira exige a maior taxa de transmiss o poss vel podendo ser robusta a desordenamento de mensagens se existir identifica o e rejei o de informa es atrasadas aceitando se sempre a mais recente Deste modo optou se por comunica o UDP com menor overhead e sem repeti o de p
108. ipuladores e ambiente considera se uma parcela a ser enviada para H_ e outra recebida h4 do outro ambiente al m da estimativa de energia gasta ou obtida com o movimento AH A partir de H k os sinais da camada de transpar ncia s o modificados para garantir a condi o de passividade No ambiente remoto aplica se ao operador uma for a oposta ao movimento Frrc para recuperar energia 38 Cap tulo 4 Controle Cooperativo A estrat gia de teleopera o proposta no Cap tulo 3 imp e ao ambiente local so mente as refer ncias de velocidade e de for a sendo necess rio projetar uma lei de controle que garanta que os efetuadores do escravos sigam estas refer ncias Neste cap tulo ser o descritas tr s alternativas para controlar os manipuladores escravos uma para o caso cinem tico comum em rob s industriais e duas para rob s com din mica n o desprez vel Os controladores propostos s o descentralizados no sentido de que cada rob utiliza somente as informa es de seus pr prios sensores para fechar a malha de controle como representado no diagrama de blocos da Figura Nota se entre tanto que o controle da for a de contato com a carga representa uma comunica o indireta de forma a estabelecer a coopera o Lei de Controle fi Lei de Controle Figura 4 1 Diagrama de blocos representando o controle cooperativo descentra lizado Cada manipulador controlado utilizando somente informa
109. juntas do dispositivo Ts de Ads e Tm m Alas como no controle adaptativo dejSlotine amp Lil 1991 Utilizando ent o uma lei propor cional ao erro desta nova vari vel poss vel demonstrar que com atraso constante os rob s em ambos ambientes convergem para a mesma posi o e velocidade Ainda baseando se na passividade do sistema Ryu et al 2004 para atraso constante e Ryu amp Preuschel 2007 para atraso vari vel prop em um m todo no dom nio do tempo em que n o se utiliza uma transforma o de estados Ao inv s de passivar o canal de comunica o a energia gerada neste devido ao atraso dissipada PC i im ie Le gg CECT TY eer Lh IA Mestre th por elementos ativos antes dos controladores local e remoto A nova configura o do sistema de teleopera o apresentada na Figura 1 12 Canal de comunica o Figura 1 12 Diagrama de blocos do controle de teleopera o com passividade no dom nio do tempo PO estimador de energia PC controlador de energia L n 1 Outro m todo baseado em passividade que n o se utiliza de transforma es de estado foi proposto em Lee amp Spong 2006 Este considera atraso constante no sistema e uma lei de controle proporcional e derivativa do erro de posi o mais um termo de amortecimento Assim a lei de controle completa para o mestre fm Kabm t KpE m t 25 t To Kolim t ts t To e
110. lvimento 68 trole intermedi rio O acesso medida de for a tamb m realizado atrav s do RR de maneira similar a um sensor real Foram realizados dois grupos de testes utilizando o Motoman controle aut nomo e teleoepra o No primeiro considerado somente o controle cooperativo rastreando trajet rias pr definidas sem a presen a de um operador na malha No segundo considera se a teleopera o unilateral com a arquitetura de controle completa A seguir cada um dos testes descrito sendo apresentados seus respectivos resultados 5 2 2 Opera o aut noma Para os testes do controle de coopera o foram utilizadas duas modalidades de tra jet ria de refer ncia planar e tridimensional As trajet rias foram determinadas de forma a melhor aproveitar o espa o de trabalho considerando as restri es de pe gada dist ncia entre os efetuadores e orienta o As express es das curvas discretas utilizadas em cada teste s o apresentadas na Tabela 5 3 Tabela 5 3 Trajet rias para os testes experimentais do controle de manipuladores cooperativos Teste Plano Velocidade de refer ncia x y z 1 ay 0 02 0 02 0 20 a 0 02 0 0 02 3 yz 0 0 02 0 02 4 zy 0 08sin 25k 0 08 cos 25 k 0 5 az 0 08sin 25k 0 0 08 cos 25h 6 yz 0 0 08 cos 25k 0 08 sin a k 7 0 08sin 25 0 08 cos 254 0 02 Com as trajet rias planares pode se observar o comportamento do sistema com refer ncias de velocidade
111. m as diferentes modalidades de controle Adaptado de Motta Ribeiro et al 2012 e o plano da c mera s o paralelos com uma rota o lt 5 poss vel garantir que o erro na imagem converge para zero Zachi Hsu Lizarralde amp Leite 2006 A tarefa referente a realimenta o de for a dividida em duas etapas regula o e rastreamento Em ambas um operador local atua diretamente no sensor de for a instalado no efetuador do manipulador e as leituras deste s o enviadas ao ambiente remoto servindo como entrada de for a para o Phantom cujos ngulos das juntas s o enviados para manipulador local Na primeira etapa o operador remoto deve manter a posi o do dispositivo fixa enquanto na segunda o dispositivo pode se movimentar resultando em um movimento do manipulador A 5 Observa es dos Experimentos A seguir s o apresentados resultados para avalia o da efic cia da estrutura pro posta Primeiramente destaca se que a estrutura utilizada permitiu a realiza o da tarefa de pick and place por m devido ao grande atraso pr ximo a 1s a baixa taxa de amostragem 0 5 e a opera o unilateral somente com realimenta o visual os movimentos devem ser realizados em baixa velocidade A influ ncia do atraso no tempo de execu o da tarefa de teleopera o na modalidade unila teral conhecida desde o trabalho de mostrando que o operador adota uma estrat gia de movimentos pausados esperando pela rea o
112. m que um mesmo disposi tivo tenha que realizar diferentes tarefas nem sempre previstas e programadas com anteced ncia Exemplos de rob s teleoperados s o rob s submarinos para cirur gias remotas Ballantyne 2002 Cho et al 2012 para opera es espaciais jet al 1994 2006 e utilizados em opera es de despolui o ou controle ambiental como o rob ambiental h brido proposto pela Petrobras Freitas et al 2010 Estes s o apresentados na Figura 1 2 e ss c Opera es espaciais d Telecirurgia Figura 1 2 Exemplos de aplica o de teleopera o rob tica Para obter um sistema capaz de se adaptar a situa es adversas de um ambi ente n o estruturado ou de uma tarefa com caracter sticas vari veis utilizada a teleopera o rob tica como nos casos da Figura 1 2 Esta consiste em um operador humano controlando diretamente o rob escravo a partir de um outro ambiente possivelmente distante da rea de trabalho Este controle pode ser em alto n vel atrav s de trajet rias desejadas e sequ ncias de a es ou direto onde os movimentos do escravo s o transmitidos durante a execu o por exemplo atrav s de um outro dispositivo rob tico denominado mestre Niemeyer et al 2008 Para que o operador realize a tarefa de forma correta o mesmo realimentado com informa es visuais auditivas de for a e outros sensores de forma que possa conhecer o ambiente onde o rob est presente Considera
113. mance The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery 135 1 196 202 Remiro R R L 2009 Determinantes da carga fisica de trabalho em platafor mas de petr leo o caso da opera o do sistema de pig Master s thesis Universidade Federal do Rio de Janeiro Ryu J H Dong Soo K amp Hannaford B 2004 Stable teleoperation with time domain passivity control JEEE Trans Robot 20 2 365 373 86 Ryu J H amp Preusche C 2007 Stable bilateral control of teleoperators under time varying communication delay Time domain passivity approach in Proc IEEE Int Conf Robotics and Automation pp 3508 3513 Safaric R Hedrih I Klobucar R amp Sorgo B 2003 Remote controlled robot arm in Proc ICIT Vol 2 pp 1202 1207 Schoonmaker R amp Cao C 2006 Vibrotactile force feedback system for mini mally invasive surgical procedures in Proc IEEE Int Conf Systems Man and Cybernetics Vol 3 pp 2464 2469 Sheng J amp Spong M 2004 Model predictive control for bilateral teleoperation systems with time delays in Canadian Conf Electrical and Computer Engineering Vol 4 pp 1877 1880 Sheridan T amp Ferrell W 1963 Remote manipulative control with transmission delay IEEE Trans Hum Factors Electron HFE 4 1 25 29 Siciliano B Sciavicco L Villani L amp Oriolo G 2009 Robotics modelling planning and control Springer
114. marca dor colorido vermelho verde ou azul no punho do manipulador e a posi o final desejada alvo EB Figure 1 eek a File Edit View Insert Tools Desktop Window Help dous riAAVOPRA B2 DE 2D Clique para indicar um novo target Figura A 9 Exemplo de imagem apresentada para o operador durante controle por servovis o 98 A posi o inicial necess ria devido a execu o do processamento de imagem em uma sub janela considerando se um movimento lento em rela o a amostragem das imagens Este processamento realizados em cinco etapas subtra o da imagem em tons de cinza da camada da cor do marcador filtragem atrav s de filtro da mediana transforma o de escala de cinza para preto e branco remo o de objetos pequenos Be eee a c lculo do centroide do objeto identificado Uma vez obtido o centroide do marcador no punho o erro de imagem em pixels obtido a partir da diferen a entre a posi o desejada e a posi o do centroide transmitido para o ambiente local Todo processamento realizado em Matlab fazendo o uso do pacote Image Processing atrav s das linhas de c digo apresentadas no C digo C digo A 2 Processamento da imagem function Xc Yc falha getcentroid data Xci Yci L Xci round Xci Yci round Yci subwin x max Xci L 1i min Xci L 480 subwin y max Yci L 1 min Yci L 640 diff im imsubtract data subwin x subwin y 1 r
115. mento pelo nivel de energia 63 5 5 Magnitude das for as desejada e aplicada a carga por cada rob durante movimento circular ve sessao Seca cesso eee wwe A 64 5 6 Magnitude das for as desejada e aplicada a carga por cada rob durante movimento com velocidade constante 64 5 7 Orienta o dos manipuladores escravo durante a simula o de teleo pera o com movimento circular 0 2 000004 65 9 8 Erro de velocidade durante simula o de teleopera o com movimento circular e controle em cascata ooa a o 65 5 9 Magnitude das for as desejada e aplicada a carga por cada rob durante movimento circular e controle em cascata 66 so 66 O Dane on aes 67 5 12 Motoman DIA10 segurando uma caixa 050 68 ued di Gene eee ee 70 ernie wee eh os ele ae 70 xi 15 Trajet ria dos bra os do Motoman DIA10 rastreando uma trajet ria te he UA ace ee GR oe DR ee et nu ri Ro a A 71 Eneas ana aa 71 RR Taran 73 nO 7 oO 19 Operador comandando o rob atrav s do Kinect A imagem a direita serve de aux lio representando os pontos de esqueleto e uma caixa Sie 8 a ee A ae Oo ES E edd is Did a 20 Erro de velocidade dos efetuadores durante teleopera o utilizando o add DR re im VR et TT Ce cere 75 21 For as medidas nos efetuadores durante a teleopera o utilizando Ki E EE oe amp Bree eae eek ee re ee ee ee 76 N R A 1 Diagrama de interfaces entre as diferentes
116. na Figura que representado erro de velocidade para os manipuladores com e sem a presen a da satura o Os dois casos convergem para o mesmo erro vari vel presente devido a velocidade n o constante e o acoplamento do controle de for a Escravo 1 Escravo 2 erro y m s erro x m s tempo s tempo s Figura 5 3 Erro de velocidade durante simula o de teleopera o com movimento circular Verde tracejado presen a de satura o considerando o n vel de energia atual do tanque preto cont nuo sem a satura o pelo n vel de energia 62 A deforma o na trajet ria dos manipuladores escravo melhor apresentada na Figura onde se observam retratos da configura o dos rob s mestre e escravo em diferentes instantes de tempo de a sem amortecimento 5 s A Ma c sem amortecimento 20 s e sem amortecimento 50 s f com amortecimento 50 s Figura 5 4 Representa o dos rob s mestre e escravo em diferentes instantes de tempo com e sem presen a de amortecimento pelo n vel de energia As linhas azuis representam os mestres A trajet ria dos escravos sofre um deslocamento ao se utilizar o amortecimento atingindo o mesmo raio centrado em outro ponto A Figura 5 5 apresenta as magnitudes da for a de pegada durante a simula o de movimento circular Nesta claro que a pegada mantida com ambo
117. nda limitada necess rio minimizar o seu uso 31 optando se por um controle descentralizado sem comunica o direta entre os agentes Como entradas cada rob recebe uma refer ncia de for a f determinada de forma a manter uma pegada segura e uma refer ncia de velocidade comum v definindo a trajet ria do objeto As refer ncias de for a devem ser escolhidas de forma a garantir um crit rio de pegada por for a ou por forma Os dois crit rios podem exigir o conhecimento de propriedades do objeto transportado como geometria e peso 2008 Este problema n o diretamente considerado neste trabalho A refer ncia de velocidade gerada a partir da movimenta o realizada pelo operador sobre os mestres Este tamb m transmite um sinal de refer ncia de for a adicional a for a de pegada de forma a apertar o objeto Como realimenta o para o operador os mestres s o mantidos sobre uma restri o de dist ncia e o ambiente local transmite os erros de for a referentes ao controle de pegada Como visto na Se o 1 2 1 a teleopera o bilateral pode apresentar instabilidade devido a presen a de atraso no canal de comunica o Para garantir a estabilidade e portanto a seguran a o controle ser implementado seguindo uma estrat gia de duas camadas representada na Figura Como apresentado na Se o 1 2 1 o projeto em camadas permite que a estabilidade seja alcan ada independentemente da lei de controle que deve garan
118. nem tica diferencial 00a a a a 004 2 2 Modelo Din mico spots dE dd ra sugna OSS 2 3 M ltiplos manipuladores a a a a 0000022 e ee 3 Teleopera o Cooperativa 3 1 Defini o do problema ssa a ra ES E E eS 3 2 Camada de Transpar ncia 0 0 00002 eee 3 3 Camada de Passividadel 0 0 000 2 eee ee A Controle Cooperativo E Mabe s scce sds nk eS sadean riea AS 4 2 Controle Cinem tico ooa a a a a a a a a 4 2 1 Condi o de estabilidade a a a a a a a vii Xiv XV xvii 16 19 22 22 23 25 25 28 29 30 31 31 33 35 E dd Rd Ae RA Ae a ee de e ees SP PORN SR O RO RS ee 4 3 1 Estrat gia de Controle 0 000008 Ro pede pa So era Re ee ee O RR qa E meee A ee RE ee RT A E EE HRS Ba Bo Ed ae ee ME Se a E DA 5 1 1 Modelagem serias 6h 4a ag ee GD RS ORS os 5 1 2 Resultados ss esa Ed du Sa A EUR Eee E BLA E Boe oo ek we he Ped RE ha ee eae S R S 5 2 1 Montagem experimental 22 004 se he A eee Sr Peas we Bees oh ee ee ee bop Raced a Bed ae we HER 6 Conclus es enana er eee ee ree ee ee oe a ee CO Trab lh s ma sega oe e E Re ee CES ESS DO Ep ouch he wees ue a onees DE Se ae ee we eee es Se We Saas Ge hss eth Bs eth Se ee BS dao Ge ea q ah Ry See a a Bee eg Lk ee ees eee ee ee ee egies Sa e ee as Si E O et e pr Se Le eas A ee amp Oe he ek ee oe ee Be E ead ore oe eres are ead ae eee A eee a ee ee A 4
119. ng 2005 Sirouspour 2005 Al m da motiva o te rica a teleopera o cooperativa estende as poss veis apli ca es da teleopera o No contexto da explora o de petr leo o desenho atual de plataformas exige que diversas opera es sejam realizadas utilizando as duas m os ou por dois trabalhadores em conjunto A Figura apresenta um exemplo com um operador acionando uma v lvula Figura 1 5 Exemplo de opera o em plataformas de petr leo que necessita de coope ra o entre dispositivos rob ticos Devido a posi o da v lvula necess rio utilizar duas m os para acion la de forma eficiente Retirado de Remiro 2009 1 2 Revis o da Literatura Neste trabalho ser desenvolvida uma estrat gia de teleopera o cooperativa onde m ltiplos rob s escravos s o comandados atrav s de m ltiplos rob s mestres para transportar uma carga em conjunto Nesta se o ser apresentada uma revis o de literatura sobres os principais pontos abordados Primeiramente uma descri o sobre teleopera o considerando quest es de estabilidade e diferentes arquiteturas utilizadas Como a estrat gia ado tada no trabalho baseada em passividade esta categoria ser abordada de forma mais detalhada Na sequencia realizada uma revis o sobre controle cooperativo e por fim abordado o caso espec fico de coopera o para de transporte de carga 1 2 1 Teleopera o A teleopera o rob tica consiste na re
120. ni o do servi o para intera o com o Motoman DIA10 service MotomanDIAiO service object MotomanDIA10 property double 15 ActualRobotJointAngles property double 15 DesiredRobotJointAngles end object O n possui um objeto com duas propriedades Uma para acesso as posi es atuais das juntas ActualRobotJointangles e outra para definir os ngulos desejados De s iredRobot JointAngles Dispon vel em 117 Esta refer ncia passada para uma malha de controle de posi o que projetada em Simulink compilada e executada pelo n em uma frequ ncia de 500 Hz Um exemplo para esta malha apresentado na Figura 7 P CurrentJointPositions fon Joint rrorSignal_out H JE gt E e gt C P JointErrorSignal in Saturationt Gain Saturation Rate Limiter Gaint MATLAB Functiont num z K 2 1 In2 gt A gt Ke o Discrete FIR Filter Discrete Derivative Gain2 Figura C 7 Exemplo de malha de controle de juntas implementada em Simulink para o Motoman DIA10 No exemplo tem se uma malha proporcional integral com a entrada 1 recebendo a posi o atual e a 3 a refer ncia A entrada 2 n o utilizada mas um requisito do n RR A sa da da malha um a corre o em radianos que ser transformada para pulsos e enviada fazendo uso da biblioteca de comunica o com o HSC C 5 Opera o A seguir ser
121. ntensas para mudan a de sentido do movimento e poss veis falhas de rastreamento do kinect A in rcia devido a camada intermedi ria de controle de posi o faz com que o sistema responda de forma lenta levando aos picos Escravo 1 velocidade m s Escravo 2 velocidade m s tempo s a Experimento completo Escravo 1 velocidade m s velocidade m s tempo s b Detalhamento entre 5 e 15s Figura 5 20 Erro de velocidade dos efetuadores durante teleopera o utilizando o Kinect como mestre Azul dire o x verde dire o y e vermelho dire o z Essas mudan as de sentido do movimento mais abruptas presentes neste experi mento n o tem um maior reflexo sobre a for a de contato entre os efetuadores e a carga como apresentado na Figura 5 21 Apesar de uma realimenta o de for a direta na opera o com Kinect exigir equi pamentos grandes e de auto custo descaracterizando a naturalidade obtida com uso deste tipo de interface poss vel utilizar se de formas indiretas de realimenta o Como exemplo destas t cnicas tem se o uso de indicadores visuais de for a Kita 2005 Reiley et al 2008 ou dispositivos de realimenta o cut nea os quais estimulam o tato em diferentes regi es da m o com intensidade proporcional a for a Pacchierotti et al 2012 Prattichizzo et al 2012 Schoonmaker amp Cao 2006 75 Escravo 1
122. nthesis que estabelece estabilidade robusta para a teleopera o Utilizando diferentes fun es objetivo poss vel tamb m otimizar a coordena o entre os agentes Com outra abordagem para o caso MMMS conside ram o uso de m ltiplos pares de rob s locais e remotos teleoperados individualmente compartilhando a mesma ferramenta ou atuando sobre o mesmo objeto Cada um dos pares utiliza uma estrat gia baseada em vari veis de onda como em Slotinel1991 sem que ocorra uma a o expl cita de coordena o entre os escravos Os rob s s o modelados como sistemas massa amortecedor de um grau de liberdade sendo controlados por posi o atrav s de um controle proporcional e derivativo ajus tado por s ntese linear quadr tica A valida o da estrat gia obtida por simula o dos escravos compartilhando uma ferramenta ou transportando um objeto 18 1 2 3 Transporte de Cargas O problema de transporte de carga por dispositivos rob ticos t pico da rob tica m vel e se assemelha ao problema de coopera o O objetivo carregar um objeto que maior que cada um dos rob s ou supera o limite individual de carga destes Arquitetura Existem diferentes arquiteturas para o sistema de controle e comunica o entre os rob s no transporte de carga Estas podem ser divididas entre centralizadas e descentralizadas Em um sistema de controle centralizado todos os agentes obedecem aos coman dos de uma nica malha de controle
123. nto local mente passivo de sa da a E amp A J Eit w com fun o de armazenamento positiva definida V Vp Vo em 4 37 e 4 40 Prova A partir de 4 38 e 4 41 f cil perceber que N N V 4h W lt D gt k lal a nl ks w Kowt Y Elu tw vo i 1 i 1 na qual a parte independente de v ao menos localmente negativa semi definida segundo os Teoremas Ble g A passividade do mapeamento o SA do amp Jlw decorre diretamente da defini o de passividade Khalil 2002 O sistema interconectado considerando as malhas de controle din mico e cine m tico representado pelas vari veis de estado T at sal T T me E af e gr Ie Sow X2 eT at Po 0 cuja estabilidade decorre diretamente do Corol rio lJe do Teorema 4Je da passividade do controle por torque computado Destaca se que devido as propriedades de passividade a lei de controle por torque computado 4 31 pode ser substitu da por uma estrat gia adaptativa ou adaptativa robusta como as propostas por Slotine amp Lil 1991 Assim a hip tese de par metros 57 conhecidos de forma exata pode ser flexibilizada j que esta n o satisfeita em aplica es pr ticas Neste cap tulo foram apresentadas tr s leis de controle descentralizadas para manipuladores rob ticos transportando uma carga de forma cooperativa S o abor dados os casos de rob s com din mica desprez vel e n o desprez vel Para o primeiro caso utilizou
124. o Figura A 2 Diagrama representativo das vias de comunica o para a arquitetura de teleopera o proposta RR indica a comunica o atrav s do Robot Raconteur Retirado de Motta Ribeiro et al 2012 recurso acessado pode ser utilizado de forma segura por m ltiplos clientes no ambi ente remoto de opera o ou n o O gerenciamento de conex es e a transmiss o da imagem s o realizados atrav s de um programa de stream utilizando a arquitetura RR Wason amp Wenp01 A 1 1 Robot Raconteur O RR 6 uma arquitetura e biblioteca de comunica o para aplica es de rob tica e automa o baseada em n s tipicamente processos em uma m quina que se conectam atrav s de canais em um modelo servidor cliente ver Figura A 3 A cone x o realizada atrav s de uma requisi o do n cliente que conhece previamente o endere o IP do n servidor Este ent o exp em suas funcionalidades por meio de um texto com as defini es de suas estruturas e objetos em um formato independente de linguagem Desta forma o cliente n o necessita conhecer previamente as carac ter sticas do servidor podendo o mesmo ser alterado de forma independente 2011 A conex o entre um cliente e um servidor de um servi o realizada em duas etapas a requisi o de conex o e a cria o da interface entre os n s A Figura A4 representa este processo O cliente recebe a descri o das funcionalidades do servi o em formato de texto A pa
125. o local a posi o inicial adquirida e realiza se uma trajet ria a partir desta A trajet ria consiste de pequenos movimentos nas junta R B e T dos dois bra os retornando a posi o inicial 123 motoman RobotRaconteur Connect tcp localhost 5203 MotomanSimulinkHost MotomanDIA10 initial motoman ActualRobotJointAngles for i 0 15 s sin i pi 30 motoman DesiredRobotJointAngles initial zeros 5 1 s pi 2 s pi 4 s pi 2 zeros 4 1 s pi 2 s pi 4 s pi 2 fprintf 0 3f 4 motoman ActualRobotJointAngles fprint a pause 1 end motoman DesiredRobotJointAngles initial RobotRaconteur Disconnect motoman 124
126. o considere uma fun o custo h 0 R gt R convexa em re la o a 6 escolhida de forma que o seu m nimo representa a orienta o desejada Desta forma a tarefa secund ria consiste em minimizar h 0 Para alcan ar este objetivo o sinal u em 4 11 proposto como 4 20 sendo K uma matriz de ganho positiva definida Este sinal consiste em uma ve locidade na mesma dire o e com o sentido oposto ao gradiente da fun o custo apontando assim para o ponto de m nimo onde ent o se torna nula Observa o 3 Essa tarefa secund ria consiste em um problema de otimiza o local com restri es representadas pela tarefa principal N o h garantia de exist ncia de uma solu o global em especial quando o manipulador est em uma configura o singular onde h perda de posto da matriz Jacobiano Murray et al 1994 let al 2009 n o existe proje o no espa o nulo dessa matriz Observa o 4 A lei de controle 4 20 representa uma solu o geral para o problema de realizar uma subtarefa que consista em minimizar uma fun o convexa 47 Um exemplo simples de fun o custo adequada para esta tarefa h O Y0 ba 1 0 Wa 4 21 na qual 1 0 uma representa o vetorial da orienta o do efetuador em termos das posi es das juntas e wg a orienta o desejada Uma escolha evidente para w 6 consiste na parte relativa a orienta o na ex press o de cinem ti
127. o entre os efetuadores e a carga conhecido na literatura o fato de atrasos na medida de for a poderem levar a instabilidade do sistema de controle Montemayor amp Wen 2004 o que pode ser uma nova fonte de erros ao se utilizar um sensor real Trabalhos futuros A seguir s o apresentadas sugest es de trabalhos futuros seguindo o tema abordado S o propostas temas para desenvolvimento te rico e complementa o experimental do trabalho Investigar o modelo de contato e as hip teses necess rias para controlar a orienta o da carga Esses novo objetivo de controle exige que se transmitam para a carga os torques dos efetuadores e altera a an lise de estabilidade uma vez que R 0 0 A rota o da carga tamb m altera o controle de orienta o dos efetuadores passando de um problema de regula o para um de rastreamento ou mesmo alterando se a restri o de perpendicularidade Na presen a de um sensor de for a e torque no efetuador do manipulador o controle de orienta o pode ser realizado utilizando se essas medidas Desta maneira n o se faz necess rio o conhecimento pr vio da posi o do efetuador em rela o a carga e nem sobre a geometria da superf cie da mesma A hip tese de par metros completamente conhecidos para o modelo din mico utilizada nos casos de din mica n o desprez vel pode ser relaxada fazendo se uso de uma estrat gia de controle adaptativo Neste caso o controlador em cascata
128. o et al 2009 O quaternion pode ser relacionado diretamente matriz de rota o atrav s da chamada f rmula de Rodrigues Lizarralde amp Wen 1996 R I1 2qe qux Aq X qu na qual J R a matriz identidade e o operador x representa a matriz produto vetorial J o mapeamento inverso de R gt q acarreta em uma ambiguidade de sinal pois q e q representam a mesma rota o Uma poss vel solu o considerando O teorema das rota es de Euler diz que qualquer sequ ncia de rota es em torno de um ponto fixo equivalente a uma nica rota o por um dado angulo a em torno de um eixo v que passa pelo ponto 26 10 tg a Posi o do sistema de coordenadas b Orienta o do sistema de coordenadas Figura 2 2 Representa o de dois sistemas de coordenadas ortonormais Ge gt 0 dada por sgn r32 ra3 Tun T22 733 1 sgn riz r31 VT22 733 Tu 1 sgn ra r 12 V T33 r11 T22 1 1 qe zV ra 133 1 qu com a fun o sinal definida por sgn u demais casos Siciliano et al 2009 O quaternion n o a nica representa o alternativa para a orienta o como 1 se y gt 0 ou sgn u 1 para os destaque pode se citar as representa es m nimas de ngulos de Euler e Roll Pitch Yaw Siciliano et al 2009 A op o por utilizar o quaternion resulta de sua efici ncia computacional e aus ncia de singularidades
129. om o procedimento acima 1 Abra o Matlab vers o 2011 ou superior em que o RR est instalado 2 O conex o com o servi o RR realizada atrav s do comando motoman RobotRaconteur Connect tcp ip 5203 MotomanSimulinkHost MotomanDIA10 e ip deve ser substitu do pelo endere o IP da m quina em que o servi o est rodando e Dependendo da vers o de RR utilizada a primeira tentativa de conex o pode resultar em erro pois tenta se utilizar IPv6 Tente novamente e Se ocorrer um erro durante a conex o verifique o endere o de IP utilizado 3 Ap s a conex o a vari vel motoman a representa o do rob Para acessa lo utiliza se duas propriedades e ActualRobotJointAngles fornece um vetor coluna com a posi o das quinze juntas do rob e DesiredRobotJointAngles recebe um vetor coluna com as posi es desejadas para as quinze juntas do rob e ordem das juntas neste vetor apresentada na Tabela C 4 4 Sendo necess rio encerrar a conex o com o servi o sem fechar o mesmo utilize o seguinte comando RobotRaconteur Disconnect motoman Tabela C 4 Ordem de apresenta o das posi es das juntas no servi o RR Tronco R2 R1 ndice 1 23 4 5 6 7 819 10 11 12 13 14 15 junta S1 S L7URBTIS L7 URBT O c digo abaixo apresenta um exemplo simples demonstrando o procedimento listado a cima Ap s realizar a conex o com o rob supondo o servi o no endere
130. ontrol Brazilian Mag 17 4 381 390 Zachi A R L Hsu L Ortega R amp Lizarralde F 2006 Dynamic control of uncertain manipulators through immersion and invariance adaptive visual servoing Int J Robotics Res 25 11 1149 1159 88 Ap ndice A Arquitetura de Teleopera o De forma a dispor de uma plataforma para realiza o de experimentos em teleope ra o com a capacidade de prototipagem r pida e com flexibilidade para expans o e adi o de diferentes equipamentos prop em uma ar quitetura baseada em Matlab e Robot Raconteur M RR Essa arquitetura permite a realiza o das seguintes a es individuais ou combinadas 1 Movimenta o mestre escravo e realimenta o visual 2 Controle de posi o via servovis o 3 Altera o do estado da garra 4 Realimenta o de for a a fim de garantir a realiza o bem sucedida de uma tarefa teleoperada e g pick and place Como um exemplo de implementa o neste trabalho a primeira opera o pode ser realizada com o Phantom Omni Sensable EUA ou o Kinect Microsoft Corp EUA As diferentes interfaces de comando do rob localizadas no ambiente remoto s o integradas atrav s do Matlab sendo enviados informa es de comando por exemplo posi es no espa o das juntas ou erro no espa o da imagem atrav s da internet para o ambiente local onde est o as malhas de controle do manipulador rob tico O ambiente local por sua vez fornece
131. os menus da tela para navegar para Robot Home Position i Selecione cada junta que apresenta asteriscos no local do valor e pressione Select ii Uma janela de pergunta pede para confirmar se deseja se definir a posi o atual como nova posi o inicial confirme h Retorne ao modo de usu rio comum i Utilize os menus da tela para navegar para System Info gt Se curity ii Usando os bot es direcionais selecione o modo editing iii Aperte select para alterar para este modo 3 Alarm 1326 SV 2 DEFECTIVE ENCODER ABSOLUTE DATA Robot 2 SLURBT7 e Este um erro de alta prioridade que n o ser apagado Para operar o rob necess rio reiniciar o NX100 mas uma reinicializa o direta tende a repetir o erro solu o movimentar as juntas que est o indicadas no erro atrav s do procedimento de libera o dos freios descrito a seguir e Esta opera o simplificada se realizada por duas pessoas a Utilize os menus da tela para navegar para Robot Manual Break Release Uma janela de pergunta pede para confirmar se deseja se contro lar manualmente os freios confirme 2a barra de refer ncia est fixada na parte de tr s do tronco do rob 120 S axis L axis Tth axis T axis U axis Rotation axis Front View At Home Position Back View Figura C 9 Localiza o das ranhuras de refer ncia e exemplo para o procedimento de calibra o b O de
132. p pd a matriz pseudo inversa de Moore Penrose do Jacobiano de posi o e I I dido a matriz de proje o no espa o nulo de Jp let al 2009 Os sinais de controle q e u s o projetados para satisfazer os objetivos principal e secund rio a saber controle da posi o e da orienta o do efetuador respectivamente A malha de controle para um manipulador representada pelo diagrama de blocos da Figura Este teorema corresponde ao 4 14 de Haddad amp Chellaboina 2011 43 Cinem tica direta Tarefa Secund ria Tarefa Principal Figura 4 3 Diagrama de blocos da malha de controle cinem tico de um manipulador na tarefa cooperativa Tarefa Principal A tarefa principal do sistema cooperativo garantir o rastreamento de uma refe r ncia de velocidade v t pelos efetuadores dos N rob s e pela carga enquanto esta mantida segura atrav s de uma for a que varia de forma limitada Para tal proposto o sinal de controle cinem tico viam ff 4 12 sendo K uma matriz positiva definida de ganho proporcional para o controle de for a Considerando essa lei de controle em 4 6 e 4 11 e os erros de velocidade para os efetuadores e a carga definidos como E t tilt vtt e Elt telt vtt o modelo em malha fechada com manipuladores cinem ticos e uma carga din mica dado por amp K ff VP z 4 13 N E 0 t MIS VP z 4 14 i l 44 Destaca se que a velocidad
133. r Por simplicidade quando posi o e orienta o forem consideradas simultaneamente ser o denominadas pose 25 A pose definida a partir de um sistema de coordenadas ortonormal E le Co z que satisfaz as propriedades e Normalidade lall 1 i 1 2 3 e Ortogonalidade 0 13 e Produto Vetorial es e xe sendo assim os vetores unit rios e s o uma base para um espa o vetorial normado tridimensional V Considerando dois sistemas E fi j ki 1 0 1 como na Figura 2 2 a a pose de E em rela o a Eg representada por uma matriz de transforma o homog nea T Ro Zo 0 1 Esta matriz formada pelo vetor de posi o Zor Tilo 2550 aka e pela matriz de rota o Roy R de classe SO 3 Siciliano et al 2009 Nota se que a matriz de rota o representa a orienta o atrav s de nove pa r metros com seis restri es de ortogonalidade Uma alternativa mais sint tica considerar o uso do quaternion unit rio q ge qv definido como de cos a 2 ER dy sin a 2 7 R Esta representa o utiliza o teorema de Euler para tratar a orienta o como equiva lente a somente uma rota o por um ngulo a em torno de um vetor v no sistema de coordenadas Ko como mostrado na Figura 2 2 b A parcela q denominada parte escalar enquanto a parcela q parte vetorial do quaternion Ambas s o submetidas a restri o q2 q qu 1 Sicilian
134. r c mera compat vel com a bi blioteca DirectShow do Windows tenha suas imagens disponibilizadas para todos os computadores de uma rede poss vel utilizar mais de um equipamento de cap tura de v deo em um mesmo computador selecionando se um ou mais pra serem transmitidos ou acessados no momento da execu o A configura o do programa e dos dispositivos realizada atrav s de um arquivo XML podendo se alterar taxa de transmiss o resolu o de captura e transmiss o configura o de filtro entre outros Por se tratar de um servidor RR poss vel realizar m ltiplos acessos simult neos a mesmo servi o com diferentes linguagens e aplica es Desta forma a realimenta o visual realiza atrav s de uma aplica o C fornecida com o pacote RobotCa meraHost com visualiza o do stream de forma cont nua Enquanto a servovis o se utiliza de imagens amostradas diretamente do Matlab atrav s de um n nativo A 3 Infraestrutura Remota No ambiente remoto est o presentes os dispositivos mestre integrados por uma inter face gr fica GUI Assim como no ambiente local a nica limita o para a agregar novas ferramentas a teleopera o integra o destas com o Matlab o que facilitado 95 pelo uso do RR ou da ferramenta MEX function nativa do Matlab que permite a implementa o direta de fun es em C C Atualmente est o presentes no sis tema o Kinect o Phantom e um controle para rastreamento atrav s
135. r como UB o seguinte teorema baseado em fun es de Lyapunov utilizaddf Teorema 1 Considere o sistema din mico n o linear em 4 7 e 4 8 Assume se que existe uma fun o continuamente diferencidvel V D x R 5 gt R e fun es a B da classe K tal que a l lt V 1592 lt BU we D y2 R 4 9 Se existe uma fun o cont nua W D gt R tal que W y1 gt 0 yi gt u e V y ye lt W y1 yr D luill gt u yo E R 4 10 com u gt 0 sendo tal que Ba i m 0 C D para algum n lt u Ent o o sistema din mico n o linear UB com respeito a y uniformemente em yz com limite a t m Ademais lim sup o yi t lt a B u Se adicionalmente D R e a uma fun o da classe Ko ent o e representam um sistema globalmente UB com respeito a y uniformemente em yo e para todo yo E R In Wll lt stz gt o Prova A prova para este teorema est no Ap ndice 4 2 2 Estrat gia de controle Para alcan ar o objetivo de movimentar a carga enquanto a pegada garantida proposta uma lei de controle cinem tico no espa o Cartesiano Esta lei leva em considera o que ao realizar somente a transla o da carga existe redund ncia nos manipuladores para cumprir tarefas secund rias Assim a lei de controle descen tralizada em rela o a cada rob w Jhi Jim 4 11 na qual Ji J
136. r os tanques de energia em cada um dos ambientes com o mesmo n vel mantendo assim os mestres e os escravos com possibilidade de movimenta o O ltimo termo de 3 5 AH representa a energia trocada entre o rob e o ambiente ou operador Esse termo pode adicionar ou remover energia do tanque Essa intera o pode ser estimada a partir da for a de intera o medida e posi o Cartesiana calculada atrav s da cinem tica direta Considerando o controle como um sistema Port Hamiltoniano discreto entre duas amostras a energia obtida de AH f a k a k 1 3 8 na qual f e x s o vetores com as for as e posi es pareadas de todos os rob s em um dos ambientes Destaca se que uma representa o Cartesiana da estimativa de energia obtida em Stramigioli et al 2005 Note que no caso de rob s sob controle din mico a for a medida pode ser substitu da pelo torque de comando utilizando assim somente a medida das posi es das juntas A estabilidade imposta ao sistema assegurando se que os rob s s o atuados respeitando o n vel de energia dispon vel no tanque correspondente Nos trabalhos originais de Franken et al 2009 e Stramigioli et al 2010 essa restri o aplicada utilizando se um sinal de for a saturado F qu min P mari FIL j CE 3 9 com min representando a fun o que seleciona o menor valor e Fmaz igual a zero quando n o h energia no tanque ou oo caso contr rio Nota se
137. ra A amp Fontaine J 2004 Scaled teleoperation controller design for micromanipulation over internet in Proc TEEE Int Conf Robotics and Automation Vol 5 pp 4577 4583 Vol 5 Caccavale F Natale C Siciliano B amp Villani L 1998 Resolved acceleration control of robot manipulators A critical review with experiments Robo tica 16 565 573 URL http journals cambridge org article S0263574798000290 Caccavale F amp Uchiyama M 2008 Cooperative manipulators in B Siciliano amp O Khatib eds Springer Handbook of Robotics Springer Berlin Hei delberg pp 701 718 Cho J H From P J Annerstedt M Robertsson A amp Johansson R 2012 Design of an intermediate layer to enhance operator awareness and safety in telesurgical systems in Proc IEEE RSJ Int Conf Intelligent Robots and Systems pp 805 822 Chopra N amp Spong M W 2005 On synchronization of networked passive systems with time delays and application to bilateral teleoperation in Annual Conference of Society of Instrument and Control Engineers of Japan pp 6 10 Denasi A Kostic D amp Nijmeijer H 2013 Time delay compensation in bi lateral teleoperations using impact JEEE Trans Contr Syst Technol 21 3 704 715 Desbats P Geffard F Piolain G amp Coudray A 2006 Force feedback teleo peration of an industrial robot in a nuclear spent fuel reprocessing
138. ra o projeto do controle em cascata na segunda etapa S2 projeta se a estrat gia que determina as refer ncias para a malha interna de controle din mico Como pretende se considerar um modelo de segunda ordem para sistema aparente entre a entrada dessa estrat gia de cascata e a posi o do efetuador o sinal 6 ser projetado diretamente obtendo os demais por meio integra o Para isso considera se a derivada temporal da rela o de cinem tica diferencial v JO J levando ao sinal de refer ncia 6 J v J JAo 4 34 que leva o sistema formado pelo rob e a malha de controle din mico a seguir a refer ncia cinem tica v Por fim segue se o terceiro passo do projeto em cascata projetando o sinal v Este consiste das acelera es linear e angular do efetuador do rob Como ambas est o desacopladas cada uma ser considerada separadamente O controle de posi o segue a estrutura utilizada no caso de primeira ordem de um termo feedforward mais um termo proporcional desta vez contando com o erro de for a levando a Up 08 Kees f4 fi 4 35 no qual K gt 0 e amp ti vt Substituindo 4 35 na parte referente a posi o do modelo de 4 27 lembrando que o segundo termo decai assintoticamente a zero a malha fechada dada por amp K amp f fi 4 36 54 que assim como no caso anterior de primeira ordem UB em rela o a e zi como mostrado no teorema a seguir
139. rado n o constante T T t i 1 2 e n o mais v lida A transforma o de vari veis utilizada leva a d 1 T dr e assim a energia no canal de comunica o passa a ser dada por 1 ft t N 7 X Um T Um T dr o 26 Tum 2 do 0 2 i 1 ft t T JT us 05 2 E vTr v Ua 2 a ore i_ T dO a 7 1 ft T LA Tanar 8 tata 1 ft 7 1 rt Th Te Us T Vs T dT h Je 3 92 vs 2 d0 1 4 Neste caso o sistema est vel somente se a varia o do atraso for negativa podendo se tornar inst vel se o atraso aumentar com o tempo ou seja T gt 0 Para comportar esta varia o positiva do atraso 2002 prop e uma modifica o na transforma o de estados 1 2 utilizando um ganho proporcional a varia o de T k T Com estes ganhos os termos negativos em 1 4 se tornam en 62 14 E a ae E E ou vs 05 dO levando condi o de estabilidade k lt 1 Tj Assim necess rio conhecer se somente o limite superior para varia o do atraso Entretanto a escolha deste ganho interfere tamb m na performance do sistema de modo que esta n o deve ser muito conservadora com valores pequenos para 11 comportar condi es adversas no canal de comunica o Recentemente uma transforma o de vari veis alternativa s teorias de scat tering e ondas foi proposta em Chopra amp Spong 2005 Esta consiste em uma combina o da velocidade e posi o das
140. rendo em determinados casos a o em tempo real A interface entre esta ca mada de alta precis o e o controle de alto n vel no Matlab realizada atrav s de um servi o implementado com RR H duas maneiras de implementar a malha de controle em um servi o RR utili zando um computador dedicado e a ferramenta XPC Target ou em um processo de alta prioridade em Windows A primeira solu o se destina a sistemas rob ticos em que deve ser implementado malhas de controle atuando diretamente no hardware Consiste da combina o de uma distribui o Unix de tempo real rodando programas gerados automaticamente a partir de modelos do Simulink Estes podem utilizar blocos especiais como por exemplo entradas e sa das digitas ou anal gicas A comunica o entre o sistema em tempo real e o computador rodando Matlab pode ser realizada por canais TCP UDP serial entre outros Para o controle do manipulador um servi o do RR imple mentado diretamente no modelo do Simulink mantendo uma estrutura sincronizada entre os dois computadores assemelhando se a uma mem ria compartilhada Um exemplo de aplica o mostrado no diagrama da Figura Trata se de um sistema com dois manipuladores PUMA 560 montados sobre duas juntas de revolu o e uma prism tica do laborat rio de rob tica do Center for Automation Technologies and Systems CATS da Rensselaer Politechnic Institute RPI Wason amp Wen 2011 utilizado nos teste da arquitetura na Ap n
141. rente q Tool number Grupo de junta ativas JOB Informa es do comando JOB long trq ref data 8 long trq ref data st 2 long spd fb 8 long spd fb st 2 long a fb d 8 long a fb d st 2 long a fb q 8 long a fb q st 2 long tool no long grp ushort data 11 m x torque m x torque Pulsos s Pulsos s Graus 0 90 Graus 0 90 corrente nom corrente nom 0 23 Contador s ncrono Estado PC Aposi o Aposi o flag Comando de parada Alarmes ulong sync cnt ulong status long seg pls 8 long seg pls st 2 long seg flag ushort stop req 2 ushort alarm 2 n o usado Bit Pulsos Pulsos 1 ativo 0 inativo 1 stop C 4 2 Robot Raconteur O RRE uma arquitetura e biblioteca de comunica o para aplica es de rob tica e automa o Cada programa um n em uma rede formada em um nico computador ou distribu da em diferentes dispositivos Cada n pode possuir diferentes objetos propriedades e m todos que podem ser acessados e invocados pelos demais n s O RR suporta diferentes linguagens entre elas Matlab C e C Para se conectar a um n necess rio conhecer o endere o IP e porta do mesmo Durante a conex o o n cliente recebe uma descri o das caracter sticas do servidor atrav s de uma mensagem de texto O C digo apresenta a descri o do n que disponibiliza a interface com o HSC C digo C 1 Defi
142. resen a de atraso atrav s do controle supervis rio de um sistema com capacidade de completar um pequeno conjunto de tarefas autonomamente Uma vis o para teleopera o mais voltada a teoria de controle come ou a ser introduzida em 1980 mas a partir da d cada de 90 com o advento da internet o interesse sobre a teleopera o aumentou com as novas possibilidades proporciona das por essa rede de comunica o Hokayem amp Spong 2006 O uso da internet entretanto acrescentou novos desafios para o projeto de leis de controle para a tele opera o Devido estrutura do canal de comunica o o atraso vari vel podem haver perdas de pacotes e a transmiss o digital apresenta quantiza o Como solu o para a instabilidade resultante do canal de comunica o s o pro postas leis de controle baseadas na teoria de redes em passividade controle adap tativo e controle timo Hokayem amp Spong 2006 Abordando outra quest o re lacionada a teleopera o a capacidade de transparecer o ambiente onde ocorre a tarefa ao operador 1993 Yokokohji amp Yoshikawa 1994 mostraram que esse objetivo conflitante com a estabilidade Em uma abordagem mais recentes utilizam uma estrutura em duas camadas verticais separando o projeto da estabiliza o e da transpar ncia tentando obter a maior transpar ncia poss vel sem perder a estabilidade Uma aplica o ainda pouco explorada em teleopera o a utiliza o de
143. resentada a lei de controle para a tarefa de coopera o Com ela ser mostrado que o sistema UB do ingl s ultimately bounded em rela o a uma parcela dos estados Seguindo esta condi o o sistema limitado para qualquer condi o inicial dentro de uma determinada vizinhan a De maneira mais formal considere o sistema n o linear yi t filyr t y2 t O who t Tyo 4 7 Yalt fo yi t volt Y2 0 120 no qual y D D R um conjunto aberto com 0 De ya R A fun o fi Dx R gt R tal que Vy E R fi 0 y2 0 e fil ye localmente Lipschitz em y e a fun o fo D x R2 gt R tal que Vy D fo yi localmente Lipschitz em y2 Ly 0 Ty O lt Ty lt 00 o maior intervalo de exist ncia para solu o yi t ya t t Zy A condi o UB dada pela seguinte defini o Haddad amp Chellaboina 2011 Defini o 1 Um sistema din mico n o linear representado por e UB com respeito a y uniformemente em yz com limite e se existe y gt 0 tal que para todo 6 0 7 existe T T d gt 0 e yol lt 6 implica em y t lt e para t gt T O sistema e globalmente UB com respeito a y uniformemente em y2 com limite e se para todo 6 0 00 existe T T gt 0 tal que lyiol lt implica em y t lt para t gt T 42 Para caracterizar um sistema din mico n o linea
144. ropostas n o apresentam vi sualiza o online do ambiente de opera o As imagens s o mostradas no in cio e fim do movimento Taylor et al 1999 um v deo da tarefa mostrado ap s a sua execu o Safaric et al 2003 apenas um modelo virtual apresentado ao opera dor ou o mestre e o escravo est o no mesmo ambiente Oboe amp Fiorni908 1 2 2 Manipuladores Cooperativos A utiliza o de m ltiplos manipuladores operando em coopera o foi proposta para superar desafios encontrados pela estrat gia cl ssica de um nico manipulador A coordena o entre mais de um rob permite a manipula o de objetos de maiores dimens es e peso objetos flex veis ou a montagem de diferentes partes simultanea mente Um desafio nesta rea que a coopera o imp e restri es ao movimento al terando a cinem tica e din mica dos manipuladores quando considerados individu almente Estas restri es decorrem do ambiente vari vel j que o movimento de um manipulador refletido no efetuador dos demais e da necessidade de manter o objeto seguro ou uma determinada posi o relativa ao demais rob s 16 Desta forma uma solu o natural para este problema s o as estrat gias de mestre escravo e l der seguidor Na primeira o manipulador mestre controlado por posi o de forma robusta a perturba es externas como os outros manipulado res enquanto os escravos s o controlados por for a para obter um comportamen
145. rtir desta descri o a implementa o da interface ocorre de maneira distinta de acordo com a linguagem em que implementado o n cliente Em linguagens fortemente tipadas como C ou C a interface com o servi o criada em tempo de compila o e validada atrav s da compara o da defini o deste na m quina local e a recebida durante a conex o Para linguagens como o Matlab uma classe espec fica automaticamente gerada em tempo de execu o para cada servi o utilizando uma camada de comunica o nica Para o lado do servidor a defini o em formato texto da interface chamada de arquivo robdef utilizada para gerar automaticamente o c digo para expor as suas 1A poca da realiza o desta disserta o o RR estava dispon vel em 91 Ref abject 3 Ref object 2 Ref object 1 Endpoint N cliente Pair p PR N servidor Service Endpoints O Contexto de servi o objeto 2 Objeto 3 Figura A 3 Diagrama representando os elementos da arquitetura do Robot Racon teur Adaptado de Wason amp Wen 2011 Reguisi o de conex o C C Compara descri o com interface existente Requisi o de fun es Acesso a propriedades Definir valor de vari veis Servidor x Descri o da interface Matlab ttes Cria objeto contendo elementos da interface property a function f end object Figura A 4 Diagrama
146. s e s s o alteradas para p s inf V x d s sup V x para s gt 0 lxllzs x lt s Ambas s o continuuas definidas positiva crescentes e p l lt Vix lt llel Yz e R As fun es a e as podem ser escolhidas como antes Se V x radialmente ilimi tada s e s tendem ao infinito quando s gt oo Deste modo pode se escolher Q1 as como fun es de classe Ka B 3 Prova do Teorema A demonstra o a seguir para o Teorema 4 semelhante a prova presente em Hsu 2007 Prova Considere a fun o positiva definida V x V2 X2 aVi X1 A sua derivada temporal ao longo das trajet rias do sistema V lt Oo llall aA lll As llill lell lt 0 negativa definida com respeito a 71 Y2 para um a suficientemente pequeno pelo complemento de Schur Ent o X1 X2 E Lo X1 X2 E Lo A desigualdade a cima implica em y1 Y2 E L N L e partir do lema de Barbalat Khalill 2002 p1 2 gt 0 as t gt oo 108 Ap ndice C Manual de utiliza o Motoman DIA10 Sumario phos terse goire teed wat cada ie idea tess 110 Rea SEC hw Sata a a a ea a a y 112 cote eG wl eves iw Ard eo Sere 114 ee hae ae eaoene 115 CAT HSO s e an a ee ee ae Ew eG Ha me a 116 C 4 2 Robot Raconteur 22 2020004 117 G 5 Opera o sci cee ee eee eee SEE EE EE eS 118 5 1 Inicializa o 2 ee ee 118 C 5 2 Conex o com computador
147. s vel programar aplica es gr ficas que o utilizam como dispositivo de entrada de 6 graus de mobilidade com realimenta o em 3 graus ou controlar diretamente o hardware Para integrar o Phantom no sistema poss vel utilizar a capacidade do Matlab de reproduzir fun es escritas em linguagem C pr compiladas em arquivos MEX Neste caso a fun o desenvolvida inicializa o la o de controle do dispositivo e permite a leitura das posi es das juntas e a escrita de um vetor de for as de forma assincrona Para ajustar a leitura dos ngulos cinem tica de diferentes manipuladores pode se realizar rota es e transla es independentes para cada junta 97 Figura A 8 Phantom Omni com os eixos de rota o indicados Em verde as juntas atuadas e em vermelho as n o atuadas Uma segunda op o utilizar o servi o RR utilizado como exemplo no Ap n dice C digo A 1 Com este poss vel utilizar um ou mais dispositivos Phan tom possivelmente em computadores diferentes do que roda o servidor da teleope ra o com as mesmas funcionalidades da integra o direta ao Matlab A 3 3 Servovis o Servovis o consiste em controlar a posi o de um manipulador ou de um rob m vel a partir da realimenta o visual obtida por um ou mais dispositivos de captura de imagem Hutchinson et al 1996 Neste trabalho prop e se uma implementa o transparente ao operador o qual somente indica a posi o inicial de um
148. s modelados como uma massa Nesta se o ser mostrado que a lei de controle proposta em Bai amp Wen 2010 se as sociada a uma lei de torque computado pode ser estendida para um manipulador com din mica n o linear completa e com uma refer ncia de velocidade vari vel de forma dual ao caso cinem tico Como no trabalho original ser considerado so mente o controle de posi o na hip tese de que a orienta o mantida por uma outra t cnica 48 O modelo de intera o entre os manipuladores e a carga se mant m como apre sentado na Se o Entretanto agora o modelo de cada rob considera a sua din mica Como a tarefa consiste em movimentos translacionais no espa o carte siano os manipuladores s o representados atrav s de considerando somente a parte do Jacobiano de posi o J A equa o do movimento ent o dada por M 0 C 6 0 Gi O F fi 4 22 com M RS C RS G R3 F R3 e f R3 consistindo somente de for as lineares modeladas como fun es potenciais 4 3 Assim como no caso cinem tico a redund ncia alcan ada ao considerar somente a posi o do efetuador pode ser explorada para controlar a orienta o em uma ta refa secund ria Como considera se o manipulador modelado no espa o operacional a resolu o da redund ncia realizada atrav s de uma refer ncia de for a utili zando o espa o nulo do Jacobiano
149. s no Cap tulo Para gerar a refer ncia de velocidade transmitida aos escravos considera se uma carga virtual sem massa sendo transportada pelos mestres A carga do ambiente local deve ent o se movimentar como esta carga virtual mestre levando h vt 1 N im 3 1 1 N 1 onde o indice sobrescrito m indica as vari veis referentes aos rob s mestres A for a de refer ncia a ser aplicada a carga por cada rob escravo d _ fmin dm KER R 3 2 composta por uma for a constante f e uma for a determinada pelo operador fi que permite ao mesmo comprimir a carga O termo constante determinado de forma a garantir a condi o de pegada independentemente do usu rio A for a aplicada pelo operador determinada no ambiente remoto obtida pela deforma o da carga virtual mestre Essa deforma o modelada como um conjunto de molas com coeficiente de elasticidade km e comprimento L ligando os efetuadores de cada mestre ao centro da carga A for a ent o dada por k dm _ tm mom d gt la Te d jEQ gt 2 3 3 onde os manipuladores s o agrupados nos conjuntos Qy com ngelementos de acordo com a dire o d da for a que exercem sobre a carga A posi o da carga virtual mestre definida como a m dia das posi es dos efetuadores de todos os manipu ladores mestre Como por defini o a for a aplicada pelo operador pode somente 33 comprimir a carga uma camada intermed
150. s os manipuladores mantendo a for a m nima e rastreando a for a do usu rio Nota se que como demonstrado no Teorema 2 o controle de pegada mant m uma for a limitada a menos que a velocidade de refer ncia seja constante levando a um erro de for a nulo 63 Escravo 1 Escravo 2 for a y N Z g o Ro 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50 tempo s tempo s Figura 5 5 Magnitude das for as desejada e aplicada a carga por cada rob durante movimento circular Preto for a medida pelo rob Verde for a de refer ncia de pegada e Azul refer ncia incluindo a for a do usu rio O caso em que o sistema cooperativo se move com velocidade constante foi simulado considerando o deslocamento na dire o O erro de for a correspondente converge para zero como mostrado na Figura mesmo com a presen a de uma for a vari vel acima do n vel m nimo exercida pelo operador Escravo 1 Escravo 2 24 18 Zz e DD 1 20 SO espe amp 20 22 e 18 24 0 5 0 5 Z 9 RE REM 0 E sila ia all o e 0 5 i 1 0 5 1 5 10 15 20 0 5 10 15 20 tempo s tempo s Figura 5 6 Magnitude das for as desejada e aplicada a carga por cada rob durante movimento com velocidade constante Preto for a medida pelo rob Verde for a de refer ncia de pegada e Azul refer ncia incluindo a for a do usu rio A Figura apre
151. se o controle de posi o e orienta o separados em duas tarefas A prin cipal considera um controle de velocidade e for a para transladar a carga enquanto a secund ria utilizada para que os efetuadores do rob s permane am perpendiculares a esta No caso com din mica n o desprez vel mostrou se primeiramente que a lei de controle proposta por para o transporte de carga sem rota es quando associada a uma lei semelhante a torque computado pode ser estendida para manipuladores com din mica completa e rastreando velocidades vari veis com o tempo Essa lei dual a tarefa principal do caso cinem tico e a princ pio n o necessita de um sensor de for a no efetuador Entretanto necess rio utilizar a acelera o de refer ncia na compensa o da din mica do sistema e como o operador determina a trajet ria durante a execu o esta informa o tem que ser obtida de forma num rica Por fim considerou se o problema de controle de orienta o e posi o do efetuador para o caso de din mica n o desprez vel Para isso foi utilizada uma estrat gia considerando uma malha cinem tica e uma din mica em cascata Os controles de posi o e orienta o podem ser projetados de forma independente sem que se considere nenhuma redund ncia Novamente entretanto utiliza se a acelera o de refer ncia A utiliza o de controle de velocidade pode gerar diferen as na posi o entre o mestre e o escravo Hokayem amp Spong
152. senta os resultados do controle da tarefa secund ria atrav s da orienta o de cada um dos manipuladores Nota se que estas permanecem pr xi mas a 7 2 mantendo assim os efetuadores perpendiculares a carga como visto nos instant neos da Figura 5 4 A varia o em alta frequ ncia observada nos resultados de simula o apresenta dos explicada pela implementa o de um canal de comunica o com atraso vari vel Esse atraso considerado como uma distribui o uniforme em torno de um valor m dio com frequ ncia de 10 Hz 64 Escravo 1 E 1 565 EN VAR VOA VAR AA VAR VA VA VARA o S 1 575 D O 4 58 Escravo 2 g 1 58 T T T T T T g 1 575 5 eee a A f AS7F VI RO fe 1 565 L 1 1 1 L 1 1 1 1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 tempo s Figura 5 7 Orienta o dos manipuladores escravo durante a simula o de teleopera o com movimento circular Preto orienta o calculada e cinza escuro refer ncia Os resultados obtidos com a estrat gia em cascata s o semelhantes ao caso em que a din mica do manipulador desprez vel A Figura apresenta o erro de rastreamento de velocidade este limitado com amplitude da mesma ordem de grandeza para o controle cinem tico Destaca se que por considerar atraso constante a curva suave Escravo 1 Escravo 2 Y 0 1 04 0 4 302 0 2 o o g PPPPLPLALYY O 0 15 0 15 E 01 J 01 x 0 05 1 0 0
153. sligamento do freio pode ser realizado individualmente para cada junta ou para cada bra o como todo Sugere se utilizar o modo in dividual Assim para cada junta indicada no alarme i Usando os bot es direcionais selecione a junta desejada ii Segure o bot o de seguran a na posi o de trabalho o bot o interlock o bot o select Um pequeno estalo indica que o feio est livre iii Com os tr s bot es pressionados deve se deslocar a junta manu almente nos dois sentidos de movimento c Desligue o NX100 e religue o d Caso o erro persista repita a mesma opera o C 5 2 Conex o com computador Nesta se o listado o procedimento para realizar a conex o entre o computador e o NX100 via HSC como descrito na Se o C 4 Primeiramente apresenta se a cria o do servi o RR que disponibiliza o acesso as posi es reais das juntas e permite designar a refer ncia para a malha de controle de posi o A partir deste servi o 121 qualquer programa ou dispositivo que possa utiliza o RR e g Matlab Labview com acesso a rede pode comandar o rob ATEN O Ao movimentar o rob mantenha o Teach Peadant ao alcance para acionar o bot o de parada de emerg ncia caso necess rio Recomenda se que o rob seja operado sempre em dupla assim um est respons vel pelo bot o de emerg ncia enquanto o outro executa os programas necess rios Mude o modo de trabalho do rob rotacionando a chave do Teac
154. sujeita a atraso perda de pacotes falha na comunica o entre outros efeitos Outra diferen a para outros trabalhos na rea teleopera o cooperativa que n o se con sidera um contado r gido entre efetuadores e carga acomodando se a complac ncia natural do objeto do sensor de for a e de outros componentes do sistema Na Figura apresentado um resumo das camadas de transpar ncia e pas sividade S o representados os dois ambientes com as respectivas equa es sinais transmitidos e informa es recebidas e enviadas aos manipuladores 37 Ambiente Remoto Ambiente Local Rob s mestre o gt min Rr Da camada FP de transpar ncia yd ae Hj k Hj k 1 AHj Hj Hj H k Hj k 1 AHj H BH k 1 He Hy Hj H BH k 1 H j4 Rob s mestre AH f z k xj k sat i sat F E sat z sat F Frio a Ha Hm k im Ambiente Remoto Ambiente Local Rob s escravo Figura 3 4 Diagrama representando as camadas de transpar ncia e passividade Na camada de transpar ncia s o calculadas as refer ncias de velocidade v e for a fr para os manipuladores escravos a partir de uma carga virtual deform vel de massa nula No ambiente local s o calculadas as for as para a realimenta o do operador estas s o as for as de contato que diferem da for a de pegada f Na camada de passividade estima se a energia H k trocada entre man
155. ta do Servidor 1111 1111 1111 Porta do Cliente Porta do Cliente Porta do Cliente 3333 3333 3333 Posi o inicial rs Ts s Posi o inicial pe Ts s Posi o inicial Dee T_s s 000000 Sii 05 000000 em 05 000000 Head 05 Nova Trajet ria Snapshot Junta 1 Junta 1 target atual Junta 2 haz x 983 Junta 3 tree y 259 Alterar estado da garra Aberta Alterar estado da garra Aberta Alterar estado da garra Aberta Pacotes enviados 0 Pacotes enviados o Pacotes enviados 0 Status Servidor Desligado Status Servidor Desligado Status Servidor Desligado r Servidor r Seid Servidor Aa INICAR PARAR INICAR PARAR INICAR PARAR a Trajet ria preesta b Phantom Omni c Servovis o belecida Bi recspenspo apa Pesi o inicial Tst 000000 d Kinect Figura A 10 Interface gr fica nas quatro configura es programadas Na regi o inferior da interface est o o controle da garra uma indica o do estado da mesma informa es sobre as mensagens enviadas o estado do servidor desli gado esperando conex o ou conectado e os bot es para ligar e desligar o mesmo A regi o central apresenta configura es e informa es referentes modalidade de controle selecionada sendo alterada de acordo com cada uma Na Figura A 10 a apresentada a interface para o envio de uma trajet ria preestabelecida e neste caso 100 existe um bot o para alterar a trajet ria de
156. ta se que como a reside sobre a superf cie externa do objeto n o deformado z e portanto f s o limitados 40 inferiormente por zero Isto representa a condi o de que o efetuador de um rob n o capaz de puxar a carga Neste trabalho diferentemente de 2010 os seis graus de liberdade do efetuador s o considerados no sistema de controle Os tr s graus de posi o for mam um objetivo principal de movimenta o translacional da carga Enquanto a orienta o controlada com o objetivo secund rio de manter os efetuadores perpen diculares face do objeto As equa es de movimento que regem o sistema cooperativo com os rob s e a carga representam um sistema com N 1 agentes Os manipuladores s o modelados como no Cap tulo 2 de acordo com o tipo de controle considerado e a din mica da carga dada por N Mete 5 fi 4 4 i 1 sendo M a massa da carga e f as for as que os rob s imp em sobre a mesma De 4 4 tem se que para a carga se movimentar com uma velocidade desejada as refer ncias para as for as de intera o devem atender al m das condi es de pegada Prattichizzo amp Trinkle 2008 a condi o de proporcionalidade N 5 T X Ud i 1 de forma que quando a velocidade desejada constante a restri o fi 0 4 5 i 1 atendida Apesar de na teleopera o as velocidades do sistema n o permanecerem sempre constantes por simplifica o este trabalho sup e que as for as de ref
157. tation Journal of the Franklin Institute 348 8 1886 1902 Haddad W M amp Chellaboina V 2011 Nonlinear dynamical systems and con trol a Lyapunov based approach Princeton University Press New Jersey EUA Hirche S Stanczyk B amp Buss M 2004 Haptic tele assembly over the internet in Proc EuroHaptics Conf pp 417 421 Hirzinger G Brunner B Dietrich J amp Heindl J 1994 Rotex the first re motely controlled robot in space in Proc IEEE Int Conf Robotics and Automation pp 2604 2611 vol 3 Hokayem P amp Spong M 2006 Bilateral teleoperation An historical survey Automatica 42 12 2035 2057 Hsu L Costa R amp Lizarralde F 2007 Lyapunov passivity based adaptive control of relative degree two MIMO systems with an application to visual servoing IEEE Trans Automat Contr 52 2 364 371 Hsu P 1993 Coordinated control of multiple manipulator systems JEEE Trans Robot Automat 9 4 400 410 Hutchinson S Hager G amp Corke P 1996 A tutorial on visual servo control IEEE Trans Robot Automat 12 5 651 670 Khalil H 2002 Nonlinear Systems Prentice Hall New Jersey EUA URL http books google com br books id t diQgAACAAJ 83 Khatib O 1987 A unified approach for motion and force control of robot ma nipulators The operational space formulation IEEE Trans Robot Au tomat 3 1 43 53
158. terno de cascata a din mico Cinem tica direta Figura 4 5 Diagrama de blocos representando a estrat gia de controle em cascata O projeto do controlador considera ent o tr s etapas propondo um controle din mico no espa o das juntas conduzido por um cinem tico de segunda ordem A utiliza o do espa o das juntas simplifica a implementa o de estrat gias de controle adaptativo As etapas podem ser resumidas em 51 S1 Projeto de uma malha interna como uma lei de controle r R descrita por r h 0 6 0 6 6 JTO F 4 26 que garante o objetivo de controle definido por 63 O t e 0 67 t 0 onde e R o erro de posi o angular e 0 R denota a trajet ria de refer ncia expressa no espa o das juntas e assumida ser uniformemente limitada S2 Projeto de uma estrat gia de cascata que conduz a malha interna atrav s da trajet ria desejada 0 e de suas derivadas 6 6 Esta trajet ria determi nada a partir de um sinal de controle externo v de tal forma que tem se o efetuador modelado por v v J L s e 4 27 onde o segundo termo converge assintoticamente para zero com L um operador linear possivelmente n o causal e s o operador diferencial S3 Projeto de uma lei de controle para o novo sistema formado pelo manipu lador controlado pela lei de controle din mico conduzida pela estrat gia em cascata de forma que esta cumpra a tarefa Ressalta s
159. tir a transpar ncia Franken et al 2009 Stramigioli 2010 Ambiente Local gt Ambiente Remoto Camada de transpar ncia Camada de transpar ncia o lt ay Pacotes de Energia Ambiente Local Ambiente Remoto Camada de passividade A U Camada de passividade Rob s Escravo Operador Rob s Mestre Pegada Ambiente Entrada controle de for a Figura 3 2 Diagrama representando as camadas de controle COM canal de co munica o vg refer ncia de velocidade f refer ncia de for a do usu rio e fm for a a ser realimentada ao operador 32 A seguir ser o apresentadas as camadas de transpar ncia e de passividade pro jetadas para o uso com m ltiplos rob s e considerando a possibilidade de controle cinem tico ou din mico dos manipuladores 3 2 Camada de Transpar ncia A camada de transpar ncia fornece as ferramentas para que a tarefa de teleopera o seja cumprida estabelecendo as refer ncias para o movimento dos rob s escravos e a for a para realimenta o do operador Como os mestres s o considerados dispo sitivos h pticos os seus movimentos s o impostos diretamente pelo operador e j possuem um mecanismo para impor a for a de realimenta o n o sendo necess rio projetar uma lei de controle Para os escravos a estrat gia de teleopera o considera somente o projeto das refer ncias de for a e de velocidade para o efetuador As leis de controle para seguir estas refer ncias s o projetada
160. to complacente com seus movimentos impostos pela intera o com o mestre vale amp Uchiyamal 2008 J na segunda estrat gia o lider semelhante ao mestre mas os seguidores tem seus movimentos determinados considerando o sistema como uma cadeia fechada Luh amp Zheng 1987 Entretanto estas estrat gias possuem dificuldades de implementa o pois di f cil obter a complac ncia necess ria para os manipuladores que n o s o mestre ou l der Al m disso de acordo com a tarefa pode ser necess rio alterar os pap is dos rob s Caccavale amp Uchiyamal 2008 Para contornar estas limita es as propostas mais atuais buscam calcular a trajet ria individual de cada manipulador de forma a alcan ar o objetivo em conjunto Dentro destas novas estrat gias destacam se aquelas baseadas em controle hi brido e a lineariza o por realimenta o A primeira adota uma proposta de controle para a intera o entre rob s e ambientes r gidos Esta consiste em separar o controle de posi o e de for a em graus de liberdade distintos atrav s de uma matriz sele tora Uchiyama amp Dauchez 1992 Assim cada manipulador segue uma refer ncia de posi o e for a adequada para a tarefa A estrat gia de de lineariza o por realimenta o semelhante ao caso com um nico manipulador onde o modelo din mico do sistema computado de forma a compensar a n o linearidade existente no mesmo No caso cooperativo entretanto o mo
161. to two layers is considered The top layer is used to address the transparency that is the coordination between master and slave and the correct operator force feedback and the lower layer guar antees that no virtual energy is generated As a cooperative task the load trans portation problem is considered which is treated as a formation control problem where the contact force between robots and the payload are modeled as gradients of nonlinear potentials A decentralized ultimately bounded control scheme is proposed for controlling each one of the robot manipulators Without explicit communication between the robots all slave manipulators and the payload track a velocity reference with bounded contact forces Numerical simulation and experimental results using a Phantom Omni robot or Kinect device and a Motoman dual arm robot illustrate the feasibility of the proposed approach vi ista de Figuras ista de Tabelas ista de S mbolos ista de Abreviaturas pa E a TM ER E O Introdu o m e a EE SM E E a e RS ee A E ni Horas Tu a Goa p he 1 2 1 Teleopera o lccccccccccc ee 1 2 2 Manipuladores Cooperativos 4 1 2 3 Transporte de Cargas 4 64 e444 4 ga Sa ads 1 3 Objetivos pampas eee RD E RD E ECA RA eR L MEbodolona usa ed ee E SE E e oe E eke 1 5 Estruturado Texto o a a a a a 0 0000 eee Modelagem de Manipuladores 2 1 Modelo Cinem tico a a a a a a a a a a 2 1 1 Ci
162. trol techniques and programming issues for time delayed internet based teleoperation J DYN SYST 125 2 205 214 Murray R M Li Z amp Sastry S S 1994 A mathematical introduction to robotic manipulation Boca raton Florida EUA Nakanishi J Cory R Mistry M Peters J amp Schaal S 2008 Operational space control A theoretical and empirical comparison Int J Robotics Res 27 6 737 757 Nakanishi J Mistry M Peters J amp Schaal S 2007 Towards compliant humanoids an experimental assessment of suitable task space position o rientation controllers in Proc IEEE RSJ Int Conf Intelligent Robots and Systems pp 2520 2527 Niemeyer G Preusche C amp Hirzinger G 2008 Telerobotics in B Siciliano amp O Khatib eds Springer Handbook of Robotics Springer Berlin Heidel berg pp 741 757 Niemeyer G amp Slotine J J 1991 Stable adaptive teleoperation IEEE J Oceanic Eng 16 1 152 162 Nuno E Basa ez L amp Ortega R 2011 Passivity based control for bilateral teleoperation A tutorial Automatica 47 3 485 495 Oboe R 2001 Web interfaced force reflecting teleoperation systems IEEE Trans Ind Electron 48 6 1257 1265 85 Oboe R amp Fiorini P 1998 A design and control environment for internet based telerobotics Int J Robot Res 17 4 433 449 Pacchierotti C Chinello F Malvez
163. ue seja necess ria uma reinicializa o do NX100 Entretanto necess rio realizar um procedi mento para calibrar a refer ncia para os encoders absolutos Para isso siga o procedimento abaixo a Limpe os erros utilizando a op o reset na tela ou o bot o cancel b Entre no modo de administrador i Utilize os menus da tela para navegar para System Info gt Se curity ii Usando os bot es direcionais selecione o modo management iii Aperte select para alterar para este modo iv Digite a senha 99999999 8 noves e tecle enter c Utilize os menus da tela para navegar para Robot Second Home Position d Ligue os servo motores pressionando Servo on Ready 119 e Segurar o bot o de seguran a atr s do Teach Pendant na posi o de trabalho metade da excurs o total O alarme soar novamente deve se pressionar o Reset na tela do Teach Pendant f Com o bot o de seguran a na posi o de trabalho desloque as juntas indicadas na mensagem de erro esta est repetida na regi o inferior da tela Para isso utilize os bot es azuis equivalentes a cada junta Para ajustar a junta 7 deve se utilizar os bot es de ajuste da junta S com o bot o Shift pressionado Para uma calibra o mais precisa da posi o zero de cada junta deve se utilizar a barra met lica de refer ncia alinhando as ra nhuras referentes a junta ver Figura C 9 g Ap s o ajuste de todas as juntas indicadas Utilize
164. ular w enquanto a representa o escolhida para cinem tica direta a de quaternions A compatibiliza o entre as dimens es destes dois sinais para estrat gias de comando por acelera o conhecida considerando somente a parte vetorial do erro de quaternion Caccavale et al 1998 Nakanishi et al 2007 Yuan 1988 Assim a lei para regula o da orienta o dada por o Kvow Root 4 39 59 na qual Kvo gt 0 e Kpo kpol gt 0 s o os ganhos de velocidade e posi o e o termo eo q q a parte vetorial do erro de quaternion com q representando a orienta o desejada e o operador o produto de quaternions Ressalta se que as velocidades linear e angular do efetuador utilizadas nas leis de controle e podem ser obtidas atrav s da cinem tica diferencial assumindo se a medi o da velocidade das juntas Teorema 6 Considere o movimento do efetuador de um manipulador modelado como um sistema de segunda ordem A orienta o do mesmo pode ser regulada em uma configura o fixa de maneira assintoticamente est vel atrav s da lei de controle 4 39 Prova Para demonstrar a estabilidade de 4 39 considere a seguinte candidata a fun o de Lyapunov 1 V kpo lege 1 Eua qu tw 4 40 Dado que com uma velocidade angular w a derivada temporal da orienta o obtida atrav s da chamada propaga o do quaternion 1988 de 1 0 w Ig q 2 do w wxX q a d
165. un es tic e toc de leitura relativa do clock Entretanto a teleopera o representa uma camada superior de controle sendo as camadas relativas ao acesso a hardware realizadas em tempo real 72 Phantom Omni O n do RR para o Phantom fornece a posi o do dispositivo no espa o Cartesiano e recebe comandos de for a a serem aplicados para operador em uma malha de controle de baixo n vel com amostragem de 1 kHz adequada para a estabilidade e fluidez da realimenta o de for a A refer ncia de velocidade enviadas ao ambiente local s o geradas a partir da diferen a entre duas posi es consecutivas do Phantom amostradas na malha de controle da camada de transpar ncia A Figura apresenta as for as virtuais medidas durante o experimento de teleopera o unilateral A lei de controle se mostra capaz de manter as for as de intera o flutuando pr ximas ao valor desejado mostrado como linhas tracejadas Observa se que as for as de refer ncia representam uma compress o do objeto de forma que mesmo estas pequenas diferen as ainda mant m a carga segura Escravo 1 14 5 Z S as AA A pl Togo fil f a SA wo b e 15 5 Escravo 2 15 5 for a y IN 14 5 poy ST A UO X 10 15 20 25 30 tempo s Figura 5 17 For as virtuais medidas nos efetuadores durante a teleopera o utili zando Phantom Omni como mestre Preto valor medido e cinza refer ncia
166. va considerando balan o de energia e a restri o de movimento imposta de maneira a manter a condi o de passividade v lida Valida es experimentais desta estrat gia s o realizadas em elStramigioli et al 2010 mostrado que o sistema permanece est vel mesmo com grandes atrasos no canal de comunica o contatos r gidos entre o escravo e o ambiente e diferentes graus de rigidez na pegada do operador no efetuador do dispositivo mestre A defini o da camada de transpar ncia n o requer o uso de m ltiplos mestres como no experimento apresentado no Cap tulo 5 Entretanto no caso de um nico mestre a realimenta o de for a realizada a partir da intera o da carga com o ambiente que nem sempre pode ser medida Al m disso n o se faz necess rio o uso de um n mero igual de rob s mestres e escravos somente as dire es em rela o ao sistema de coordenadas inercial das for as de contato devem ser pareadas Ao considerar a presen a de m ltiplos mestres poss vel realizar a teleopera o dos escravos de forma independente antes de pegar o objeto facilitando a obten o da condi o de pegada firme existente em Aldana et al 2012 Lee amp Spong 2005 Sirouspour 2005 e suposta durante o projeto de controle Entretanto diferente da proposta de m ltiplos manipulares em Bacocco amp Melchiorri 2009 o uso de uma estrat gia de coopera o garante a pegada independentemente da a o do operador
167. xecutadas Controle de FER For a Defini o da tarefa Sensor de For a Figura 1 6 Diagramas de blocos para teleopera o com controle supervis rio Na modalidade de controle compartilhado ver Figura o operador atua di retamente para a execu o da tarefa Entretanto os sensores no ambiente local s o utilizados de forma a obter uma malha local de maior precis o 2008 Desta forma trajet rias executadas pelo operador s o refinadas pelo rob Pode ser estabelecido um limite de for a ou artefatos virtuais podem ser inseridos na realimenta o real de forma a auxiliar a realiza o da opera o Como exemplo prop e uma estrutura em camadas para a realiza o de uma ci rurgia remota Entre os manipuladores mestre e escravo uma camada intermedi ria modifica os comandos para garantir a seguran a da cirurgia e a realimenta o para aumentar a aten o do operador Ambiente Remoto Ambiente Local Stream de v deo For as de intera o ta Realimenta o Atua o no visual mestre Camadas G Controle de juntas intermedi rias Operador G Controle de L For a Realimenta o de for a Posicao veloddade Sensor de For a do mestre Figura 1 7 Diagramas de blocos para teleopera o com controle compartilhado No controle direto o operador realiza a tarefa diretamente ocorrendo no ambiente local somente a malha de controle de juntas e atuadores dos dispositivos rob ticos ver Figura Esta modalidade
168. zi M Meli L amp Prattichizzo D 2012 Two finger grasping simulation with cutaneous and kinesthetic force feedback in P Isokoski amp J Springare eds EuroHaptics 1 Vol 7282 of Lecture Notes in Computer Science Springer pp 373 382 URL Pereira G A S Campos M F M amp Kumar V 2004 Decentralized algo rithms for multi robot manipulation via caging Int J Robotics Res 23 7 8 783 795 URL http dblp uni trier de db journals ijrr ijrr23 html Prattichizzo D Pacchierotti C amp Rosati G 2012 Cutaneous force feed back as a sensory subtraction technique in haptics IEEE Trans Haptics 5 4 289 300 Prattichizzo D amp Trinkle J 2008 Grasping in B Siciliano amp O Khatib eds Springer Handbook of Robotics Springer Berlin Heidelberg pp 671 700 Preusche C Reintsema D Landzettel K amp Hirzinger G 2006 Robotics component verification on iss rokviss preliminary results for telepresence in Proc IEEE RSJ Int Conf Intelligent Robots and Systems pp 4595 4601 Quigley M Conley K Gerkey B P Faust J Foote T Leibs J Wheeler R amp Ng A Y 2009 Ros an open source robot operating system in ICRA Workshop on Open Source Software Reiley C E Akinbiyi T Burschka D Chang D C Okamura A M amp Yuh D D 2008 Effects of visual force feedback on robot assisted surgical task perfor

Teleoperação Bilateral de Múltiplos Robôs aplicada

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