Simulador para modelagem e calibração de robôs industriais

Abstract

O presente trabalho tem como objetivo a construção de um protótipo de simulador para modelagem e calibração de robôs industriais, que seja robusto e didático, no sentido de subsidiar, em futuros trabalhos, o planejamento de suas trajetórias, programadas "off-line". A programação off-line oferece grande ganho de produtividade nos robôs industriais, uma vez em que o robô não precisa parar seu serviço em uma célula de manufatura, enquanto é programado. No entanto é necessário que seu modelo nominal esteja calibrado em relação a sua estrutura real, para que não ocorram desvios de posição e da trajetória desejada durante sua operação. Apesar de apresentados métodos gerais para a modelagem e calibração, o enfoque básico deste trabalho ocorre nos robôs industriais de juntas rotativas com graus de liberdade menores ou iguais a seis. A modelagem cinemática obedece às notações de Denavit Hartemberg, quando se tratam juntas ortogonais, e de Hayati, quando as mesmas são paralelas. As mudanças de referencial que ocorrem em cada elo do braço industrial, são obtidas a partir da multiplicação das consecutivas matrizes correspondentes às transformações homogêneas de uma junta para a próxima. Para calibração dos parâmetros do robô são adotados os algorítmos de Levenberg e Marquadt para solução de problemas de mínimos quadrados não-lineares. Esta solução se mostrou muito robusta e com baixo custo computacional, uma vez em que tem sua convergência bem mais rápida que os "Quasi-Newton Methods", que já foram muito usados na resolução de problemas similares. De posse dos valores calibrados dos parâmetros do robô, o seu modelo é refeito e um simulador de geração de trajetória pode ser implementado. Os algoritmos foram desenvolvidos no ambiente Matlab e Simulink. Esta escolha deve-se em grande parte pela capacidade didática que este ambiente tem, facilitando a futuros leitores deste trabalho a análise, reprodução e adequação do mesmo ás suas próprias necessidades. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The aim of the present work is to project and build a modeling and calibrating simulator system prototype for industrial robots, that must be robust and didactic, in order to subsidize, in future works, it’s path planing, programed offline. The offline programing offers a great improvement in the productivity of industrial robots, since the robot does not need to stop it´s own work in a manufacture cell, while is being programed. Nevertheless it is strongly recommended that it´s nominal model have already been calibratéd in relation to it´s own real structure, to avoid problems like deviation of it´s desired position and path during operation. Although general methods of modeling and calibrating is presented, the focous of this work lies on rotational joint robots with equal or less than six degrees of freedom. The kinematic modeling rules obey the Denavit-Hartemberg notation, for modeling ortogonal joints and Hayati notation for modeling parallel joints. The kinematic equations are obtained by multiplying consecutive linear aplications, wich is representing each change in the worldframe, that ocours in each elo of the industrial robot. For the robot parameter calibration it will be adopting the Levemberg Marquadt algorithm for non linear least squares problem solving. This solution have been seen like a very robust and cheap one, as its convegence is faster than the “Quasi-Newton Methods”, which has been large used in similar problems solving. Holding the calibratéd robot parameters, we are able to reshape its models, in order to built a path generator simulator. The algoritms were developed in Matlab and Simulik environment. This was done because this evironment tends to be very didactic, making easy to future readers to análise, reproduce and reshape this study as they need.