Planeamento de movimentos compreensíveis pelo humano para o robô Sawyer

Abstract

Os robôs colaborativos, homologados para partilhar o espaço de trabalho com os humanos, têm sido aplicados em diversas áreas da industria. Apesar das vantagens associadas à sua utilização, atualmente, os movimentos destas plataformas robóticas são gerados através de sistemas de replicação de trajetórias. Na presente dissertação, com base nos trabalhos anteriormente desenvolvidos por Bicho et al. (2011), Costa e Silva (2011) e Gulletta et al. (2015), desenvolveu-se um método de planeamento de movimentos que permitiu dotar o robô colaborativo Sawyer com a capacidade de autonomamente alcançar, agarrar e manipular objetos, de forma similar à executada pelos humanos. Considerando o modelo baseado nas características dos movimentos dos membros superiores humanos, proposto por Rosenbaum et al. (2001), na presente dissertação, os ângulos das juntas da plataforma robótica são a solução de problemas de otimização não-lineares sujeitos a restrições. Esta metodologia permite que o processo de planeamento de movimentos seja independente da derivação da cinemática inversa do robô, dividindo-se em dois subproblemas: (i) a seleção da postura final e (ii) a seleção da trajetória. A validação do método proposto foi realizada no contexto de duas tarefas de interação: (i) a assemblagem de um Toy Vehicle e (ii) a assistência a um humano com mobilidade reduzida. Os resultados obtidos demonstram que o método de planeamento proposto permite: (i) gerar trajetórias com características similares às observadas em trabalhos experimentais realizados com os membros superiores humanos e (ii) prevenir colisões com os obstáculos existentes no espaço de trabalho, com o operador e com corpo do próprio robô.

The collaborative robots, designed to share the workspace with the humans, have been used in several areas of industry. Despite the advantages associated with their use, currently the movements of these robotic platforms are generated through trajectory replication systems. Based in Bicho et al. (2011), Costa e Silva (2011) and Gulletta et al. (2015) works, in this dissertation was developed a method for motion planning of the collaborative robot Sawyer, making it capable to autonomously reach, grasp and manipulate objects, similar to that performed by humans. Considering the model based on the characteristics of the upper limbs movements by Rosenbaum et al. (2001), in this dissertation the joints angles of the robotic platform are the solution of nonlinear constrained optimization problems. This methodology allows the process of motion planning to be independent of the derivation of Sawyer’s inverse kinematics. This process is divided into two subproblems: (i) selection of final posture and (ii) selection of trajectory. The validation of the proposed method was performed in the context of two interaction tasks: (i) assembling a Toy Vehicle and (ii) assisting a human with reduced mobility. The obtained results demonstrate that the proposed planning method allows: (i) to generate trajectories with characteristics similar to those observed in the experimental work performed with human upper limbs and (ii) prevent collisions with existing obstacles in the workspace, with the operator and the robot’s own body.