Description

En els últims anys la robòtica est ‘a sortint dels entorns tancats de la industria convencional per dirigir-se a treballar braç a braç amb les persones, ja sigui en l’àmbit industrial o en el domèstic. En aquest context, la interacció física entre els humans i els robots és un component clau per dur a terme les tasques d’una forma segura. D’aquí es desprèn l’objectiu principal del projecte: dissenyar i implementar controladors d’impedància variable que es puguin adaptar contínuament a les diferents fases del moviment del robot. El primer aspecte estudiat en aquest projecte és la definició d’ un sistema de control a l’espai operacional o Cartesià pel braç robòtic WAM. Aquest, respecte d’un control a nivell d’articulacions, aporta principalment dos avantatges. El primer és que es pot planificar directament el moviment que ha de fer l’efector final del robot sense haver de calcular el conjunt de punts que han de seguir les articulacions per posicionar-lo all ‘a on es vulgui. El segon avantatge és poder aprofitar la redundància que presenten els braços antropomòrfics com el WAM. Per assolir l’objectiu, s’ha dissenyat una llei de control proporcional-derivativa basada en el mètode del jacobià transposat, que no requereix de cinemàtica inversa. D’altra banda, s’ha explotat el grau redundant del robot per afavorir el seu moviment, tot evitant les singularitats cinemàtiques i així fent el controlador m’és robust. Posteriorment, s’ha verificat experimentalment que aquest mètode senzill permet al robot seguir una trajectòria qualsevol dins del seu espai de treball. Un cop definit el problema a l’espai Cartesià, s’ha emprat el controlador dissenyat per ajustar la rigidesa del robot en les direccions de l’espai operacional. D’entrada, s’ha considerat una metodologia per poder adaptar la trajectòria en funció de la magnitud de les pertorbacions externes que rebi i, en efecte, aconseguir que el robot sigui més d’oci. De manera paral·lela, s’ha estudiat com modificar els guanys del robot segons unes direccions d’interès: la direcció del moviment, la direcció radial a una esfera i la direcció normal d’un pla. A més, també s’ha dissenyat una estratègia per caracteritzar en temps real el comportament del robot a partir de moviments ensenyats prèviament per l’usuari, així adaptant la seva rigidesa en funció dels requeriments de precisió. S’ha comprovat experimentalment que les estratègies definides permeten al robot variar la seva impedància en funció d’objectes a l’espai i en funció de la precisió requerida. Així mateix, també es comprova que es pot pertorbar el robot i, fins i tot, aturar-lo manualment exercint poca força. Arribats a aquest punt, s’ha volgut anar un pas més enllà reduint la dimensionalitat del problema. A partir de trajectòries ensenyades per demostració s’han extret els graus de llibertat rellevants per a fer la tasca i s’ha creat una llei de control per ells. Aquest fet deixa una part dels graus de llibertat descontrolats, cosa que permet definir una acció de control independent per aquests. La conseqüència directe és poder fer anar el robot de manera més dòcil en aquelles direccions que són redundants per fer la tasca i, per tant, aconseguir una millor interacció entre els humans i els robots. S’ha constatat amb el sistema real que assignant uns guanys petits als graus de llibertat redundants en la tasca es millora la docilitat i la suavitat dels seus moviments, mentre els graus de llibertat rellevants segueixen correctament la trajectòria. Finalment, s’han unit les tècniques d’impedància variable i de reducció de la dimensionalitat aplicant-les a un cas concret: donar de beure aigua a una persona. S’ha comprovat que d’aquesta manera es poden regular per separat els graus de llibertat segons la rellevància que tenen en la tasca i, a més, adaptar la rigidesa en cada instant de temps, resultant en un robot més dòci

UPCommons: https://upcommons.upc.edu/handle/2117/172782

The work is under the scope of the following projects:

• LatCom: Variable Impedance Control with Movement Primitives in Latent Spaces During Compliant Manipulation (web)