Simulação de um Sistema Robótico de Co-transporte

Os robôs móveis são usados para automatizar as operações de transporte na indústria desde meados do séc. XX. São cada vez mais as empresas que possuem estes sistemas, sendo que algumas já são constituídas por frotas numerosas que trabalham incansavelmente nas suas fábricas e armazéns. Com a evolução do mercado, espera-se que muitas mais possam adquirir e usufruir destas tecnologias. Conforme o número de robôs disponíveis nas empresas aumenta, ´e importante que se estudem estratégias que permitam que estes cooperem entre si. Isto fará com que vários problemas sejam resolvidos mais facilmente, tal como ´e o caso do transporte de cargas de elevada dimensão - tarefa que ainda é um obstáculo `a produtividade de algumas empresas. No presente trabalho são estudadas três estratégias que permitem a dois robôs omnidirecionais, um leader e um follower, coordenarem o seu movimento e cooperarem no transporte de uma carga (co-transporte) que não poderia ser transportada por apenas um robô. As estratégias exploradas diferem consoante a abordagem seguida na construção mecânica de um suporte, cuja função ´e permitir aos robôs agarrar e transportar a carga no topo do seu chassis, e na arquitetura de controlo do robô follower. No que diz respeito ao suporte, este possuirá um sensor de força de modo a possibilitar a minimização das forças de contacto entre o robô follower e a carga. Será a partir deste conceito, implementado através de um controlador PI, que irá ser estabelecida a cooperação entre os robôs, de modo a eliminar ou reduzir o máximo possível a comunicação direta entre eles. Enquanto que o leader irá conduzir o sistema até ao destino, o follower deverá reagir `as forças impostas na carga e que resultam do seu movimento. O sistema e as potenciais estratégias de cooperação, idealizados numa primeira fase, são testados recorrendo a um simulador, mais concretamente o CoppeliaSim. Ao longo deste documento será descrito todo o processo da modelação dos robôs e dos suportes, da implementação dos algoritmos de controlo e da sua simulação no ambiente virtual. Os resultados obtidos através da simulação são alvo de uma análise que irá avaliar qual a estratégia que melhor complementa a mobilidade omnidirecional dos constituintes do sistema e que, ao mesmo tempo, garante que menos forças são exercidas sobre a carga durante o transporte. Por fim, será também apresentada uma comparação direta entre as estratégias no seguimento de uma mesma trajetória por parte do robô leader.Mobile robots have been used to automate transport operations in the industry since the middle of the 20th century. More and more companies have these systems, some of which are already made up of numerous fleets that work tirelessly in their factories and warehouses. With the evolution of the market, it is expected that many more will be able to acquire and benefit from the use of these technologies. As the number of robots available in companies increases, it is important to study strategies that allow them to cooperate with each other. This will make several problems easier to solve. One good example is the transportation of a large cargo, which is a task that still presents obstacles to the productivity of some companies. In the present work, three strategies are studied in order to allow a team of two omnidirectional robots, a leader and a follower, to coordinate their movement and cooperate in the transport of a load that could not be transported by just one robot. The strategies explored differ according to the approach followed in the mechanical construction of a support, whose function is to allow robots to grab and transport the load on the top of its chassis, and in the control architecture of the follower robot. Regarding the support, it will have a force sensor to allow the minimization of contact forces between the follower robot and the load. Based on this concept, implemented through a PI controller, the cooperation between the robots will be established, in order to eliminate or reduce as much as possible the direct communication between them. While the leader will drive the system to its destination, the follower must react to the forces imposed on the load and which result from its movement. The system and its cooperation strategies are idealized and then tested in a simulator, more specifically, in the CoppeliaSim simulator. Throughout this document, the entire modelling process of the robots and supports, implementation of control algorithms and simulation in the virtual environment will be described. The results obtained through the simulation are the target of an analysis that will assess which strategy best complements the omnidirectional mobility of the system’s constituents and, at the same time, ensures that less forces are exerted on the load during transport. Finally, it will also be presented a direct comparison between the strategies for the same trajectory followed by the leader robot