Heuristic search based inverse kinematics for robotic manipulators : application to redundant robots and visual servoing

Esta tese trata o problema da resolução do modelo cinemático inverso para manipuladores industriais redundantes ou não. O problema foi abordado por um método de busca heurística no qual a solução da cinemática inversa é construída passo a passo calculando-se a contribuição do movimento de apenas uma junta a cada iteração. Dessa forma, o problema n-dimensional é transformado em problemas unidimensionais mais simples, cuja solução analítica tanto para juntas rotacionais quanto para juntas prismáticas é apresentada em termos da representação de Denavit-Hartenberg. O método proposto não possui singularidades internas. Além disso, o método foi expandido para incorporar informações de sensores externos visando fazer com que o processo seja mais robusto a incertezas nas modelagens envolvidas. Foram realizadas diversas simulações e comparações com técnicas tradicionais que evidenciaram as vantagens da abordagem proposta. O trabalho também englobou o projeto e a construção de um ambiente experimental e a implementação das técnicas desenvolvidas na parte teórica. Desenvolveu-se um sistema com um robô planar redundante de 3 DOF, assim como seus sistemas de controle, acionamento e interfaceamento usando técnicas de sistemas hardware-inthe-loop e lógica programável. As técnicas desenvolvidas foram aplicadas no ambiente experimental demonstrando características como: facilidade de lidar com redundâncias, capacidade de resolução em tempo real, robustez a incertezas de parâmetros etcThis thesis deals with the problem of solving the inverse kinematics model of redundant and nonredundant industrial manipulators. The work was developed in a theoretical and a practical part. The problem was approached by an heuristic search method in which the solution of the inverse kinematics is built step by step calculating the movement contribution of just a single joint for each iteration. In that way, the n-dimensional problem is transformed in simpler one-dimensional problems, whose analytic solution for both rotational joints and prismatic joints is presented in terms of the Denavit and Hartenberg representation. The proposed method does not possess internal singularities. Furthermore, the method was expanded to incorporate information of external sensor in order to make the process more robust to uncertainties in the involved modelings. Several results of simulations and comparisons with traditional techniques, which evidence the advantages of the proposed approach, are presented. The work also included the construction of an experimental environment and the implementation of the techniques developed in the theoretical part. The details of a system with a 3-DOF redundant robot as well as its control system, drivers and interfaces using hardware-in-theloop techniques and programmable logic are presented. The developed techniques were applied in the experimental environment are demonstrating their efficiency and evidencing characteristics like: easiness of dealing with redundancies, real time capacity, robustness for parameters uncertainties et