Guiamento manual de braços robóticos não-colaborativos

The concept of Human-Robot interaction has been in development over these last few years and recent studies in the robotics industry are showing the potential of collaboration between humans and robots. The idea of programming an industrial robot to execute a repetitive or heavy duty task is undergoing a considerable transformation and the evolution is noticeable in the various industrial sectors. Previously, the dangerous nature of classical robots working at full speed, moved the community away from creating collaborative solutions. In the present day, the classical industrial manipulators are being outmatched by the more recent collaborative robots, built to increase productivity and enable a collaborative environment with human operators. These manipulators have the ability to be hand driven by regular users, simplifying this task for those who operate or configure them. While the typical behavior of a manipulator is to ignore any external collisions, in compliance modes, the robot reacts to external forces and moves in the direction that it's being pushed. This is a natural way of moving the robot and allows its users to create trajectories and plan tasks that would otherwise need to be done using programming knowledge. The classical industrial manipulators, however, don't inherently have this capability. A large portion of industries that currently have manipulator based solutions, rely on older industrial manipulator models to perform their tasks. Reprogramming these models using arduous and unnatural programming tasks decreases overall productivity. Given that the replacement of the industrial manipulators with collaborative robots involves excessive costs, sometimes unbearable by the companies, the main objective of this dissertation arises: The creation of a generic solution of compliance that can be deployed in any manipulator independently of their type, brand or model. A research study regarding the manipulator dynamics and kinematics was developed and an approach based on the rigid-body dynamics equation was created. A simulated environment was built to validate all research and test the solutions before being deployed in a real robotic arm. All developed algorithms were then tested in a real manipulator, the Universal Robots UR10e, in order to prove the solution's effectiveness. To corroborate the implemented methods, we performed several experiences to compare our solution to the more sophisticated impedance control approaches seen in collaborative robots. We were successful in introducing compliance in manipulators lacking this feature by attaching the compliance solutions to their external interface.O conceito de interação Humano-Robô tem vindo a ser desenvolvido ao longo dos últimos anos e os estudos na área da robótica mostram o potencial da colaboração entre os humanos e as máquinas automatizadas. A ideia de programar um robô industrial como forma de executar uma única tarefa repetitiva ou de trabalho pesado está perante uma transformação considerável e a evolução é notável de dia para dia nos mais diversos setores industriais. No passado, a natureza mais perigosa dos robôs clássicos de quando trabalham á sua velocidade máxima, demoveu a comunidade de criar soluções que envolvessem trabalho colaborativo. Os manipuladores industriais clássicos têm sido superados pelos robôs colaborativos que apareceram recentemente como forma de aumentar a produtividade e permitir ambientes colaborativos com seres humanos. Estes manipuladores têm a capacidade de ser guiados manualmente por um utilizador comum simplificando cada vez mais a tarefa tanto de quem os opera como de quem os configura. Enquanto que o comportamento mais normal de um manipulador é o de ignorar qualquer contacto externo, em modos compliance, o robô reage a forças externas e move-se na direção em que está a ser empurrado. Esta é uma forma mais natural de mover o robô e permite aos seus utilizadores a criação de trajetórias ou planeamento de tarefas que noutro caso teriam de ser feitas utilizando conhecimentos em programação. No entanto, os manipuladores industriais não têm esta capacidade inerentemente e uma grande parte das indústrias utilizam soluções baseadas neste tipo de manipulador. Na eventualidade de ser necessário reprogramar estes modelos, as tarefas de programação são consideradas árduas e pouco naturais, fazendo diminuir a produtividade do setor onde se insere. Visto que a substituição destes manipuladores por máquinas colaborativas tem custos bastante elevados, e por vezes insuportáveis pelas empresas, surge o objetivo principal desta tese: A criação de uma solução genérica de compliance que possa ser implementada em qualquer manipulador independentemente do seu tipo, marca ou modelo. Nesse sentido foi feito um estudo relativamente ás dinâmicas e cinemática dos manipuladores como forma de criar uma aproximação baseada nas equações de dinâmica para corpos rígidos. Foi também construído um ambiente simulado para validar a pesquisa e testar as soluções desenvolvidas antes de realizar qualquer experiência num ambiente real. Por forma a validar os resultados, todos os algoritmos foram testados num manipulador real, o Univeral Robots UR10e, como forma de provar a eficácia da solução desenvolvida. Para corroborar a aproximação desenvolvida, foram efetuados testes e experiências de forma a comparar os mecanismos desenvolvidos com outras soluções já existentes e mais sofisticadas, tipicamente vistas em manipuladores colaborativos. Os resultados finais mostram que se conseguiu introduzir com sucesso mecanismos de compliance em manipuladores sem esta funcionalidade, através da interação com as suas interfaces externas.Mestrado em Engenharia de Computadores e Telemátic