Estimação de fricções em robôs manipuladores por métodos indiretos

Abstract

Robotics is a very actual concept in modern society, having a massive influence in the current culture. It represents one of the fields that is having more development throughout the years. This thesis is centered in the medical field, where you already have multiple jobs performed by robots, including assistance, rehabilitation, diagnoses and surgeries. However there is a big barrier that consists in the precise estimation of the forces exerted, for example, in surgical and diagnose procedures without needing a force sensor incorporated into the robot.Therefore, this thesis intents to insert in the preexistent force estimation model the contribution of the friction associated to the movement, which was, so far, neglected. In order to achieve this, it´s used an estimation method based on the Least Squares method.The estimation method, makes a dynamic assessment of the robot while it is offline, using the MATLAB software.The determined estimations are introduced in the force estimation models on a simulated environment. The simulated environment, simulates the behavior of the WAM 4DOF manipulator where afterwards is made the estimation and the verification of the contribution of the frictions in two methods of force estimation, in two distinct situations, one in free space and the other when the manipulator is in contact with a surface.Finally, for each one of the methods, it is evaluated the contribution of the frictions and compared to force sensor readings in the manipulator.

A Robótica é um conceito muito presente na sociedade moderna, fazendo parte da cultura atual. Esta representa uma das, senão a área que mais evolução tem sofrido ao longo dos anos. Este trabalho recai sobre a área da medicina, onde já são enumeras as funções desempenhas por robôs, desde assistência, reabilitação, diagnostico e em cirurgias. No entanto, existe uma grande barreira, que consiste na estimação precisa das forças exercidas, por exemplo, em procedimentos cirúrgicos ou de diagnostico sem recorrer a um sensor de força incorporado no robô. Assim, este trabalho pretende inserir nos métodos de estimação de forças já existentes a contribuição das fricções inerentes ao movimento, que até agora eram negligenciadas. Para tal, é apresentado um método de estimação baseado no método dos mínimos quadrados. O método de estimação, faz a análise da dinâmica do robô offline, em que para isso recorre ao software MATLAB. As estimações determinadas, são introduzidas nos modelos de estimação de força em ambiente de simulação. O ambiente de simulação, simula o comportamento do manipulador WAM 4DOF, onde posteriormente é feita a estimação e verificada a sua contribuição em dois métodos de estimação de força, em duas situações distintas, uma em espaço livre e outra quando o manipulador está em contacto com uma superfície. Finalmente, para cada um dos métodos, individualmente, é avaliada a contribuição das fricções e comparada com a leitura feita por um sensor de força presente no manipulador.