Publicação
Inspection of deformable objects via robotic manipulation: a learning from demonstration approach
| Resumo: | A aplicação generalizada da inspeção automática e o interesse crescente pelo controlo de qualidade impulsionam a procura de sistemas capazes de inspecionar objetos cada vez mais complexos. Neste âmbito surgiu o projeto de Investigação & Desenvolvimento “IntVIS4Insp”, no qual esta dissertação se insere. As peças de couro são um exemplo importante do tipo de objetos que este projeto pretende cobrir, porque implicam manipulação no seu processo de inspeção. Uma abordagem que usa aprendizagem por imitação, baseada em dois sistemas, pode ser aplicada para automatizar os movimentos necessários para as inspecionar. Primeiro, um sistema de visão por computador capta as trajetórias descritas pela mão ativa de um técnico de qualidade. Segundo, um braço robótico (Kuka LBR iiwa) reproduz as trajetórias anteriormente adquiridas. Esta dissertação foca-se no segundo sistema. Dois desafios relacionados têm de ser resolvidos no âmbito do seguimento de trajetórias: (i) determinar como comandar o manipulador, sem exceder limites de juntas ou atravessar singularidades, de modo que a garra siga a trajetória desejada, ou seja, resolver um problema de equivalência física; (ii) descobrir como aumentar a distância aos limites das juntas e singularidades por forma a aumentar a capacidade de o manipulador alterar arbitrariamente a pose da garra durante a execução da trajetória. A resolução deste segundo problema é essencial para, nas tarefas futuras do projeto IntVIS4Insp (e noutros), ser possível implementar um sistema de correção da trajetória baseado nas deformações induzidas nas peças de couro em cada instante. Este último sistema aumentará a robustez da abordagem utilizada. Para resolver estes dois problemas é proposto um novo método para seguimento de trajetórias que considera a manipulabilidade. Fundamentalmente, como as trajetórias podem ser realizadas em diferentes zonas do espaço de trabalho do manipulador, esta liberdade é utilizada com as várias soluções do problema da cinemática inversa e com a redundância do cotovelo para aumentar a distância aos limites das juntas e singularidades. Abordagens estado da arte são utilizadas como ponto de partida, mas são alargadas para considerarem a continuidade do arm angle no limite do seu domínio. O método proposto foi testado em trajetórias de inspeção reais (em simulação e com o manipulador real) e os resultados demonstram 3 pontos: (i) as trajetórias foram corretamente reproduzidas; (ii) conseguiu- -se uma elevada manipulabilidade (distância média mínima de 42,6º aos limites das juntas e singularidades); (iii) a abordagem utilizada permite induzir as deformações desejadas nos objetos. |
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| Autores principais: | Borges, Carlos Alberto Peixoto |
| Assunto: | Limites de juntas Manipulabilidade Manipulador robótico Seguimento de trajetórias Singularidades Joint limits Manipulability Robotic manipulator Singularities Trajectory tracking |
| Ano: | 2022 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | A aplicação generalizada da inspeção automática e o interesse crescente pelo controlo de qualidade impulsionam a procura de sistemas capazes de inspecionar objetos cada vez mais complexos. Neste âmbito surgiu o projeto de Investigação & Desenvolvimento “IntVIS4Insp”, no qual esta dissertação se insere. As peças de couro são um exemplo importante do tipo de objetos que este projeto pretende cobrir, porque implicam manipulação no seu processo de inspeção. Uma abordagem que usa aprendizagem por imitação, baseada em dois sistemas, pode ser aplicada para automatizar os movimentos necessários para as inspecionar. Primeiro, um sistema de visão por computador capta as trajetórias descritas pela mão ativa de um técnico de qualidade. Segundo, um braço robótico (Kuka LBR iiwa) reproduz as trajetórias anteriormente adquiridas. Esta dissertação foca-se no segundo sistema. Dois desafios relacionados têm de ser resolvidos no âmbito do seguimento de trajetórias: (i) determinar como comandar o manipulador, sem exceder limites de juntas ou atravessar singularidades, de modo que a garra siga a trajetória desejada, ou seja, resolver um problema de equivalência física; (ii) descobrir como aumentar a distância aos limites das juntas e singularidades por forma a aumentar a capacidade de o manipulador alterar arbitrariamente a pose da garra durante a execução da trajetória. A resolução deste segundo problema é essencial para, nas tarefas futuras do projeto IntVIS4Insp (e noutros), ser possível implementar um sistema de correção da trajetória baseado nas deformações induzidas nas peças de couro em cada instante. Este último sistema aumentará a robustez da abordagem utilizada. Para resolver estes dois problemas é proposto um novo método para seguimento de trajetórias que considera a manipulabilidade. Fundamentalmente, como as trajetórias podem ser realizadas em diferentes zonas do espaço de trabalho do manipulador, esta liberdade é utilizada com as várias soluções do problema da cinemática inversa e com a redundância do cotovelo para aumentar a distância aos limites das juntas e singularidades. Abordagens estado da arte são utilizadas como ponto de partida, mas são alargadas para considerarem a continuidade do arm angle no limite do seu domínio. O método proposto foi testado em trajetórias de inspeção reais (em simulação e com o manipulador real) e os resultados demonstram 3 pontos: (i) as trajetórias foram corretamente reproduzidas; (ii) conseguiu- -se uma elevada manipulabilidade (distância média mínima de 42,6º aos limites das juntas e singularidades); (iii) a abordagem utilizada permite induzir as deformações desejadas nos objetos. |
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