Dynamic modeling of robotic systems : a dual quaternion formulation

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Frederico Fernandes Afonso Silva
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Minas Gerais; Brasil; ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica; UFMG
• Palavras-chave em Português: Dynamic modeling of robots; Newton-Euler formalism; Modular composition; Topological graph; Dual quaternions; Engenharia elétrica; Quatérnios; Robótica; Teoria dos grafos
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/1843/46591

Essa tese propõe uma técnica para a modelagem dinâmica de robôs seriais e ramificados utilizando álgebra de quatérnios duais. O modelo considera tanto todas as juntas do tipo lower-pair kinematic quanto juntas de seis graus de liberdade e, adicionalmente, o procedimento permite a composição modular sistemática de modelos dinâmicos compostos de múltiplos subsistemas, cada um deles, por sua vez, composto de diversos corpos rígidos. A estratégia proposta é aplicável ainda que alguns subsistemas se comportem como caixas pretas, exigindo apenas os heligiros e as heliforças do ponto de conexão entre eles. Para auxiliar na composição de modelos, é também proposta uma representação em grafos que codifica a propagação de heligiros e heliforças dentre os subsistemas. As heliforças das juntas são resultado do cálculo da matriz de interconexão do grafo, tornando intuitivo o procedimento de modelagem. O formalismo proposto foi validado utilizando manipuladores robóticos de 6-DoF e 50-DoF, um manipulador móvel de base holonômica de 9-DoF e um robô ramificado de 38-DoF, composto de 9 subsistemas. Os resultados foram comparados com as bibliotecas Robotics Toolbox, desenvolvida pelo Peter Corke, e Spatial V2, desenvolvida pelo Roy Featherstone, além do simulador V-REP/CoppeliaSim, demonstrando que o método proposto é tão preciso quanto as bibliotecas do estado da arte.