Adaptación del algoritmo de FABRIK para la solución de la cinemática inversa de robots manipuladores seriales redundantes

Abstract

En el presente trabajo de tesis se desarrolla un estudio cuantitativo de alcance correlacional en donde se plantea una adaptación en el campo de la robótica del método heurístico de FABRIK, un algoritmo aplicado en los gráficos por ordenador caracterizado por su rápida convergencia y facilidad de computación, para mejorar la convergencia a la solución de la cinemática inversa de robots manipuladores seriales redundantes. Esto debido a que el aumento de los grados de libertad hace que la cinemática inversa sea una tarea que implica una elevada carga computacional para hallar una solución a este problema. Para demostrar la efectividad de la adaptación del algoritmo de planteado, se realizó un estudio comparativo entre el método propuesto y los métodos iterativos de vanguardia empleados para resolver la cinemática inversa de robots (el método Particle Swarm Optimization (PSO), el método Quantum Particle Swarm Optimization (QPSO), el método por algoritmos genéticos (GA) y el método por mínimos cuadrados amortiguados (DLS)). Este análisis comparativo se realizó para 5 cadenas cinemáticas de robots seriales redundantes de 7, 9, 11, 13 y 15 grados de libertad compuestos por articulaciones bisagra y pivote. A modo de indicadores de medición en las pruebas se consideraron al tiempo de ejecución, el número de iteraciones y el error cuadrático medio (RMSE) de dichos métodos para cada una de las 500 posturas aleatorias objetivas en el espacio predefinidas para cada una de las 5 cadenas cinemáticas robóticas. Finalmente, para validar la hipótesis de que el algoritmo propuesto supone una mejora significativa en el tiempo, número de iteraciones y RMSE, se aplicó la prueba ANOVA de Medidas Repetidas, donde se obtuvo un p-valor cercano a cero para las comparaciones del método propuesto con los otros algoritmos, lo que valida la hipótesis del presente trabajo.