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Title: Interface háptica de cinco graus de liberdade para teleoperação de manipuladores robóticos
Other Titles: Interfaz háptica de cinco grados de libertad para teleoperación de manipuladores robóticos
Advisor(s): Meggiolaro, Marco Antonio
OCDE field: https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.03.01
Issue Date: May-2012
Institution: Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro
Abstract: El éxito de muchas tareas de teleoperación depende en gran medida de las habilidades del operador y de su capacidad para percibir el entorno de trabajo. La retroalimentación visual, en muchos casos, no es suficiente, p. ej. cuando la calidad de imagen del entorno de trabajo es baja, se producen oclusiones en la pantalla o cuando la tarea implica fuerzas de contacto asociadas con pequeños espacios libres visualmente imperceptibles. Para compensar estas deficiencias, los dispositivos hápticos surgen como una alternativa a la retroalimentación visual, en la que la interacción táctil con el usuario produce una retroalimentación de fuerza. Esta tesis presenta el desarrollo y modelado de un sistema de interfaz háptica de cinco grados de libertad para la teleoperación de robots manipuladores, centrándose en aquellos que trabajan en entornos peligrosos u hostiles para el ser humano. La interfaz se desarrolla a partir del acoplamiento de dos dispositivos hápticos comerciales Novint Falcon, con tres grados de libertad cada uno. El sistema resultante de los dispositivos acoplados se modela como un manipulador paralelo capaz de proporcionar al operador retroalimentación de fuerza 3D (en tres dimensiones) y retroalimentación de par en dos direcciones. Para demostrar la efectividad del sistema háptico desarrollado, se implementa un entorno virtual con la ayuda de técnicas de gráficos por computadora y bibliotecas como OpenGL, ODE y Chai3D. Los modelos cinemáticos y dinámicos de un manipulador en serie Schilling Titan IV, con seis grados de libertad, se implementan en el entorno virtual, incluyendo su interacción con objetos virtuales para la evaluación de tareas típicas de teleoperación. Los controladores no lineales se implementan en el manipulador en serie virtual, incluido el par calculado y el control de modo deslizante.

O sucesso de diversas tarefas de teleoperação depende muito da habilidade do operador e de sua capacidade de perceber o ambiente de trabalho. A realimentação visual em muitos casos não é suficiente, por exemplo quando a qualidade da imagem do ambiente de trabalho é baixa, quando ocorrem oclusões na visualização, ou quando a tarefa envolve for¸cas de contato associadas a folgas pequenas visualmente imperceptíveis. Para compensar essas deficiências, os dispositivos hápticos surgem como uma alternativa à realimentação visual, ao interagir com o usuário através do tato, produzindo uma sensação de força. Esta dissertação apresenta o desenvolvimento e modelagem de um sistema de interface háptica de cinco graus de liberdade para a teleoperação de robôs manipuladores, com foco naqueles que realizam trabalhos em ambientes perigosos ou hostis ao ser humano. A interface é desenvolvida a partir do acoplamento de dois dispositivos hápticos comerciais “Novint Falcon”, de três graus de liberdade cada. O sistema resultante do acoplamento é modelado como um manipulador paralelo, capaz de fornecer ao operador, realimentação de força 3D (em três direções) e realimentação de torque em duas direções. Para demonstrar a eficiência do sistema háptico desenvolvido, um ambiente virtual é implementado com o auxílio de técnicas de computação gráfica e bibliotecas como OpenGL, ODE e Chai3D. Os modelos cinemático e dinâmico de um manipulador serial Schilling Titan IV, de seis graus de liberdade, são implementados no ambiente virtual, incluindo sua interação com objetos (virtuais) do ambiente de teleoperação. Controladores não lineares são implementados no manipulador serial virtual, incluindo controle de torque computado, robusto, e por modos deslizantes.
Discipline: Ingeniería Mecánica
Grade or title grantor: Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Mecânica
Grade or title: Máster en Ingeniería Mecánica
Juror: Meggiolaro, Marco Antonio; Speranza Neto, Mauro; Hsu, Liu; Leal, José Eugênio
Register date: 16-Feb-2022

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