Braço robótico antropomórfico: uma solução cinemática

Abstract

Neste trabalho são desenvolvidos e testados, por via de simulação em MatLab, um conjunto de modelos e algoritmos matemáticos, para o estudo cinemático de um braço robótico. O objetivo é então o estudo da cinemática do membro superior de um humanoide. Para isso, é realizada uma revisão do estado de arte dos humanoides, e uma pesquisa sobre a anatomia e biomecânica do membro superior do Homem. De seguida, é desenvolvido um modelo matemático de um manipulador paralelo para simular o movimento do ombro, e são estudadas as suas singularidades. São desenvolvidos os modelos de dois manipuladores série, que representam o braço do humanoide, com 4 e 7 graus de liberdade, seguindo a metodologia de Denvit-Hartenberg, e é apresentado um conjunto de algoritmos para lidar com as suas redundâncias. Por fim, é concluído que as vantagens do aumento do número de graus de liberdade num braço são a possibilidade de evitar as singularidades, o aumento da manipulabilidade e o aumento do volume de trabalho. Como desvantagens tem-se o aumento da complexidade mecânica e do tratamento matemático.

This work presents a study on a kinematic model representing a robotic arm. Models and mathematic algorithms are proposed, implemented and assessed. The main goal of the study is the detailed analysis of the upper limb kinematics of a humanoid. To attain this objective a state of art analysis on humanoids is presented and a careful research analysis on the human anatomy and biomechanics of the upper limb is made. A mathematical model for a parallel manipulator able to mimic the complex joint of the shoulder is then proposed and its singularities are analyzed. In addition and following the Denvit-Hartenbertg methodology, two serial manipulators representing the entire upper limb, with 4 and 7 degrees of freedom, are presented and analyzed about their redundancy. In conclusion, the results show that the added degrees of freedom provide a means to avoid the singularity issues, increase the manipulability and enlarge the working range. Nevertheless, the mechanical complexity and related difficult mathematic model can be pointed as the most evident limitations.