Desenvolvimento do planejador de trajetória e do sistema de controle em malha aberta de um manipulador robótico de geometria esférica, embarcados em uma plataforma FPGA

Abstract

Esse trabalho descreve o desenvolvimento e a implementação de um controlador de trajetória retilínea em um robô esférico de 5 graus de liberdade. Para tanto, foi desenvolvida uma arquitetura de controle em malha aberta embarcada em uma FPGA para os três primeiros graus de liberdade do manipulador. Nesse intuito, apresenta-se, nesse trabalho, a modelagem cinemática direta e inversa do manipulador, bem como seu Jacobiano. Essa modelagem permite o controle da trajetória do robô em um caminho retilíneo descrito em coordenadas cartesianas. Na implementação do controle embarcado na FPGA, foi utilizado o microprocessador NIOS II, da Altera. Esse é o responsável pelos cálculos de posicionamento e velocidade do manipulador durante sua movimentação. Também são explicitadas as interfaces de acionamento e controle de cada um dos eixos do manipulador e seus respectivos motores. São ainda apresentadas as experiências de validação dos algoritmos implementados, através de simulações computacionais, bem como a validação das equações utilizadas. Além disso, são apresentados os resultados de movimentação do manipulador, seguindo uma trajetória pré-estabelecida, buscando validar na prática o controle implementado. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

This paper describes the development and implementation of a controller for straight path trajectory in a spherical robot of five degrees of freedom. To do that, an open loop control architecture (embedded in an FPGA) was developed, for the first three degrees of freedom of the manipulator. Therefore, the direct and inverse kinematic models of the manipulator as well as its Jacobian are presented in this work. This modeling allows us to control the trajectory of the robot in a straight path described in Cartesian coordinates. In the implementation of the embedded controller in the FPGA, we have used the NIOS II microprocessor, from Altera. This is responsible for calculating the position and speed of the manipulator during its motion. Also the interfaces with the controllers of each axis of the handler and their respective engines are specified. We also present experiments to validate the implemented algorithms through computer simulations, as well as the validation of the equations used. Finally, the results are presented of the manipulator motion, following a predetermined path, in order to validate the control implemented in practice.