Una Aplicación Computacional De Generación De Trayectorias y Evasión De Obstáculos Para Distintos Robots Manipuladores Con Análisis En Un Sistema Real

Abstract

Actualmente la industria usa cada vez más los robots manipuladores, los cuales son programados para desempeñar tareas repetitivas y tediosas en las cadenas de producción. Esta tesis presenta un marco de referencia en el cálculo de trayectorias libres de colisiones para robots manipuladores. Hasta ahora la programación de los robots industriales se realiza bajo el criterio cualitativo del hombre, quién es el que diseña la trayectoria libre de colisiones utilizando un programa computacional con la capacidad de visualizar entornos en 3D. En este trabajo se presenta un análisis de los métodos existentes para resolver el problema de la generación de trayectorias libre de colisiones enfocado a los robots manipuladores seriales, como resultado de la investigación de textos especializados que han surgido en los últimos años. También se expone con ejemplos y simulaciones como implementar dos métodos para el cálculo de trayectorias en sistemas multi-dimensionales. La generación de trayectorias está siendo utilizada para novedosas aplicaciones en diversas áreas como en la robótica industrial, en la animación en 3D, la navegación autónoma y el diseño de drogas por computador. En los últimos nueve años el método �Rapidly-exploring Random Trees� (RRT) se ha convertido en un método popular para generar trayectorias. En este texto se presenta una variación del RRT para mejorar su desempeño en entornos de búsqueda complejos y con pasajes estrechos. El producto directo de esta tesis es la creación de una aplicación computacional que calcula las trayectorias libres de colisiones para diferentes robots manipuladores en diversos entornos 3D, previamente conocidos. Este software es un sistema de programación fuera de línea que incluye simulación gráfica del robot y su entorno, modelos cinemáticos del robot, cálculo de movimientos, con la posibilidad de importar y exportar las trayectorias obtenidas, y la visualización del comportamiento del robot en realidad virtual. La explicación de cómo se desarrolló esta herramienta informática, junto con el análisis de los experimentos realizados sobre un robot real, están consignados en el presente documento. Al final, se presentan las conclusiones generales acorde a las consideraciones descritas dentro del texto sobre los métodos analizados, los resultados de las simulaciones y experimentos realizados. . / Abstract. The industry increasingly uses robot manipulators, these robots are programmed to execute repetitive and tedious tasks. This thesis presents as a reference framework to collision-free trajectory planning for robot manipulators. Until now, the programming of industrial robots is made under the visual supervision of human, using 3D robotics simulation software for design the free-collision path. This work present an analysis of existing methods to solve the path planning problem focused on serial robot manipulators, as a result of the investigation of specialized texts that have appeared in recent years. Also I explain with examples and simulations, how to implement two methods to calculate collision-free trajectories in multi-dimensional systems. The path planning is being used for new applications in many areas, for example industrial robotics, autonomous systems, and computer-aided drug design. During the last nine years, Rapidly- exploring Random Trees (RRT) has become a popular framework for developing randomized path planning algorithms. This text presents a new variant of RRT method to improve the search performance in complex environments with narrow passages. The direct product of this thesis is a computer application that calculates the collision-free trajectory planning for robot manipulators into different 3D environments. This software are a offline programming system that includes graphical simulation of the robot and his environment, kinematic model of the robot, motion planning with the possibility of import and export the trajectory matrix obtained, and the exhibition of robot movement in virtual reality. The explaining of how this computational tool was developed, together with the analysis of experiments on a real robot, is also presented in this text. Finally, general conclusions are presented according to the considerations described in the text about the methods discussed, the results of simulations and experiments developed.