Desarrollo de un procedimiento de implementación de los problemas cinemático y dinámico inversos para robots industriales en el programa de simulación dinámica Adams/View.

Abstract

[ES] En los robots industriales, el problema cinemático inverso consiste en la obtención de la posición, velocidad y aceleración de las articulaciones a partir de la posición, velocidad y aceleración en el elemento terminal del robot, establecidos en el espacio cartesiano tridimensional. El problema dinámico inverso consiste en la obtención de las acciones motrices aplicadas a las articulaciones correspondientes a un estado cinemático definido.

Este proyecto consiste en el desarrollo de un programa de resolución del problema cinemático inverso para robots industriales de seis grados de libertad, así como su implementación en el programa de simulación dinámica Adams/View y posterior resolución del problema dinámico inverso. Para ello, se ha desarrollado un código en el programa de cómputo numérico Matlab haciendo uso de la librería de funciones Robotics Toolbox. Se trata de un código ejecutable en función de las variables de entrada, y por tanto válido para resolver multitud de trayectorias en distintos robots.

El proceso de resolución comienza con el modelado del robot mediante parámetros de Denavit y Hartenberg, junto con la definición de la trayectoria de su efector final. Posteriormente, se calcula analíticamente la posición, velocidad y aceleración de las articulaciones empleando métodos geométricos, matrices de transformación homogénea y matrices jacobianas. Una vez resuelto el problema cinemático inverso, los datos de desplazamiento articular se convierten en funciones continuas y se exportan a Adams/View en un fichero de comandos. Finalmente, se realiza la simulación dinámica en Adams/View con el objetivo de obtener los pares sobre las articulaciones necesarios para generar el movimiento, además de comparar los resultados de la cinemática mediante ambos métodos.

[EN] In industrial robots, the inverse kinematic problem consists of obtaining the position, velocity, and acceleration of the joints from the position, velocity and acceleration at the robot terminal element, set in three-dimensional Cartesian space. The inverse dynamic problem consists of obtaining the motor actions applied to the joints corresponding to a defined kinematic state.

This project consists in the development of a programme for solving the inverse kinematic problem for industrial robots with six degrees of freedom, as well as its implementation in the dynamic simulation programme Adams/View and subsequent resolution of the inverse dynamic problem. For this purpose, it has been developed a code in the numerical computation programme Matlab using the library of functions Robotics Toolbox. The code is executable depending on the input variables and is therefore valid for solving a multitude of trajectories in different robots.

The resolution process begins with the modelling of the robot using Denavit and Hartenberg¿s parameters, together with the definition of the trajectory of its end effector. Secondly, the position, velocity and acceleration of the joints are calculated analytically using geometric methods, homogeneous transformation matrices and Jacobian matrices. Once the inverse kinematic problem is solved, the joint displacement data are converted into continuous functions and exported to Adams/View in a command file. Finally, the dynamic simulation is performed in Adams/View with the aim of obtaining the necessary joint torques to generate the movement, as well as comparing the kinematic results using both methods.

[CA] En els robots industrials, el problema cinemàtic invers consisteix en l'obtenció de la posició, velocitat i acceleració de les articulacions a partir de la posició, velocitat i acceleració en l'element terminal del robot, establits en l'espai cartesià tridimensional. El problema dinàmic invers consisteix en l'obtenció de les accions motrius aplicades a les articulacions corresponents a un estat cinemàtic definit. Aquest projecte consisteix en el desenvolupament d'un programa de resolució del problema cinemàtic invers per a robots industrials de sis graus de llibertat, així com la seua implementació en el programa de simulació dinàmica Adams/View i posterior resolució del problema dinàmic invers. Per a això, s'ha desenvolupat un codi en el programa de còmput numèric Matlab fent ús de la llibreria de funcions Robotics Toolbox. Es tracta d'un codi executable en funció de les variables d'entrada, i per tant vàlid per a resoldre multitud de trajectòries en diferents robots. El procés de resolució comença amb el modelatge del robot mitjançant paràmetres de Denavit i Hartenberg, juntament amb la definició de la trajectòria del seu efector final. Posteriorment, es calcula analíticament la posició, velocitat i acceleració de les articulacions emprant mètodes geomètrics, matrius de transformació homogènia i matrius jacobianes. Una vegada resolt el problema cinemàtic invers, les dades de desplaçament articular es converteixen en funcions contínues i s'exporten a Adams/View en un fitxer de comandos. Finalment, es realitza la simulació dinàmica en Adams/*View amb l'objectiu d'obtindre els parells sobre les articulacions necessaris per a generar el moviment, a més de comparar els resultats de la cinemàtica mitjançant tots dos mètodes.