Simulación de métodos de planificación de movimiento de robots.

Abstract

[ES] Este trabajo consiste en la implementación de funciones en Matlab que permitan la planificación de movimientos para un brazo robótico de seis grados de libertad, concretamente el IRB 140 de ABB; utilizando los algoritmos PRM (Probabilistic Roadmap) y RRT (Rapidly-exploring Random Tree). También forma parte del proyecto el desarrollo de una simulación que posibilite la visualización de las trayectorias generadas. Las rutas creadas deben alcanzar un punto final partiendo de una configuración inicial evitando las colisiones tanto con elementos del entorno como entre eslabones del propio robot. Para ello, primeramente, se importa el modelo CAD (Computer-Aided Design) del robot en Simscape Multibody para la simulación, realizando los ajustes pertinentes que permitan el movimiento del brazo. A continuación, se define el entorno con los obstáculos presentes en él y se desarrollan funciones que verifiquen si se produce o no alguna colisión en una configuración dada. Posteriormente, se implementan los algoritmos PRM y RRT, además de una variante de este último, denominada RRT* (RRT estrella) que reduce el coste de la trayectoria generada. Por otro lado, se crea también un modelo en Simulink para la simulación en Simscape Multibody de los movimientos. Con todo ello, se obtienen programas capaces de planificar trayectorias que alcanzan el punto objetivo sin colisionar. La recogida y comparación de resultados ponen de manifiesto las ventajas e inconvenientes de un método sobre el otro. Así, mientras RRT es más rápido y garantiza el éxito si el camino existe, PRM obtiene una trayectoria con un coste menor.

[EN] This work consists of the implementation of functions in Matlab which permit path planning for a robot with six degrees of freedom, in particular the IRB 140 of ABB; using the algorithms PRM (Probabilistic Roadmap) and RRT (Rapidly-exploring Random Tree). It is also a part of the project the development of a simulation which allows the visualization of the generated trajectories. The created paths must reach a final point starting from an initial configuration avoiding collisions both with objects in the environment and between links of the robot itself. To achieve that, firstly, the CAD (Computer-Aided Design) model of the robot is imported in Simscape Multibody for the simulation, making the necessary adjustments so that the arm can move. Then, the environment with all its obstacles is defined and functions to check if a collision takes place for a given configuration are developed. Lately, the algorithms PRM and RRT are implemented, and also a variant of the last one, known as RRT* (RRT star), which reduces the cost of the generated path. On the other hand, a model in Simulink for the simulation of the movements in Simscape Multibody is created. With all that, the project leads to a program able to plan paths that reach the objective point without any collision. The collection and comparison of results show the advantages and disadvantages of one method over the other. While RRT is faster and guaranties the success when a possible path exists, PRM obtains a trajectory with a lesser cost.

[CA] Aquest treball consisteix en la implemetació de funcions en Matlab que permeten la planificació de moviments per a un braç robòtic de sis graus de llibertat, concretament l’IRB 140 d’ABB; utilitzant els algoritmes PRM (Probabilistic Roadmap) i RRT (Rapidly-exploring Random Tree). També forma part del projecte el desenvolupament d’una simulació que possibilite la visualització de les trajectòries generades. Les rutes creades han d’arribar a un punt final partint d’una configuració inicial evitant les col·lisions tant amb elements de l’entorn com entre baules del propi robot. Amb aquesta finalitat, en primer lloc, s’importa el model CAD (Computer-Aided Design) del robot en Simscape Multibody per a la simulació, realitzant els ajustos necessaris que permeten el moviment del braç. A continuació, es defineix l’entorn amb els obstacles presents en ell y es desenvolupen funcions que verifiquen si es produix o no alguna col·lisió en una configuració determinada. Posteriorment, s’implemeten els algoritmes PRM i RRT, a més d’una variant d’aquest últim, denominada RRT* (RRT estrela) que reduix el cost de la trajectòria generada. Per un altre costat, es crea també un model en Simulink per a la simulació en Simscape Multibody dels moviments. Amb tot, s’obtenen programes capaços de planificar trajectòries que arriben al punt objectiu sense col·lisonar. La recollida i comparació dels resultats posen de manifest les avantatges e inconvenients d’un mètode respecte de l’altre. Així, metre que RRT es més ràpid i garanteix l’èxit si el camí existeix, PRM obté un trajecte amb un cost menor