Dual artificial potential field (d-APF) based control for safe and efficient robotic operation on industrial collaborative scenarios.

Abstract

La presente tesis presenta un novedoso controlador basado en Campos Potenciales Artificiales (APFs) para conseguir procesos de fabricación colaborativos seguros sin descuidar la eficiencia del proceso. Para ello, propone un nuevo tipo de controlador, el controlador de Campo Potencial Artificial dual (d-APF, por sus siglas en inglés) el cuál permite la evasión simultánea de colisiones y singularidades. Para poder implementar dicho controlador con capacidades en tiempo real se ha propuesto un nuevo modelo cinemático para manipuladores colaborativos industriales de muñeca no esférica (como el UR10e). Lo que permite simplificar el modelo cinemático de este tipo de robots. Esta reducción en la complejidad posibilita, por un lado, la obtención de un conjunto de soluciones analíticas a la cinemática inversa del manipulador y, por otro lado, una simplificación en el Jacobiano de velocidades del manipulador. Esta última simplificación permite la extracción de un conjunto de soluciones que caracterizan las singularidades del robot según sus articulaciones (otra de las contribuciones de la tesis). La eficiencia y comportamiento de este controlador se ha probado en simulaciones y en un entorno real obteniendo, entre otros resultados, una mejora en procesos colaborativos en torno al 11% debido a la reducción de paradas de seguridad no requeridas y una mejora en el cálculo de respuestas ante obstáculos no previstos del 17%.