Devido à alta complexidade desta Tarefa 3, esta foi basicamente pré-programada. Isto é, no caso do movimento de abrir a garrafa térmica o robô executa 3 rotações que permitem desenroscar a tampa da garrafa, no entanto, este movimento requer que haja alguma leitura da força que a tampa exerce sobre a mão, de forma a verificar se esta está ou não solta da garrafa (o que não acontece). O mesmo se aplica ao movimento de verter o líquido da garrafa no copo, pois este movimento requer que haja algum feedback por parte do sistema de visão para verificar se o líquido está realmente a cair no copo.
Contudo, esta tarefa encontra-se apenas na fase inicial, sendo aqui apresentada a primeira versão da formulação, implementação e simulação da sequência dos seus movimentos. No entanto, é visto como um grande passo para o início da investigação e desenvolvimento de tarefas complexas.
Relativamente aos resultados anteriormente apresentados (para esta tarefa) é possível verificar o sucesso do sistema geral de planeamento de movimentos “human-
like” para uma sequência de diferentes movimentos, unimanuais e bimanuais síncronos
e é possível afirmar que o sistema é suficientemente rápido para permitir que no futuro se implemente um sistema de re-planeamento em tempo-real. De notar que este movimento ainda não foi aplicado ao robô real, mas apenas executado em simulador. O vídeo da execução completa desta tarefa, em simulador pode ser visualizado no seguinte link:http://marl.dei.uminho.pt/public/videos/ARoS_ bim_syn_task3_sim_2nd.html.
(a) Movimento 1 (b) Movimento 2 (c) Movimento 3
(d) Movimento 4 (e) Movimento 5
(f) Movimento 6 (g) Movimento 7
(h) Movimento 8 (i) Movimento 9 (j) Movimento 10
Figura 7.5: Representação da sequência e caraterísticas dos movimentos da Tarefa 3, obtidos
Conclusões e Trabalho Futuro
Neste capítulo é, inicialmente, feita uma conclusão geral acerca dos resultados obtidos neste trabalho de dissertação e acerca do cumprimento dos objetivos propostos, seguido do contributo deste projeto para a comunidade científica. Por último são descritas algumas sugestões acerca do trabalho futuro.
8.1
Conclusões
O principal objetivo do trabalho apresentado nesta Dissertação residiu no desenvolvi- mento da extensão do sistema de planeamento de movimentos unimanuais para um sistema de planeamento de movimentos bimanuais, capaz de gerar no robô antropo- mórfico ARoS um comportamento dos braços semelhantes aos dos realizados pelos humanos. Para tal, foi abordada uma área completamente diferente à da robótica, a da psicologia e neuropsicologia humana, com fim de se estudar o comportamento de cooperação e coordenação bimanual humana. Consequentemente, graças a este estudo foi possível desenvolver um procedimento de planeamento de movimento bimanual síncrono que foi aplicado a duas tarefas de manipulação bimanual de objetos. Tarefas essas elaboradas e pensadas de forma a possibilitar a validação do sistema de movimentos bimanuais síncronos. Os resultados apresentados no Capítulo 6, relativos a estas duas tarefas, revelam que o modelo de planeamento de movimento bimanual foi extendido com sucesso, os movimentos dos braços são sincronizados no
tempo, suaves tal como os dos humanos e livres de colisões. Foi também possível verificar que a execução dos movimentos dos braços do robô foram muito semelhantes aos dos observados nas experiências feitas com os alunos. Além do mais, com estas experiências foi possível visualizar, para a segunda tarefa, o efeito do “end-state
comfort” (efeito mencionado no Estado da Arte) que demonstra a correta opção
na definição e implementação dos movimentos desta segunda tarefa no modelo de planeamento de movimento aqui desenvolvido.
Para além de movimentos bimanuais síncronos, desenvolveu-se e testou-se neste trabalho um modelo geral de planeamento de trajetórias, tanto unimanuais como bimanuais síncronos de forma a permitir à plataforma robótica desempenhar uma tarefa de manipulação bem mais complexa e centrada num ambiente humano, isto é, com objetos do dia a dia de uma pessoa como um copo e uma garrafa térmica. Os resultados para esta terceira tarefa de abrir uma garrafa térmica e deitar o seu líquido para o copo revelam que com sucesso todos os movimentos foram possíveis, foram calculados, embora que pré-programados pois o robô abre a garrafa sabendo à
priori qual o número de rotações para desenroscar a tampa e o momento no qual
deve entornar o líquido no copo sem qualquer feedback visual. Contudo é um bom começo na investigação desta tarefa de complexidade bastante elevada.
O desenvolvimento deste projeto requereu um grande envolvimento e dedicação, pois para além de se ter que desenvolver o trabalho proposto, foi necessário dedicar um bom tempo ao estudo de todo o trabalho anteriormente feito que permitia ao
ARoS executar movimentos unimanais e bimanuais assíncronos. Por outro lado,
o facto de se ter que considerar outras áreas como a psicologia e neuropsicologia humana não foi propriamente fácil pois é uma área completamente diferente.
Quanto às dificuldades encontradas ao longo da implementação do novo modelo (movimentos bimanuais síncronos) é de realçar que o procedimento de cálculo das posturas, ou seja, a resolução dos problemas de otimização, são bastante ou até mesmo muito sensíveis aos conjuntos de valores iniciais para as juntas dos braços e mãos, vulgarmente chamados de “initial guess”. Ou seja, nem sempre o IPOPT encontra uma solução com um determinado initial guess, sendo por isso, necessário
proceder a alguns ajustes a estes valores iniciais das juntas.
Um outro aspeto importante a salientar, é o facto de que dependendo do movimento este terá que ter um determinado modelo para o cálculo das suas posturas finais, intermédias (ou seja, problemas do tipo Pa) e posturas de bounce. Isto porque o movimento depende de muitos fatores como: a) a forma como a mão ou as mãos agarram o ou os objetos, b) a forma do objeto, c) se é um movimento espacialmente dependente sendo necessário verificar a colisão entre os braços, d) se é unimanual ou bimanual e entre outros.
No entanto, seguidamente são apresentados os objetivos propostos no início do trabalho e descritos no Capítulo 1, concretamente na secção 1.2.2 e é revelado se estes foram ou não atingidos:
• Como primeiro objetivo, o estudo do comportamento de coordenação e coo- peração dos braços humanos pode-se dizer que foi conseguido. Pelo menos aplicaram-se alguns conceitos observados aquando a execução de certas tarefas de manipulação bimanual, que se baseia no sincronismo do movimento de ambos os braços, mesmo quando estes têm objetivos diferentes. Obviamente, que o ser humano é altamente complexo e o processo subjacente ao controlo motor dos braços ainda tem muito para ser investigado, como se prova com a leitura do Estado da Arte referente à manipulação bimanual em humanos; • Graças ao estudo anterior foi possível se definirem novas tarefas a serem
realizadas pelo robô e consequentemente novos cenários para colocar em prática os novos movimentos;
• Um outro objetivo deste trabalho era dar mais robustez ao processo de oti- mização. Por sua vez, este foi conseguido com a utilização da OPTI Toolbox do MATLAB, que permitiu utilizar o solver IPOPT integrado diretamente no software desenvolvido em MATLAB R;
• A extensão do modelo de planeamento de movimento unimanual para bimanual foi alcançada, essencialmente, com a implementação de ideias do Controlo Motor Humano no modelo de planeamento de movimento. Assim, a partir da ideia de
que os braços se movem em sincronia, isto é, iniciam e acabam o movimento ao mesmo tempo, foi possível desenvolver um modelo de planeamento de movimento bimanual síncrono;
• Um movimento bimanual síncrono requer certos e determinados requisitos como o tempo da execução do movimento ser igual para os dois braços. Mais, o facto de se estarem ambos a movimentar requer uma restrição ao movimento que impeça que estes colidam um com o outro. Com isto, a extensão do modelo de planeamento de movimento contou com a implementação de novas restrições temporais e espaciais nos problemas de otimização. No entanto, como se pode ver nos resultados obtidos nos dois Capítulos 6 e 7, os movimentos das tarefas de manipulação são temporalmente sincronizados e na tarefa 2 pode-se confirmar o sucesso da restrição espacial que evita que os braços colidam um com o outro; • Por último, todos os movimentos realizados pelo robô são semelhantes aos dos realizados pelos humanos, pois as curvas de velocidade e outras caraterísticas observadas nas trajetórias/movimentos dos braços do robô são semelhantes às observadas nos movimentos dos braços humanos. Como prova disto têm-se os resultados obtidos para as tarefas 1, 2 e 3. Contudo, até foram realizados testes em humanos, em que estes tiveram que desempenhar as mesmas tarefas 1 e 2 com o objetivo de verificar se estes procediam do mesmo modo que o robô.