Em aplicações como a exploração de petróleo em águas profun- das, é comum ter sistemas de intervenção com pelo menos dois mani-
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Figura 68. Variáveis do manipulador do UVMS 2
puladores. Eles usualmente trabalham de forma isolada. O desenvol- vimento de autonomia de operação pode facilitar a cooperação entre esses sistemas, e com isso novas aplicações. O cenário em questão sur-
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Figura 69. Variáveis do veículo do UVMS 2
giu do desenvolvimento do modelo de cooperação entre manipuladores de dois UVMS do Capítulo 4, sendo detalhado na Seção C.3.4 para um caso planar. Cada UVMS tem dois manipuladores vinculados, como é
mostrado na Figura 70.
Figura 70. Cenário de simulação de dois UVMS com dois manipulado- res cada em cooperação
Como nos demais cenários, a cadeia cinemática correspondente ao sistema de intervenção foi descrito em um arquivo XML para compor o banco de cadeias cinemáticas e seu uso em simulações com o Kast.
7.4.1 Posicionamento de uma estrutura cilíndrica
A tarefa desta simulação baseou-se nas operações de contenção do vazamento de petróleo causado pelo acidente da plataforma Deepwa- ter Horizon (British Petroleum, 2010; Leff; Plushnick-Masti, 2010). Uma estrutura cilíndrica de contenção deve ser corretamente posicio- nada sobre o local do vazamento, e dois UVMS são usados para esse fim em função das dimensões da estrutura. Assume-se que a posição inicial da peça é a origem do referencial inercial. O cilindro de contenção tem raio1, 75m, e é assumido como ponto de referência o seu centro.
A peça deve se deslocar em uma trajetória definida por diferen- tes pontos de passagem, levando-a da origem do referencial inercial à posição xp = 1, 5, yp = −0, 25. Durante esse deslocamento, a peça
rotaciona 15◦. Essa operação ocorre em um período de30s. Após, a
peça deve ser deslocada mais −0, 25m na direção vertical mantendo a orientação em um período de15s.
Durante o período de execução da tarefa (45s), os veículos per- manecem estacionários. As posturas são ηv1 =
−6, 9 4, 0 0, 524 T e ηv2 =
5, 66 5, 66 −2, 356 T .
Os efetuadores finais dos quatro manipuladores envolvidos de- vem manter posturas constantes em relação ao referencial da peça. Es- tas são definidas pelas cadeias rij, onde i = 1, 2 e j = 1, 2 designam
o veículo e o manipulador respectivamente. Suas posturas são qr11 = −1, 24 −1, 27 0, 75 T , qr12= −1, 478 0, 78 0, 088 T , qr21 = −0, 217 1, 756 −1, 466 T e qr22 = 1, 756 −0, 004 −3, 089 T . A trajetória da peça, representada pelas variáveis de juntasqt1, qt2 e qt3, foi gerada por duas instâncias de TrajSequence, uma para posição e outra para orientação. Em relação à posição, a trajetória curva foi gerada por uma B-spline cúbica a partir de pontos de passagem especificados (uma instância de TrajSpline). O trecho de deslocamento vertical foi gerado por um interpolador linear polinomial de5a ordem
(TrajLinearPoly). Quanto à orientação, a sua variação durante os 30s iniciais foi gerada por uma instância de TrajLinearPoly, seguida por uma instância de TrajConst para gerar referências de valor constante. Para as demais variáveis primárias (as dos veículos e das cadeias relativas dos efetuadores à peça) foram utilizadas instâncias de TrajConst.
As variáveis das juntas dos manipuladores são identificadas como qmvi,j, onde v = 1, 2, i = 1, 2 e j = 1, 2, 3 correspondem respectiva- mente ao veículo, ao manipulador e à junta. A cadeia cinemática desse sistema forma quatro circuitos independentes, e com isso a matriz Ns
é quadrada para esse particionamento. O passo da simulação é 0, 01, sendo usado o método default (Euler) para integração das velocidades. A instância de Guidance foi definida para usar a cinemática inversa de malha fechada em relação às variáveis das cadeiasrij, com ganhos
iguais a50 para as juntas translacionais e 10 para as juntas rotativas. As trajetórias percorridas pelos efetuadores finais e pela peça são mostradas na Figura 71. Na Figura 72 apresentam-se as posturas que o sistema de intervenção assume ao longo da execução da tarefa. As posturas dos efetuadores são traçadas nos gráficos das Figuras 73 e 74. As posições das juntas dos manipuladores e suas velocidades são apresentadas nas Figuras 75 a 78. As descontinuidades observadas nas velocidades, como por exemplo no realce da Figura 75b, são causadas pela troca entre os geradores de trajetória usados para cada trecho. A continuidade no chaveamento de geradores de trajetória para cada trecho de caminho é um problema a ser abordado em versões futuras do framework Kast.
Apesar da cadeia cinemática mais complexa, com aumento do número de circuitos independentes (e consequentemente de variáveis), a implementação da simulação foi facilitada pelo reuso dos componen- tes dos frameworks e das simulação anteriores. As modificações em
Figura 71. Movimento da peça e dos efetuadores finais
x y
O
Figura 72. Movimento dos UVMS durante a execução da tarefa
relação aos cenários anteriores foram a criação de uma classe derivada de Uvms para determinar a cinemática direta dos manipuladores e pos-
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Figura 73. Postura dos efetuadores finais11 e 12 ao longo do tempo
terior cálculo das posições relativas destes em relação à peça no referen- cial desta, e na descrição da cadeia cinemática em um arquivo XML. A tarefa também foi descrita em arquivo XML.
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Figura 74. Postura dos efetuadores finais21 e 22 ao longo do tempo
Assim como nos cenários anteriores, os circuitos independentes da cadeia cinemática foram definidos em um atributo de KCComposable para que a matriz de rede fosse gerada como foi definida no Apêndice C.
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Figura 75. Variáveis do manipulador 11
Os testes com a matriz de circuitos calculada pelo Kast resultaram nos mesmos resultados, como se havia observado nas simulações anteriores.
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Figura 76. Variáveis do manipulador 12
tividade da sistematização proposta nesta tese. O uso dos frameworks projetados nos capítulos anteriores facilitou o desenvolvimento das si- mulações através de uma organização bem definida destas. Além disso,
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Figura 77. Variáveis do manipulador 21
ressaltam-se outras características que agilizaram o desenvolvimento, como o reuso de componentes e a extensibilidade. Os resultados das diferentes simulações ilustra que a sistematização pode ser empregada
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Figura 78. Variáveis do manipulador 22
em estratégias de planejamento de movimento para diferentes cenários de intervenção subaquática, seja em relação ao número de UVMS e de manipuladores envolvidos ou relação às tarefas a serem executadas.
8 CONCLUSÃO
Este trabalho procurou contribuir para a evolução dos sistemas de intervenção subaquática em direção à autonomia plena. Para tanto, fez-se uma análise desses sistemas, destacando os requisitos importantes para a autonomia. Destes, o planejamento de movimento foi definido como o objeto de pesquisa da tese, por ser considerado essencial para a autonomia de operação.
Assim, foram estudadas diferentes configurações cinemáticas de sistemas, visando estender o modelo por helicoides elaborado em tra- balhos anteriores. Com base nessa extensão, foi elaborada uma sis- tematização para desenvolvimento e implementação de estratégias de planejamento de movimento.
As contribuições oriundas deste trabalho e as perspectivas de trabalhos futuros são relacionadas a seguir.