As restantes partes deste trabalho de Dissertação estão organizadas da seguinte forma:
Capítulo 2 é constituído por três subcapítulos. O primeiro apresenta uma classifica-
ção para os movimentos referentes a tarefas de manipulação bimanual de objetos. O segundo apresenta o estado da arte referente à manipulação bimanual na robótica e o terceiro referente à manipulação bimanual nos humanos;
Capítulo 3 apresenta importantes aspetos da plataforma robótica ARoS, nomea-
damente, caraterísticas da sua construção e os modelos da cinemática aplicada aos seus dois braços e duas mãos robóticas.
Capítulo 4 apresenta uma descrição detalhada acerca do desenvolvimento do modelo
de planeamento de movimentos bimanuais síncronos.
Capítulo 5 apresenta o software desenvolvido para o planeamento de uma sequência
de movimentos de uma determinada tarefa e aspetos do simulador do ARoS.
Capítulo 6 descreve as tarefas de manipulação de objetos propostas para a validação
do modelo de planeamento de movimento bimanual síncrono e apresenta os seus resultados.
Capítulo 7 descreve uma tarefa de manipulação de objetos composta por movimen-
tos bimanuais síncronos e unimanuais, proposta para validar o modelo geral de planeamento de movimentos.
Capítulo 8 apresenta as conclusões finais de todo o trabalho desenvolvido nesta
Dissertação de Mestrado juntamente com algumas propostas para o trabalho futuro.
Estado da Arte
Este capítulo começa por apresentar uma classificação das tarefas bimanuais tanto numa perspetiva dos humanos como no domínio da robótica. Posteriormente, é apresentado o estado da arte relativamente à manipulação bimanual na robótica e nos humanos. Isto, com o objetivo de se poder comparar estes dois casos, e assim, tirar algumas conclusões que possibilitem o desenvolvimento de uma nova abordagem para o planeamento e controlo dos movimentos bimanuais de uma forma mais “human-like”.
2.1
Classificação de Tarefas Bimanuais
O objetivo deste subcapítulo é fazer um estudo de forma a capturar as caraterísticas essenciais do comportamento bimanual humano e, posteriormente, no domínio da robótica.
Diariamente as pessoas realizam um grande número de movimentos com os dois braços e mãos de forma a desempenhar tarefas de manipulação de objetos. Uma tarefa bimanual é constituída por uma série de sub-tarefas ou sub-objetivos que cada braço-mão tem que cumprir, de forma a conseguir realizar com sucesso essa tarefa. Assim sendo, o investigador Guiard (1987) debruçou-se sobre este tema e propôs a seguinte classificação para os movimentos dos dois braços humanos:
tarefas em que não é necessário que os dois braços-mãos executem movimentos coordenados, por outras palavras, cada mão, independentemente, desempenha parte(s) de uma tarefa. Por exemplo: quando uma mão escreve notas num papel e a outra segura uma chávena de chá, ver figura 2.1;
Manipulação Bimanual Coordenada - ocorre em tarefas em que os braços execu-
tam os movimentos sincronizados entre eles, de forma a desempenhar diferentes partes da mesma tarefa. Estes movimentos bimanuais coordenados podem ser subdivididos em:
• Movimentos simetricamente coordenados - estes são movimentos em que os dois braços-mãos, basicamente, desempenham o mesmo papel numa determinada tarefa. Por exemplo: transportar um tabuleiro com as duas mãos (ver figura 2.1);
• movimentos assimetricamente coordenados - estes são movimentos em que os dois braços-mãos desempenham, numa tarefa de manipulação de objetos, ações diferentes mas coordenadas entre si, como escrever no teclado de um computador (ver figura 2.1).
Figura 2.1: Classificação de movimentos bimanuais humanos
No entanto, no domínio da robótica, Zacharias et al. (2011) propuseram uma classificação de um outro ponto de vista. Essencialmente, o conceito é visualizar
o problema da manipulação bimanual dando especial atenção às relações lógicas e geométricas de uma determinada tarefa. Para as relações lógicas propuseram a seguinte divisão de movimentos bimanuais:
Logicamente independentes - quando uma mão desempenha um movimento
independente do movimento da outra mão e não interfere no espaço de trabalho da outra. Pode ser comparado com movimentos bimanuais que ocorram simultaneamente mas sem ligação entre eles, ou seja, sem dependência nem interferência. Tem-se como exemplo o caso de se estar a escrever com uma mão enquanto a outra segura uma chávena de chá e a leva para beber;
Logicamente dependentes - quando os dois braços-mãos obedecem a uma bem
estruturada sequência de ações. Esta categoria de movimentos bimanuais pode ser sub-dividida em:
• Não cooperativos - quando ambos os braços-mãos não necessitam de cooperar entre eles, no entanto devem respeitar a ordem da sequência de sub-objetivos de uma determinada tarefa. Por exemplo, a tarefa de abrir uma gaveta, alcançar e agarrar um objeto para depois o colocar dentro da gaveta, não necessita obrigatoriamente dos dois braços-mãos a cooperar entre eles. Com um braço é possível executar todos estes passos, a desvantagem é que o processo será mais demorado;
• Cooperativos - quando ambos os braços-mãos precisam de estar tempo- ralmente e espacialmente coordenados entre si, de forma a desempenhar com sucesso a tarefa. Um caso para exemplificar pode ser o de retirar a tampa de uma garrafa, onde é obrigatório o uso das duas mãos, uma para segurar a garrafa e a outra para retirar a tampa.
Ainda na classificação de Zacharias et al. (2011), quanto à categorização dos movimentos bimanuais e atendendo à sua relação geométrica segue-se a seguinte proposta:
não influência nem restringe o espaço de trabalho do outro. Assim sendo, não pode existir nenhuma interferência espacial entre os dois manipuladores;
Espacialmente dependentes - quando o movimento de um braço (robótico) in- fluência ou/e restringe a área de trabalho do outro. Podendo haver possibilidade de colisão entre os braços-mãos.
No geral, um número de movimentos categorizados a nível lógico podem ser dife- renciados numa classificação a nível geométrico. Todos os movimentos bimanuais logicamente dependentes cooperativos são espacialmente dependentes.