Robotis Manipulator-H

O Robotis Manipulator-H foi previamente apresentado nosubcapítulo 2.2.2, pelo que é sabido que o seu peso é suportado pelo Husky. Existe um metapackage ROS , desenvolvido pelo seu

Figura 4.4: Robô Husky simulado em Gazebo sem a placa metálica no seu topo

fornecedor, a Robotis, para que o robô possa ser programado e operado em ambiente real ou nos simuladores já indicados, o ROBOTIS-MANIPULATOR-H3. Entre os vários packages de que dispõe, destacam-se o manipulator_h_gazebo e o manipulator_h_description. O primeiro permite simular o manipulador no Gazebo através da descrição contida nos ficheiros URDF do segundo. Afigura 4.5mostra a representação do manipulador no Gazebo.

Figura 4.5: Braço robótico Robotis Manipulator-H no simulador Gazebo

A sua descrição no ficheiro URDF permite descrever este manipulador como uma série de componentes ligados entre si através de juntas rotativas. Existem no total sete componentes, desde o link1 até ao link6 e endlink, a pequena peça que se encontra na extremidade do manipulador. As seis ligações entre os componentes conferem os seis graus de liberdade de que é dotado este robô. No AGROB V16 o manipulador não se encontra diretamente preso ao topo do Husky. Na figura 1.3é possível observar que o braço se encontra assente no topo de um disco de metal, que por sua vez se encontra preso a um suporte de metal. Este foi construído para conferir mais altura ao volume de trabalho do manipulador, assim como para conter toda a cablagem a ele associada e permitir ainda que se ligue o computador associado à torre, ou apenas o manipulador. Esta última

função é possível através dos botões instalados num dos lados deste suporte. Afigura 4.6, mais recente que a1.3, apresenta já uma versão deste suporte com duas faces isoladas, estando os botões dispostos numa dessas faces.

Figura 4.6: Faces laterais do suporte do manipulador

Como forma de representar todo este suporte em Gazebo, foram construídos blocos em forma de paralelepípedo e de cilindro, com formatos idênticos aos do robô real. Para isso, foram efetu- adas medições com recurso a uma fita métrica, que permitiram afirmar que o suporte tem 22,5cm de comprimento, 42cm de largura e 20,2cm de altura. Por sua vez, o cilindro tem 7,5mm de al- tura e 8cm de raio. Para tornar nítida a distinção entre este dois componentes na simulação, ao paralelepípedo foi conferida a cor laranja e ao cilindro a azul.

Por fim, como forma de fixar o manipulador e respetivas bases ao Husky, foram definidas juntas fixas entre os referenciais base_link (definido no centro do Husky) e os referenciais dos restantes componentes: referencial box para o paralelepípedo, cylinder para o cilindro e link1, que representa o primeiro componente do manipulador. A calibração das distâncias entre referenciais permitiu chegar à versão do AGROB V16 representada nafigura 4.7.

Após a análise efetuada no subcapítulo 2.2.3, e tal como já referido nesse mesmo capítulo, a escolha para o end effector do manipulador recaiu sobre uma tesoura de poda semelhante à da figura 2.5. Uma tesoura deste tipo já tinha sido previamente projetada para um projeto do INESC TEC que tinha como objetivo desenhar um drone que conseguisse podar árvores durante o seu voo. Ainda que esse projeto não tivesse sido implementado, o desenho da tesoura foi efetuado e completo no software SolidWorks, e, uma vez que as suas dimensões são compatíveis com as do manipulador, este modelo foi o ponto de partida para a implementação da tesoura neste projeto.

De forma resumida, o SolidWorks permite desenvolver todo o tipo de peças mecânicas e simulá-las de modo a prever o seu comportamento em ambiente real. Ainda que este programa

Figura 4.7: Plataforma AGROB V16 agora constituída pelo robô Husky e pelo manipulador Robotis Manipulator-H

apenas esteja disponível para o sistema operativo Windows, e que os seus projetos e peças não possam ser exportados em nenhum tipo de ficheiro compatível com o ROS, foi encontrada uma so- lução para empregar a peça desenvolvida no simulador Gazebo, o programa SolidWorks to URDF Exporter.

O SolidWorks to URDF Exporter4é um plugin compatível com SolidWorks, para versões su- periores à lançada em 2012. Permite exportar peças ou montagens efetuadas neste programa para packagesque contém a descrição destes componentes em formato URDF, compatível com ROS e seus ambientes de simulação. É um software open-source desenvolvido por Stephen Brawner em 2012, que tem como objetivo ultrapassar a dificuldade que é criar peças compatíveis com os for- matos suportados pelo ROS. Ainda que não tenha sido melhorado após o seu ano de lançamento, o softwarepermitir exportar peças individualmente, sendo que o mesmo não se pode afirmar no que toca a exportar modelos complexos (montagens) que consistem em várias peças, desde pequenos parafusos até grande estruturas metálicas.

O modelo da tesoura de poda consiste numa montagem complexa devido a todas as pequenas componentes que o constituem. Cada um destas componentes apresenta-se representada com diferentes cores nafigura 4.8, retirada do SolidWorks.

De notar que o eixo Origin_global representa a posição em que se pretende posicionar o end effectorno ponto de corte. A distância vertical (no eixo dos zz) que atravessa este eixo é de 1,5cm e representa assim o valor máximo que o diâmetro das vides pode comportar de modo a poder ser cortado por esta tesoura.

Nesta representação da tesoura, as peças estão conectadas entre si e apenas são amovíveis aquelas que são dotadas desse tipo de dinâmica, como é o caso de uma das lâminas da tesoura (a que não é fixa). No entanto, a construção de uma tesoura deste tipo sugere que as suas lâminas

Figura 4.8: Modelo da tesoura de poda desenhado no software SolidWorks

se encontrem numa posição naturalmente aberta, e que apenas sejam fechadas quando se efetue um corte. Uma vez que as operações de corte não estão otimizadas no Gazebo, isto é, como uma operação de corte acabaria por resultar numa colisão entre as lâminas e o tronco, com resultados que não representariam corretamente a realidade, optou-se por não dotar as lâminas de qualquer movimento. Uma forma de o fazer é através da conversão do modelo de montagem da tesoura num modelo que represente a tesoura como um todo, isto é, como um só componente cujas partes não são dotadas de qualquer tipo de dinâmica.

Tal como já referido anteriormente, o plugin permite exportar peças ou montagens, sendo que o ficheiro original da tesoura era uma montagem e não um peça. Este tipo de ficheiros, em formato SolidWorks, designam-se de SolidWorks Assembly (sldasm), ao passo que os ficheiros das peças são gravados no formato SolidWorks Part (sldprt). Assim, o ficheiro original sldasm da tesoura foi convertido no formato sldprt e a tesoura foi exportada para o ambiente ROS através deste plugin. Finalmente, como forma de assemblar esta peça ao restante manipulador, foi definida uma junta fixa entre este componente, ao qual foi dado o nome de cutting_tool na simulação, e o componente end_link. O resultado final da montagem desta assemblagem encontra-se nafigura 4.9.

Apesar desta representação da tesoura ser possível de posicionar em qualquer posição válida, há pormenores que devem ser destacados relativamente aos modelos exportados através deste plugin. A ferramenta de poda apresenta a particularidade de ser completamente branca, o que não representa exatamente o seu modelo em SolidWorks. Isto deve-se a uma das limitações do plugin, que não consegue exportar a cor dos objetos. A objetos sem cor, o Gazebo atribui automaticamente a cor branca, daí que a sua representação neste simulador tenha tomado essa cor. Ainda que a cor possa ser alterada manualmente no ficheiro URDF, a cor foi branca foi mantida pois contrasta com a cor escura do modelo da vinha utilizado para efetuar os testes.

Além da calibração que tem que de ser efetuada para posicionar a ferramenta na posição correta, foi necessário definir o referencial da peça de modo a que qualquer posicionamento da

Figura 4.9: Plataforma AGROB V16 agora constituída pelo robô Husky e pelo manipulador Robotis Manipulator-Hcom a tesoura de poda como end effector

mesma se reflita em levar a origem deste referencial para um ponto definido. Relativamente à posição dos eixos de coordenadas, é possível observar nafigura 4.10que os eixos do manipulador foram definidos de tal forma que o eixo dos xx aponta na direção que coincide com aquela para a qual aponta o manipulador.

Figura 4.10: Eixos de coordenadas no componente end_link do manipulador

Assim, como forma de manter esta convenção, os eixos de coordenadas da tesoura de poda foram alterados no plugin de forma a manter a mesma direção para o qual apontam os eixos do componente ao qual ela está acoplada. Relativamente à posição do seu eixo, esta deve refletir a zona onde se deve posicionar a tesoura, com as lâminas abertas, antes de efetuar o corte. Assim, esta posição foi também calibrada, de modo a melhor representar a zona onde é normalmente efetuado um corte por uma pessoa. Afigura 4.11demonstra em detalhe a posição do referencial

na tesoura.

Figura 4.11: Eixos de coordenadas a tesoura de poda quando assemblada no manipulador

Em relação ao facto de as lâminas não poderem ser operadas na simulação, é de esperar que em ambiente real o corte seja efetuado logo após o posicionamento da tesoura no local de corte.

De seguida é apresentada a torre e os seus elementos que se revelaram importantes no âmbito desta dissertação.