Robotic Telemanipulation for Surface Polishing

Abstract

O processo de polimento de um molde ainda é realizado manualmente por trabalhadores ex-perientes que são capazes de ajustar o movimento e força do polimento dependendo das condiçõesda peça de trabalho e baseando-se na sua própria experiência. Este trabalho vai-se focar no desen-volvimento de uma arquitetura de controlo e num algoritmo para executar um padrão desejado pararealizar a tarefa de polimento de uma superfície via telemanipulação.Para isso, um estudo intensivo vai ser realizado para encontrar uma arquitetura de controloviável e desenvolver um sistema de telemanipulação intuitivo que consegue complementar o trabalhodo operador e o Kinova JACO2, o robô que vai ser utilizado para executar a tarefa de polimento eonde todas as arquiteturas de controlo são testadas antecipadamente.As arquiteturas de controlo vão ser implementadas em ambiente de simulação e em ambientereal e correspondem a um controlo do torque computado no espaço das juntas e de tarefa. De seguida,os diferentes controlos de impedância são implementados e testados em ambos os ambientes. Osresultados retirados em espaço-livre com o controlo de impedância não foram satisfatórios devido aproblemas de acoplação entre o controlo de posição e orientação, visto que, a fricção dos atuadoresdo robô nas últimas 3 juntas é dominante, ao contrário ao que acontece nas primeiras 3 onde a massaé que é a componente dominante.Para ultrapassar este problema, mais dois controlos foram desenvolvidos para desacoplar ocontrolo de posição e orientação em dois controladores diferentes. Um destes controladores temem consideração o espaço-nulo da posição quando é computado o torque para a orientação. Estecontrolo é o escolhido para a tarefa de polimento, que também é testada em ambiente de simulaçãoe real.Os resultados obtidos mostram que este controlo pode ser usado, efetivamente, para executaruma tarefa de polimento, apesar de a orientação ainda precisar um pouco mais de trabalho. O al-goritmo desenvolvido dá a possibilidade do operador executar a tarefa uma vez e de seguida o robôreplica as vezes que o operador desejar.

The polishing process of a mold is still applied manually by skilled workers who are capableof adjusting the polishing motion and force according to the workpiece conditions based on theirown experience. This work is going to focus in the development of a control architecture and analgorithm to execute a desired pattern to perform a polishing task of a surface via telemanipulation.For that, an extensive study is going to be made to find a feasible control architecture andto develop an intuitive telemanipulation system that can complement the operator’s work and theKinova JACO2, the robot that is going to be used to execute the polishing task and where all thecontrol architectures are tested beforehand.The control architectures are going to be implemented in simulation and real environment andcorrespond to computed torque control in the joint and task space. Then, the different impedancecontrols are implemented and tested in both environments. The results taken in free-space withthe impedance control were not satisfactory because of coupling problems between the position andorientation control, since in this robot the actuator’s friction in the last 3 joints is dominant as opposedto the first 3 where the mass is.To bypass this problem, two more controls are developed that decouples the position and ori-entation control in two different controllers. One of this controllers takes into consideration thenull-space of the position control when computing the torque for orientation. This is the chosencontrol for the polishing task, which is also tested in simulation and real environment.The results taken show that this control can be effectively used for executing the polishing task,even though the orientation still needs a little more work. Also, the developed algorithm gives thepossibility of an operator to execute the task once and then the robot replicates as many times as theoperator desires.