From: Gabriel Schmitz Date: Sat, 9 Mar 2019 15:17:03 +0000 (-0300) Subject: Correções no .bib e alterações no capítulo do DH. X-Git-Url: http://git.ece.ufrgs.br/?a=commitdiff_plain;h=91b5bdd7b49f54353e31c9446fa39836c82298ad;p=users%2Fgschmitz%2Fdissertacao.git Correções no .bib e alterações no capítulo do DH. --- diff --git a/dissertacaogabriel.tex b/dissertacaogabriel.tex index cec5669..9a75edf 100644 --- a/dissertacaogabriel.tex +++ b/dissertacaogabriel.tex @@ -559,15 +559,87 @@ caracter \section{Modelo cinemático da Mão Humana} +Na Figura~\ref{fig:40} está apresentado o modelo de uma mão antropomórfica na forma de cadeia cinemática. Para este modelo, proposto por Aviles, foram consideradas as seguintes restrições \cite{Aviles:2008}: + +\begin{enumerate} + \item O pulso tem todos os movimentos, portanto possui três graus de liberdade, para efeitos do + modelo, todos os dedos podem ser movimentados. + \item A articulação Metacarpo falângica (MCP) possui duas juntas de revolução independentes + que são mutuamente ortonormais. + \item As articulações; distal inter falângica (DIP) e proximal inter falângica (PIP) são juntas de + revolução (1GDL). + +\end{enumerate} + +\begin{figure}[htbp] + \centerline{\includegraphics[width=35 + em]{40}} + \caption{Estrutura biomecânica da Mão Humana. Fonte: \cite{Aviles:2008}.} + \label{fig:40} +\end{figure} + +%A Figura~\ref{fig:41} apresenta em forma geral os parâmetros geométricos da mão, onde $q_{1}, q_{2}, q_{3}$ $ q_{4m}, q_{5m}, q_{6m}, q_{7m}$, são as variáveis de junta, textit{p} é o comprimento da palma, e $f_{1m}, q_{2m}, q_{3m}$ são os +%comprimentos das falanges dos dedos. +% +%\begin{figure}[htbp] +% \centerline{\includegraphics[width=18em]{41}} +% \caption{Parâmetros Geométricos da Mão Humana. Fonte: \cite{Aviles:2008}.} +% \label{fig:41} +%\end{figure} +% +%\begin{table*}[htbp] +% \begin{center} +% \caption{Tabela de Denavit-Hartenberg do indicador proposto por Aviles} +% \label{tab:5} +% \begin{tabular}{l|cccc} +% \hline +% Junta& $\theta_{i}$ & $a_{i}$ & $d_{i}$ & $\alpha_{i}$ \\ +% \hline +% 1 & $q_{1}$ & $0$ & $0$ & $90$\\ +% 2 & $q_{2}$ & $0$ & $0$ & $90$\\ +% 3 & $q_{3}$ & p & $0$ & $0$\\ +% 4 & $q_{4m}$ & $0$ & $0$ & $-90$\\ +% 5 & $q_{5m}$ & $f_{1m}$ & $0$ & $0$\\ +% 6 & $q_{6m}$ & $f_{2m}$ & $0$ & $0$\\ +% 7 & $q_{7m}$ & $f_{3m}$ & $0$ & $0$\\ +% \hline +% \end{tabular} +% \end{center} +%\end{table*} + +%Baseado na representação de \textit{Denavit-Hartenberg}, mostrada na Tabela~\ref{tab:5} e nos parâmetros apresentados, podem-se obter as matrizes de transformação homogênea para encontrar a posição e orientação na ponta de cada um dos dedos. + +A Figura~\ref{fig:dedodh} mostra o modelo de dedo indicador que será utilizado posteriormente como modelo final para os testes e simulações, a Tabela~\ref{tab:97} mostra a representação de Denavit-Hartenberg do modelo em questão. + +\begin{figure}[htbp] + \centerline{\includegraphics[width=5em]{dedodh}} + \caption{Modelo de dedo utilizado neste trabalho.} + \label{fig:dedodh} +\end{figure} + +\begin{table*}[htbp] + \begin{center} + \caption{Tabela de Denavit-Hartenberg do indicador proposto neste trabalho} + \label{tab:97} + \begin{tabular}{l|cccc} + \hline + Junta& $\theta_{i}$ & $a_{i}$ & $d_{i}$ & $\alpha_{i}$ \\ + \hline + 1 & $\theta_{1}$ & $47mm$ & $0$ & $0$\\ + 2 & $\theta_{2}$ & $27mm$ & $0$ & $0$\\ + 3 & $\theta_{3}$ & $26mm$ & $0$ & $0$\\ + \hline + \end{tabular} + \end{center} +\end{table*} + \subsection{Modelo cinemático de cadeias cinemáticas abertas} -A modelagem do sistema articular da mão humana é baseado na metodologia utilizada para -modelagem de manipuladores robóticos, juntamento com os atuadores e sistemas de transmissão -mecânica. Neste trabalho será apresentada uma das representações que podem ser utilizadas para a modelagem cinemática de manipuladores robóticos e analogamente as articulações dos dedos da mão, a representação de Denavit-Hartenberg. +A modelagem do sistema articular da mão humana é baseado na metodologia utilizada para modelagem de manipuladores robóticos, juntamento com os atuadores e sistemas de transmissão mecânica. Neste trabalho será apresentada uma das representações que podem ser utilizadas para a modelagem cinemática de manipuladores robóticos e analogamente as articulações dos dedos da mão, a representação de Denavit-Hartenberg. \subsection{Representação de Denavit-Hartenberg} -\subsection{Regras Básicas da Convenção de Denavit-Hartenberg} +As regras básicas da convenção de Denavit-Hartenberg, segundo \cite{Fu:1987} são: \begin{enumerate} \item $\hat{Z}_{i-1}$ está ao longo do eixo da junta $i$. @@ -575,19 +647,19 @@ mec \item $\hat{Y}_{i}$ completa o sistema. \end{enumerate} -\subsection{Atribuição dos Sistemas de Coordenadas} - -\textbf{Sistema de coordenadas da base:} Deve-se estabelecer o sistema de coordenadas da base \{$\hat{X}_{0}$,$\hat{Y}_{0}$,$\hat{Z}_{0}$\} na base de apoio do robô, com o eixo $\hat{Z}_{0}$ sobre o eixo da junta 1 e apontando para o ``ombro'' do robô. Os demais eixos $\hat{X}_{0}$ e $\hat{Y}_{0}$ podem ser convenientemente definidos, desde que formem um sistema ortonormal. -\textbf{Sistema de coordenadas dos elos: Eixo da junta: Deve-se alinhar $\hat{Z}_{i}$} com o eixo da junta $i+1$ sendo ela rotacional ou prismática. -\textbf{Origem do sistema $i$:} Deve-se localizar a origem do sistema $i$, na intersecção de $\hat{Z}_{i}$ e $\hat{Z}_{i-1}$ ou na intersecção da normal comum a $\hat{Z}_{i}$ e $\hat{Z}_{i-1}$ e o eixo $\hat{Z}_{i}$. - -\textbf{Eixo $\hat{X}_{i}$:} $\hat{X}_{i}= \pm \hat{Z}_{i-1}\times \hat{Z}_{i}$ ou sobre a normal comum entre $\hat{Z}_{i-1}$ e $\hat{Z}_{i}$, se eles forem paralelos. - -\textbf{Eixo $\hat{Y}_{i}$:} $\hat{Y}_{i}= + \hat{Z}_{i}\times \hat{X}_{i}$ para completar o sistema. +%\textbf{Sistema de coordenadas da base:} Deve-se estabelecer o sistema de coordenadas da base \{$\hat{X}_{0}$,$\hat{Y}_{0}$,$\hat{Z}_{0}$\} na base de apoio do robô, com o eixo $\hat{Z}_{0}$ sobre o eixo da junta 1 e apontando para o ``ombro'' do robô. Os demais eixos $\hat{X}_{0}$ e $\hat{Y}_{0}$ podem ser convenientemente definidos, desde que formem um sistema ortonormal. +% +%\textbf{Sistema de coordenadas dos elos: Eixo da junta: Deve-se alinhar $\hat{Z}_{i}$} com o eixo da junta $i+1$ sendo ela rotacional ou prismática. +% +%\textbf{Origem do sistema $i$:} Deve-se localizar a origem do sistema $i$, na intersecção de $\hat{Z}_{i}$ e $\hat{Z}_{i-1}$ ou na intersecção da normal comum a $\hat{Z}_{i}$ e $\hat{Z}_{i-1}$ e o eixo $\hat{Z}_{i}$. -\textbf{Sistema de coordenadas $n$ :} Na maioria dos casos a $n$-ésima junta é rotacional. Deve-se alinhar $\hat{Z}_{n}$ na mesma direção de $\hat{Z}_{n-1}$, apontando para fora do robô. Deve-se, também, alinhar $\hat{X}_{n}$ de forma que seja normal a $\hat{Z}_{n-1}$ e $\hat{Z}_{n}$. $\hat{Y}_{n}$ apenas completa o sistema. +%\textbf{Eixo $\hat{X}_{i}$:} $\hat{X}_{i}= \pm \hat{Z}_{i-1}\times \hat{Z}_{i}$ ou sobre a normal comum entre $\hat{Z}_{i-1}$ e $\hat{Z}_{i}$, se eles forem paralelos. +% +%\textbf{Eixo $\hat{Y}_{i}$:} $\hat{Y}_{i}= + \hat{Z}_{i}\times \hat{X}_{i}$ para completar o sistema. +% +%\textbf{Sistema de coordenadas $n$ :} Na maioria dos casos a $n$-ésima junta é rotacional. Deve-se alinhar $\hat{Z}_{n}$ na mesma direção de $\hat{Z}_{n-1}$, apontando para fora do robô. Deve-se, também, alinhar $\hat{X}_{n}$ de forma que seja normal a $\hat{Z}_{n-1}$ e $\hat{Z}_{n}$. $\hat{Y}_{n}$ apenas completa o sistema. \textbf{Parâmetros das juntas e elos:} \begin{itemize} @@ -603,55 +675,54 @@ mec \label{fig:dh} \end{figure} -\subsection{Transformação entre \textit{Frames} a partir dos Parâmetros de Denavit-Hartenberg} - -Da definição dos parâmetros de Denavit-Hartenberg, pode-se perceber que um ponto $P_i$, expresso no sistema de coordenadas $i$, pode ser expresso no sistema de coordenadas $i?1$ realizando-se a seguinte sequência de transformações: - -\begin{enumerate} - \item \textbf{Rotação} de um ângulo $\alpha_i$ em torno de $\hat{X}_{i}$, para alinhar $\hat{Z}_{i-1}$ e $\hat{Z}_{i}$. - \begin{equation} - R_x(\alpha_i)=\begin{bmatrix} - 1 & 0& 0& 0\\ - 0& \cos\alpha_i& -\sin\alpha_i& 0\\ - 0& \sin\alpha_i& \cos\alpha_i& 0\\ - 0& 0& 0& 1 - \end{bmatrix} - \end{equation} - - \item \textbf{Translação} de $a_i$ ao longo de $\hat{X}_{i}$ para tornar os eixos $\hat{Z}$ coincidentes. - \begin{equation} - D_x(a_i)=\begin{bmatrix} - 1 & 0 & 0& a_i\\ - 0& 1& 0& 0\\ - 0& 0& 1& 0\\ - 0& 0& 0& 1 - \end{bmatrix} - \end{equation} - - \item \textbf{Translação} de $d_i$ ao longo de $\hat{Z}_{i-1}$ para tornar as origens coincidentes. - \begin{equation} - D_z(d_i)=\begin{bmatrix} - 1 & 0& 0& 0\\ - 0 & 1& 0&0\\ - 0& 0& 1& d_i\\ - 0& 0& 0& 1 - \end{bmatrix} - \end{equation} - - \item \textbf{Rotação} de ângulo $\theta_i$ em torno de $\hat{Z}_{i-1}$, para alinhar $\hat{X}_{i-1}$ com $\hat{X}_{i}$. - \begin{equation} - R_z(\theta_i)=\begin{bmatrix} - \cos\theta_i & -\sin\theta_i & 0& 0\\ - \sin\theta_i & \cos\theta_i & 0& 0\\ - 0& 0& 1& 0\\ - 0& 0& 0& 1 - \end{bmatrix} - \end{equation} -\end{enumerate} - -Logo, +Para realizar a transformação entre \textit{frames} a partir dos parâmetros de Denavit-Hartenberg, considerando, por exemplo, que um ponto $P_i$, expresso no sistema de coordenadas $i$, seja expresso no sistema de coordenadas ${i-1}$ deve-se utilizar a sequência de transformações da equação~\ref{eq:frametransform} e por fim a matriz de transformação da equação~\ref{eq:frametransform2}. O sequenciamento das rotações e translações, junto com suas respectivas descrições estão apresentadas no trabalho de \cite{Fu:1987}. + +%Da definição dos parâmetros de Denavit-Hartenberg, pode-se perceber que um ponto $P_i$, expresso no sistema de coordenadas $i$, pode ser expresso no sistema de coordenadas $i?1$ realizando-se a seguinte sequência de transformações: + +%\begin{enumerate} +% \item \textbf{Rotação} de um ângulo $\alpha_i$ em torno de $\hat{X}_{i}$, para alinhar $\hat{Z}_{i-1}$ e $\hat{Z}_{i}$. +% \begin{equation} +% R_x(\alpha_i)=\begin{bmatrix} +% 1 & 0& 0& 0\\ +% 0& \cos\alpha_i& -\sin\alpha_i& 0\\ +% 0& \sin\alpha_i& \cos\alpha_i& 0\\ +% 0& 0& 0& 1 +% \end{bmatrix} +% \end{equation} +% +% \item \textbf{Translação} de $a_i$ ao longo de $\hat{X}_{i}$ para tornar os eixos $\hat{Z}$ coincidentes. +% \begin{equation} +% D_x(a_i)=\begin{bmatrix} +% 1 & 0 & 0& a_i\\ +% 0& 1& 0& 0\\ +% 0& 0& 1& 0\\ +% 0& 0& 0& 1 +% \end{bmatrix} +% \end{equation} +% +% \item \textbf{Translação} de $d_i$ ao longo de $\hat{Z}_{i-1}$ para tornar as origens coincidentes. +% \begin{equation} +% D_z(d_i)=\begin{bmatrix} +% 1 & 0& 0& 0\\ +% 0 & 1& 0&0\\ +% 0& 0& 1& d_i\\ +% 0& 0& 0& 1 +% \end{bmatrix} +% \end{equation} +% +% \item \textbf{Rotação} de ângulo $\theta_i$ em torno de $\hat{Z}_{i-1}$, para alinhar $\hat{X}_{i-1}$ com $\hat{X}_{i}$. +% \begin{equation} +% R_z(\theta_i)=\begin{bmatrix} +% \cos\theta_i & -\sin\theta_i & 0& 0\\ +% \sin\theta_i & \cos\theta_i & 0& 0\\ +% 0& 0& 1& 0\\ +% 0& 0& 0& 1 +% \end{bmatrix} +% \end{equation} +%\end{enumerate} \begin{equation} +\label{eq:frametransform} {}^{i-1}T_i=R_z(\theta_i)D_z(d_i)D_x(a_i)R_x(\alpha_i)=\begin{bmatrix} \cos\theta_i & -\cos\alpha_i\sin\theta_i & \sin\alpha_i\sin\theta_i & a_i\cos\theta_i\\ \sin\theta_i & \cos\alpha_i\cos\theta_i & -\sin\alpha_i\cos\theta_i & a_i\sin\theta_i\\ @@ -662,6 +733,7 @@ Logo, \noindent e, portanto, \begin{equation} +\label{eq:frametransform2} \left [{}^{i-1}T_i\right ]^{-1}={}^{i}T_{i-1}=\begin{bmatrix} \cos\theta_i & \sin\theta_i & 0 & -a_i\\ -\cos\alpha_i\sin\theta_i & \cos\alpha_i\cos\theta_i & \sin\alpha_i & -d_i\sin\alpha_i\\ @@ -727,83 +799,7 @@ Logo, % %Cada uma dessas quatro operações pode ser expressa através de uma matriz homogênea de rotação-translação, e o produto destas quatro matrizes de transformações elementares produzem uma matriz de transformação homogênea composta $_{ }^{i-1}\textrm{\textit{A}}$ , conhecida como matriz de %transformação de Denavit-Hartenberg, para sistemas de coordenadas adjacentes, $i$ e $i-1$: -\subsection{Exemplo de aplicação da Convenção de Denavit-Hartenberg em Mão Humana} -Na Figura~\ref{fig:40} é apresentado o modelo de uma mão antropomórfica na forma de cadeia -cinemática e sua representação em Denavit-Hartenberg será mostrada a seguir, de acordo com os graus de mobilidade de cada uma das articulações. No entanto, -para este modelo, proposto por Aviles, foram consideradas as seguintes restrições \cite{Aviles:2008}: - -\begin{enumerate} - \item O pulso tem todos os movimentos, portanto possui três graus de liberdade, para efeitos do - modelo, todos os dedos podem ser movimentados. - \item A articulação Metacarpo falângica (MCP) possui duas juntas de revolução independentes - que são mutuamente ortonormais. - \item As articulações; distal inter falângica (DIP) e proximal inter falângica (PIP) são juntas de - revolução (1GDL). - -\end{enumerate} - -\begin{figure}[htbp] - \centerline{\includegraphics[width=35 - em]{40}} - \caption{Estrutura biomecânica da Mão Humana. Fonte: \cite{Aviles:2008}.} - \label{fig:40} -\end{figure} - -A Figura~\ref{fig:41} apresenta em forma geral os parâmetros geométricos da mão, onde $q_{1}, q_{2}, q_{3}$ $ q_{4m}, q_{5m}, q_{6m}, q_{7m}$, são as variáveis de junta, textit{p} é o comprimento da palma, e $f_{1m}, q_{2m}, q_{3m}$ são os -comprimentos das falanges dos dedos. - -\begin{figure}[htbp] - \centerline{\includegraphics[width=18em]{41}} - \caption{Parâmetros Geométricos da Mão Humana. Fonte: \cite{Aviles:2008}.} - \label{fig:41} -\end{figure} - -\begin{table*}[htbp] - \begin{center} - \caption{Tabela de Denavit-Hartenberg do indicador proposto por Aviles} - \label{tab:5} - \begin{tabular}{l|cccc} - \hline - Junta& $\theta_{i}$ & $a_{i}$ & $d_{i}$ & $\alpha_{i}$ \\ - \hline - 1 & $q_{1}$ & $0$ & $0$ & $90$\\ - 2 & $q_{2}$ & $0$ & $0$ & $90$\\ - 3 & $q_{3}$ & p & $0$ & $0$\\ - 4 & $q_{4m}$ & $0$ & $0$ & $-90$\\ - 5 & $q_{5m}$ & $f_{1m}$ & $0$ & $0$\\ - 6 & $q_{6m}$ & $f_{2m}$ & $0$ & $0$\\ - 7 & $q_{7m}$ & $f_{3m}$ & $0$ & $0$\\ - \hline - \end{tabular} - \end{center} -\end{table*} - -Baseado na representação de \textit{Denavit-Hartenberg}, mostrada na Tabela~\ref{tab:5} e nos parâmetros apresentados, podem-se obter as matrizes de transformação homogênea para encontrar a posição e orientação na ponta de cada um dos dedos. - -A Figura~\ref{fig:dedodh} mostra o modelo de dedo indicador que será utilizado posteriormente como modelo final para os testes e simulações, a Tabela~\ref{tab:97} mostra a representação de Denavit-Hartenberg do modelo em questão. - -\begin{figure}[htbp] - \centerline{\includegraphics[width=5em]{dedodh}} - \caption{Modelo de dedo utilizado neste trabalho.} - \label{fig:dedodh} -\end{figure} - -\begin{table*}[htbp] - \begin{center} - \caption{Tabela de Denavit-Hartenberg do indicador proposto neste trabalho} - \label{tab:97} - \begin{tabular}{l|cccc} - \hline - Junta& $\theta_{i}$ & $a_{i}$ & $d_{i}$ & $\alpha_{i}$ \\ - \hline - 1 & $\theta_{1}$ & $47mm$ & $0$ & $0$\\ - 2 & $\theta_{2}$ & $27mm$ & $0$ & $0$\\ - 3 & $\theta_{3}$ & $26mm$ & $0$ & $0$\\ - \hline - \end{tabular} - \end{center} -\end{table*} \section{Representação Denavit-Hartenberg Modificado} @@ -818,19 +814,19 @@ Uma das cr \item $\hat{Y}_{i}$ completa o sistema. \end{enumerate} -\subsection{Atribuição dos Sistemas de Coordenadas} - -\textbf{Sistema de coordenadas da base:} Deve-se estabelecer o sistema de coordenadas da base \{$\hat{X}_{0}$,$\hat{Y}_{0}$,$\hat{Z}_{0}$\} na base de apoio do robô, de tal forma que o sistema \{0\} fique alinhado com o sistema \{1\} quando a variável de unta 1 for zero. +%\subsection{Atribuição dos Sistemas de Coordenadas} -\textbf{Sistema de coordenadas dos elos: Eixo da junta: Deve-se alinhar $\hat{Z}_{i}$} com o eixo da junta $i$ sendo ela rotacional ou prismática. - -\textbf{Origem do sistema $i$:} Deve-se localizar a origem do sistema $i$, na intersecção de $\hat{Z}_{i}$ e $\hat{Z}_{i+1}$ ou na intersecção da normal comum a $\hat{Z}_{i}$ e $\hat{Z}_{i+1}$ com o eixo $\hat{Z}_{i}$. - -\textbf{Eixo $\hat{X}_{i}$:} $\hat{X}_{i}= \pm \hat{Z}_{i}\times \hat{Z}_{i+1}$ ou sobre a normal comum entre $\hat{Z}_{i}$ e $\hat{Z}_{i+1}$. - -\textbf{Eixo $\hat{Y}_{i}$:} $\hat{Y}_{i}= + \hat{Z}_{i}\times \hat{X}_{i}$ para completar o sistema. - -\textbf{Sistema de coordenadas $n$ :}$\hat{Z}_{n}$ é o eixo da junta $n$. A origem e o eixo $\hat{X}_{n}$ podem ser definidos livremente. De modo geral, para fazer com que os parâmetros dos elos sejam zero, alinha-se $\hat{X}_{n}$ na mesma direção que $\hat{X}_{n-1}$, apontando para fora do robô. $\hat{Y}_{n}$ apenas completa o sistema. +%\textbf{Sistema de coordenadas da base:} Deve-se estabelecer o sistema de coordenadas da base \{$\hat{X}_{0}$,$\hat{Y}_{0}$,$\hat{Z}_{0}$\} na base de apoio do robô, de tal forma que o sistema \{0\} fique alinhado com o sistema \{1\} quando a variável de unta 1 for zero. +% +%\textbf{Sistema de coordenadas dos elos: Eixo da junta: Deve-se alinhar $\hat{Z}_{i}$} com o eixo da junta $i$ sendo ela rotacional ou prismática. +% +%\textbf{Origem do sistema $i$:} Deve-se localizar a origem do sistema $i$, na intersecção de $\hat{Z}_{i}$ e $\hat{Z}_{i+1}$ ou na intersecção da normal comum a $\hat{Z}_{i}$ e $\hat{Z}_{i+1}$ com o eixo $\hat{Z}_{i}$. +% +%\textbf{Eixo $\hat{X}_{i}$:} $\hat{X}_{i}= \pm \hat{Z}_{i}\times \hat{Z}_{i+1}$ ou sobre a normal comum entre $\hat{Z}_{i}$ e $\hat{Z}_{i+1}$. +% +%\textbf{Eixo $\hat{Y}_{i}$:} $\hat{Y}_{i}= + \hat{Z}_{i}\times \hat{X}_{i}$ para completar o sistema. +% +%\textbf{Sistema de coordenadas $n$ :}$\hat{Z}_{n}$ é o eixo da junta $n$. A origem e o eixo $\hat{X}_{n}$ podem ser definidos livremente. De modo geral, para fazer com que os parâmetros dos elos sejam zero, alinha-se $\hat{X}_{n}$ na mesma direção que $\hat{X}_{n-1}$, apontando para fora do robô. $\hat{Y}_{n}$ apenas completa o sistema. \textbf{Parâmetros das juntas e elos:} \begin{itemize} @@ -846,56 +842,55 @@ Uma das cr \label{fig:dhmod} \end{figure} -\subsection{Transformação entre \textit{Frames} a partir dos Parâmetros de Denavit-Hartenberg Modificados} - -Da definição dos parâmetros de Denavit-Hartenberg modificados, pode-se perceber que um ponto $P_i$, expresso no sistema de coordenadas $i$, pode ser expresso no sistema de coordenadas $i?1$ realizando-se a seguinte sequência de transformações: - -\begin{enumerate} - \item \textbf{Translação} de $d_i$ ao longo de $\hat{Z}_{i}$. - \begin{equation} - D_z(d_i)=\begin{bmatrix} - 1 & 0& 0& 0\\ - 0 & 1& 0&0\\ - 0& 0& 1& d_i\\ - 0& 0& 0& 1 - \end{bmatrix} - \end{equation} - - \item \textbf{Rotação} de um ângulo $\theta_i$ em torno de $\hat{Z}_{i}$, para alinhar $\hat{X}_{i}$ com $\hat{X}_{i-1}$. - \begin{equation} - R_z(\theta_i)=\begin{bmatrix} - \cos\theta_i & -\sin\theta_i & 0& 0\\ - \sin\theta_i & \cos\theta_i & 0& 0\\ - 0& 0& 1& 0\\ - 0& 0& 0& 1 - \end{bmatrix} - \end{equation} - - \item \textbf{Translação} de $a_{i-1}$ ao longo de $\hat{X}_{i-1}$ para tornar as origens coincidentes. - \begin{equation} - D_x(a_{i-1})=\begin{bmatrix} - 1 & 0 & 0& a_{i-1}\\ - 0& 1& 0& 0\\ - 0& 0& 1& 0\\ - 0& 0& 0& 1 - \end{bmatrix} - \end{equation} - - \item \textbf{Rotação} de um ângulo $\alpha_{i-1}$ em torno de $\hat{X}_{i-1}$, para alinhar $\hat{Z}_{i}$ com $\hat{Z}_{i-1}$. - \begin{equation} - R_x(\alpha_i)=\begin{bmatrix} - 1 & 0& 0& 0\\ - 0& \cos\alpha_{i-1}& -\sin\alpha_{i-1}& 0\\ - 0& \sin\alpha_{i-1}& \cos\alpha_{i-1}& 0\\ - 0& 0& 0& 1 - \end{bmatrix} - \end{equation} - -\end{enumerate} - -Logo, +Para realizar a transformação entre \textit{frames} a partir dos parâmetros de Denavit-Hartenberg modificados, considerando que, por exemplo, um ponto $P_i$, expresso no sistema de coordenadas $i$, seja expresso no sistema de coordenadas ${i-1}$, deve-se utilizar a sequência de rotações da equação~\ref{eq:transfframemod}. A descrição completa das matrizes de translação e rotação estão devidamente apresentadas no trabalho de \cite{Craig:1989}. + +%Da definição dos parâmetros de Denavit-Hartenberg modificados, pode-se perceber que um ponto $P_i$, expresso no sistema de coordenadas $i$, pode ser expresso no sistema de coordenadas $i?1$ realizando-se a seguinte sequência de transformações: + +%\begin{enumerate} +% \item \textbf{Translação} de $d_i$ ao longo de $\hat{Z}_{i}$. +% \begin{equation} +% D_z(d_i)=\begin{bmatrix} +% 1 & 0& 0& 0\\ +% 0 & 1& 0&0\\ +% 0& 0& 1& d_i\\ +% 0& 0& 0& 1 +% \end{bmatrix} +% \end{equation} +% +% \item \textbf{Rotação} de um ângulo $\theta_i$ em torno de $\hat{Z}_{i}$, para alinhar $\hat{X}_{i}$ com $\hat{X}_{i-1}$. +% \begin{equation} +% R_z(\theta_i)=\begin{bmatrix} +% \cos\theta_i & -\sin\theta_i & 0& 0\\ +% \sin\theta_i & \cos\theta_i & 0& 0\\ +% 0& 0& 1& 0\\ +% 0& 0& 0& 1 +% \end{bmatrix} +% \end{equation} +% +% \item \textbf{Translação} de $a_{i-1}$ ao longo de $\hat{X}_{i-1}$ para tornar as origens coincidentes. +% \begin{equation} +% D_x(a_{i-1})=\begin{bmatrix} +% 1 & 0 & 0& a_{i-1}\\ +% 0& 1& 0& 0\\ +% 0& 0& 1& 0\\ +% 0& 0& 0& 1 +% \end{bmatrix} +% \end{equation} +% +% \item \textbf{Rotação} de um ângulo $\alpha_{i-1}$ em torno de $\hat{X}_{i-1}$, para alinhar $\hat{Z}_{i}$ com $\hat{Z}_{i-1}$. +% \begin{equation} +% R_x(\alpha_i)=\begin{bmatrix} +% 1 & 0& 0& 0\\ +% 0& \cos\alpha_{i-1}& -\sin\alpha_{i-1}& 0\\ +% 0& \sin\alpha_{i-1}& \cos\alpha_{i-1}& 0\\ +% 0& 0& 0& 1 +% \end{bmatrix} +% \end{equation} +% +%\end{enumerate} \begin{equation} +\label{eq:transfframemod} {}^{i-1}T_i=R_x(\alpha_{i-1})D_x(a_{i-1})R_z(\theta_i)D_z(d_i)=\begin{bmatrix} \cos\theta_i & -\sin\theta_i & 0 & a_{i-1}\\ \sin\theta_i\cos\alpha_{i-1} & \cos\theta_i\cos\alpha_{i-1} & -\sin\alpha_{i-1} & -\sin\alpha_{i-1}d_i\\ @@ -924,7 +919,7 @@ Logo, Parâmetro & Valor \\ \hline Tensão Nominal & \SI{12}{\volt} \\ - Velocidade a Vazio & \SI{10.47198}{\radian\per\second} \\ + Velocidade a Vazio & \SI{100}{\radian\per\minute} \\ Torque Nominal & \SI{0.1962}{\newton\meter} \\ \hline \end{tabular} @@ -1705,9 +1700,9 @@ Os ganhos encontrados para esta junta foram (Kp:0,1 Ki:0,001 Kd:0,0008). O gr \chapter{Conclusão} % Pode-se ter diversos apêndices - O presente trabalho apresentou todas as etapas do projeto, desenvolvimento e simulação de uma prótese de mão humana, juntamente com a implementação de um controlador PID em simulação, utilizando ROS e o simulador Gazebo. +O presente trabalho apresentou todas as etapas do projeto, desenvolvimento e simulação de uma prótese de mão humana, juntamente com a implementação de um controlador PID em simulação, utilizando ROS e o simulador Gazebo. - Inicialmente foi realizado um estudo sobre mãos robóticas e suas principais características e morfologias, o que serviu de inspiração e referência para a definição do modelo simplificado proposto por este trabalho. +Inicialmente foi realizado um estudo sobre mãos robóticas e suas principais características e morfologias, o que serviu de inspiração e referência para a definição do modelo simplificado proposto por este trabalho. Foi realizado também, um estudo referente aos mais variados tipos de preensões de mão, quais são os principais e suas devidas funcionalidades. diff --git a/gabs.bib b/gabs.bib index b25d230..b157d4c 100644 --- a/gabs.bib +++ b/gabs.bib @@ -3,104 +3,11 @@ title="Robotic Grasping of Novel Objects using Vision", journal="The International Journal of Robotics Research", volume="27", + address="Stanford, CA, USA" pages="157-173", year="2008" } -@inproceedins{2, - author="Ch. Borst and M. Fischer and G. Hirzinger", - title="Grasping the Dice by Dicing the Grasp", - booktitle="Proceedings of the 2003 IEEE/RSJ Intl. Conference on Intelligent Robots and Systems ", - pages="3692-3697", - year="2003" -} - -@article{3, - author="M. Carroza and P. C. Dario and R. Lazzarini", - title="An actuator system for a novel biomechatronics prosthetic hand", - year="2000" -} - - -@inproceedings{4, - author="G. Caurin and A. Mirandola and A. Albuquerque", - title="Manipulation Strategy for an Anthropomorphic robotic hand", - booktitle="Proceedings of 2004/RSJ Internatinal Conference on Intelligent Robots and Systems", - year="2004" -} - -@inproceedings{6, - author="S. Ekval and D. Kragic", - title="Interactive Grasp Learning Based on Human Demonstration", - booktitle="Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation", - year="2004" -} - -@inproceedings{7, - author="G. El Koura and K. Singh", - title="Handrix: Animating the Human Hand", - booktitle="Proceedings of the Eurographics/SIGGRAPH Symposium on Computer Animation", - year="2003" -} - -@inproceedings{8, - author="A. Goldenberg ", - title="Analysis of Force Control Based on Linear Models", - booktitle="Proceedings of the IEEE International Conference", - volume="2", - pages="1348-1353", - year="1992" -} - -@inproceedings{9, - author="A. Goldenberg", - title="Implementation Of Force And Impedance Control In Robot Manipulators", - booktitle="Proceedings of the IEEE International Conference", - volume="3", - year="1988" -} - -@techreport{10, - author="L. Han and J. Trinkle and Z. Li", - title="Grasp Analysis as linear Matrix Inequality Problems", - organization="Texas A \& M University", - year="1998" -} - -@inproceedings{11, - author="N. Pollard and V. Zordan", - title="Physically Based Grasping Control from Example", - booktitle="Eurographics/ACM SIGGRAPH Symposium on Computer Animation", - year="2005" -} - -@book{12, - author="F. Valero and J. Cuevas", - title="A mathematical approach to the mechanical capabilities of limbs and fingers", - booktitle="Progress in Motor Control", - year="2006" -} - -@article{13, - author="G. Zeng and A. Hemami", - title="An overview of robot force control", - journal="Robotica", - year="1997" -} - -@article{14, - author="A. and Wege G.", - title="Development and Control of a Hand Exoskeleton for Rehabilitation of Hand Injuries", - year="2003" -} - -@inproceedings{15, - author="Y. Ikuo and K. Takemura and T. Maeno", - title="Development of a Robot Finger for Fivefingered Hand using Ultrasonic Motors", - booktitle="Proceedings of the 2003 IEEE/RSJ Intl. Conference on Intelligent Robots and Systems", - year="2003" -} - @mastersthesis{Pinto:1999, author="S. Pinto", title="Projeto, Implementa{\c{c}}{\~a}o e Avalia{\c{c}}{\~a}o de uma {\'O}rtese Funcional Robotizada de M{\~a}o", @@ -109,27 +16,13 @@ year="1999" } -@article{Peixoto2017, - author = {Peixoto, Alberto Monteiro and Zimpel, Sandra Adriana and de Oliveira, Augusto C{\'{e}}sar Alves and Monteiro, Roberto Luiz Souza and Carneiro, Tereza Kelly Gomes}, - doi = {10.1590/1809-2950/17029524042017}, - file = {:C$\backslash$:/Users/Pichau/Desktop/amput.pdf:pdf}, - issn = {2316-9117}, - journal = {Fisioterapia e Pesquisa}, - keywords = {amputation,ap{\'{e}}ndice o prominencia del,cuerpo,disarticulation,en la ocurrencia de,la amputaci{\'{o}}n es un,otro,prevalence,recurso terap{\'{e}}utico,remoci{\'{o}}n de un miembro,resumen,utilizado para realizar la}, - number = {4}, - pages = {378--384}, - title = {{Preval{\^{e}}ncia de amputa{\c{c}}{\~{o}}es de membros superiores e inferiores no estado de Alagoas atendidos pelo SUS entre 2008 e 2015}}, - url = {http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci{\_}arttext{\&}pid=S1809-29502017000400378{\&}lng=pt{\&}tlng=pt}, - volume = {24}, - year = {2017} -} - @article{AN:1979, author="KN. An and EY. Chao and WP. Cooney and RL. Linscheid", title="Normative Model of human hand for biomechanical Analisys", journal="Journal of biomechanics", volume="12", + address="Rochester, Minnesota, USA", pages="775-788", year="1979" } @@ -137,7 +30,8 @@ @article{Brook:1995, author="N. Brook and J. Mizrahi and M. Shoham and J. Dayan", title="A biomechanical model of index finger dynamics", - journal="Med. Eng. Phys", + journal="Medical Engineering and Physics", + address="Haifa, Israel", volume="17", pages="54-63", year="1995" @@ -147,6 +41,7 @@ author="M. Bergamasco and M. S. Scattareggia", title="The Mechanical Design of the MARCUS Prosthetic Hand", booktitle="IEEE International Workshop on Robot and Human Communication", + location="Tokyo, Japan", pages="95-100", year="1995" } @@ -154,15 +49,17 @@ @article{Becker:1986, author="J. C. Becker and N. V. Thakor and K. V. Gruben", title="A Study of Humand Hand Tendom Kinematics with applications to Robot Hand Design", - journal="IEEE", + journal="IEEE International Conference on Robotics and Automation", pages="1540-1545", + address="San Francisco, CA, USA", year="1986" } @inproceedings{Biagiotti:2002, author="L. Biagiotti and F. Lotti and C. Melchiorri and G. Vassura", title="Design Aspects for Advanced Robot Hands", - journal="IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems", + booktitle="IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems", + location=Lausanne, Switzerland, pages="1-16", year="2002" } @@ -171,7 +68,7 @@ author="L. Biagiotti and F. Lotti and C. Melchiorri and G. Vassura", title="How far is the Human Hand?, A review on Anthropomorphic Robotic End-Effectors", institution="DEIS (University of Bologna)", - address="Bologna", + address="Bologna, Italy", year="2004" } @@ -180,6 +77,7 @@ title="A Kinematic Model of the Human Hand torso Evaluate its Prehensile Capabilities", journal="Biomechanics Journal", volume="25", + address="Lowell, Massachusetts, USA", pages="149-162", year="1992" } @@ -188,6 +86,7 @@ author="M. Cutkosky", title="On Grasp Choice, Grasp Models, and the Design of Hands for Manufacturing Tasks", journal="Robotics and Automation, IEEE Transactions", + address="Stanford, CA, USA", volume="5", pages="269-279", year="1989" @@ -196,7 +95,7 @@ @article{Fujii:1998, author="S. Fujii and D. Nishikawa and H. Yoko", title="Development of a Prosthetic Hand Using Adaptable Control Method for Human Characteristics", - journal="IOS Press", + journal="Intelligent Autonomous Systems IAS-5", address="Amsterdam, The Netherlands", volume="5", pages="360-376", @@ -207,6 +106,7 @@ author="C. J. Hasser and M. R. Cutkosky", title="System Identification of the Human Hand Grasping a Haptic Knob", booktitle="Proceedings of the 10th Symposium on Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperator Systems (HAPTICS 2002)", + location="Orlando, FL, USA", year="2002" } @@ -214,7 +114,7 @@ author="H. A. Hermini", title="Modelagem, Implementa{\c{c}}{\~{a}}o e Controle de Sistemas Biomec{\^{a}}nicos envolvendo Aspectos Cinem{\'{a}}ticos", school="Universidade Estadual de Campinas FEM", - address="Campinas", + address="Campinas, SP", year="2000" } @@ -222,14 +122,16 @@ author="W. Jimmy and M. Soto and G. Gini", title="Robotic Hands: Design Review and Proposal of New Design Process", booktitle="Proceedings Of World Academy Of Science, Engineering And Technology", + location="Egypt", volume="20", + pages="57-62", year="2007" } @book{Kapandji:1987, author="I. A. Kapandji", title="Fisiologia Articular", - publisher="Editora Manole LTDA, S\~a Paulo", + publisher="Editora Manole LTDA, S\~ao Paulo", address="S\~ao Paulo", year="1987" } @@ -238,6 +140,7 @@ author="M. Nakamura and W. Mendesand and G. Lobato and E. Reichenhein", title="Sistema {\'{U}}nico de Sa{\'{u}}de (SIH-SUS): uma avalia{\c{c}}{\~{a}}o do seu desempenho para a identifica{\c{c}}{\~{a}}o do near miss materno.", journal="Cad. Sa{\'{u}}de P{\'{u}}blica.", + address="Rio de Janeiro, RJ", pages="1333-1345", year="2013" } @@ -246,15 +149,16 @@ author="F. Aviles", title="Projeto, Concep{\c{c}}{\~{a}}o, Simula{\c{c}}{\~{a}}o de Preens{\~{a}}o para utiliza{\c{c}}{\~{a}}o em Dispositivos Rob{\'{o}}ticos: Estudo de caso dispositivo Mecatr{\^{o}}nico MUC-1", school="Universidade Estadual de Campinas", - address="Campinas-SP", + address="Campinas, SP", year="2008" } @article{Kyberd:1995, author="P. Kyberd and O. E. Holland and P. H. Chappell", title="MARCUS: A two degree of freedom hand prosthesis with hierarchical grip control", - journal="IEEE Trans Rehab Eng", + journal="IEEE Transactions on Rehabilitation Engineering", volume="3", + address="Headington, UK", pages="70-76", year="1995" } @@ -263,7 +167,7 @@ author="Datasus", title="Informa{\c{c}}{\~{o}}es de Sa{\'{u}}de (Tabnet)", journal="Minist{\'{e}}rio da Sa{\'{u}}de", - address="Bras{\'{i}}lia-DF", + address="Bras{\'{i}}lia, DF", year="2016" } @@ -271,6 +175,7 @@ author="C. M. Light and P. H. Chappell", title="The development of an advanced multi-axis myoprosthesis and controller", booktitle="Proceedings of the MEC99", + location="Southampton, UK" pages="70-76", year="1999" } @@ -280,6 +185,7 @@ title="Robot Hands and the Mechanics of Manipulation", series="The MIT Press Series in Artificial Intelligence", publisher="MIT", + address="Cambridge, MA, USA", year="1985" } @@ -295,6 +201,7 @@ author="D. Magee", title="Orthopedic Physical Assessment", publisher="W. B. Saunders", + address= "Philadelphia, USA", edition="3th edition", year="1997" } @@ -311,6 +218,7 @@ author="P. Parada and M. Ceccarelli and E. Rodriguez", title="A Methodology for the Design of Robotic Hands with Multiple Fingers", journal="International Journal of Advanced Robotic Systems", + address="Merida, Venezuela", volume="5", year="2008" } @@ -320,6 +228,7 @@ title="A New Ultralight Anthropomorphic Hand", booktitle="Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2001", volume="3", + location="Seoul, South Korea", pages="2437-2441", year="2001" } @@ -327,8 +236,9 @@ @article{Schulz:2005, author="S. Schulz and C. Pylatiuk and M. Reischl and J. Martin and R. Mikut and G. Bretthauer", title="A hydraulically driven multifunctional prosthetic hand", - journal="Robotica", + journal="Robotica - Cambridge University Press", volume="23", + address="Cambrigde, UK", pages="293-299", year="2005" } @@ -337,16 +247,17 @@ author="G. L. Taylor and R. J. Schwartz", title="The Anatomy and Mechanics of the Human Hand", journal="Artificial Limbs", + address="Oakland, California, USA", volume="2", pages="22-35", year="1955" } -@techreport{Peixoto:2017, +@inproceedings{Peixoto:2017, author="A. Peixoto and S. Zimpel and A. Oliveira and R. Monteiro and T. Carneiro", title="Preval{\^{e}}ncia de amputa{\c{c}}{\~{o}}es de membros superiores e inferiores no estado de Alagoas atendidos pelo SUS entre 2008 e 2015", - organization="Universidade Estadual de Ci{\^{e}}ncias da Sa{\'{u}}de de Alagoas (Uncisal)", - address="Macei{\'{o}} (AL) - Brasil.", + booktitle="Fisioterapia e Pesquisa" + location="Macei{\'{o}}, AL", pages="378-384", year="2017" } @@ -355,14 +266,25 @@ author="Y. Matsuoka", title="Embodiment and Manipulation Learning Process for a Humanoid Hand", organization="Massachusetts Institute of Technology", + address="Cambridge, MA, USA", year="1995" } -@article{Linden:1995, +@incollection{Linden:1995, + crossref="Trombly:1995", author="C. A. Linden and C. A. Trombly", title="Orthoses: Kinds and Purposes", - journal="Occupational Therapy for Physical Dysfunction", + booktitle="Occupational Therapy for Physical Dysfunction", volume="4", + pages="551-581" +} + +@book{Trombly:1995, + author="C. A. Trombly", + title="Occupational Therapy for Physical Dysfunction", + volume="4", + publisher="Baltimore : Williams and Wilkins", + address="Baltimore, Maryland, USA", year="1995" } @@ -371,6 +293,7 @@ title="Restoration of Functional Control by Electrical Stimulation in the Upper Extremity of the Quadriplegic Patient", journal=" Journal of Bone and Joint Surgery", volume="70A", + address="Cleveland, Ohio, USA", pages="441-447", year="1988" } @@ -386,6 +309,7 @@ author="D. Popescu and M. Ivanescu and R. Popescu and A. Bumbea", title="Post-Stroke Assistive Rehabilitation Robotic Gloves", booktitle="Proceedings of the International Conference and Exposition on Electrical and Power Engineering", + location="Iasi, Romania", year="2016" } @@ -393,7 +317,7 @@ author="J. Kawashimo and Y. Yamanoi and R. Kato", title="Development of Easily Wearable Assistive Device with Elastic Exoskeleton for Paralyzed Hand", booktitle="Proceedings of the 26th IEEE International Symposium on Robot and Human Interactive Communication", - address="Lisbon, Portugal", + location="Lisbon, Portugal", year="2017" } @@ -401,9 +325,8 @@ author="Y. Yun and P. Esmatloo and A. Serrato and C. Merring and A. Deshpande", title="Methodologies for determining minimal grasping requirements and sensor locations for sEMG-based assistive hand orthosis for SCI patients", booktitle="Proceedings of the International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR)", - address="London, {UK}", + location="London, UK", pages="17-20", - month="", year="2017" } @@ -448,3 +371,21 @@ type="Disserta{\c c}{\~a}o (Mestrado em Engenharia El{\'e}trica)", note="Orientador: Walter Fetter Lages" } + +@book{Fu:1987, + author = "Fu, King Sun and Gonzalez, R. C. and Lee, C. S. G.", + title = "Robotics: Control, Sensing, Vision, and Intelligence", + publisher = "McGraw-Hill, Inc.", + volume= "1", + address = "New York, NY, USA", + year = "1987" +} + +@book{Craig:1989, + author = "Craig, John J.", + title = "Introduction to Robotics: Mechanics and Control", + edition = "2nd", + publisher = "Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc.", + address = "Boston, MA, USA", + year = "1989" +}