Dissertação

{pt_PT=Calibração cinemática de um robô manipulador para biópsia cerebral} {} EVALUATED

{pt=A biópsia cerebral é um procedimento cirúrgico comum na actualidade com o objectivo de retirar uma amostra de tecido para análise. Esta cirurgia, tal como muitas outras, tem a possibilidade de ser aperfeiçoada. A eficácia desta operação está relacionada, entre outras características, com a exactidão dos procedimentos e das ferramentas a serem utilizadas. Hoje em dia a robótica é um meio importante quando se pretende exactidões elevadas. Esta tese propõe um método de calibração cinemática direccionada para o manipulador KUKA LWR 4^+ e para o sistema óptico Polaris Specta como dispositivo de medição. A calibração do manipulador é realizada através de um algoritmo desenvolvido, baseado na teoria de calibração cinemática, e consiste num processo de medição de pontos num espaço de trabalho com um volume de um cérebro, os quais são comparados com valores nominais dados pelo controlador do manipulador. Através de métodos lineares de quadrados mínimos, a calibração é efectuada minimizando o erro entre os pontos lidos pelo sistema óptico e os pontos dados pelo controlador do manipulador, compensada numericamente a correcção dos parâmetros do manipulador definido através da convenção de Denavit-Hartenberg. Na simulação computacional, após a calibração, a convergência do erro foi verificada e foram obtidos erros de (7.84mm±0.81mm)×10^(-4) para a posição e de (2.06°±0.23°)×10^(-6) para a orientação, onde o tempo de computação estava directamente relacionado com o número de pontos da trajectória e com o planeamento da trajectória efectuado antes da calibração. , en=Nowadays brain biopsy is a common surgical procedure with the objective of removing a tissue sample for analysis. This surgery, like many others, has a chance to be improved. The efficiency of this operation is related, amongst other characteristics, with the accuracy of the procedure and tools used. Today robotics is an important mean when high accuracy is needed. This thesis proposes a kinematic calibration method directed to the KUKA LWR 4^+ manipulator and to the Polaris Spectra optical device as a measurement device. The manipulator calibration is performed through a developed algorithm based on kinematic calibration theory which consists in a measuring process of work space points with a brain volume that are compared to nominal values obtained by the robot controller. The calibration is performed through least square methods minimizing the error between the points obtained by the optical system and the points attained by the manipulator controller, numerically compensating the manipulator parameters defined with the Denavit-Hartenberg convention. After calibration in the computer simulation the error convergence was verified and the errors obtained were (7.84mm±0.81mm)×10^(-4) for position and (2.06°±0.23°)×10^(-6) for orientation where the computation time was directly related with the trajectory number of points and with the trajectory planning performed prior to calibration.}
{pt=Robótica, Calibração Cinemática, Biópsia Cerebral, KUKA, en=Robotics, Kinematic Calibration, Brain Biopsy, KUKA}

Junho 24, 2019, 9:0

Orientação

ORIENTADOR

Manuel Herculano Carvalho

Neurocirurgia, Hospital Santa Maria

Especialista

ORIENTADOR

Jorge Manuel Mateus Martins

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado