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Tipo: TCC
Título: Aproximação da cinemática inversa de um robô manipulador didático através de algoritmos de aprendizado de máquina
Autor(es): Ferreira, José Matheus Soares
Orientador: Coelho, David Nascimento
Palavras-chave em português: Robô manipulador;Cinemática inversa;Cinemática direta;Perceptron multicamadas;Modelos locais;Modelos globais
Palavras-chave em inglês: Robotic manipulator;Inverse kinematics;Direct kinematics;Multilayer perceptron;Local models;Global models
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Data do documento: 2024
Citação: FERREIRA, José Matheus Soares. Aproximação da cinemática inversa de um robô manipulador didático através de algoritmos de aprendizado de máquina. 2024. 77 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Computação) – Campus de Sobral, Universidade Federal do Ceará, Sobral, 2024.
Resumo: O cálculo da cinemática inversa é um desafio na robótica, especialmente para manipuladores robóticos, e métodos tradicionais muitas vezes não são eficazes. Este trabalho propôs a utilização de algoritmos de aprendizado de máquina, com foco em abordagens de modelos locais e globais, para aproximar a cinemática inversa de um robô manipulador didático. Especificamente, foram empregadas redes neurais Perceptron Multicamadas e o algoritmo K-means para os modelos locais segmentarem o espaço operacional. Inicialmente, a modelagem da cinemática direta é realizada, utilizando a notação de Denavit-Hartenberg, de modo a gerar um banco de dados contendo informações do espaço cartesiano e do espaço das juntas do manipulador. Este banco de dados é então filtrado, removendo amostras inalcançáveis e amostras próximas entre si no espaço cartesiano. A fase de otimização de hiperparâmetros para os modelos globais envolveu ajustar a melhor arquitetura das redes neurais, e para os modelos locais abrangeu determinar o número k de clusters que melhor dividisse o espaço operacional. A avaliação de desempenho dos algoritmos é feita com base nas medidas R2 e MSE, tanto no espaço das juntas como no espaço cartesiano, e os resultados obtidos evidenciam que ambas as abordagens se mostraram viáveis para a tarefa em questão, com a abordagem local superando a global.
Abstract: The calculation of inverse kinematics is a challenge in robotics, especially for robotic manipulators, and traditional methods are often ineffective. This work proposed the use of machine learning algorithms, focusing on local and global model approaches, to approximate the inverse kinematics of an educational robotic manipulator. Specifically, Multilayer Perceptron neural networks and the K-means algorithm were employed for the local models to segment the operational space. Initially, direct kinematics modeling is carried out using Denavit-Hartenberg notation to generate a database containing information about the Cartesian space and the manipulator’s joint space. This database is then filtered, removing unreachable samples and samples that are close to each other in Cartesian space. The hyperparameter optimization phase for the global models involved adjusting the best architecture of the neural networks, while for the local models, it included determining the optimal number k of clusters that best divided the operational space. The performance evaluation of the algorithms is based on R2 and MSE measures, both in joint space and in Cartesian space, and the results obtained demonstrate that both approaches proved viable for the task at hand, with the local approach outperforming the global one.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78816
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/0452365644639511
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-7410-5601
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/6772633589426873
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO-SOBRAL - Monografias

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