Modelagem dinâmica e controle de robô manipulador de arquitetura paralela assimétrica de três graus de liberdade.

Abstract

Ad scientiam AGRADECIMENTOSAo meu orientador, prof. Tarcisio, pelas valiosas instruções, pela inesgotável paciência e por sempre acreditar que meu trabalho traria frutos para a árvore do conhecimento.Aos meus pais, pelo contínuo apoio e pela liberdade que sempre me deram para seguir meu próprio caminho.A todos que me ajudaram a multiplicar o escasso tempo que eu tinha disponível para o desenvolvimento deste trabalho. Em especial, à minha cunhada Martha, por cuidar de meu filho, ao Marco D'Elia do IPT, por me permitir cumprir um horário de trabalho flexível no IPT, e ao Roberto Oshiro e ao Renato Yamassaki do GMSIE POLI-USP, por providenciarem periféricos e conexão de rede para meu computador.Aos colegas de trabalho e amigos do IPT (incluindo ex-ipeteanos) e do GMSIE POLI-USP, que me incentivaram e que positivamente me cobravam sobre o andamento de meu trabalho. Em especial, ao Roberto Romano e ao Walter Ponge.Ao meu filho, Pedro, que em sua tenra idade compreendeu que eu precisava dedicar mais tempo ao trabalho que à família nesses últimos tempos. E, finalmente, à minha querida esposa, Paula, que está sempre ao meu lado nos mais variados caminhos que percorremos e com quem sempre posso compartilhar minhas dificuldades para ganhar força e seguir adiante. RESUMOEste trabalho trata da modelagem dinâmica e do projeto de sistemas de controle para um robô manipulador de arquitetura paralela assimétrica de três graus de liberdade, correspondente a três translações de seu efetuador no espaço tridimensional, concebido para tarefas de pega-e-põe (pick-and-place). Dentre os desenvolvimentos teóricos, procurou-se estender, para toda gama de robôs paralelos e topologicamente assimétricos, a abrangência dos procedimentos aplicados inicialmente a este caso específico. ABSTRACTThis work deals with the dynamic modeling and the design of control systems for an asymmetric parallel manipulator robot with three degrees of freedom, related to three translations of its end-effector in the tridimensional space, conceived for pick-andplace tasks. Among the theoretical developments, one of them was the extension of the proposed procedures, initially applied to this specific case, to the whole class of topologically asymmetric and parallel mechanisms. The Lagrange Method and the Principle of Virtual work were employed in order to build dynamic models based on rigid body assumption with either lumped or distributed mass simplification hypothesis. For the controllers' design, computed torque and extended computed torque techniques were used. The formulations of such techniques were elaborated in order to allow the calculation of the control efforts to be executed equivalently both on the actuators coordinates and on the end-effector coordinates, in accordance with the dynamic response requirements defined for the robot. These requirements may be even anisotropic, what is considered to be more suitable for asymmetric parallel robots. Particularly about the analyzed robot, the effects of dynamic model simplification and controller discretiza...

Desenvolvimento, modelagem matemática e simulação de um braço robótico acionado por CLP

“…Dessa maneira, um robô industrial pode ser definido como um sistema mecânico articulado que tem como objetivo principal a realização de operações pré-definidas que são realizadas através de um supervisor de controle que deverá especificar o que o manipulador terá que fazer para que o mesmo possa realizar as tarefas especificadas [4]. Por outro lado, um robô industrial é normalmente constituído de seis graus de liberdade, e o posicionamento de seu elemento terminal (ferramenta de operação) é especificado através do controle de suas variáveis articulares no sistema de coordenadas de trabalho [5].…”

Contribuições à modelagem dinâmica e ao controle de manipuladores paralelos.

“…Atualmente, este grande potencial já é muito bem explorado em tarefas de pick-andplace [19] e usinagem [71], entre outras. Porém, essas características promissoras muitas vezes vem ao custo de algumas inconveniências associadas a este tipo de arquitetura, como o grande número de componentes mecânicos, um espaço de trabalho mais limitado, e um modelo dinâmico muito mais complexo e de difícil obtenção [6,63]. Boa parte destas desvantagens, porém, podem ser contornadas através da escolha cuidadosa das juntas utilizadas, dos parâmetros cinemáticos, da topologia e do design mecânico [13,16,47,111], como é feito no robô Adept Quattro (figura 1).…”

“…Além disso, mesmo na hipótese do modelo dinâmico completo estar disponível, o emprego de técnicas de controle não linear pode acarretar um custo computacional muito elevado [29,85,116,118]. Este paradigma, aliado à escassez de trabalhos publicados com comprovação experimental de técnicas de controle aplicáveis a mecanismos paralelos [6], resulta na exploração insatisfatória dos potenciais promissores de tais máquinas, como resposta dinâmica rápida e alta precisão [2].…”