Manipuladores paralelos são aqueles que possuem mais de uma cadeia cinemática que liga a base ao efetuador final. Esta característica proporciona vantagens sobre os manipuladores em série, como maior robustez, maior carga útil e maior velocidade. Por outro lado, as singularidades presentes nos manipuladores paralelos diminuem a área de trabalho prejudicando o desempenho dos mesmos. Uma técnica para evitar as singularidades é a redundância cinemática, que consiste em adicionar atuadores às cadeias cinemáticas possibilitando a reconfiguração do manipulador. Além disso, a redundância cinemática pode melhorar também a rigidez, a robustez, a precisão do sistema, entre outras características, provando ser uma boa alternativa para melhorar o desempenho de manipuladores. Entretanto, alguns dos problemas encontrados em manipuladores paralelos com níveis de redundância altos são os modelos com dinâmica acoplada, que dificultam a implementação de simulações, e o controle ainda mais complexo do que manipuladores paralelos não redundantes. Portanto, esta tese apresenta um estudo sobre o controle de um manipulador paralelo versátil redundante e o impacto dos níveis de redundância cinemática sobre seu desempenho dinâmico. O protótipo consiste de um manipulador paralelo planar atuado por três motores rotacionais e três guias lineares acionadas por motores rotacionais. O acionamento ou não do movimento da guia linear define a redundância do sistema garantindo a versatilidade do protótipo, que pode apresentar de nenhum a três níveis de redundância cinemática. Essa variação permite a avaliação do impacto de diferentes níveis de redundância cinemática no manipulador. Além disso, dois controles baseados no modelo do manipulador, o controle torque calculado e o controle com linearização por retroalimentação, foram implementados para minimizar o impacto da dinâmica acoplada e não linearidades. Estes controles foram comparados com um controle tradicional como referência de comparação. Os resultados demonstraram que o desempenho do manipulador é melhorado utilizando três níveis de redundância e o controle torque calculado em termos de erro de posição e torques executados. / Parallel manipulators are those that have more than one kinematic chain linking the base to the end-effector. This feature provides advantages over serial manipulators, such as greater robustness, higher payload and higher speed. On the other hand, the singularities present in the parallel manipulators decrease the workspace and impair their performance. One technique to avoid the singularities is the kinematic redundancy, which consists of adding actuators to the kinematic chains allowing the reconfiguration of the manipulator. In addition, kinematic redundancy can also improve stiffness, robustness, accuracy, and other features proving to be a good alternative to improve the performance of manipulators. However, some of the problems encountered in parallel manipulators with high levels of redundancy are models with coupled dynamics, that hamper simulations, and even more complex control than non-redundant parallel manipulators. Therefore, this thesis presents a study on the control of a versatile redundant parallel manipulator and the impact of kinematic redundancy levels on its dynamic performance. The prototype consists of a parallel planar manipulator actuated by three rotational motors and three linear guides driven by rotational motors. Whether or not linear motion is triggered defines the redundancy of the robotic system, ensuring the versatility of the prototype, which can vary from no to three levels of kinematic redundancy. This variation allows the impact evaluation of different levels of kinematic redundancy in the manipulator. In addition, two controls based on the manipulator model, the computed torque control and the feedback linearization control were implemented to minimize the impact of coupled dynamics and nonlinearities. These controls were compared with a traditional control as reference. The results demonstrated that the manipulator performance is improved by using three levels of redundancy and the computed torque control in terms of position error and executed torques.

Propõe-se, com este trabalho, estudar numericamente se a redundância cinemática e a redundância de atuação podem ser boas alternativas para que manipuladores planares de cinemática paralela atinjam altas acelerações. Sabe-se que estes tipos de redundância promovem uma redução de singularidades do sistema robótico entre outros benefícios. No entanto, a avaliação comparativa do desempenho dinâmico de manipuladores redundantes ainda é pouco estudada. Este estudo não é trivial pois a redundância significa não somente o aumento do torque disponível, mas também que a inércia do sistema foi aumentada. A avaliação numérica deste trabalho se dará por meio do desenvolvimento de modelos cinemáticos e dinâmicos das possíveis configurações de manipuladores paralelos planares com redundância cinemática e redundância de atuação. Esta avaliação pode ser feita pela comparação entre os manipuladores redundantes e o não-redundante para desenvolver uma mesma trajetória do end-effector. Entretanto, esta avaliação é dependente da trajetória, logo esse trabalho também propõe uma avaliação através de um índice dinâmico em toda a área de trabalho dos manipuladores. / The aim of this work is to study numerically if the kinematic redundancy and the actuation redundancy can be good alternatives for parallel planar manipulators to achieve high accelerations. It is known that types of redundancy promote, among other benefits, a significant reduction in the singularities. However, the evaluation of the redundancy as a good solution to increase the dynamic performance was not studied. This study is not trivial because the redundancy means not only that there is more torque available, but also that the inertia of the system has been considerably increased. Different configurations of the redundant manipulator will be evaluated numerically through kinematic and dynamic models. This evaluation can be performed by the comparison among the non redundant manipulator and the redundant manipulators to execute the same task. This evaluation is task dependent, so this work proposes a dynamic index to desing dynamic maps over the workspace.

Propõe-se, com este trabalho, estudar numericamente se a redundância cinemática e a redundância de atuação podem ser boas alternativas para que manipuladores planares de cinemática paralela atinjam altas acelerações. Sabe-se que estes tipos de redundância promovem uma redução de singularidades do sistema robótico entre outros benefícios. No entanto, a avaliação comparativa do desempenho dinâmico de manipuladores redundantes ainda é pouco estudada. Este estudo não é trivial pois a redundância significa não somente o aumento do torque disponível, mas também que a inércia do sistema foi aumentada. A avaliação numérica deste trabalho se dará por meio do desenvolvimento de modelos cinemáticos e dinâmicos das possíveis configurações de manipuladores paralelos planares com redundância cinemática e redundância de atuação. Esta avaliação pode ser feita pela comparação entre os manipuladores redundantes e o não-redundante para desenvolver uma mesma trajetória do end-effector. Entretanto, esta avaliação é dependente da trajetória, logo esse trabalho também propõe uma avaliação através de um índice dinâmico em toda a área de trabalho dos manipuladores. / The aim of this work is to study numerically if the kinematic redundancy and the actuation redundancy can be good alternatives for parallel planar manipulators to achieve high accelerations. It is known that types of redundancy promote, among other benefits, a significant reduction in the singularities. However, the evaluation of the redundancy as a good solution to increase the dynamic performance was not studied. This study is not trivial because the redundancy means not only that there is more torque available, but also that the inertia of the system has been considerably increased. Different configurations of the redundant manipulator will be evaluated numerically through kinematic and dynamic models. This evaluation can be performed by the comparison among the non redundant manipulator and the redundant manipulators to execute the same task. This evaluation is task dependent, so this work proposes a dynamic index to desing dynamic maps over the workspace.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ana Marta Soranso.pdf: 1651613 bytes, checksum: caeedf53d6994dc87ab196226a803114 (MD5) Previous issue date: 2006-07-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objective of this work was to evaluate the dynamic performance of an agricultural tractor utilizing distilled biodiesel (50% ethylic + 50% methylic) in proportion function of biodiesel and diesel of petroleum (0 and 100%, 5 and 95%, 15 and 85%, 25 and 75%, 50 and 50%, 75 and 25% and 100 and 0%) respectively. This research was done in the area of the department of Rural Engineering of the State University Paulista -UNESP, campus of Jaboticabal - SP, located in the latitude 21º 14 28 S e longitude 48º 17 12 W, and a tractor 4x2 FWA was used, with power of 73,6 kW (100 cv) in the motor and a ballast tractor. The used biodiesel was produced the base of residual oil of fried foods. The experimental design was entirely casualized, with 7 treatments and 5 repetitions, totaling 35 observations. The results evidenced that the mixture, biodiesel and diesel, influenced the variables significantly, hourly volumetric consumption, hourly mass consumption, fuel consumption for worked area and specific fuel consumption. When the tractor operated with 100% of biodiesel (B100) the specific consumption increased 18% on average in relation to the diesel (B0). / O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho dinâmico de um trator agrícola, funcionando com biodiesel destilado (50% etílico + 50% metílico), em função das seguintes proporções de biodiesel e diesel de petróleo: 0 e 100%, 5 e 95%, 15 e 85%, 25 e 75%, 50 e 50%, 75 e 25% e 100 e 0%, respectivamente. O experimento foi realizado em área do departamento de Engenharia Rural da Universidade Estadual Paulista - UNESP, campus de Jaboticabal - SP, localizado na latitude 21º 14 28 S e longitude 48º 17 12 W. Foi utilizado um trator 4x2 TDA, com potência de 73,6 kW (100 cv) no motor e um trator de lastro. O biodiesel utilizado foi produzido à base de óleo residual de fritura de alimentos. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado (DIC), com 7 tratamentos e 5 repetições, totalizando 35 observações. Os resultados evidenciaram que a mistura, biodiesel e diesel de petróleo, influenciou significativamente as variáveis: consumo horário volumétrico, consumo horário ponderal, consumo de combustível por área trabalhada e consumo especifico. Quando o trator operou com 100% de biodiesel (B100) o consumo específico aumentou, em média, 18%, em relação ao diesel (B0).

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:48:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ana Marta Soranso.pdf: 1651613 bytes, checksum: caeedf53d6994dc87ab196226a803114 (MD5) Previous issue date: 2006-07-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objective of this work was to evaluate the dynamic performance of an agricultural tractor utilizing distilled biodiesel (50% ethylic + 50% methylic) in proportion function of biodiesel and diesel of petroleum (0 and 100%, 5 and 95%, 15 and 85%, 25 and 75%, 50 and 50%, 75 and 25% and 100 and 0%) respectively. This research was done in the area of the department of Rural Engineering of the State University Paulista -UNESP, campus of Jaboticabal - SP, located in the latitude 21º 14 28 S e longitude 48º 17 12 W, and a tractor 4x2 FWA was used, with power of 73,6 kW (100 cv) in the motor and a ballast tractor. The used biodiesel was produced the base of residual oil of fried foods. The experimental design was entirely casualized, with 7 treatments and 5 repetitions, totaling 35 observations. The results evidenced that the mixture, biodiesel and diesel, influenced the variables significantly, hourly volumetric consumption, hourly mass consumption, fuel consumption for worked area and specific fuel consumption. When the tractor operated with 100% of biodiesel (B100) the specific consumption increased 18% on average in relation to the diesel (B0). / O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho dinâmico de um trator agrícola, funcionando com biodiesel destilado (50% etílico + 50% metílico), em função das seguintes proporções de biodiesel e diesel de petróleo: 0 e 100%, 5 e 95%, 15 e 85%, 25 e 75%, 50 e 50%, 75 e 25% e 100 e 0%, respectivamente. O experimento foi realizado em área do departamento de Engenharia Rural da Universidade Estadual Paulista - UNESP, campus de Jaboticabal - SP, localizado na latitude 21º 14 28 S e longitude 48º 17 12 W. Foi utilizado um trator 4x2 TDA, com potência de 73,6 kW (100 cv) no motor e um trator de lastro. O biodiesel utilizado foi produzido à base de óleo residual de fritura de alimentos. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado (DIC), com 7 tratamentos e 5 repetições, totalizando 35 observações. Os resultados evidenciaram que a mistura, biodiesel e diesel de petróleo, influenciou significativamente as variáveis: consumo horário volumétrico, consumo horário ponderal, consumo de combustível por área trabalhada e consumo especifico. Quando o trator operou com 100% de biodiesel (B100) o consumo específico aumentou, em média, 18%, em relação ao diesel (B0).