Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-08-28T16:30:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347850.pdf: 10486126 bytes, checksum: 552f33f62f6464215c4b3a7ed17c3ccf (MD5) Previous issue date: 2017 / A interação de robôs pode se dar por meio da ação de forças estáticas, ou seja, quando não existem movimentos significativos entre o robô e o meio, ou dinâmica, quando o robô está em movimento mantendo o contato com o meio. Quando a movimentação é relativamente lenta, é possível considerar a interação como quase-estática, pois os efeitos dinâmicos podem ser desprezados. Nas tarefas em que se exige contato a baixas velocidades, especificações e estudos sobre a capacidade de gerar forças e momentos (ou simplesmente capacidade de força) de robôs tornam-se interessantes. Em muitos casos, durante a execução da tarefa, a capacidade de força pode estar abaixo das forças requeridas pela tarefa em algum ponto da trajetória, o que pode acarretar a ocorrência de danos materiais ou ferimentos em pessoas durante o processo. A capacidade de força nos robôs depende basicamente do potencial de geração torques, ou forças em seus atuadores de revolução ou prismáticos respectivamente e das direções das forças aplicadas. Neste sentido surge o conceito de forças isotrópicas, que consiste na máxima magnitude de força que um robô pode aplicar ou suportar em todas as direções de acordo com uma postura. O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de um método, para obtenção dos mapas da capacidade de forças isotrópicas em manipuladores seriais planares em condições estáticas ou quase-estáticas. O estudo será realizado utilizando robôs com estruturas cinemática do tipo 3R, 4R, 5R e 6R. O método proposto tem como resultado um mapa de indicação das maiores forças isotrópicas que podem ser exercidas dentro da área de trabalho do robô. Os resultados obtidos permitem alocar uma tarefa na região com maior capacidade de força isotrópica, garantindo que a força mínima requerida pela execução da tarefa seja atendida. Neste trabalho, a modelagem estática é realizada através da teoria de helicóides e do método de Davies. A capacidade de força isotrópica é calculada através do método denominado fator de escala modificado. O método proposto é estudado por meio de casos e validado comparando os resultados com os métodos pesquisados no referencial teórico. / Abstract: The interaction of robots can occur through the action of static forces, when there is no significant movement between the robot and the environment, or dynamics, when the robot is in motion while maintaining contact with the environment. When the movement is relatively slow, it is possible to consider the interaction as quasi-static, since the dynamic effects can be neglected. In tasks requiring contact at low speeds, specifications and studies on the robots ability to generate forces and moments (or simply force capability) become interesting. In many cases, during the execution of the task, the force capability may be below the forces required by the task at some point in the trajectory, which can lead to material damage or injury people during the process. The capability of force in the robots depends basically on the potential of generation of torques, or forces in their revolution or prismatic actuators, respectively and on the directions of the applied forces. In this sense arises the concept of isotropic forces, which consists of the maximum magnitude of force that a robot can apply or support in all directions according to a posture. The main objective of this work is the development of a method to obtain the isotropic forces maps for planar serial manipulators under static or quasi-static conditions. The study will be performed using robots with kinematic structures of 3R, 4R, 5R and 6R type. The proposed method results in a map indicating the greatest isotropic forces that can be exerted within the workspace of the robot. The obtained results allow to allocate a task in the region with greater capability of isotropic force, ensuring that the minimum force required for the execution of the task is met. In this work, static modeling is performed through the screw theory and the Davies method. The isotropic force capability is calculated using the method called the modified scale factor. The proposed method is will be applied to several cases studies and validated by comparing the results obtained from it with the methods found in the literature.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T04:06:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 205017.pdf: 1532976 bytes, checksum: 3e785c0dd309085afad70d625b37310e (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T16:22:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T01:18:36Z : No. of bitstreams: 1 189218.pdf: 8834174 bytes, checksum: 0a97f02e742443161a59a2df2b9b59c8 (MD5) / Este trabalho tem como objetivo estudar o uso do controle de impedância no controle de um robô manipulador rígido. No trabalho é abordada a aplicação do controle de impedância implementado a partir de um controle de posição, através da inclusão de uma realimentação de esforço/torque, de maneira a tornar a impedância apresentada pelo manipulador exclusivamente dependente do controle. O desempenho do controle de impedância na forma desenvolvida é verificado em simulações numéricas para o caso do controle de um manipulador SCARA, considerando a sua estrutura completa. São simuladas movimentações no espaço livre e em contato com o meio, para a situação real e com variação paramétrica. O controle de impedância é implementado no manipulador SCARA Inter do laboratório de Robótica da Universidade Federal de Santa Catarina, utilizando a linguagem de programação Xoberon. Seu desempenho é comparado com os resultados obtidos nas simulações.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-18T21:29:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T03:07:29Z : No. of bitstreams: 1 147347.pdf: 3587194 bytes, checksum: 88c7628409175da71f8d04705a597093 (MD5)

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2012-10-19T01:13:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T03:25:04Z : No. of bitstreams: 1 149216.pdf: 3540689 bytes, checksum: effcc675ba10653de016df6c0395ba4b (MD5) / Este trabalho tem como objetivo principal o controle simultâneo de força e posição robusto de robôs manipuladores em contato com ambientes de elasticidade não linear. A finalidade do controlador é a automação do manuseio de peças flexíveis nos mais diversos tipos de linhas de montagem, proporcionando então, um avanço tecnológico na indústria de manufatura. A estratégia usada é o controle híbrido de força e posição. Este esquema atende simultaneamente trajetórias de referências de força e de posição especificadas no espaço de tarefa. Para proporcionar robustez ao controlador, os sub-controladores são implementados utilizando controladores de modos deslizantes. Na apresentação da teoria de estrutura variável é implementado um controlador de posiçao no espaço de juntas num robô SCARA industrial. O controlador híbrido de força e posição projetado é simulado numericamente, apresentando resultados satisfatórios com relação à estabilidade e à robustez.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T16:46:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T19:05:52Z : No. of bitstreams: 1 153197.pdf: 37503010 bytes, checksum: 7071c8230ef8fb598c64ed0bad9ba552 (MD5) / Este trabalho trata do problema do planejamento e programação de trajetórias em manipuladores servo controlados, com ênfase no uso das técnicas de projeto e de manufatura auxiliadas por computador (CAD/CAM). A proposição consiste em usar a informação geométrica do contorno do produto, obtida a partir da modelagem de superfícies bi-paramétricas em sistemas CAD, em procedimentos de planejamento de trajetórias. Estes procedimentos, desenvolvidos e integrados, fazem uso de formulações de curvas e superfícies "B-splines". A meta principal do trabalho é efetuar a análise e a programação de atividades de robôs industriais em processos de fabricação que envolvam um movimento contínuo do efetuador, tais como a pintura, o polimento, o desbaste e a soldagem.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Odontologia / Made available in DSpace on 2012-10-17T20:28:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T17:42:26Z : No. of bitstreams: 1 181915.pdf: 5516530 bytes, checksum: f8091e7c6c2a1fd9f9df19e0c594b533 (MD5) / Muitas tarefas, em robótica, requerem uma efetiva interação do robô com o ambiente. Esta interação é caracterizada por uma força de contato, que precisa ser controlada. Nos últimos vinte anos, diversas leis de controle direcionadas a situações deste tipo foram propostas. Entretanto, somente algumas destas leis levam em conta perturbações externas e incertezas paramétricas do sistema. Por isso, neste trabalho, são propostos controladores robustos baseados em estrutura variável, que têm por objetivo controlar o movimento e a força de contato do efetuador final de robôs manipuladores, durante a realização de tarefas em ambientes passivos, mesmo na presença das perturbações e das incertezas mencionadas acima. Estudam-se controladores tanto para o robô rígido como para o robô de juntas flexíveis, em contato com ambientes cinemáticos, flexíveis e dinâmicos. Diversos resultados de simulação são apresentados, entre os quais uma comparação do controlador a estrutura variável com um controlador baseado em dinâmica inversa.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T13:12:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T19:15:03Z : No. of bitstreams: 1 161842.pdf: 2533717 bytes, checksum: 38ee12f3e5e48ecea4ee3f503e851725 (MD5) / A maior parte dos robôs industriais é empregada em tarefas nas quais o efetuador final não tem contato com o meio. Neste caso o robô necessita ser dotado apenas de um controlador que permita o posicionamento e a orientação do efetuador final de acordo com a exigência da operação. Seu controle é denominado de posição. Quando ha contato com o meio existem forças e momentos atuando no efetuador e no meio. Neste caso, além da posição, é preciso controlar essas forças e momentos de interação. Neste trabalho apresenta-se um estudo de leis de controle de força aplicadas a robôs manipuladores e objetiva comprovar experimentalmente uma técnica de controle simultâneo de força e posição em um robô de porte industrial. Realiza-se um estudo e uma análise sobre as principais técnicas de controle de força aplicadas a robôs manipuladores. Como aplicação, é implementado um algoritmo de controle simultâneo de força e posição, baseado em informações da força de interação do robô com o meio. Este algoritmo é empregado para o seguimento de contornos irregulares pelo efetuador final do robô. A aplicação experimental é realizada em um robô de configuração SCARA, dotado de um sensor de força. O desempenho do controlador é avaliado a partir de dados numéricos obtidos nos experimentos. Os resultados experimentais comprovam a eficiência na utilização da técnica de controle simultâneo de força e posição.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-26T02:03:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 300413.pdf: 2723345 bytes, checksum: 59cb954638bd737fd53ad470fcea50e7 (MD5) / Este trabalho trata do desenvolvimento de um sistema de controle aplicado em manipuladores do tipo cartesiano para geração e correção de trajetórias de soldagem. O referido sistema foi inicialmente configurado para aplicações típicas de soldagem naval com o manipulador de dois graus de liberdade denominado Tartílope V2F. Este equipamento é constituído por dois eixos prismáticos e ortogonais. O eixo Y é responsável pelo seguimento da junta e o movimento de tecimento transversal do cordão de solda enquanto que o eixo X é um trilho flexível que se molda a superfícies curvas, viabilizando assim a soldagem de juntas de costados, blocos e painéis de navios. Este desenvolvimento tem como diferencial o hardware e um software estruturado em linguagem C++ com orientação a objeto que facilita a criação de novas funcionalidades ao Tartílope V2F e a adaptação a outros manipuladores cartesianos com mais graus de liberdade. O sistema de controle desenvolvido para o Tartílope V2F é composto pelos módulos: interface do usuário, suporte à soldagem, geração dos comandos de movimento, acionamento dos eixos, entradas analógicas usadas para receber os sinais de sensores de correção automática da trajetória e o de entradas e saídas digitais para sincronismo com equipamentos periféricos. A interface do usuário é de fácil uso possibilitando a programação das trajetórias de soldagem com vários passes e trechos filetados com tecimento do tipo trapezoidal via uma tela sensível ao toque. Este módulo conta ainda com a possibilidade de correção de todos os parâmetros da trajetória durante a soldagem. Em vista da fragilidade da tela sensível ao toque, foi desenvolvido o módulo de suporte a soldagem que é um dispositivo portátil resistente aos respingos de soldagem. Esse dispositivo permite o operador posicionar a tocha, carregar programas da interface do usuário para execução e realizar também correções de todos os parâmetros da trajetória durante a soldagem. O módulo de geração dos comandos de movimento gera os sinais de direção e passo de cada eixo e os envia para os respectivos drivers de acionamento dos motores de acordo com a trajetória programada ou corrigida. O microcontrolador LPC2148 deste módulo é também responsável por gerenciar o módulo de entradas analógicas e o de entradas e saídas digitais. O módulo de acionamento dos eixos do Tartílope V2F foi substituído em função da necessidade de ampliação da faixa de velocidade de posicionamento e da própria tocha de soldagem. Em ambos os eixos foram usados o conjunto otimizado de acionamento: driver bipolar em corrente com tecnologia DSP com seu respectivo motor de passo de alto torque. Por fim para validar o sistema foram realizados ensaios em laboratório, num primeiro momento focando as funcionalidades e desempenho e no segundo momento simulando a sua aplicação na soldagem do costado de uma embarcação. Excelentes resultados de soldagem e de integração entre operador e manipulador foram obtidos em ambos os momentos. / This research deals with the development of a system control applied in cartesian manipulators for trajectory generation and correction of welding. The system was initially configured for typical applications in naval welding with manipulator in two degrees of freedom called Tartílope V2F. This equipment is constituted by two axes: orthogonal and prismatic. The Y axis is responsible for following the joint and the transversal weaving movement of the weld bead, while the X axis is a flexible rail which molds itself to curved surfaces, enabling the welding of broadsides joints, blocks and panels of ships. This development has as differentials the hardware and a software structured in C++ language with object orientation that facilitates the creation of new functionality to Tartílope V2F and the adaptation of other cartesian manipulators with more degrees of freedom. The control system developed for Tartílope V2F is composed by the following modules: user interface, welding support, generation of motion commands, activation in the axis, analogical input used for receiving the signals from trajectory automatic correction the trajectory sensors and digital input and output for synchronizing with peripheral equipment. The user interface is easy to use, allowing the programming of welding trajectories with multiple passes and filleted excerpts with trapezoidal weaving type via touch screen display. This module also counts with the possibility of correcting all trajectory parameters during welding. Due to the fragility of touch screen display, a welding support module, which is a portable device resistant to welding spatter was developed. Such device allows the operator to position the torch, load user interface programs for execution, and also perform corrections in all trajectory parameters the during welding. The module motion command generation generates step and direction signals for each axis and sends for the respective drivers the activation of motors according to the programmed or corrected trajectory. The LPC2148 microcontroller this module is also responsible for managing the module analogical input and the digital input and output. The module activation in the axis of Tartílope V2F was substituted due to need for expanding the range velocity in positioning and also the welding torch. In both axes an optimized activation pack was used: a bipolar driver in current with DSP technology with its respective high-torque step motor. Finally, laboratory experiments were performing for validating the system, initially focusing on features and performance, and later simulating its application in welding vessel broadsides. Excellent welding results and the integration between operator and manipulator have been obtained in both stages.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-22T20:44:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 228569.pdf: 3348845 bytes, checksum: e8d3db834b5755f6ee45f9cc04b6fd20 (MD5) / Este documento apresenta a cinemática diferencial de sistemas veículo-manipulador submarinos (SVMS), onde a modelagem cinemática destes sistemas é realizada utilizando o método de Davies de forma sistemática. A partir desta modelagem, propõe-se a solução da redundância do SVMS utilizando o método das restrições cinemáticas. Este método pode cancelar o movimento do veículo e simultaneamente, reorientar o mesmo na direção da corrente submarina por economia energética. Todavia, este método limita o espaço de trabalho apenas ao movimento do manipulador. Isto pode acarretar em posturas singulares quando o movimento deste manipulador não for suficiente para executar a dada tarefa. Neste sentido, propõe-se que o veículo mova-se de acordo com um índice de desempenho de forma a evitar que tais posturas ocorram e que permaneça parado quando este índice encontra-se afastado da singularidade. Para tanto, apresenta-se duas técnicas de inteligência artificial (IA) para incorporar conhecimento ao movimento do veículo. Por fim, quando apenas o movimento do veículo não for eficiente para evitar singularidades, as técnicas de IA são complementadas através de uma abordagem baseada na teoria de sistemas híbridos.