Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-18T20:44:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T03:56:45Z : No. of bitstreams: 1 144517.pdf: 3496120 bytes, checksum: 6dddbd09ee7b8855a249474c6f4e0141 (MD5)

Orientadores: Helder Anibal Hermini, João Mauricio Rosario / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T02:05:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paracencio_LuisGustavodeMello_D.pdf: 6716809 bytes, checksum: 4cd9dbc748f0f532de18ea5573d7c2fb (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Com o avanço tecnológico na área de engenharia mecatrônica, cada vez mais é necessário acompanhar e aperfeiçoar os estudos. Este trabalho pretende apresentar metodologias para integração de células de manufatura robotizadas com ênfase na modelagem e controle de um dispositivo robótico. O modelo do dispositivo em estudo é composto de três graus de liberdade acionados hidraulicamente, o que permite o posicionamento de uma mesa, onde uma peça possa ser trabalhada por dois robôs industriais, constituindo assim um sistema colaborativo de manufatura. São apresentados estudos referentes à modelagem cinemática e dinâmica, e ao cálculo dos parâmetros do sistema de controle utilizando MatLab-SimulinkTM. Foi desenvolvida uma interface em linguagem LabVIEWTM para aquisição e tratamento de informações provenientes dos sensores das juntas e da implementação do sistema de supervisão e controle. A partir da publicação de uma página de aplicação HTML, a célula colaborativa poderá ser disponibilizada na WEB, permitindo a criação de um laboratório virtual, direcionado à pesquisa científica e tecnológica e com possibilidade de se interligar com outros laboratórios de ensino e pesquisa. Isso permitirá, por exemplo, a realização de experiências e ensino à distância, executando tarefas complexas em tempo real / Abstract: In recent years, with technological advances in mechatronics engineering it is necessary to monitor and improve the studies of these new trends. This research aims to present a methodology to integrate robotic manufacturing cells with emphasis on modeling and controlling of a robotic device. The model of the device of this study consists of three degrees of freedom, driven hydraulically allowing the placement of a table where a piece can be worked by two industrial robots constituting a system of collaborative manufacturing. Studies are presented concerning kinematic and dynamic models and the calculation of parameters of the control system using MatLab-SimulinkTM. An interface was developed in LabVIEWTM language for acquisition and processing of the information from the sensors of the joints and the implementation of the system of supervision and control. Since the publication of an HTML page, a cell collaborative application may be available on the collaborative WEB allowing the creation of a virtual laboratory directed to scientific and technological research and the possibility to connect with other laboratories for teaching and research. For instance, this will allow carrying out the implementation of distance learning experience and performing complex tasks in real time / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:29:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leo Shirmer.pdf: 2979885 bytes, checksum: af597a0ee7bc2ab3d93b50df0e86fb27 (MD5) Previous issue date: 2005-02-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The work approaches the modeling of the articulated robotic manipulator with six degrees of freedom, conceived for educational ends. It s presented the structure, the robotic anatomy and components, as systems of transmission, actuators and sensors used in manipulating robots. The arm and base structure of the Robothron manipulator are described. The forward kinematics modeling by Sheth-Uicker and also Denavit-Hartenbergnotations are studied. The Robothron workspace simulations graphs are presented to validate the forward kinematics equations. The inverse kinematic manipulator is studied and simulation are presented. The diferential kinematic present the manipulator Jacobian and its singularities. The of the static forces and moments analysis are used to determinate the joints transmission parameters systems for shoulder and elbow. The dynamic analysis studies three manipulators configurations and the joints torques equations to the Robothron shoulder and the elbow are determined. / O trabalho aborda a modelagem do manipulador robótico articulado de seis graus de liberdade, concebido para fins educacionais. São apresentadas a estrutura, a anatomia e os componentes robóticos, como sistemas de transmissão, atuadores e sensores utilizados em robôs manipuladores. São descritas a estrutura da base e do antebraço do Robothron. É estudada a modelagem por cinemática direta através das notações de Sheth-Uicker e também a de Denavit-Hartenberg. São apresentadas simulações e os gráficos do espaço de trabalho do Robothron para validar as equações da cinemática direta. A cinemática inversa deste manipulador é estudada e acompanhada de simulações. A cinemática diferencial apresenta o Jacobiano do manipulador e suas singularidades. No capítulo referente a análise das forças estáticas e momentos, são determinados os parâmetros dos sistemas de transmissão para as articulações do ombro e do cotovelo. A análise dinâmica estuda três configurações de manipuladores, são determinadas as equações dos torques nas articulações do ombro e do cotovelo do Robothron.

Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP); FINEP; Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT) / Este trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema estabilizador da adesão de um robô escalador com rodas magnéticas. O projeto deste robô surge da necessidade em automatizar o processo de inspeção de tanques de armazenamento de derivados de petróleo, o qual e atualmente realizado de modo manual. O robô vem sendo desenvolvido no Laboratório de Automação e Sistemas de Controle Avençado (LASCA) da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Primeiramente foi realizada uma análise teórica completa do protótipo, englobando um estudo da estrutura do robô, seus requisitos e as análises de cinemática e dinâmica. Realizou-se então um estudo das rodas magnéticas do robô e das características do campo magnético enquanto ocorre descolamento da roda em superfícies ferromagnéticas. Os dados do campo magnético são adquiridos por meio do magnetômetro presente na unidade de navegação inercial do robô. Implementou-se então uma rede neural artificial do tipo Perceptron Multi-Camadas com o intuito de interpretar os dados do campo magnético e estimar a forca de adesão entre o robô e a superfície. Por fim a quantificação da forca de adesão e utilizada para implementar um sistema de controle de adesão para o robô escalador. / This work consists in the design of an adhesion stabilization system of a climbing robot with magnetic wheels. The robot’s design comes from the need to automatize the inspection process of industrial storage tanks for petroleum products, which is currently performed manually. The robot is being developed in the Laboratory of Automation and Advanced Control Systems (LASCA) of the Federal Technological University of Paraná (UTFPR). First, a complete a theoretical analysis of the prototype was carried out including a study of the robot’s structure, its requirements and the kinematics and dynamics analyses. Then, a study of the robot’s magnetic wheels and the characteristics of the magnetic field in the occurancy of detachment between the magnetic wheel and the ferro-magnetic surfaces was carried out. The magnetic field data is acquired through the magnetometer of the inertial measurement unit sensor of the robot. Then a multilayer perceptron artificial neural network was implemented in order to interpret the magnetic field data and estimate the adhesion force between robot and surface. Finally the adhesion force quantification is used to implement an adhesion control system for the robot.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Several studies have investigated the properties of the workspace of opened robotic chains (or serial) with the purpose of emphasizing its geometric and kinematic characteristics, to devise analytical algorithms and procedures for its design. The workspace of a robot manipulator is considered of great interest from theoretical and practical viewpoint. In classical applications in industry, manipulators need to pass through singularities in the joint space to change their posture. A 3-DOF manipulator can execute a non-singular change of posture if and only if there is at least one point in its workspace which has exactly three coincident solutions of the Inverse Kinematic Model (IKM). It is very difficult to express this condition directly from the kinematic model. Thus, in this work, the algebraic tool Gröbner basis is used to obtain an equation for splitting the regions with different types of 3R orthogonal manipulators. The determinant of Jacobian matrix of the direct kinematic model is considered equal to zero to obtain the other surfaces of separation. In addition, is presented a classification of 3R orthogonal manipulators related to the number of solutions in IKM, the number of cusp points and nodes. Some problems of multi-objective optimization are proposed to obtain the optimal design of robots. First considering a general case where the aim is to maximize the volume of the workspace, maximize the stiffness of the joint system and optimize the dexterity of the manipulator without the imposition of restrictions. Next, the optimization problem is subject to penalties that control the topology, making it possible to obtain solutions which satisfy the predetermined topologies. Solutions are presented for the case r3 null and r3 not null. The optimization problem is investigated by using a deterministic technique and two evolutionary algorithms. Some numerical applications are presented to show the efficiency of the proposed methodology. / Diversos estudos têm investigado as propriedades do espaço de trabalho de cadeias robóticas abertas com o objetivo de enfatizar suas características geométricas e cinemáticas, criar algoritmos analíticos e procedimentos para o seu projeto. O espaço de trabalho de um robô manipulador é considerado de grande interesse do ponto de vista teórico e prático. Em aplicações clássicas na indústria, manipuladores precisam passar por singularidades no espaço das juntas para mudar sua postura. Um manipulador com três graus de liberdade pode executar uma mudança de postura não singular se, e somente se, existe pelo menos um ponto em seu espaço de trabalho que tem exatamente três soluções coincidentes do Modelo Geométrico Inverso (MGI). É muito difícil expressar esta condição a partir do modelo cinemático. Assim, neste trabalho, a ferramenta algébrica base de Groebner é utilizada para obter uma das equações que separam as regiões que possuem diferentes tipos de manipuladores 3R ortogonais. O determinante da matriz Jacobiana do Modelo Geométrico Direto é considerado nulo para obter as demais superfícies de separação. Além disso, apresenta-se uma classificação dos manipuladores 3R ortogonais em relação ao número de soluções no MGI, o número de pontos de cúspides e o número de nós. Alguns problemas de otimização multi-objetivo são propostos visando obter o projeto ótimo de robôs. Primeiramente, considera-se o caso geral, cujo objetivo é maximizar o volume do espaço de trabalho, maximizar a rigidez do sistema de juntas e otimizar a destreza do manipulador sem a imposição de restrições. Em seguida, o problema de otimização é sujeito a penalidades que controlam a topologia, tornando possível a obtenção de soluções que obedeçam as topologias pré-estabelecidas. São apresentadas as soluções para o caso r3 nulo e para r3 não nulo. O problema de otimização é investigado aplicando uma técnica determinística e dois algoritmos evolutivos. Algumas aplicações numéricas são apresentadas para mostrar a eficiência da metodologia proposta. / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Paulo Roberto Gardel Kurka / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T11:40:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Izuka_JaimeHideo_D.pdf: 4550690 bytes, checksum: d283c500cecbc7a038784ba35f0f73df (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A utilização de braços manipuladores flexíveis em veículos de exploração foi o motivador deste trabalho. Estas estruturas têm como vantagens a sua massa reduzida e a capacidade de suportar grandes deformações sem que o limite de elasticidade seja excedido. O controle das vibrações de sua extremidade livre é essencial para uma aplicação prática. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo a determinação de um modelo dinâmico para uma estrutura longa e flexível, visando o seu controle de vibração. A estrutura considerada possui seção variável, semelhante a uma viga telescópica. Considera-se ainda que a estrutura esteja sujeita a uma grande deformação causada pelas ações de tendão de tração, peso próprio e cargas concentradas. O modelo dinâmico consiste na adaptação de uma malha de elementos finitos de baixa ordem à configuração da linha de deformação estática da viga. A vibração a ser controlada consiste das pequenas oscilações que ocorrem em torno da posição de equilíbrio da viga deformada. O modelo dinâmico encontrado para a estrutura é utilizado no projeto de um controlador de vibrações, ativado por forças exercidas no tendão de tração, responsável pela deformação estática da própria viga. Comparações com a literatura, bem como resultados experimentais comprovam a validade do modelo empregado para a caracterização do sistema. Simulações numéricas mostram o sucesso de uso do modelo no projeto de um controlador ativo de vibrações / Abstract: The use of flexible manipulator arms in exploration vehicles was the motivation of this work. The advantages of such structures are their light weight and the capability to withstand large displacements without exceeding their specified elastic limit. The control of vibrations of its free end is essential for a practical application. In this context, the objective of this study is to determine a dynamic model for a long and flexible structure, aiming its vibration control. The structure has a variable section, similar to a telescopic beam. Large deformation behavior of the structure is considered. Concentrated loads, self-weight of the structure and tendon traction are the loads applied to the structure. The model dynamics is described by a low order finite element mesh, which is adapted to the geometry defined by the static deformation of the beam. The vibrations to be controlled are the small oscillations about the equilibrium position of the deformed beam. The dynamic model found for the structure is applied to design an active vibration controller. The controller forces are applied though the tendon traction cables, which is also responsible for the static deformation of the beam itself. Comparison with literature as well as experimental results prove the validity of the model used to characterize the system. Numerical simulations show the success of using the model in the design of an active vibration controller / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Helder Anibal Hermini, Paulo R. G. Kurka / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-10T05:53:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mendes_EduardoFelippeAguiar_M.pdf: 4299696 bytes, checksum: d73355f383b74bd0e49b3bc2473e5b6b (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho visou o estudo de manipuladores à semelhança do membro superior humano. Após o estudo do membro superior humano e dos robôs antropomórficos disponíveis tanto na industria quanto no meio acadêmico, utilizaram-se teorias de modelagem geométrica, cinemática direta e cinemática inversa para realizar o modelo de um manipulador robótico antropomórfico. A partir desse modelo desenvolveu-se um software em LabVIEW de Cinemática Direta e Cinemática Inversa de operação em tempo real. Com a intenção de verificar os acionadores mais apropriados disponíveis atualmente, um estudo de músculos artificiais se seguiu, onde se observou a maior viabilidade do músculo artificial de SMA ativado eletricamente. Um protótipo de junta acionada por músculos artificiais foi desenvolvido e controlado via computador. Como resultado deste trabalho conclui-se que há ainda muito para ser desenvolvido na área de manipuladores antropomórficos, principalmente no que diz respeito aos músculos artificiais / Abstract: This work sought the study of manipulators to the similarity of the human superior member. After the study of human superior member, and of anthropomorphics robotics available in the industries and in the academic middle, it was used theories of geometric modelling, direct kinematics modelling and inverse kinematics modelling to make the model of a anthropomorphic robotic manipulator. With that model it grew a software in LabVIEW of real time Direct Kinematics and Inverse Kinematics. With the intention of verifying the available most appropriate actuators, a study of artificial muscles was proceeded, where the largest viability of the artificial muscle of SMA activated electrically was observed. A joint prototype actuated by artificial muscles was developed and controlled through computer. As a result of this work it is ended that there is still a lot to be developed in the area of anthropomorphic manipulators, mainly in what it concerns the artificial muscles / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica