Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T02:24:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T01:54:11Z : No. of bitstreams: 1 182438.pdf: 2992474 bytes, checksum: 6797e648cc1a3b287d7a9a54c5f52e90 (MD5) / Neste trabalho, apresentam-se a modelagem e o controle em cascata de um manipulador hidráulico de dois graus de liberdade. Baseando-se em estudos de robôs industriais, em várias aplicações com manipulação de cargas pesadas, torna-se atrativa a utilização de manipuladores hidráulicos, devido as suas características de excelente relação torque/dimensão, resposta rápida e alta durabilidade, confirmando assim sua importância na automação flexível. Por outro lado, estes sistemas possuem características dinâmicas não-lineares e são relativamente difíceis de controlar. As não-linearidades são associadas à compressibilidade do fluido hidráulico e as complexas características da vazão da válvula. O controle clássico PID possui simplicidade e facilidade de implementação, porém diante de tais não-lineares, a resposta do sistema pode não alcançar o desempenho desejado. Com o objetivo de superar as limitações impostas pelos controladores clássicos, propõe-se uma metodologia de controle em cascata que consiste em dividir o sistema em dois subsistemas: o hidráulico e o mecânico. E a partir dos resultados das simulações conclui-se que o controle em cascata apresenta um melhor desempenho quando comparado aos controladores clássicos.

Made available in DSpace on 2015-03-03T11:52:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-08-19Bitstream added on 2015-03-03T12:06:35Z : No. of bitstreams: 1 000802124.pdf: 3623921 bytes, checksum: c5cdec0e844145a402028c647f8dcc90 (MD5) / Este trabalho apresenta a análise, o projeto e o desenvolvimento de um manipulador robótico industrial de baixo custo, para linhas de produção que demandem menos de 10 ciclos de manipulação por minuto, denominadas de média e baixa cadência. O aparato proposto possui potencial para contribuir na melhoria das condições de utilização de células robóticas no cenário industrial nacional, auxiliando na superação dos desafios existentes para Implantação de células robóticas por pequenas e médias empresas, nomeadamente, custos de implantação, manutenção e reprogramação/reconfiguração. O manipulador robótico industrial foi projetado considerando uma estrutura metálica leve de baixo custo, com elementos mecânicos de precisão média e não dedicados, facilmente encontrados no mercado nacional. Além disso, o manipulador robótico foi projetado para ser capaz de alcançar velocidades médias provendo tempos de ciclo de operação quase equivalentes aos apresentados por robôs polares articulados convencionais, nas mesmas aplicações. O sistema de controle foi concebido para não entregar o dispendioso sistema convencional de hardware centralizado de controle de eixos, sendo esta operação realizada por algoritmo computacional executado no mesmo PC responsável pela gestão e integração dos processos. Assim, a operação emprega dispositivos acionadores descentralizados considerando o envio dos sinais de referência diretamente aos acionadores, possibilitando a compensação das restrições dos esforços da estrutura com recursos de suavização de trajetórias. A integração com o usuário possui uma interface gráfica de manipulação amigável que permite facilmente os processos de operação, manutenção e reconfiguração, com recursos de supervisão, histórico de falhas e assistência remota. Por fim, um protótipo do manipulador robótico industrial proposto é apresentado demonstrando as principais... / This master dissertation presents the analysis, design and development of an industrial low cost robotic manipulator for production lines that require manipulation less than 10 cycles per minute, denominated medium and low cadense lines. The proposed apparatus has the potential to contribute improving the use of robotic cells in the national industrial scene, helping to overcome the existing challenges in deployment of robotic cellis by small and medium enterprises, in particular, implementation costs, maintenance and reprogramming/reconfiguration. The industrial robot manipulator was designed considering a low cost light steel structure, with average precision non-delicated mechanical elements, easily found on the national market. In addition, the robotic manipulator was designed to be able to achieve average speeds with times of operation almost equivalent to those presented by conventional polar articulated robots in the same applications. The control system was designed without the costly centralized hardware system of axes control, this operation being performed by computer algorithm running on the same PC responsible for the management and integration of processe. Thus, the operation employs descentralized devices providing the reference signals directly to the actuators, allowing the mitigation of the efforts restrictions in structure with programmable smoothing of trajectories. Integration wiht the user is designed to have a user-friendly graphical interface allowing an easy handling of operation processes, maintenance and reconfiguration, with resources for supervision, fault history and remote assistance. Finally, a prototype of the proposed industrial robot manipulator is presented in order to corroborate the construction and operational characteristics

Neste trabalho, apresenta-se um modelo de controle de trajetória para um manipulador constituído de um segmento rígido e um flexível com atuadores e sensores piezelétricos. o modelo dinâmico do manipulador é obtido de forma fechada através da formulação de Lagrange, considerando os segmentos como vigas de Euler-Bernoulli não-prismáticas. O controle utiliza o torque dos motores como atuadores para controle da trajetória do ângulo das juntas e também para atenuar as vibrações de baixa freqüência induzidas nos segmentos do manipulador. A estabilidade deste controlador é garantida pela teoria de estabilidade de Lyapunov. Atuadores e sensores piezelétricos são adicionados para contribuir no controle de vibrações de baixas freqüências e de altas freqüências não alcançadas pelo controle de torque dos motores. São propostos dois modelos de controle, um com realimentação do erro da trajetória e outro através do método de Equações de Riccati Dependentes de Estado. Além disso, é proposta uma otimização simultânea do controle e dos atuadores e sensores através da maximização da energia dissipada no sistema, devido à ação do controle, com otimização do posicionamento e tamanho dos atuadores e sensores piezelétricos na estrutura. Simulações são obtidas através do Maple e do MatlabjSimulink para verificar a eficiência do modelo de controle. / In this work, a tracking contraI model for a flexible arm robotic manipulator using piezoeletric actuators and sensors is praposed. The manipulator dynamic model is obtained in closed form by the Lagrange equations where non-prismatic Euler-Bernoulli beams are considered. The control uses the motor torques for the tracking control of the joints and aIso to reduce the induced low frequency vibration emthe manipulator arms . The stability of this control is guaranteed by the Lyapunov stability theory. Actuators and sensors are added for controlling high frequency vibrations beyond the motor torque contraI range. Two control methods are proposed: one with feedback tracking error and other with State-Dependent Riccati Equations. Additionally, a simultaneous contraI, sizing, and location optimization for actuators and sensors is proposed, maximizing the dissipated system energy damped by contraI action. Simulations on Maple and MatlabjSimulink are used to verify the efficiency of the control model.

Neste trabalho, apresenta-se um modelo de controle de trajetória para um manipulador constituído de um braço rígido e um braco flexível com atuadores e sensores piezelétricos. O modelo dinamico do manipuladoré obtido de forma fechada através da formulacao de Lagrange. O controle utiliza o torque dos motores como atuadores para controle da trajetoria do angulo das juntas e tambem para atenuar as vibracoes de baixa frequencia induzidas nos bracos do manipulador. A estabilidade deste controlador e garantida pela teoria de estabilidade de Lyapunov. Atuadores e sensores piezeletricos sao adicionados para controlar as vibracoes de alta freqüência nâo alcançadas pelo controle de torque dos motores. Além disso,é proposta uma otimização simultânea do controle e dos atuadores e sensores através da maximização da energia dissipada no sistema, devido µa ação do controle, com otimização do posicionamento e tamanho dos atuadores e sensores piezelétricos na estrutura. Simulações são obtidas através do Matlab/Simulink paraverificar a eficiência do modelo de controle.

Neste trabalho, apresenta-se um modelo de controle de trajetória para um manipulador constituído de um segmento rígido e um flexível com atuadores e sensores piezelétricos. o modelo dinâmico do manipulador é obtido de forma fechada através da formulação de Lagrange, considerando os segmentos como vigas de Euler-Bernoulli não-prismáticas. O controle utiliza o torque dos motores como atuadores para controle da trajetória do ângulo das juntas e também para atenuar as vibrações de baixa freqüência induzidas nos segmentos do manipulador. A estabilidade deste controlador é garantida pela teoria de estabilidade de Lyapunov. Atuadores e sensores piezelétricos são adicionados para contribuir no controle de vibrações de baixas freqüências e de altas freqüências não alcançadas pelo controle de torque dos motores. São propostos dois modelos de controle, um com realimentação do erro da trajetória e outro através do método de Equações de Riccati Dependentes de Estado. Além disso, é proposta uma otimização simultânea do controle e dos atuadores e sensores através da maximização da energia dissipada no sistema, devido à ação do controle, com otimização do posicionamento e tamanho dos atuadores e sensores piezelétricos na estrutura. Simulações são obtidas através do Maple e do MatlabjSimulink para verificar a eficiência do modelo de controle. / In this work, a tracking contraI model for a flexible arm robotic manipulator using piezoeletric actuators and sensors is praposed. The manipulator dynamic model is obtained in closed form by the Lagrange equations where non-prismatic Euler-Bernoulli beams are considered. The control uses the motor torques for the tracking control of the joints and aIso to reduce the induced low frequency vibration emthe manipulator arms . The stability of this control is guaranteed by the Lyapunov stability theory. Actuators and sensors are added for controlling high frequency vibrations beyond the motor torque contraI range. Two control methods are proposed: one with feedback tracking error and other with State-Dependent Riccati Equations. Additionally, a simultaneous contraI, sizing, and location optimization for actuators and sensors is proposed, maximizing the dissipated system energy damped by contraI action. Simulations on Maple and MatlabjSimulink are used to verify the efficiency of the control model.

Neste trabalho, apresenta-se um modelo de controle de trajetória para um manipulador constituído de um braço rígido e um braco flexível com atuadores e sensores piezelétricos. O modelo dinamico do manipuladoré obtido de forma fechada através da formulacao de Lagrange. O controle utiliza o torque dos motores como atuadores para controle da trajetoria do angulo das juntas e tambem para atenuar as vibracoes de baixa frequencia induzidas nos bracos do manipulador. A estabilidade deste controlador e garantida pela teoria de estabilidade de Lyapunov. Atuadores e sensores piezeletricos sao adicionados para controlar as vibracoes de alta freqüência nâo alcançadas pelo controle de torque dos motores. Além disso,é proposta uma otimização simultânea do controle e dos atuadores e sensores através da maximização da energia dissipada no sistema, devido µa ação do controle, com otimização do posicionamento e tamanho dos atuadores e sensores piezelétricos na estrutura. Simulações são obtidas através do Matlab/Simulink paraverificar a eficiência do modelo de controle.

Orientador: João Mauricio Rosario / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T14:23:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sa_ClaudioEduardoAravechiade_M.pdf: 5537569 bytes, checksum: cd4f1828cf7119d7fa7726bf9d8b09d3 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Um robô industrial pode ser modelado como uma cadeia articulada com diversos corpos rígidos conectados por juntas de revolução ou prismáticas que são movimentadas por atuadores. A partir de um dado conjunto de ângulos ou deslocamentos e da geometria do mesmo, torna-se possível o conhecimento da posição e orientação da garra em relação a um referencial solidário à base do manipulador (modelo cinemático direto). Entretanto, em grande parte das aplicações, a partir do conhecimento de uma dada posição e orientação da garra, é necessário calcular os ângulos ou deslocamentos necessários para movimentação das juntas do manipulador para atingir o objetivo desejado (modelo cinemático inverso). Neste trabalho é dado ênfase a robôs com juntas rotacionais, mas isto não impede que os resultados obtidos possam ser estendido para robôs com outros tipos de juntas. Este trabalho tem como objetivo o estudo de algoritmos para a inversão da matriz Jacobiana necessária para a solução do problema cinemático inverso, pelo método recursivo, que possam ser implementados em tempo real e, ao mesmo tempo, garantir convergência e estabilidade do sistema. Os algoritmos foram implementados em linguagem ADA em um microcomputador compatível com a linha IBM-PC-AT / Abstract: An industrial robot may be modeled by a series of links interconnected by either rotary or slidingjoints driven by atuators. From a given angular configuration and the geometric's manipulator, it is possible to know the position and orientation of its end effector with respect to a coordinate system fixed in the base of the manipulator (kinematic direct model). However, in many aplications, from a knowlegd of a give position and orientation of end effector is necessary to calculate the angles or displacements necessary to the movement of the joint of the manipulator to achieve a given objective (kinematic inverse model).This work focuses robots with rotational joints, but the results may be extended for others types of robots. This work focus the study of algorithmsfor the inversion of Jacobian matrix necessary for the solution of inverse kinematic, through recursive method, that may be implemented in real time to achieve system convergence and stability.The algorithms will be implementingin ADA language in the computer compatible with IBM-PC-AT line / Mestrado / Mecanica dos Solidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Alvaro Geraldo Badan Palhares / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Eletrica / Made available in DSpace on 2018-07-15T04:53:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Madrid_MarconiKolm_M.pdf: 9557180 bytes, checksum: 8006060cb14b1bda853646cf022a2dd3 (MD5) Previous issue date: 1988 / Resumo: Não informado / Abstract: Not informed. / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Este trabalho propõe um ambiente integrado para controle em tempo real e supervisão de manipuladores robóticos. Os varios modulos que compõe este sistema são analisados e algumas técnicas para a implementacão de cada módulo são discutidas. Ao nivel decontrole de juntas são analisados basicamente tres tipos decontroladores: a) controlador PD; b) controlador utilizando torque calculado e c) controlador adaptativo incremental. O controlador PD e o controlador utilizando torque calculado tem seus ganhos calculados através da abordagem de controle ótimo. Para tratar as dificuldades computacionais decorrentes da complexa dinâmica acoplada do manipulador, utilizam-se métodos númericos. Como trajetoria de referencia para os controladores e utilizada uma reta no espaço das juntas descrita por polinomios de quinto grau no tempo. Um metodo para o cálculo dos coeficiêntes destes polinomios que dispensa simplificações no modelo dinâmico do manipulador e apresentado. A supervisão do sistema e feita por um sistema especialista que fornece uma interface de alto nivel com o usuario, orientada por objetivos. O sistema é implementado em uma arquitetura RISC de alto desempenho baseada no microprocessador 80860.

Este trabalho versa sobre o projeto de um controlador linear robusto multiváriavel para um manipulador robótico com a finalidade de proporcionar precisão e rapidez no posicionamento da extremidade do manipulador. O manipulador robótico de três graus de liberdade com acionamento direto nas juntas (direct drive), objeto de estudo deste trabalho, tem seu modelo dinâmico baseado nas características mecânicas do robô ITA-IEMP; para este sistema ficam evidentes no desempenho efeitos de incertezas devido a variações de massa na estremidade do robô (manipulação de objetos e troca de ferramentas), e movimento em altas velocidades no espaço de trabalho. Os controladores robustos para este sistema foram desenvolvidos utilizando-se teoria de otimização H"infinito" e a abordagem da m-síntese. São realizados testes de desempenho e estabilidade no domínio do tempo com a planta submetida aos controladores convencionais (assim denominados os controladores via ação PID e via método do torque computado) e aos controladores lineares robustos multivariáveis com o intuito de confrontar estas técnicas quando usadas para o posicionamento de manipuladores robóticos sob incertezas. Os estudos de simulação realizados para verificar o desempenho do sistema com os controladores projetados foram auxiliados pelo desenvolvimento de um simulador geral da dinâmica de manipuladores robóticos de elos rígidos seriais (para ambiente SIMULINK do MATLAB), que incorpora a modelagem de adição de massa à extremidade de um manipulador. Este simulador deu início a criação de uma biblioteca de robótica para ambiente SIMULINK.