Tese de mestrado. Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major Automação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-18T02:58:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T17:39:16Z : No. of bitstreams: 1 161535.pdf: 3248895 bytes, checksum: c74ee7b2202f810f5d234b299c7786c2 (MD5) / Os objetivos deste trabalho são o estudo da modelagem de De Luca e Manes, que inclui restrições cinemáticas e dinâmicas para tarefas nas quais o robô tem contato com o meio e o estudo de controladores avançados, como o controle de Dois Graus de Liberdade (2DOF, INV+2DOF) e o controle a Estrutura Variável com modos deslizantes (EV). Foram abordados o controle de posição simplesmente e o controle híbrido de força-posição, ambos baseados nesta nova modelagem. Os controladores estudados foram aplicados tanto em nível de simulação como de implementação. Dos resultados de controle de posição, verifica-se que o desempenho dos controladores é similar, mas na presença de incertezas e perturbações os controladores 2DOF e INV+2DOF apresentam erro nulo em regime permanente, característica não presente no controle a EV. As simulações no controle híbrido de força mostram um melhor desempenho do controle a EV sobre estratégias como o PD, I ou 2DOF na presença de incertezas na modelagem.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Programa de Pos-Graduação em Engenharia Eletrica / Made available in DSpace on 2012-10-17T06:25:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T00:16:36Z : No. of bitstreams: 1 148063.pdf: 3558251 bytes, checksum: 7c1b0075ddd1bf60ba74026734e053d9 (MD5) / Trata acerca do projeto de controladores para robôs manipuladores no caso em que a flexibilidade das transmissões é considerada. São estudados dois métodos para o controle em cascata do modelo com transmissões flexíveis, o primeiro baseado na dinâmica inversa, e o segundo baseado na passividade. São realizadas simulações para mostrar a implementaçao destas técnicas no projeto de tarefas onde é realizado o controle de posição no espaço das juntas e no espaço de trabalho do manipulador. Os algoritmos são implementados no MATLAB, versão 4.2, usando funções de um toolbox desenvolvido para robôs manipuladores, e considerando-se os dois primeiros elos de um robô manipulador tipo SCARA.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T09:10:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T01:13:56Z : No. of bitstreams: 1 161751.pdf: 3883973 bytes, checksum: 948fda20af3d3c334267264d7b49c937 (MD5) / Apresenta-se a sistemática básica para o projeto de um controlador de força para robôs manipuladores. Realiza-se uma comparação dos principais métodos de controle de força empregados nos robôs manipuladores, discutindo as vantagens e desvantagens de sua utilização. A comparação é feita através de simulações nas quais um manipulador com dois graus de liberdade realiza tarefas em contato com o meio. O modelo dinâmico do manipulador é obtido a partir dos dados do robô PUMA 560. O manipulador é considerado rígido, despreza-se a dinâmica elétrica dos motores e, com o propósito de obter um manipulador com dois graus de liberdade, considera-se que apenas o segundo e terceiro elos tem movimento. O meio possui uma rigidez conhecida e a superfície de contato está livre de atritos.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T06:51:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 281742.pdf: 5027044 bytes, checksum: aca2efda5956243285381dffafdfd28e (MD5) / Este trabalho trata do problema de controle de robôs hidráulicos que utilizam válvulas proporcionais direcionais com centro supercrítico realizando seguimento de trajetória de posição e tem enfoque na compensação de zona morta destas válvulas. Os robôs hidráulicos apresentam grande capacidade de carga e um grande potencial de aplicação na indústria. Isto se deve a elevada relação força/dimensão dos atuadores hidráulicos e a capacidade que possuem para responder de forma rápida aos sinais de comando. No entanto, os robôs hidráulicos oferecem algumas dificuldades ao controle. Há, por exemplo, acoplamento de dinâmicas, dificuldades da estimativa de parâmetros do modelo matemático, variação de alguns parâmetros durante a operação e comportamento não-linear provocado pelo atrito no cilindro hidráulico e pela zona morta das válvulas proporcionais direcionais de centro supercrítico. Neste trabalho, uma estratégia de controle em cascata é aplicada com objetivo de superar estas dificuldades. Esta estratégia tem como característica a divisão do modelo matemático do robô hidráulico em subsistemas e permite a aplicação de técnicas de controle não-linear para superar as dificuldades inerentes de cada subsistema. Tanto o atrito no cilindro hidráulico quanto a zona morta da válvula provocam os erros de seguimento de trajetória do robô. O atrito influi na dinâmica do movimento no subsistema mecânico que tem como entrada a força produzida no cilindro pelo subsistema hidráulico e como saída a posição angular dos elos do robô. Os erros de seguimento de posição dos elos provocados pelo atrito podem ser reduzidos através de sua compensação direta no subsistema mecânico utilizando observadores de atrito baseados em modelos dinâmicos. A zona morta retarda a abertura da válvula gerando erros significativos de seguimento de força no subsistema hidráulico. Sua compensação pode ser realizada através de uma função inversa da zona morta. Assim, apresenta-se um controlador em cascata capaz de compensar a dinâmica da válvula e sua zona morta, a dinâmica da força hidráulica, do atrito e do movimento dos elos do robô. Apresentam-se, também, leis de adaptação de parâmetros para a função inversa da zona morta. A implementação destas leis adaptativas tem como objetivo principal a redução dos erros de seguimento no subsistema hidráulico através da compensação da zona morta e, consequentemente, a redução dos erros de seguimento de posição angular dos elos do robô. Mostra-se, através da análise de estabilidade por Lyapunov e de forma experimental, que os erros resultantes do seguimento de trajetória convergem para um conjunto residual mesmo quando o controlador em cascata não realiza a compensação do atrito e da dinâmica da válvula, mas utiliza as leis de adaptação e a compensação de zona morta propostas neste trabalho. Os resultados teóricos e experimentais permitem concluir que a compensação de zona morta também pode compensar, de forma indireta, outras dinâmicas como a do atrito. / This work addresses the problem of controlling hydraulic robots using overlapped proportional valves which perform trajectory tracking, with special focus on the dead-zone compensation of these valves. Hydraulic robots present great load capability and a huge potential of application in the industry. This is due to the high torque/size ratio of the hydraulic actuators and its ability to respond quickly to control signals. However, hydraulic robots introduce some difficulties to the control. There are, for example, dynamic coupling, problems to estimate the mathematical model parameters, changes in some parameters during operation and a nonlinear behavior mainly caused by friction in the hydraulic cylinder and the dead-zone of overlapped proportional valves. In this work, a cascade control strategy is applied to surpass these difficulties. This strategy is based on the division of the hydraulic robot mathematical model into subsystems and allows the application of nonlinear control techniques to overcame the inherent difficulties in each subsystem. Both the friction in the hydraulic cylinder and the dead-zone of the valve cause tracking errors in the robot trajectory. Friction influences the motion dynamics in the mechanical subsystem which has as input the force produced in the cylinder by the hydraulic subsystem and as output the angular position of the robot links. Tracking errors of the links positions caused by friction can be reduced through its direct compensation in the subsystem using mechanical friction observers based on dynamic models. The dead-zone slows the opening of the valve causing significant force tracking errors in the hydraulic subsystem. The compensation can be accomplished through an inverse function of the deadzone. Thus, this work presents a cascade controller able to compensate the dynamics of the valve and the dead-zone, the dynamics of the hydraulic force, friction and motion of the robot links. Adaptation laws for the dead-zone inverse function are also presented. The adaptation laws implementation has the main goal to reduce tracking errors of the hydraulic subsystem through the dead-zone compensation and consequently the reduction of angular position tracking errors of the robot. It is shown through Lyapunov stability analysis and through experimental ents that position tracking errors converge to a residual set even when the cascade controller does not perform compensation for friction and valve dynamics, but using only the adaptation laws and dead-zone compensation proposed in this work. Theoretical and experimental results showed that the dead-zone compensation may also compensate, indirectly, other dynamics such as friction.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T03:39:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 266556.pdf: 5638476 bytes, checksum: 67fe310f60e50686f2074c2e5944dfd3 (MD5) / O presente trabalho aborda o retrofitting de manipuladores, através de uma proposta de modelo de referência para o desenvolvimento de controladores de robôs com arquitetura totalmente aberta. O enfoque principal é o desenvolvimento de um padrão de arquitetura funcional organizada em uma estrutura hierárquica, levando em consideração os requisitos e as tendências atuais para o desenvolvimento dessa modalidade de sistema. Esta dissertação pode ser dividida em três grandes etapas. A primeira, denominada de planejamento, estuda os requisitos, as definições e as categorias de controladores de arquitetura aberta e apresenta uma proposta de modelo de referência para o desenvolvimento de controladores de robôs. Na segunda etapa, nomeada de desenvolvimento, ocorre a criação integral de um controlador de robôs (i.e., do software, middleware, hardware e firmware) com arquitetura totalmente aberta. Baseando-se no modelo de referência proposto, enfatizando as tarefas de controle de posição e força. Por fim, apresenta-se a etapa de validação e experimentação, com a aplicação do controlador de robôs desenvolvido no manipulador industrial REIS Rv15 e a incorporação de um transdutor de força ao sistema. Assim, validando o retrofitting do manipulador com a implantação de uma estrutura de controle indireto de força. A concepção de controlador desenvolvida cumpriu os seguintes requisitos: alta capacidade de processamento, baixo custo, conectividade com outros sistemas, disponibilidade de acesso remoto, facilidade de manutenção, flexibilidade no desenvolvimento de algoritmos, integração com um computador pessoal e programação em alto nível. O estudo realizado neste trabalho agrega ao Laboratório de Robótica (LAR) o conhecimento integral da estrutura interna de um controlador de robôs com arquitetura aberta. Dessa forma, aumentando potencialmente as possibilidades de estudos na área da robótica, com um custo significativamente inferior as soluções disponíveis no mercado.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T23:44:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 250235.pdf: 3343008 bytes, checksum: b42b2c27dd30ca8522ca83ec02276a0e (MD5) / O planejamento de trajetórias de soldagem para manipuladores redundantes operando em ambientes confinados requer métodos precisos para obtenção de informações de suas variáveis de operação. Este trabalho desenvolve duas metodologias a serem aplicadas neste tipo de manipulador: primeiro, apresenta o desenvolvimento de uma sistemática para planejamento de tarefas fora de linha (off-line) e segundo, o estudo da solução da cinemática inversa de posição para mecanismos de cadeia fechada, usando o modelo de cinemática diferencial. As trajetórias desenvolvidas são utilizadas na tarefa de recobrimento de regiões pelo processo de soldagem, para tanto, é desenvolvida uma adaptação da metodologia baseada em algoritmos de rugosidade superficial (Scallop-height) para o cálculo de caminhos da ferramenta, de tal forma que estes sejam equidistantes ou paralelos entre si no espaço de trabalho. A metodologia de cálculo dos caminhos paralelos explora as propriedades das superfícies de trabalho usando os recursos matemáticos de modelagem de curvas e superfícies paramétricas. A solução analítica da cinemática inversa para manipuladores redundantes é geralmente de difícil obtenção, e uma solução é usar a integração da cinemática inversa diferencial, para isso é necessário o modelo de sua cinemática diferencial. O modelo da cinemática diferencial é obtido utilizando-se uma proposta de modelagem de mecanismos de cadeia fechada baseada no método de Davies e cadeias virtuais de Assur. Os modelos de cinemática diferencial são geralmente complexos, assim para obtenção da cinemática de posição é utilizada uma metodologia numérica para integração da cinemática diferencial. As aproximações características dos métodos numéricos resultam em posições de juntas que geram erros de fechamento da cadeia cinemática. Nesta linha, esta tese apresenta uma nova metodologia de modelamento da cinemática diferencial a qual possibilita o controle do erro de fechamento da cadeia, proveniente da aplicação dos métodos numéricos de integração. Neste sentido, são discutidos os métodos clássicos de solução da redundância de manipuladores, baseados na pseudoinversa do Jacobiano, e propostas mais atuais baseadas em cadeias virtuais. São estudadas as propriedades e é comprovada a estabilidade do método proposto. Ao final são realizados experimentos de laboratório os quais servem para validação do método proposto. Nestas experimentações é desenvolvida uma aplicação com o manipulador redundante Roboturb, o qual realiza uma tarefa similar à deposição de material pelo processo de soldagem, para recobrimento de uma superfície, desviando de um obstáculo posicionado dentro do seu volume de trabalho.

Submitted by Hiolanda Rêgo (hiolandar@gmail.com) on 2013-05-14T18:53:32Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Nut_Lílian Soares.pdf: 2208919 bytes, checksum: 6771aa57cd44d782289814f2d4cc7102 (MD5) / Approved for entry into archive by Flávia Ferreira(flaviaccf@yahoo.com.br) on 2013-05-30T01:12:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação_Nut_Lílian Soares.pdf: 2208919 bytes, checksum: 6771aa57cd44d782289814f2d4cc7102 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-05-30T01:12:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação_Nut_Lílian Soares.pdf: 2208919 bytes, checksum: 6771aa57cd44d782289814f2d4cc7102 (MD5) / O Programa Nacional de Alimentação Escolar (PNAE) é o maior e mais importante programa de suplementação alimentar aos escolares do ensino público fundamental e Educação de Jovens e Adultos (EJA) atendendo em 2010 cerca de 47 milhões de estudantes. Devido a magnitude do programa, é essencial o fornecimento de uma alimentação segura que garanta os objetivos propostos de contribuir para o crescimento e desenvolvimento biopsicossocial, aprendizagem e rendimento do escolar atendendo aos padrões higiênico sanitários. Muitos estudos relatam que a maioria das doenças veiculadas por alimentos está ligada à manipulação inadequada dos mesmos, e no caso das escolas, pode ser agravado pela vulnerabilidade do grupo assistido. Os manipuladores de alimentos podem desempenhar um importante papel na transmissão de patógenos alimentares, quer seja por hábitos de higiene inadequados, estado de saúde ou práticas de processamento errôneas. Portanto, torna-se imprescindível a realização de treinamentos que possibilitem mudanças efetivas de comportamento dos manipuladores de alimentos. Foi realizado um estudo transversal com o objetivo de avaliar o nível de conhecimento, atitudes e práticas sobre segurança dos alimentos dos manipuladores de alimentos das unidades escolares do município de Camaçari-BA. O estudo desenvolveu-se em duas etapas: a primeira, através de entrevistas com o uso de um questionário auto-aplicável com todos os manipuladores das escolas do município e na segunda etapa, com a investigação da presença de estafilococos coagulase positiva nas mãos dos manipuladores em 50% das escolas. Este estudo está estruturado em três capítulos: o primeiro capítulo apresenta uma revisão bibliográfica com os assuntos pertinentes à pesquisa, o segundo capítulo, um artigo sobre a avaliação do nível de conhecimento, atitudes e práticas dos manipuladores e o terceiro e último capítulo, um artigo sobre a investigação da presença de estafilococos coagulase positiva nas mãos dos manipuladores e sua relação com o nível de conhecimento, atitudes e práticas dos manipuladores das escolas da rede municipal de Camaçari-BA. Os resultados demonstraram que o bloco das atitudes (80,0 %) foi o melhor pontuado, e apesar do fato de que 92,2 % dos manipuladores já tivessem participado de treinamentos, o escore médio de conhecimento obtido foi de 65,2% abaixo do ponto de corte proposto para este estudo (≥70%). Embora o escore médio observado para as práticas tenha obtido a classificação bom, os manipuladores relataram ainda realizar práticas de higiene inadequadas como provar os alimentos com a mão (27,7%), usar esmalte/base nas unhas (13,9%), entre outras. O modelo de regressão logística múltipla sugeriu que o conhecimento mais específico aumentou o conhecimento geral em segurança alimentar. Na investigação da presença de estafilococos coagulase positiva nas mãos, embora 90% dos manipuladores tenham relatado a prática de sempre higienizar as mãos corretamente, encontrou-se 53,3% de amostras positivas para a presença de estafilococos coagulase positiva, com prevalência do microrganismo no momento do preparo e da distribuição da alimentação escolar, evidenciando um alto risco de contaminação do alimento pronto para o consumo. O conhecimento não foi traduzido em boas práticas de manipulação dos alimentos, evidenciando a necessidade de rever o modelo de treinamento adotado e implantação de novas abordagens que possam promover uma efetiva melhoria da segurança alimentar. / Salvador

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T02:23:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 210658.pdf: 4194370 bytes, checksum: f0e949e5c9e6b278ce0af13f605debba (MD5) / Este trabalho trata do problema de controle de posição de robôs manipuladores com acionamento hidráulico. Tais robôs possuem grande potencial de aplicação nas indústrias de construção, equipamentos agrícolas, equipamentos de transporte e manuseio de materiais, equipamentos de mineração, manufatura, siderurgia, metalurgia, aviação, marinha e lazer, devido às vantagens de alta relação torque/dimensão e da flexibilidade de instalação de seus atuadores. Entretanto, existem diversas dificuldades para a obtenção de respostas precisas quando os atuadores são hidráulicos. Dentre elas, pode-se citar as dinâmicas pouco amortecidas, a não linearidade de zona morta das válvulas de controle, o atrito nas vedações dos atuadores, a obtenção dos parâmetros do sistema e, além disto, o forte acoplamento entre as dinâmicas não lineares do atuador e do braço mecânico em robôs hidráulicos. No levantamento do estado da arte de robôs hidráulicos, nota-se que os poucos controladores de robôs hidráulicos propostos na literatura atualizada não tratam de todas as dificuldades de controle. Então, desenvolve-se um modelo não linear de 5a ordem para o robô acionado hidraulicamente, incluindo-se a dinâmica do atrito baseada na microdeformação das rugosidades das superfícies em contato. A partir da observação do comportamento dinâmico das pressões nos orifícios das válvulas, propõe-se uma metodologia para identificação e compensação da zona morta em válvulas direcionais proporcionais. Com base no modelo do robô, utiliza-se a estratégia de controle em cascata que permite a divisão em dois subsistemas: o subsistema hidráulico e o subsistema mecânico. O controlador em cascata mostra-se adequado na implementação de técnicas de controle para compensação das dificuldades dinâmicas inerentes a cada subsistema, permite a compensação direta do atrito no subsistema mecânico e a utilização de um esquema centralizado para tratar do acoplamento dinâmico. Foi realizada a análise da estabilidade do sistema completo em malha fechada, com controlador cascata e observador de atrito, através do método direto de Lyapunov. Para fins de implementação experimental dos algoritmos de controle desenvolvidos, foi construído o protótipo de um robô manipulador acionado hidraulicamente. Resultados teóricos e experimentais mostram a validade e as características do controle em cascata proposto.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T03:21:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 247304.pdf: 5638476 bytes, checksum: 67fe310f60e50686f2074c2e5944dfd3 (MD5) / O presente trabalho aborda o retrofitting de manipuladores, através de uma proposta de modelo de referência para o desenvolvimento de controladores de robôs com arquitetura totalmente aberta. O enfoque principal é o desenvolvimento de um padrão de arquitetura funcional organizada em uma estrutura hierárquica, levando em consideração os requisitos e as tendências atuais para o desenvolvimento dessa modalidade de sistema. Esta dissertação pode ser dividida em três grandes etapas. A primeira, denominada de planejamento, estuda os requisitos, as definições e as categorias de controladores de arquitetura aberta e apresenta uma proposta de modelo de referência para o desenvolvimento de controladores de robôs. Na segunda etapa, nomeada de desenvolvimento, ocorre a criação integral de um controlador de robôs (i.e., do software, middleware, hardware e firmware) com arquitetura totalmente aberta. Baseando-se no modelo de referência proposto, enfatizando as tarefas de controle de posição e força. Por fim, apresenta-se a etapa de validação e experimentação, com a aplicação do controlador de robôs desenvolvido no manipulador industrial REIS Rv15 e a incorporação de um transdutor de força ao sistema. Assim, validando o retrofitting do manipulador com a implantação de uma estrutura de controle indireto de força. A concepção de controlador desenvolvida cumpriu os seguintes requisitos: alta capacidade de processamento, baixo custo, conectividade com outros sistemas, disponibilidade de acesso remoto, facilidade de manutenção, flexibilidade no desenvolvimento de algoritmos, integração com um computador pessoal e programação em alto nível. O estudo realizado neste trabalho agrega ao Laboratório de Robótica (LAR) o conhecimento integral da estrutura interna de um controlador de robôs com arquitetura aberta. Dessa forma, aumentando potencialmente as possibilidades de estudos na área da robótica, com um custo significativamente inferior as soluções disponíveis no mercado.