Este trabalho apresenta os resultados da aplicação de três técnicas de controle utilizadas no projeto e implementação do controle de um manipulador subatuado planar de três juntas em série e de elos rígidos, projetado e construído pela Universidade Carnegie Mellon, EUA. Devido ao alto grau de não-linearidade deste sistema, seria muito difícil implementar um controlador H2, H&#8734 ou H2/H&#8734 que atuasse sozinho. Assim, propõe-se a utilização de um método de controle combinado: torque computado/H2, H&#8734 ou H2/H&#8734. No controle combinado, a porção correspondente ao torque computado lineariza e pré-compensa a dinâmica do modelo da planta nominal, enquanto a porção correspondente ao controle H2, H&#8734 ou H2/H&#8734 realiza uma pós-compensação dos erros residuais, que não foram completamente eliminados pelo método torque computado. Testes de acompanhamento de trajetória e testes de robustez são realizados aqui para comprovar a eficiência destes controladores, com resultados de implementação bastante satisfatórios. / This work presents the application results of three control techniques used for the control design and implementation of a serial planar underactuated manipulator with three joints and rigid links, designed and built by the Carnegie Mellon University, USA. Due to the high non-linearity degree of this system, it would be very difficult to implement an H2, H&#8734 or H2/ H&#8734 control which would actuate on the system by itself. Therefore, it is proposed a combined control method: computed torque/ H2, H&#8734 or H2/H&#8734. In the combined control, the portion corresponding to the computed torque linearizes and pre-compensates the dynamics of the nominal model, while the portion corresponding to the H2, H&#8734 or H2/H&#8734 control realizes a pos-compensation of the residual errors, not completely removed by the computed torque method. Trajetory tracking and robustness tests are performed here to demonstrate the efficiency of these controllers, with very satisfatory implementation results.

Orientador: Douglas Eduardo Zampieri / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T14:38:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GamarraRosado_VictorOrlando_D.pdf: 7395940 bytes, checksum: 959f760ba087d39843d3027bf426a6f0 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Um dos mais importantes requisitos na Robótica é a obtenção de precisão no posicionamento da extremidade livre de um manipulador. Este problema resulta ainda mais complexo quando se trata de Manipuladores flexíveis, os quais têm estruturas leves, atuadores pequenos, são rápidos e de grande alcance, e operam a altas velocidades. A flexibilidade inerente aumenta a instabilidade e reduz a precisão do sistema, motivo pelo qual toma-se necessário considerar estes efeitos na dinâmica quando o assunto é controle, exigindo assim o estudo de técnicas de controle bastante sofisticadas. Este trabalho trata especificamente da modelagem dinâmica e do controle em tempo real de um braço flexível, e a principal motivação é proporcionar um controlador simples e robusto de forma a evitar leis de controle mais complexas. Inicialmente, obtêm-se um modelo dinâmico reduzido através do método de elementos finitos e avaliam-se os efeitos da flexibilidade na performance do sistema através de simulação. Propõe-se uma estratégia de controle a qual está baseada na solução do problema de seguimento de trajetória. Esta estratégia se subdivide em dois estágios: i) Controle do modo rígido, e ii) Controle das perturbações, os quais controlam o movimento rígido e os deslocamentos, respectivamente. O sistema de controle utiliza o método de alimentação direta (jeedforward) para obter o movimento desejado, junto com o método de realimentação (jeedback) para efeito de estabilização da resposta do sistema. Com a finalidade de melhorar o comportamento do sistema, apresenta-se o método denominado Controle Ótimo LQ Generalizado, que utiliza o Filtro de Kalman como observador de estados, para a estimação do deslocamento. Descreve-se o "hardware" do sistema e a estrutura do programa de controle em tempo real, utilizados no protótipo experimental desenvolvido neste trabalho. As vibrações da extremidade livre são obtidas através de extensômetros elétricos, e os sinais de saída são realimentados ao atuador eliminando as vibrações devido à flexibilidade. Finalmente, implementam-se os algoritmos de controle neste protótipo e avalia-se o sistema através da comparação dos resultados da simulação e dos resultados experimentais / Abstract: One of the most important requirements in robotics is to obtain positioning accuracy in the manipulator's end effector. This problem results even more complex in Flexible manipulators, which present lightweight structure, smaller actuators, higher speed, large working volume, high mobility and the ability to carry heavy payloads. Flexibility effects noticeably limit the performance and increase the system instability, for that, attention must be taken into account both in the dynamic and controllevel, consequently it will be required more sophisticated control techniques. This research deals with dynamic modelling and control of a flexible arm specifically, where the main goal is to provide a simpIe and robust controller so that to avoid complex control laws. A reduced dynamic model is obtained by finite element method and the flexibility effects are evaluated through simulation. The control strategy proposed in this work is divided in two stages: i) Rigid control, and ii) Perturbation control, which control the rigid mode and the displacement respectively. The control system apply both, the feedforward method to obtain the desired movement and the feedback method to stabilize the system response. It is presented the Generalized LQ Optimal Contrai method in such away to improve the system performance, by the use of the Kalman filter as the state observer to estimate the displacements. It is also described the hardware of the system and the real-time control routines applied to the experimental prototype developed on this research. The vibrations of the end-effect can be measured by using strain gage, and output signals are fedback to driving motor for suppressing the vibrations due to the flexibility. Finally, it is implemented the control algorithms to the prototype and it is evaluated the system performance comparing the simulation and experimental results / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador : João Mauricio Rosario / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-27T23:45:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sa_ClaudioEduardoAravechiade_D.pdf: 35817131 bytes, checksum: e495fd6a62b93a1a2ddfc8b25f6b7e83 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um sistema automático de geração de trajetórias e a implementação de um programa computacional off-line e de um programa de supervisão e controle, com o objetivo de viabilizar a automação de tarefàs de robôs. Foi utilizado para o desenvolvimento deste trabaJho o robô Manutec fabricado pela Siemens composto de seis juntas rotacionais e o manipulador submarino Kraft mas isto não impede que os resultados obtidos possam ser estendido para robôs com outros tipos de juntas. Inicialmente é realizada uma discussão sobre a programação "off-line" e sobre a supervisão e controle de dispositivos robóticos. Também é rea1izada uma breve revisão dos conceitos utilizados na robótica, sobre geração de trajetórias e a formulação matemática para a obtenção do modelo geométrico direto e inverso de um robô e em seguida é apresentado a estrutura do sistema proposto para a geração de trajetórias. E após isso se discorre sobre o tratamento de colisões e criação de obstáculos e a implementação do programa computacional off-line e os resultados obtidos (computacionais e experimentais). Os programas foram implementados, em linguagem ADA, em um microcomputador compatível com a linha ffiM-PC-AT de forma modular, possibilitando alterações / Abstract: The objective of this work is the development of an automatic system of generation of trajectories and the implementation of a program off-line and a program of supervision and contro}, with the objective of making possible the automation of robots' tasks. The robot used for the development of this work was Manutec manufactured by Siemens composed of six rotational joints and the manipulator submarine Kraft but this doesn't impede that the obtained results can be extended for robots with other types of joints. Initially a brief revision of the concepts used in the robotics is accomplis~ about generation of trajectories and the mathematical formulation for the obtaining of the a robot's direct and inverse geometric model and soon afier the structure of the system proposed for the generation of trajectories is presented. It is then it is made a study on the treatment of collisions and creation of obstacles and the implementation of the program off-line and the obtained resu1ts. The programs are implemented, in language ADA, in a compatible microcomputer with the line IBM-PC-ATTN in way to modulate, facilitating alterations / Doutorado / Mecanica dos Solidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Este trabalho apresenta uma metodologia de controle de posição das juntas passivas de um manipulador subatuado de uma maneira subótima. O termo subatuado se refere ao fato de que nem todas as juntas ou graus de liberdade do sistema serem equipados com atuadores, o que ocorre na prática devido a falhas ou como resultado de projeto. As juntas passivas de manipuladores desse tipo são indiretamente controladas pelo movimento das juntas ativas usando as características de acoplamento da dinâmica de manipuladores. A utilização de redundância de atuação das juntas ativas permite a minimização de alguns critérios, como consumo de energia, por exemplo. Apesar da estrutura cinemática de manipuladores subatuados ser idêntica a do totalmente atuado, em geral suas características dinâmicas diferem devido a presença de juntas passivas. Assim, apresentamos a modelagem dinâmica de um manipulador subatuado e o conceito de índice de acoplamento. Este índice é utilizado na seqüência de controle ótimo do manipulador. A hipótese de que o número de juntas ativas seja maior que o número de passivas permite o controle ótimo das juntas passivas, uma vez que na etapa de controle destas há mais entradas (torques nos atuadores das juntas ativas), que elementos a controlar (posição das juntas passivas). Neste ponto reside a contribuição desta tese ao estado da arte, uma vez que não há até o momento publicação que proponha o controle ótimo das juntas passivas neste caso. / This work presents a control methodologie for the position of the passive joints of an underactuated manipulator in a suboptimal way. The term underactuated refers to the fact that not all the joints or degrees of freedom of the system are equipped with actuators, which occurs in practice due to failures or as design result. The passive joints of manipulators like this are indirectly controlled by the motion of the active joints using the dynamic coupling characteristics. The utilization of actuation redundancy of the active joints allows the minimization of some criteria, like energy consumption, for example. Although the kinematic structure of an underactuated manipulator is identical to that of a similar fully actuated one, in general their dynamic characteristics are different due to the presence of passive joints. Thus, we present the dynamic modelling of an underactuated manipulator and the concept of coulpling index. This index is used in the sequence of the optimal conirol of the manipulator. The hipotheses that the number of active joints is greatter than the number of passives (na>np) allows the optimal control of the passive joints, since there are more inputs (torques at the actuators of the active joints), than elements to be controlled (position of the passive joints). At this point resides the contribution of this dissertation to the state of the art, once there is no publication that proposes the optimal control of the passive joints in this case.

Orientador : Euripedes Guilherme de Oliveira Nobrega / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-02T09:19:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ArcosCamargo_MarcoAntonio_M.pdf: 5017384 bytes, checksum: 0c04c9795246bc40f76645bf1fe1318a (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: O objetivo desta dissertação é apresentar o controle da trajetória de um robô manipulador tipo SCARA dentro de um volume de trabalho que é definido pelas equações cinemáticas. A determinação da trajetória dentro do volume de trabalho é obtida através do uso de redes neurais artificiais do tipo perceptron de múltiplas camadas que simulam os movimentos do manipulador entre dois pontos quaisquer dentro deste volume. As posições angulares dos segmentos são responsáveis pela geração dos movimentos do manipulador. Algumas simulações dos movimentos são apresentadas mostrando o comportamento da rede neural artificial na ITonteira do volume e em configurações onde os modelos geométricos tradicionais, geralmente, apresentam singularidades. As redes neurais artificiais utilizadas neste trabalho permitem mapear e controlar as trajetórias do manipulador. Para a validação experimental utilizou-se o manipulador robótico não-planar Robix RCS-6 (Rotacional - Rotacional) de dois graus de liberdade / Abstract: The objective of this dissertation is to present the trajectory control of a SCARA type manipulator within a working volume defined by the cinematic equations. The determination of the trajectory inside the working volume is obtained using an artificial neural network ofthe type multilayer perceptron. The initial simulate, the manipulator movements between two arbitrary points in the working volume. The angular positions of each link are the input for the generation of the manipulator movements. Some of the movement simulations presented in this work show the behavior ofthe artificial neural network in the border ofthe working volume, in configurations where the traditional geometric models generally present singularities. The artificial neural network used in this work also allows mapping and control ofthe trajectories. For the experimental validation, a nonplanar robotic manipulator of two degrees of freedom of the type Robix RCS-6 (RotationalRotational) was used. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Este trabalho trata do controle Markoviano aplicado a um robô manipulador visando obter um sistema tolerante a falhas. Os controladores H2, H&#8734, e H2/H&#8734 Markovianos são calculados e aplicados ao robô em diversas situações de operação. Os controladores obtidos mantiveram a estabilidade do sistema tanto em situações de operação normal, quanto em situações de falhas sucessivas. / This work deals with Markovian control applied to a robot manipulator, in an effort to obtain a fault tolerant system. The H2, H&#8734, and H2/H&#8734 controllers were calculated and applied to the robot in different operation situations. The obtained controllers guaranteed the stability of the system in both situations: normal operation, and successive faults operation.

Este trabalho trata do controle Markoviano aplicado a um robô manipulador visando obter um sistema tolerante a falhas. Os controladores H2, H&#8734, e H2/H&#8734 Markovianos são calculados e aplicados ao robô em diversas situações de operação. Os controladores obtidos mantiveram a estabilidade do sistema tanto em situações de operação normal, quanto em situações de falhas sucessivas. / This work deals with Markovian control applied to a robot manipulator, in an effort to obtain a fault tolerant system. The H2, H&#8734, and H2/H&#8734 controllers were calculated and applied to the robot in different operation situations. The obtained controllers guaranteed the stability of the system in both situations: normal operation, and successive faults operation.

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

A segurança alimentar é um tema que está ganhando importância a cada dia. A ocorrência de casos e surtos de doenças transmitidas por alimentos é grande e traz prejuízos tanto à saúde quanto à economia. O presente trabalho tem por objetivos levantar alguns aspectos da qualidade higiênico-sanitária e do padrão de consumo de alimentos na comunidade São Remo, São Paulo, Capital, no que se refere aos conhecimentos e hábitos higiênicos em relação aos alimentos. Foram colhidas amostras de alimentos para análise microbiologia e realizadas entrevistas com os moradores da Comunidade e com os comerciantes de alimentos da mesma área. Constatou-se a existência de alimentos com risco de intoxicação alimentar e a falta de informação aprofundada sobre os microrganismos e sobre como evitar sua multiplicação no ambiente da cozinha. Concluiu-se que há necessidade de treinamento dos comerciantes e da população priorizando a características da Comunidade e participação da população. / Food safety is a very serious issue and it is gaining more and more importance every day. The number of single cases and outbreaks of food borne diseases is high as are high the costs to health and economy generated by it. The aim of this study is to bring to light aspects of food-safety, hygiene as well as the standards of food consumed at São Remo Community, São Paulo, Capital. Samples of food were collected for microbiological analysis and interviews were carried out with inhabitants along with traders of the community. The survey not only found a real threat of food poisoning but also a deep lack of information about microorganisms and how to avoid their multiplication in a kitchen environment. It was concluded that training should be given to the population and to anyone somehow related to the food business. This training should priorize popular attendance and respect and understand the characteristics of the Community.

Este trabalho versa sobre o projeto e implementação de um controlador de força/torque para um manipulador robótico industrial. Uma proposta de cunho prático, considerando-se as características da planta, foi implementada no manipulador industrial Puma 560 com um sensor de força/torque de seis eixos montado em seu pulso. Considerando-se a inacessibilidade do controle de posicionamento do Puma 560 e a não modificação do projeto original do robô, foi implementada uma malha externa de controle de força/torque sobreposta à malha interna de controle de posição do controlador original. Uma das contribuições deste trabalho foi o desenvolvimento de um simulador geral de manipuladores robóticos de elos seriais rígidos, no ambiente do MATLAB/SIMULINKâ. O simulador desenvolvido, por generalidade, difere dos simuladores usuais que utilizam MATLAB/SIMULINKâ, devido sua flexibilidade advinda da possibilidade de se simular qualquer manipulador dessa categoria e da facilidade de utilização devido à interface desenvolvida para o usuário. O mesmo foi amplamente usado neste trabalho, tanto para o projeto e sintonia dos ganhos do controlador externo de força/torque, quanto para simulações. Finalizando, o trabalho objetiva contribuir no esclarecimento de uma metodologia para aplicação destes controladores em manipuladores em contato com o "ambiente".