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Controle de força indireto para manipuladores com transmissões flexíveis empregados em tarefas de esmerilhamento

Barasuol, Victor January 2008 (has links)
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T21:26:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 262744.pdf: 2101255 bytes, checksum: b92858da13b61af5bb0fe29696b11613 (MD5) / A flexibilidade ´e um efeito presente em muitos dos rob#os industriais provocando erros de posicionamento, aumento do tempo de estabiliza¸c#ao e at´e instabilidade. Neste trabalho, o problema do controle de for¸ca em rob#os manipuladores com transmiss#oes flex´ýveis (MTF#s) empregados em tarefas de esmerilhamento ´e estudado. Duas estrat´egias de controle de for¸ca indireto para manipuladores r´ýgidos s#ao estendidas para manipuladores com transmiss#oes flex´ýveis: o controle de rigidez e o controle de imped#ancia. Um modelo de for¸cas para a tarefa de esmerilhamento ´e proposto para o estudo da estabilidade e desempenho de ambas as estrat´egias. Buscando a implementa¸c#ao pr´atica destes controladores, dois observadores de estado - um observador de estados baseado na acelera¸c#ao e outro baseado em torques de dist´urbio - s#ao apresentados para estimar as vari´aveis dos elos e das for¸cas de contato com o objetivo de evitar a necessidade da instrumenta¸c#ao completa do manipulador. O desempenho das estrat´egias de controle e dos observadores ´e avaliado frente a tarefa de esmerilhamento pela an´alise dos resultados obtidos em simula¸c#ao. Esta disserta¸c#ao tamb´em apresenta o software de simula¸c#ao desenvolvido para facilitar a obten¸c#ao de resultados, o que engloba todo o conte´udo estudado. Flexibility is an effect present in many industrial robots causing positioning errors, increasing the stabilization time and even instability. In this paper, the force control problem of robot manipulators with flexible transmissions employed in milling tasks is studied. Two strategies of indirect force control for rigid manipulators are extended to manipulators with flexible transmissions: the compliance control and the impedance control. A model of forces for milling tasks is proposed to study the stability and performance of both strategies. Seeking a practical implementation of these controllers, two state observers - an state observer based on acceleration and another based on disturbance torques - are presented to estimate the variables of the links and the forces of contact with goal of avoid the need for full instrumentation of the manipulator. The performance of the control strategies and observers is evaluated against the milling task by analysis of results obtained in simulation. This document also presents the program of simulation developed and used, throughout this research, to facilitate the achievement of results. This software includes all the content studied.
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Implementacao de Controle Servo Visual eCoordenacao Visuo-Motora em Robos Manipuladores

Renato de Sousa Damaso 12 May 2006 (has links)
Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_2305_Tese Doutorado Renato de Sousa Damaso.pdf: 3317894 bytes, checksum: ee682e748773955194dfcd44780fb04e (MD5) Previous issue date: 2006-05-12 / Neste trabalho são investigadas estratégias para o controle de manipuladores, usando realimentação por visão, na realização da tarefa de aproximação e agarre de um objeto em seu entorno. Primordialmente, são tratadas estratégias que dispensem a necessidade de modelos prévios de correlação entre o espaço visual e o espaço motor. São apresentados e analisados resultados das implementações experimentais realizadas com um robô industrial e com um protótipo de manipulador. A principal contribuição desta tese de doutorado é a proposição de uma estratégia para a construção experimental e incremental do modelo visuo-motor para manipuladores realimentados por visão binocular, sendo necessário um número relativamente reduzido de experimentos. São propostas duas estruturas de dados para armazenar as informações estimadas, sendo uma endereçada pelo extremo operativo do manipulador e a outra pela posição do objeto. O modelo obtido é utilizado na coordenação do manipulador para a realização da tarefa de interesse. O arranjo é capaz de adaptar o modelo visuo-motor a mudanças no manipulador ou no sistema de visão, e de lembrar-se de informações inferidas em experimentos anteriores. O método de construção incremental do modelo visuo-motor é confrontado com um método de atualização iterativa do jacobiano. Ao final, são apresentados resultados destes dois métodos implementados na mesma plataforma experimental.
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Análise e síntese de controladores de força-posição de robôs manipuladores

Vargas, Francisco Javier Triveño January 2005 (has links)
Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2013-07-15T23:39:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 225090.pdf: 1811205 bytes, checksum: a4fb1a43fe2b8481c614c03231d6be49 (MD5)
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Controle de posição de robôs manipuladores com transmissões flexíveis considerando a compensação de atrito

Ramirez, Alejandro Rafael Garcia January 2003 (has links)
Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T06:11:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 192228.pdf: 913292 bytes, checksum: 03964c4ebc4c27799f1e80be4c0e6c7b (MD5) / Este trabalho trata o problema de controle de posição de robôs manipuladores com transmissões flexíveis. No desenvolvimento da tese é descrita uma metodologia de controle baseada no controle em cascata e na teoria da passividade. A estratégia de controle em cascata permite a divisão do modelo do robô em dois subsistemas interconectados: o subsistema dos elos e o subsistema das transmissões. Esta divisão permite a compensação do atrito presente na estrutura mecânica do robô. A propriedade da passividade que existe entre o torque e a velocidade angular dos rotores é utilizada na metodologia de controle descrita. A aplicação da propriedade da passividade permite garantir robustez na lei de controle, mesmo sem o cancelamento exato das não linearidades do modelo do robô. Os resultados teóricos, as simulações, os experimentos realizados e a identificação dos parâmetros do robô com transmissões flexíveis, construído para tal finalidade, mostram a validade da técnica apresentada no seguimento de trajetórias nesse tipo de de robôs.
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Cinemática diferencial de manipuladores empregando cadeias virtuais

Bonilla, Aníbal Alexandre Campos January 2004 (has links)
Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T01:46:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 201660.pdf: 898356 bytes, checksum: 77a11015bf7aa1f3449bbad089828c10 (MD5) / Esta tese apresenta um método sistemático para calcular a cinemática diferencial de manipuladores por meio da extensão do método de Kirchhoff-Davies, usando o conceito de cadeia cinemática virtual. As cadeias cinemáticas virtuais são adicionadas convenientemente à
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Formulação e implementação experimental de uma estrategia de controle em tempo real para um braço flexivel

Gamarra Rosado, Victor Orlando 04 December 1997 (has links)
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
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Desenvolvimento e implementação de um programa computacional para a supervisão e controle de manipuladores roboticos

Sa, Claudio Eduardo Aravechia de 27 October 2000 (has links)
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
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Planejamento de trajetorias de um manipulador robotico usando redes neurais artificiais

Arcos Camargo, Marco Antonio 20 August 2002 (has links)
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
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Controle não linear de posição e vibração de manipuladores robóticos com juntas e elos flexíveis utilizando materiais inteligentes

Lima, Jeferson José de 26 February 2015 (has links)
CAPES; CNPq / Neste trabalho é apresentado a modelagem e controle de um manipulador robótico com características flexíveis tanto nas juntas como nos elos. A modelagem matemática é obtida através da formulação de Lagrange. Na estratégia de controle são considerados como atuadores os motores CC (Corrente Contínua) e atuadores classificados como materiais inteligentes como a Liga de Memória de Forma (LMF) e freio Magneto-Reológico (MR-Break). O controle SDRE (State Dependent Ricatti Equation) é utilizado como a lei de controle com base nas técnicas de controle ótimo para sistemas dinâmicos não lineares. Para demonstrar a eficiência e estabilidade do controle são apresentadas simulações numéricas considerando duas configurações distintas: a primeira demonstra o controle do manipulador robótico com dois elos rígidos, duas juntas flexíveis e utilizando controle de torque no elo do manipulador através de atuador MR. A segunda configuração trata do controle de um sistema com três elos, sendo um deles flexível, dois rígido e duas das juntas flexíveis, utilizam-se como atuadores os motores CC dos elos e um atuador LMF acoplado na viga flexível. Com o objetivo de validação o controle de posição através de motor CC e a influencia do eixo flexível na dinâmica do sistema um protótipo de manipulador com dois elos rígidos e duas juntas flexíveis foi confeccionado. Resultados numéricos e experimentais demonstraram a eficiência do controle de posicionamento dos elos através do controle SDRE e a influencia do eixo flexível na dinâmica do manipulador robótico. / This work presents the modeling and control of robotic manipulators with flexible characteristics, both joints as in the links. The mechanical model is obtained by Lagrangian formulation. Control strategy is considered as actuators DC motors (Direct Current) and actuators classified as smart materials such as shape memory alloy (SMA) and Magnetorheological brake (MR). The law of implemented control is based on optimal control techniques for dynamic systems, this control is given the name of SDRE control (State Dependent Ricatti Equation). To demonstrate the efficiency and control the stability of the numerical simulations are presented in three systems: the first demonstrates control of a robotic manipulator with two hard links, two flexible joints and adding torque control in the manipulator of the link through actuator MR. The second case concerns the control of a system with three links, one being flexible, rigid and two of two flexible joints, is used as actuators DC motors of the links and a coupled SMA actuator to the flexible beam. Aiming to validating the control position by DC motor and the influence of the flexible shaft in system dynamics a manipulator prototype with two rigid links and two flexible joints was made. Numerical and experimental results demonstrated the links positioning control efficiency through SDRE control and the influence of the flexible shaft in the dynamics of robotic manipulator.
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Dinâmica e controle de manipuladores robóticos flexíveis, excitados por carregamento não-linear e não-ideal /

Lima, Jeferson José de. January 2017 (has links)
Orientador: José Manoel Balthazar / Coorientador: Ângelo Marcelo Tusset / Banca: Max Mauro Dias Santos / Banca: Paulo José Amaral Serni / Banca: Paulo Sergio da Silva / Banca: Atila Madureira Bueno / Resumo: Manipuladores robóticos leves trazem diversas vantagens quanto ao custo de produção e eficiência na relação carga útil e peso do robô. No entanto a utilização de materiais leves tende a aumentar a flexibilidade estrutural, principalmente na transmissão do torque e nos elos. As propostas de manipuladores apresentadas neste trabalho possuem requisitos conflitantes, pois deseja-se a redução do peso dos mecanismos e aumentar o desempenho, surgem então alguns desafios de engenharia. Desta forma, esta tese trata da modelagem mecânica, análise dinâ- mica e controle híbridos, utilizando atuadores inteligentes, para manipuladores robóticos com características flexíveis. Dois principais modelos de manipuladores robóticos com características flexíveis serão considerados neste trabalho: um para carregamento de carga conectadas a um cabo e outro para manuseio de ferramenta rotativa, ambos com interação não-ideal do elemento manipulado. É possível verificar comportamento caótico ao adicionar a carga aos manipuladores, trazendo assim, maiores desafios a proposta de controle. Na estratégia de controle são considerados como atuadores os motores CC (Corrente Contínua) e atuadores classificados como materiais inteligentes como a Liga de Memória de Forma (LMF), atuando nos elos flexí- veis, e freio Magneto-Reológico (MR-Brake), atuando nas juntas flexíveis. Utilizou-se da rede neural RBFNN para estimativa das variáveis de controle dos atuadores LMF e MR-Brake. O controle DSDRE (Discrete State De... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Light-weight robotic manipulators have advantages over the cost of production and efficiency in relation to payload and weight of the robot. However, the use of light-weight materials tends to increase structural flexibility in torque transmission and in the links of the robot. The manipulator proposals presented in this work have conflicting requirements since it is desired to reduce the weight of the mechanisms and increase the performance, it makes some engineering challenges. Thus, this thesis deals with mechanical modeling, dynamic analysis and hybrid control, using intelligent actuators, for robotic manipulators with flexible characteristics. Two models of robotic manipulators with flexible characteristics will be considered in this work: one for payload connected to a cable and another one for rotary tool, both with non-ideal interaction of the manipulated element. It is possible to verify chaotic behavior by adding the load to the manipulators, becoming a great challenger to the proposal control. DC motors and actuators classified as intelligent materials such as the shape memory alloy (SMA), acting on the flexible links, and Magneto-Rheological Brake (MR-Brake), acting on the flexible joints, are used in the strategy control. The neural network RBF was used to estimate the control variables of the SMA and MR-Brake actuators. The DSDRE (Discrete State Dependent Ricatti Equation) control is used as the control law. The numerical results show that the addition of hybrid... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

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