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.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Automação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Páginas numeradas: I-XV, 17-217 / Tese de mestrado. Automação, Instrumentação e Controlo. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major de Automação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Automação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2014. / Submitted by Larissa Stefane Vieira Rodrigues (larissarodrigues@bce.unb.br) on 2014-12-17T16:52:31Z No. of bitstreams: 1 2014_LeandroSoaresPinheiro.pdf: 7030891 bytes, checksum: 8449a0728d16dd7c699324a30da9c9a9 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2014-12-29T18:27:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_LeandroSoaresPinheiro.pdf: 7030891 bytes, checksum: 8449a0728d16dd7c699324a30da9c9a9 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-12-29T18:27:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_LeandroSoaresPinheiro.pdf: 7030891 bytes, checksum: 8449a0728d16dd7c699324a30da9c9a9 (MD5) / Equipamentos de digitalização tridimensional, juntamente com sistemas de soldagem robotizada, podem ser utilizados para automação de processos de reparos em peças metálicas com mínima ou nenhuma interação humana. Este trabalho implementa algoritmos de segmentação, reconstrução e filtragem, que interpretam a nuvem de pontos de uma cavidade e, seguindo uma estratégia pré-estabelecida de preenchimento, fornecem ao manipulador robótico os pontos de trajetória necessários ao correto posicionamento dos cordões de solda, de modo a produzir o preenchimento da cavidade. Os algoritmos foram validados utilizando nuvens de pontos geradas por meio da discretização de geometrias previamente definidas em software CAD. Essas geometrias foram dimensionadas buscando-se similaridade com cavidades ocasionadas em pás de turbinas hidráulicas decorrentes de erosão por cavitação e de remoção de trinca parcialmente passante. A validação do processo completo de reparo, incluindo etapas de mapeamento 3D, de geração de trajetórias e de deposição de metal de solda, é realizada com base na digitalização de um modelo de cavidade usinado em bloco metálico, utilizando escâner comercial. Os algoritmos desenvolvidos foram capazes de mapear a cavidade, gerar a trajetória e produzir o programa em linguagem ARLA para um robô industrial IRB2000, em cujo órgão terminal se encontrava uma tocha de soldagem GMAW acoplada a sua respectiva fonte. Realizaram-se ensaios de deposição e os resultados foram analisados dos pontos de vista geométrico e de qualidade do preenchimento. ____________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Equipments for three-dimensional digitization, integrated with robotic welding system, can be used for automation of metallic parts repair with minimum or none human intervention. This work implements algorithms for segmentation, reconstruction and filtering that manipulates a point cloud representing a cavity and delivery welding points to the robot manipulator capable of executing a predefined filling strategy. The algorithms were validated through the use of known point cloud generated from the discretization of geometries in CAD software. These geometries were designed with dimensions related to a cavity that occurs on hydraulic turbines caused by cavitation erosion and from removed cracks. The complete repairing process validation, including 3D mapping, trajectory generation and metal deposition by welding, is done based on digitization of a cavity model machined in a metallic block and scanned by a commercial 3D scanner. The developed algorithms were capable of mapping the cavity, generate the trajectory and output a program in ARLA language to an IRB2000 industrial robot, which has coupled a welding GMAW torch at its terminal joint. Depositions essays were realized and the results analyzed by geometric and filling quality perspective.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-09-23T17:09:08Z No. of bitstreams: 1 2016_LuisFelipedaCruzFigueredo.pdf: 42251540 bytes, checksum: bf57843e92b37b40c0684528bcf64a23 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-11-24T13:58:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_LuisFelipedaCruzFigueredo.pdf: 42251540 bytes, checksum: bf57843e92b37b40c0684528bcf64a23 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-24T13:58:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_LuisFelipedaCruzFigueredo.pdf: 42251540 bytes, checksum: bf57843e92b37b40c0684528bcf64a23 (MD5) / O objetivo principal deste trabalho é contribuir para a compreensão e para o avanço das técnicas de controle para robôs manipuladores no contexto de aprimorar o estado-da-arte em robótica. O presente trabalho fornece soluções para uma série de problemas relevantes e desafiadores com ênfase na precisão, robustez, otimização e flexibilidade do controle cinemático no espaço de tarefas. Estas características são essenciais para o desenvolvimento de ferramentas que permitam robôs executarem tarefas sofisticadas em cenários cada vez menos controlados. As contribuições são obtidas a partir da exploração da álgebra de quatérnios duais que é a abordagem escolhida para a modelagem e o controle da cinemática acoplada dos robôs manipuladores. A fim de defrontar a suscetibilidade de manipuladores com respeito a erros de modelagem, incertezas, distúrbios exógenos e a influência destes na pose do efetuador, adaptamos técnicas de controle H∞—válidas apenas para perturbações aditivas—para a álgebra de quatérnios duais. Assim, obtemos um vínculo intuitivo e elegante entre o desempenho sobre a trajetória do efetuador e diferentes fontes de incertezas e perturbações, ao mesmo tempo que atenuamos perturbações no sentido H∞ com o mínimo esforço de controle instantâneo. A partir da álgebra de quatérnios duais, também propomos novas estratégias de controle ótimo para manipuladores. Em contraste a técnicas clássicas, a otimização foca-se em variáveis do espaço de tarefas. Além de prevenir derrapagens e sobrepassos, esta nova estratégia é particularmente relevante ao lidarmos com os desafios inerentes a cenários que requerem maior precisão e segurança de interação em contraste com velocidade de convergência—é o caso, por exemplo, de robôs complacentes, múltiplos braços e interação homem-robô, onde a velocidade no espaço de tarefas é fator que influencia largamente a aceitação humana ao contato. A fim de aprimorar a reatividade do manipulador, introduzimos um novo critério que enriquece movimentos no espaço nulo. Utilizando controle chaveado, relaxamos determinadas especificações reduzindo o número de graus de liberdade controláveis, mas mantendo o efetuador dentro de subespaços desejados. Assim, o espaço nulo da Jacobiana é ampliado com mais graus de liberdade possibilitando a execução de tarefas adicionais. Aparte destes requisitos, visamos igualmente assegurar a manipulação adequada em toda a área de trabalho. Singularidades intrínsecas à cinemática são defrontadas tanto por meio de movimentos no espaço nulo—que mostramos ser válidos no formalismo de quatérnios duais—como através de uma nova estratégia de prevenção com base em critérios H∞. A solução é adequada para a variedade de quatérnios duais e regula explicitamente a compensação entre a exatidão e esforço de prevenção de singularidades inevitáveis. Finalmente, também abordarmos a obstrução topológica referente a estabilização global a partir de controladores contínuos—restrição válida para todas as representações de corpos rígidos. No caso de quatérnios duais unitários, a obstrução é representada pela problema de cobertura dupla inerente ao grupo. Neste trabalho, propomos uma lei de controle chaveada com histerese que assegura a estabilidade global robusta e assintótica no espaço de quatérnios duais. Uma extensa coleção de exemplos, simulações e experimentos são realizados para ilustrar a eficácia e relevância dos resultados. Ademais, e mais importante, os resultados propostos são validados por uma exploração matemática rigorosa a fim de garantir precisão e síntese adequada para aplicações práticas. Assim, o trabalho formaliza a teoria de controle na álgebra de quatérnios duais e aprimora o estado-da-arte de controle para manipuladores—contribuindo com o esforço contínuo para o desenvolvimento da robótica do futuro. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In the light of the ongoing effort to improve the state-of-the-art in robotics, this thesis’s main goal is to contribute to the understanding and advancement of control techniques for robot manipulators. In this context, the present work provides solutions to a number of relevant and challenging task-space kinematic control problems for robot manipulators in the sense of accuracy, robustness, optimality and flexibility. These are cornerstone features required to unfold tools for robots to execute sophisticated tasks deployed at increasingly less controlled scenarios. To support the theory presented herein, this thesis exploits the advantages of the dual quaternion algebra to model and control the robot coupled translation and rotation kinematics. First, to address the manipulator liability to modeling errors, uncertainties, exogenous disturbances, and their influence upon the robot orientation and translation kinematics, we adapt H∞ techniques— suitable solely for additive noises—to dual quaternion algebra. In this sense, we provide an intuitive and elegant connection between performance effects over the end-effector trajectory and different sources of uncertainties and disturbances while satisfying disturbance attenuation properties with minimum instantaneous control effort. Sharing the dual quaternion advantages, we also propose novel optimal control strategies in dual quaternion task-space. In contrast to standard optimal control techniques, herein, we focus on optimizing task-space variables. In addition to preventing drifts and overshoots, the analysis is particularly relevant to address the challenges for increasing accuracy in scenarios that require precise and safe interaction in contrast to convergence speed—for instance, compliant robots, multiple arms and human-robot interaction where literature shows that controlled speed at taskspace largely influences the human acceptance of the contact. Finally, to cope with reactiveness requirements, we introduce a new criterion to enrich the selfmotions of robot manipulators. Using a switching control technique, we relax particular task specifications in order to control fewer degrees of freedom while maintaining the end-effector within desired subspaces. As a consequence, the Jacobian nullspace is enlarged with more degrees of freedom to perform additional self-motion tasks. Departing from the requirements for robustness, optimality and reactiveness, this thesis also aims at ensuring proper manipulation throughout the workspace. Singularities instrisic to the kinematic modeling are addressed both by means of self-motion—which is shown to be valid within the dual quaternion formalism—and using a novel avoidance strategy based on the H∞ criteria. The novel solution is suitable for dual quaternion manifold and explicitly regulates the trade-off between exactness and effort of avoiding inescapable singularities. Finally, we also approach the topological obstruction to global stabilization using continuous feedback—inherent to all rigid body representations. In the case of unit dual quaternions, the obstruction is reflected by the unwinding phenomenon that stems from the group double cover. Herein, we propose a switching control law with hysteresis that ensures robust global asymptotic stability within dual quaternion space. An extensive collection of examples, simulations and experiments are performed to illustrate the effectiveness and relevance of our results. Most important, all the proposed results are supported by rigorous mathematical evidence to ensure accuracy and proper synthesis with practical applications. Therefore, we believe the approaches herein formalize the control theory within unit dual quaternions and improve the state-of-the-art in control of manipulators—contributing to the ongoing effort of unfolding tools for the future of robotics.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 1994. / Submitted by Mariana Fonseca Xavier Nunes (nanarteira@hotmail.com) on 2010-07-22T19:08:01Z No. of bitstreams: 1 1994_RudiHenriVanEls.pdf: 2124943 bytes, checksum: 5d0221da7b9f00f3388fa56724455bc0 (MD5) / Approved for entry into archive by Lucila Saraiva(lucilasaraiva1@gmail.com) on 2010-09-22T03:36:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 1994_RudiHenriVanEls.pdf: 2124943 bytes, checksum: 5d0221da7b9f00f3388fa56724455bc0 (MD5) / Made available in DSpace on 2010-09-22T03:36:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1994_RudiHenriVanEls.pdf: 2124943 bytes, checksum: 5d0221da7b9f00f3388fa56724455bc0 (MD5) Previous issue date: 1994 / O controle de junta de manipuladores robóticos usando estrutura hierárquica de controle, executado por um computador supervisor e microcontrolador de junta, é estudado neste trabalho. O problema de controle global do robô, o planejamento de trajetórias e o controle de movimento, assim como a dinâmica do robô são discutidas e as atribuições do computador supervisor e controlador de junta definidas. Um sistema de desenvolvimento para o microcontrolador MC8031 (Intel) foi construído para facilitar o projeto do controlador de junta. Para estudar problema de controle, um manipulador de um grau de liberdade foi construído, com a montagem de um braço mecânico num servomotor educacional. O estudo prosegue com a discussão das características do servomotor e sua dinâmica, chegando à construção de uma unidade não-linear para compensar uma das características não-lineares do motor. Quatro estratégias de controle (PD, PID, PD com torque computado e Controle por estrutura variável), são projetos e implementados numa linguagem de alto nível. No final, os resultados das diferentes estratégias de controle, obtidos por simulação em computador e realização física são discutidos. É mostrado que o hardware proposto é adequado como controlador de junta. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The joint control of robot manipulators using a hierarchical control scheme carried out by a supervisor computer and joint micro controllers, is studied in this dissertation. The global robot control problem, the trajectory planning and motion control, as well as robot dynamics are discussed and the attributions of the supervisor computer and joint controllers defined. A development system for Intel's micro controller MC8031 was built in order to ease the design the joint controller. For the study of the control problem, a manipulator with one degree of freedom was built, with the assembling of a mechanical arm on an educational servo motor. The study continues with the discussion of the servo motor characteristics and its dynamics, leading to the construction of a nonlinear unit to compensate some of the motor's nonlinear characteristics. Four control strategies (PD, PID, Computed Torque PD and Variable Structure Control), were designed and implemented in a high level computer language. At last, the result of the different control strategies, obtained by computer simulation and real world implementation are discussed. It is shown that the hardware proposed is suitable as a joint controller.

O mecanismo Plataforma de Stewart é um manipulador do tipo paralelo, com seis graus de liberdade, boa relação peso/carga e alta rigidez. Tais características conferem a este tipo de manipulador propriedades superiores de precisão em relação aos manipuladores seriais. Neste trabalho, o controle de um Manipulador Plataforma de Stewart (MPS) acionado por atuadores hidráulicos é estudado com o objetivo de compensação de movimentos para viabilização de transferência de cargas e pessoas em ambiente naval.Visando ao desenvolvimento de um protótipo experimental, o manipulador é estudado considerando a situação em que se encontra sobreposto a um segundo MPS que tem por objetivo simular o movimento da maré, sendo ambos MPS considerados desacoplados dinamicamente. Neste contexto, o estudo envolve a análise cinemática e dinâmica do manipulador incluindo, também, a dinâmica dos cilindros hidráulicos. Além disso, são estudadas unidades de medição inercial (IMU) utilizando-as como instrumento para medição do movimento da base a ser compensado. O projeto do controlador do sistema de atenuação de movimento faz uso da técnica de Torque Computado (TC). A análise de estabilidade, feita separadamente para o sistema mecânico e hidráulico, baseou-se da teoria de Lyapunov. Simulações realizadas considerando trajetórias similares às do movimento de um navio são utilizadas. Para compensação do movimento são utilizados, também, sinais provenientes de uma IMU. Por meio de simulação, comprova-se que o sistema proposto é capaz de compensar adequadamente os movimentos da base estudados. / The Stewart platform mechanism is a parallel manipulator with six degrees of freedom, high load/weight ratio and high stifness. These properties give them a better accuracy when compared to serial manipulators. This work focuses on study of electrohydraucally Stewart Platform Manipulators (MPS) to enable compensation of vessels motions for load and personell transfer in sea. Aimed at developing an experimental prototype, a second MPS is placed underneath the rst MPS to simulate vessels motions and so both manipulators are considered dynamically decoupled. In this sense, the kinematics and dynamics of this manipulator are presented, as well as a mathematical model of the hydraulic actuator. Furthermore, special attention is given to the study of inertial measurement units (IMU) which is used as an instrument for measuring the motion to be compensated. Controller design for the compensation system is developed considering compute torque theory which consider the system separated in two: mechanical and hydraulic. The Lyapunov criteria is used to guarantee closed loop stability for each subsystem. Simulations are performed considering similar vessel motions. Signals provided from a comercial IMU are used for motion compensation. The control compensation performance is veri ed by means of computer simulations.

O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma estratégia de programação para um robô de cinco graus de liberdade com acionamento pneumático. A proposta para tal estratégia de programação utiliza como base a linguagem SFC (Sequential Function Chart) normatizada pela IEC 61131-3. A principal característica deste tipo de linguagem é a simplicidade na integração com diversos elementos presentes em ambiente fabril, juntamente a garantia do sequenciamento das ações e a facilidade de programação. O estudo foi realizado em três etapas: a primeira, destina-se à criação de sub-rotinas em linguagem SFC para movimentação ponto a ponto, pick and place, e paletização. Desta forma, através da definição de alguns dados de entrada, é possível reprogramar o robô de forma gráfica e intuitiva; a segunda etapa do estudo constituiu na criação de um Programa Tradutor em linguagem baseada em scripts de Matlab que, através de um servidor OPC (Ole for Process Control), faz a interpretação do programa em linguagem SFC e o traduz para a linguagem do sistema de controle do robô; já, a última etapa destina-se à realização de testes utilizando um CLP Compact Logix da AllenBradley em conjunto com o software de programação RSLogix 5000, o software Matlab e o sistema de controle do robô pneumático. A partir dos resultados, Conclui-se que a aplicação e utilização este tipo de programação para tarefas de movimentação de robôs é plenamente viável, o que pode vir a simplificar as etapas de programação, e ampliando a integração entre os diversos sistemas fabris, na medida em que os seus elementos poderão trocar facilmente informações necessárias à automação. / The present study has as main goal to present a differentiated form of programming for a prototype of a robot of five degrees of freedom with pneumatic drive. This program is based on the language SFC (Sequential Function Chart) standardized by IEC 61131-3. The main feature of this type of language is simplicity in integration with various elements present in the manufacturing environment, ensuring the sequencing of actions and ease of programming. The system used as a test bench consists of a pneumatic robot which currently control actions are carried out through specific programming routines combined with dedicated control boards, working with Matlab software. The study was conducted in three stages: the first, for creating subroutines in SFC language to linear movement, pick and place movement and palletizing movement, thus, by setting some input data it is possible to reprogram the robot for tasks in a graphical and intuitive way; the second stage of the study consisted in creating a translator program in Matlab language based on scripts that, through an OPC server (Ole for Process Control), interpreters the program in SFC language and translates it into the language of the control system robot; the last step was intended for testing this programming approach by using a PLC Compact Logix from Allen-Bradley in conjunction with RSLogix 5000 programming software, Matlab and the control system of the pneumatic robot. It was concluded that the implementation and use of this type of programming for robot handling tasks are both feasible. It simplifies the programming steps and enhances the integration between the various manufacturing systems, since the elements could directly exchange information, because they are in the same language.