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

Orientadores: Helder Anibal Hermini, Jose Manoel Balthazar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T08:25:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paracencio_LuisGustavodeMello_M.pdf: 4796765 bytes, checksum: 995f6c689cb11d91ba0a846b33152415 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: A partir de considerações de dinâmica não-linear aplicada à robótica, foi desenvolvida a montagem experimental de um manipulador de dois graus de liberdade em que à primeira junta é atuada e a segunda é sub-atuada. Para tal, foram estabelecidos os objetivos para a concepção do protótipo gerado. A montagem experimental foi realizada a partir do desenvolvimento de manipuladores de dois graus de liberdade, considerados rígidos, podendo ser futuramente estendidos a outros graus de liberdade com alguma flexibilidade. A partir dos resultados apresentados, puderam ser verificadas as vantagens e desvantagens da utilização das arquiteturas de controladores aplicadas ao comando de mecanismos robóticos / Abstract: From reasons of applied nonlinear dynamics to robotics, it was developed an experimental setting of manipulator of two degrees of freedom where to the first joint is acted and second is sub-acted. The objectives had been established for the conception of the generated archetype. The experiment was carried through the development of manipulators of two degrees of freedom considered rigid. It can be extended to other degrees of freedom with some flexibility in future. The advantages and disadvantages of the use of architectures of controllers could be identified for applied to the command of mechanisms robotics / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: João Mauricio Rosario, Alvaro Geraldo Badan Palhares / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-23T15:19:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_NiltonCardosoda_D.pdf: 22567290 bytes, checksum: 98ea3275306d769d2bd139bc16d65d41 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Esta tese apresenta um estudo do processo de seleção de atuadores para juntas de manipuladores rígidos com n graus de liberdade, integrado à automatização da modelagem dinâmica utilizando as equações de Euler Lagrange. Os programas computacionais desenvolvidos foram implementados no ambiente do MATHEMATICA TM, que contém bibliotecas de funções básicas que agilizaram o desenvolvimento da programação. O enfoque principal deste trabalho concentra-se na seleção de atuadores considerando critérios dinâmicos, térmicos e cinemáticos. Este processo culmina com a especificação analítica ideal do motor e redutor para cada junta, conforme o tipo de acionamento (Direto, indireto reduzido e indireto não reduzido) e a carga atuaante sobre a junta durante a realização de uma tarefa previamente especificada para o manipulador desejado. A proposta do tema desta tese destaca-se porque modifica os parâmetros fisicos e geométricos da equação dinâmica utilizando dois procedimentos internos: a fusão dos parâmetros dos atuadores e dos elos, considerando-os como um objeto único, e a compatibilização do formato dos parâmetros fisicos com o formato exigido pelo ambiente de programação. Estes parâmetros dependem das operações típicas da seleção e redistribuição dos atuadores e das modificações dos tipos de acionamento das juntas que são aspectos inerentes das fases de projeto e redimensionamento de manipuladores. Finalmente, são apresentados os principais resultados das simulações mostrando o comportamento dinâmico a partir de perfis cinemáticos previamente estabelecidos para um manipulador planar cuja garra se desloca através de um segmento de reta, revelando as alterações da intensidade dos esforços para os diferentes posicionamentos dos atuadores, conforme os tipos de acionamento específicos / Abstract: This thesis is a study of the actuators selection process for joints of rigid manipulators with generic degrees of fTeedom, integrated into the automation of dynamic modeling using Euler-Lagrange equations. The program that executes these processes is based on the MATHEMATICA TM, which contains libraries that provide the development of the programation. The main focus of this work is on actuators selection, while considering the dynamics, thermics and kinematics criterion. This process culminates with the ideal analytic specification of the motor and reducer for each joint, according to the drive type: (direct, indirect reduced and indirect unreduced), and the load that acts on the joint during the execution of a task previously specified for desired manipulator. The proposal of this work theme destach because it modifies the physical and geometric parameters of the dynamic equation, using two intemal processes: the fusion of the actuators and links parameters considering them as a single object, and the compatibilization of physical parameters format with the one demanded by the programming environrnent. These parameters depend on typical operations such as selection and redistribution of the actuators and also on the modifications of joint drives, that are inherent aspects of the project phases and of the manipulators redimensioning. Finally, the main results of the simulations are presented showing the dynamic behavior to the cinematic profiles previously established for a planne manipulator, whose end-effector moves through a straight line segment, showing the alterations of the effort intensity for different actuators positioning, according to specific drives / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Helder Anibal Hermini, Jose Manoel Balthazar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Meêanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T10:09:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pires_LeoSantana_M.pdf: 9313372 bytes, checksum: a9469afaba08752e7ef419dc781fe926 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Uma aproximação unificada para projeto e controle de manipuladores robóticos que retenha todas as não linearidades inerentes na dinâmica é desenvolvido para uma configuração robô-motor considerado como um sistema interagente. Este projeto de sistema interagente, baseado no modelo de teoria de controle de desacoplagem não-linear de Beekmann, desacopla a configuração robô-motor para os subsistemas robô, motor e interação cm série. Esta aproximação está em contraste ao tratamento convencional do motor como uma pura fonte dc torque c o negligenciamento da interação dinâmica entre a junta do robô e o motor, e ao desconsiderar a formulação não-linear / Abstract: A unified approach to a robotic controI design, which retains all the nonlinearities inherent in the dynamics, is developed for the motor-robot configuration considered as an imeracting system. This control system design, based on the Beekmann model's nonlinear decoupling control theory with arbitrary pole placement, decouples the motor-robot configuration into robot, motor, and series compliance (interaction) subsystems. This approch is in contrast to the conventional treatment of the motor as apure torque source and the neglect of dynamic interactions between the robot joint and the motor drive mechanism and not consider the nonlinear formulation / Mestrado / Projeto Mecanico e Mecanica dos Solidos / Mestre em Engenharia Mecânica