This paper proposes the position control of an articulated manipulator of two degrees of freedom driven by induction motors with a controller in the current loop. The work includes the mechanical modeling of the handler that will be developed from the direct and inverse kinematics and position control of induction motors operating system and uncoupled allocated in the manipulator. Thus, we developed two strategies for control of manipulators with two degrees of freedom, one using the scheme for field-oriented vector control and other means of indirect sliding mode control (Sliding-Mode Control - SMC). These control strategies are applied to current loop of induction motors that drive the manipulator. The parameters of the position controller of manipulator are taken into account in calculating the controller parameters of the current control loop, in order to obtain satisfactory results in the positioning the degrees of freedom. In addition, we performed a comparative study between the indirect field-oriented vector control and sliding mode control applied to the current loop. The advantage of the SMC compared to the indirect field-oriented vector control due to the first had in its control law, developed in this thesis, the use of position degree of freedom manipulator applied directly in the control law, while the second acted only as a disturbed rejection controller for the position loop. The Proportional-Integral (PI) was used in the position and speed loops for both current control algorithms to provide a standard for comparison between. For the purpose of implementing the control system individually for each engine and motors coupled to the manipulator used a digital signal processor. / O presente trabalho propÃe o controle de posiÃÃo de um manipulador articulado de dois graus de liberdade acionado a partir de motores de induÃÃo trifÃsicos com um controlador na malha de corrente. O trabalho contempla a modelagem mecÃnica do manipulador que serà desenvolvida a partir das cinemÃticas direta e inversa e o controle de posiÃÃo dos motores de induÃÃo atuando desacoplados do sistema e alocados no manipulador. Deste modo, foram desenvolvidas duas estratÃgias de controle de manipuladores com dois graus de liberdade, uma utilizando o esquema por controle vetorial de campo orientado indireto e outra atravÃs de controle por modos deslizantes (Sliding Mode Control â SMC). Estas estratÃgias de controle sÃo aplicadas a malha de corrente dos motores de induÃÃo que acionam o manipulador. Os parÃmetros do controlador de posiÃÃo dos manipuladores sÃo levados em consideraÃÃo no cÃlculo dos parÃmetros do controlador da malha de controle de corrente, de modo a se obter resultados satisfatÃrios no posicionamento dos graus de liberdade. AlÃm disso, foi realizado um estudo comparativo entre o controle vetorial de campo orientado indireto e o controle de modos deslizantes aplicado na malha de corrente. A vantagem do SMC em relaÃÃo ao controle vetorial de campo orientado indireto deveu-se a que o primeiro possuÃa em sua lei de controle desenvolvida nesta tese a utilizaÃÃo direta da posiÃÃo do grau de liberdade do manipulador, enquanto que o segundo atuava somente como um controlador com rejeiÃÃo ao distÃrbio. O controlador Proporcional-Integral (PI) foi utilizado nas malhas de posiÃÃo e velocidade de modo a fornecer um padrÃo de comparaÃÃo confiÃvel entre os controladores de corrente. Com a finalidade de implementar o sistema de controle de cada motor individualmente e dos motores acoplados ao manipulador utilizou-se um processador digital de sinais.

O objetivo deste trabalho é desenvolver um sistema de controle capaz de realizar o apontamento automático de uma antena parabólica de forma mais precisa e com menor tempo de apontamento quando comparado ao apontamento manual. A antena parabólica em estudo consta de uma parábola metálica de 1.60 m de diâmetro, base de sustentação em ferro, dois conjuntos de engrenagens e dois motores elétricos para realização dos movimentos. Os parâmetros físicos do sistema mecânico, tais como massa, volume e inércia, puderam ser facilmente obtidos a partir de uma modelagem tridimensional em um software de plataforma CAD. Para a modelagem dinâmica do sistema utilizou-se a similaridade do sistema físico em estudo com um manipulador de cadeia aberta de dois graus de liberdade o que permitiu que se aplicassem conceitos referentes a cinemática e modelagem de manipuladores robóticos. Através da notação de Denavit-Hartenberg a cinemática direta da antena com dois graus de liberdade foi obtida com sucesso. As equações dinâmicas que descrevem o movimento do sistema foram levantadas através de um modelador automático implementado em um software de manipulação simbólica. Para tanto foi desenvolvido um algoritmo que descreve os passos necessários para obtenção das equações de movimento de um manipulador robótico em cadeia aberta, a partir da formulação Lagrangeana. Um sistema de controle adaptativo por modelo de referência foi projetado e implementado considerando as incertezas do modelo oriundas de imperfeições contidas na modelagem tridimensional realizada. Os resultados obtidos por simulação do sistema de controle adaptativo se mostraram satisfatórios e os índices de desempenho esperados para um perfeito apontamento foram alcançados. / The objective of this work is to develop a control system capable of performing the automatic maneuver of a satellite dish more accurately with less time maneuvering when compared to manual maneuver. The dish consists of a study on metal parabola 1.60 m in diameter, base of support in iron, two sets of gears and two electric motors to perform the movements. The physical parameters of the mechanical system, such as mass, volume and inertia could be easily obtained from a three-dimensional modeling in a CAD software platform. For modeling the system dynamics we used the similarity of the physical system under study with an open chain manipulator of two degrees of freedom that allowed it to apply concepts related to kinematics and modeling of robotic manipulators. Through the Denavit-Hartenberg notation of the direct kinematics of the antenna with two degrees of freedom was successfully obtained. The dynamic equations describing the motion of the system were raised through an automatic model implemented in symbolic manipulation software. To that end, an algorithm that describes the steps necessary to obtain the equations of motion of a robotic manipulator in open chain, from the Lagrangian method, was developed. A model reference adaptive control system was designed and implemented considering the uncertainties of the model arising from imperfections within the three-dimensional modeling. The results obtained by simulation of the system of closed loop control were satisfactory as well as the high rates of the perfect maneuver have been achieved.

Pendant les dernières décennies, le travail d'une partie toujours croissante de chercheurs qui s'occupent de robotique s'est focalisé sur un groupe spécifique de robots qui fait partie de la famille des manipulateurs parallèles: les robots à câbles. Malgré les nombreuses études que l'on a consacrées à ce sujet, ces robots présentent encore aujourd'hui plusieurs problématiques complètement ou partiellement irrésolues. En particulier l'étude de leur cinématique, qui se révèle déjà complexe pour les manipulateurs parallèles traditionnels, est rendu encore plus compliqué par la nature non linéaire des câbles qui peuvent seulement exercer des efforts de traction. Le travail présenté dans cette thèse concentre donc son attention sur l'étude de la cinématique des robots à câbles et sur la mise au point de techniques numériques capables d'aborder une partie des problématiques liées à cela. La plupart du travail se concentre sur l'élaboration d'un algorithme pour la résolution du problème géométrique direct pour n'importe quel manipulateur à câbles qui se fonde sur l'analyse par intervalles. Cette technique d'analyse permet non seulement de résoudre rapidement le problème mais également de garantir les résultats obtenus en cas d'erreurs d'élimination et d'arrondi et de prendre en considération les incertitudes éventuellement présentes dans le modèle du problème. Le code développé a été testé grâce à un petit prototype de manipulateur à câbles dont la réalisation, qui a eu lieu pendant le parcours de doctorat, est décrite à l'intérieur du mémoire en accord avec la phase de conception du projet et de simulation. / In the past two decades the work of a growing portion of researchers in robotics focused on a particular group of machines, belonging to the family of parallel manipulators: the cable robots. Although these robots share several theoretical elements with the better known parallel robots, they still present completely (or partly) unsolved issues. In particular, the study of their kinematic, already a difficult subject for conventional parallel manipulators, is further complicated by the non-linear nature of cables, which can transmit forces only when they are taut. The work presented in this thesis therefore focuses on the study of the kinematics of these robots and on the development of numerical techniques able to address some of the problems related to it. Most of the work is focused on the development of an interval-analysis-based procedure for the solution of the direct geometric problem (DGP) of a generic cable manipulator. This technique, as well as allowing for a rapid solution of the problem, also guarantees the results obtained against rounding and elimination errors and can take into account any uncertainties in the model of the problem. The developed code has been tested with the help of a small manipulator whose realization is described in this dissertation together with its design and simulation phases.

Orientadores: Helder Anibal Hermini, Paulo R. G. Kurka / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-10T05:53:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mendes_EduardoFelippeAguiar_M.pdf: 4299696 bytes, checksum: d73355f383b74bd0e49b3bc2473e5b6b (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho visou o estudo de manipuladores à semelhança do membro superior humano. Após o estudo do membro superior humano e dos robôs antropomórficos disponíveis tanto na industria quanto no meio acadêmico, utilizaram-se teorias de modelagem geométrica, cinemática direta e cinemática inversa para realizar o modelo de um manipulador robótico antropomórfico. A partir desse modelo desenvolveu-se um software em LabVIEW de Cinemática Direta e Cinemática Inversa de operação em tempo real. Com a intenção de verificar os acionadores mais apropriados disponíveis atualmente, um estudo de músculos artificiais se seguiu, onde se observou a maior viabilidade do músculo artificial de SMA ativado eletricamente. Um protótipo de junta acionada por músculos artificiais foi desenvolvido e controlado via computador. Como resultado deste trabalho conclui-se que há ainda muito para ser desenvolvido na área de manipuladores antropomórficos, principalmente no que diz respeito aos músculos artificiais / Abstract: This work sought the study of manipulators to the similarity of the human superior member. After the study of human superior member, and of anthropomorphics robotics available in the industries and in the academic middle, it was used theories of geometric modelling, direct kinematics modelling and inverse kinematics modelling to make the model of a anthropomorphic robotic manipulator. With that model it grew a software in LabVIEW of real time Direct Kinematics and Inverse Kinematics. With the intention of verifying the available most appropriate actuators, a study of artificial muscles was proceeded, where the largest viability of the artificial muscle of SMA activated electrically was observed. A joint prototype actuated by artificial muscles was developed and controlled through computer. As a result of this work it is ended that there is still a lot to be developed in the area of anthropomorphic manipulators, mainly in what it concerns the artificial muscles / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica