[pt] Este trabalho apresenta um estudo experimental do funcionamento do protótipo de uma traçadora gráfica de grande porte, desenvolvida no Departamento de Engenharia Mecânica da PUC-RJ. São detalhadas as características cinemáticas e dinâmicas do modelo de posicionamento adotado. As respostas de traçados são analisadas em função de diversas variáveis. É feito um estudo sobre rampa de aceleração e sua influência na qualidade do traçado. Finalmente, é apresentado um algoritmo, de traçamento de arcos de círculo, que permite maior versatilidade no seu funcionamento. / [en] An experimental study of the performance of a large scale plotter developed and built at the Mechanical Engineering Department of PUC-RJ is undertaken. After analysis of the kinematical solution, the study is concerned with the dynamical response of the pen positioning system. The need of acceleration ramps becomes clear and their influence on the drawing quality is compared for several time delays. Finally, an algorithm for drawing circles and arcs based on a look-up table is presented. This algorithm is suitable for reducing data transfer between the controlling computer and the plotter.

O objetivo deste trabalho é desenvolver um sistema de automação para a produção das sementes de iodo-125 por soldagem a laser (Nd:YAG). As sementes de iodo- 125 são utilizadas com sucesso no tratamento de câncer por braquiterapia, via baixa taxa de dose. Esta pequena semente é constituída por uma cápsula de titânio soldada, com 0,8mm de diâmetro e 4,5mm de comprimento, contendo iodo-125 adsorvido em fio de prata, no interior da mesma. As sementes de iodo-125 são implantadas na próstata humana para irradiar o tumor e tratar o câncer. Hoje, o Centro de Tecnologia das Radiações - CTR, do IPEN-CNEN/SP importa e distribui 36.000 sementes de iodo-125 por ano, para as clínicas e hospitais no País. No entanto, o potencial do mercado brasileiro é de 8.000 sementes de iodo-125 por mês. Assim, a produção local destas fontes radioativas de iodo- 125 tornou-se uma prioridade para o Instituto, visando reduzir o preço e aumentar o fornecimento à população. Por outro lado, a automação industrial desempenha papel importante na fabricação das sementes de iodo-125, com aumento da produtividade e padrão elevado de qualidade, além de facilitar a implementação e o funcionamento de processos com Boas Práticas de Fabricação (BPF). A tecnologia consiste em associar peças mecânicas e componentes eletro-eletrônicos, para controle de máquinas e processos. A tecnologia de automação para produção das sementes de iodo-125 desenvolvida neste trabalho emprega Controlador Lógico Programável (CLP), motores de passos, drivers, máquina de soldagem a laser (Nd:YAG), sensores fotoelétricos e interfaces de comunicação. / The aim of this work is to develop an automation system for iodine-125 radioactive seed production by (Nd:YAG) laser welding, which has been used successfully in Low Dose Rate (LDR) brachytherapy treatment. This small seed consists of a welded titanium capsule, with 0.8mm in diameter and 4.5mm in length, containing iodine-125 adsorbed onto a silver rod. The iodine-125 seeds are implanted into the human prostate to irradiate the tumor for cancer treatment. Nowadays, the Radiation Technology Center, at IPEN-CNEN/SP imports and distributes 36,000 iodine-125 seeds per year, for the clinics and hospitals in the country. However, the Brazilian market potential is now over 8,000 iodine-125 seeds per month. The local production of these iodine-125 radioactive sources becomes a priority for the Institute, in order to reduce the price and the problems of prostate cancer management. It will permit to spread their use to a largest number of patients in Brazil. On the other hand, the industrial automation plays an important role for iodine-125 seeds in order to increase the productivity, with high quality and assurance, avoiding human factors, implementing and operating with Good Manufacturing Practices (GMP). The technology consists of appliance electronic and electro-mechanical parts and components to control machines and processes. The automation system technology for iodine-125 seed production developed in this work was mainly assembled employing Programmable Logic Controller (PLC), stepper motors, drivers, (Nd:YAG) laser welding machine, photoelectric sensors and supervisory.

Este trabalho contempla o projeto de um manipulador robótico cilindro atuado por motores de passo com cinco juntas de atuação. As etapas do projeto do robô, que tratam este estudo, foram divididas em: projeto mecânico; modelagem matemática; projeto do controlador; e simulações. O projeto mecânico apresenta uma proposta de configuração e dimensionamento mecânicos que supre a demanda exigida para a operação analisada. O modelo matemático apresenta as características elétricas e mecânicas do atuador e as características mecânicas do robô. O projeto de um controlador linear é realizado por meio da alocação dos polos do sistema em malha fechada através da realimentação dos estados de posição e de velocidade angulares do rotor unidos a um integrador do erro de posição angular. Para o primeiro grau de liberdade, por conta da variação do momento de inércia de massa associado a essa junta, um controlador com ganhos parametrizados foi projetado, no qual os ganhos são calculados baseado no modelo matemático relativo ao momento de inércia de massa associado a essa junta. Por meio de simulações computacionais, avaliou-se o projeto dos controladores no movimento ponto a ponto dos cinco eixos de atuação e a variação do momento de inércia de massa sobre a primeira junta. Os resultados dessas simulações mostraram que os controladores propostos cumprem com a dinâmica desejada nos cinco graus de liberdade do robô. / This work contemplates the design of a robotic manipulator, which is operated by a stepper motor with five actuation joints. The robot design steps were divided into: mechanical design; mathematical modeling; controller design; and simulations. The mechanical design presents a proposal of mechanical configuration and sizing that supplies the required demand for the analyzed operation. The mathematical model presents the electrical and mechanical characteristics of the actuator and the mechanical characteristics of the robot. The design of a linear controller is accomplished by allocating the poles of the closed loop system by states feedback of the position and angular speed of the rotor attached to an angular position error integrator. For the first degree of freedom, due to the variation of mass moment of inertia associated with this joint, a controller with parameterized gains was projected, in which the gains are calculated based on the mathematical model related to the mass moment of inertia associated to this joint. By means of computational simulations, we evaluated the design of the controllers in the point-to-point movement of the five actuation joints and the variation of the mass moment of inertia on the first joint. The results of these simulations showed that the proposed controllers comply with the desired dynamics in the robot’s five degrees of freedom.

Este trabalho contempla o projeto de um manipulador robótico cilindro atuado por motores de passo com cinco juntas de atuação. As etapas do projeto do robô, que tratam este estudo, foram divididas em: projeto mecânico; modelagem matemática; projeto do controlador; e simulações. O projeto mecânico apresenta uma proposta de configuração e dimensionamento mecânicos que supre a demanda exigida para a operação analisada. O modelo matemático apresenta as características elétricas e mecânicas do atuador e as características mecânicas do robô. O projeto de um controlador linear é realizado por meio da alocação dos polos do sistema em malha fechada através da realimentação dos estados de posição e de velocidade angulares do rotor unidos a um integrador do erro de posição angular. Para o primeiro grau de liberdade, por conta da variação do momento de inércia de massa associado a essa junta, um controlador com ganhos parametrizados foi projetado, no qual os ganhos são calculados baseado no modelo matemático relativo ao momento de inércia de massa associado a essa junta. Por meio de simulações computacionais, avaliou-se o projeto dos controladores no movimento ponto a ponto dos cinco eixos de atuação e a variação do momento de inércia de massa sobre a primeira junta. Os resultados dessas simulações mostraram que os controladores propostos cumprem com a dinâmica desejada nos cinco graus de liberdade do robô. / This work contemplates the design of a robotic manipulator, which is operated by a stepper motor with five actuation joints. The robot design steps were divided into: mechanical design; mathematical modeling; controller design; and simulations. The mechanical design presents a proposal of mechanical configuration and sizing that supplies the required demand for the analyzed operation. The mathematical model presents the electrical and mechanical characteristics of the actuator and the mechanical characteristics of the robot. The design of a linear controller is accomplished by allocating the poles of the closed loop system by states feedback of the position and angular speed of the rotor attached to an angular position error integrator. For the first degree of freedom, due to the variation of mass moment of inertia associated with this joint, a controller with parameterized gains was projected, in which the gains are calculated based on the mathematical model related to the mass moment of inertia associated to this joint. By means of computational simulations, we evaluated the design of the controllers in the point-to-point movement of the five actuation joints and the variation of the mass moment of inertia on the first joint. The results of these simulations showed that the proposed controllers comply with the desired dynamics in the robot’s five degrees of freedom.

Este trabalho contempla o projeto de um manipulador robótico cilindro atuado por motores de passo com cinco juntas de atuação. As etapas do projeto do robô, que tratam este estudo, foram divididas em: projeto mecânico; modelagem matemática; projeto do controlador; e simulações. O projeto mecânico apresenta uma proposta de configuração e dimensionamento mecânicos que supre a demanda exigida para a operação analisada. O modelo matemático apresenta as características elétricas e mecânicas do atuador e as características mecânicas do robô. O projeto de um controlador linear é realizado por meio da alocação dos polos do sistema em malha fechada através da realimentação dos estados de posição e de velocidade angulares do rotor unidos a um integrador do erro de posição angular. Para o primeiro grau de liberdade, por conta da variação do momento de inércia de massa associado a essa junta, um controlador com ganhos parametrizados foi projetado, no qual os ganhos são calculados baseado no modelo matemático relativo ao momento de inércia de massa associado a essa junta. Por meio de simulações computacionais, avaliou-se o projeto dos controladores no movimento ponto a ponto dos cinco eixos de atuação e a variação do momento de inércia de massa sobre a primeira junta. Os resultados dessas simulações mostraram que os controladores propostos cumprem com a dinâmica desejada nos cinco graus de liberdade do robô. / This work contemplates the design of a robotic manipulator, which is operated by a stepper motor with five actuation joints. The robot design steps were divided into: mechanical design; mathematical modeling; controller design; and simulations. The mechanical design presents a proposal of mechanical configuration and sizing that supplies the required demand for the analyzed operation. The mathematical model presents the electrical and mechanical characteristics of the actuator and the mechanical characteristics of the robot. The design of a linear controller is accomplished by allocating the poles of the closed loop system by states feedback of the position and angular speed of the rotor attached to an angular position error integrator. For the first degree of freedom, due to the variation of mass moment of inertia associated with this joint, a controller with parameterized gains was projected, in which the gains are calculated based on the mathematical model related to the mass moment of inertia associated to this joint. By means of computational simulations, we evaluated the design of the controllers in the point-to-point movement of the five actuation joints and the variation of the mass moment of inertia on the first joint. The results of these simulations showed that the proposed controllers comply with the desired dynamics in the robot’s five degrees of freedom.

The objective of this work is to develop a methodology to control of equipments powered by stepping motors, via the computer parallel port, with up to three programmable axes, for use in automated processes. To implement the proposed system, used to be an environment for developing computer programs, which could make communication with the computer's parallel port for data transfer control circuits to drive the stepping motors. The program developed has the following functions: priority for implementing the process in the microcomputer operating system, interpretation of sequences of planned operations through data files, view the data file to control the equipment during its implementation; view realtime control data sent to the parallel port, manual and automatic control of equipment, implementation of reverse form of movements applied to the axes of equipment, adjustment of speed of the movement axes of the equipment in automatic or manual and online help system. Important features presented by the proposed system is the precision control of speed, the ability to store different settings for different equipment, possibility of playing in an automatic way to 100 times an operation planned by facilitating mass production, and capacity to store a sequence of manual commands, enabling the program by learning. Practical tests of operation of the system demonstrated the feasibility of applying the technique in cases that require programmable automation. / O objetivo deste trabalho é desenvolver uma metodologia de controle de equipamentos acionados por motores de passo, via porta paralela de microcomputadores, com até três eixos programáveis, para utilização em processos de automação. Para implementar o sistema proposto, utilizou-se um ambiente de desenvolvimento de programas computacionais, através do qual foi possível fazer a comunicação com a porta paralela do computador para transferência de dados de controle aos circuitos de acionamento dos motores de passos. O programa desenvolvido possui as seguintes funções: prioridade de execução do processo no sistema operacional do microcomputador; interpretação de seqüências de operações programadas através de arquivos de dados; visualização do arquivo de dados para controle do equipamento durante sua execução; visualização em tempo real dos dados de controle enviados à porta paralela; controle manual e automático do equipamento; execução de forma reversa dos movimentos aplicados aos eixos do equipamento; ajuste de velocidade dos eixos de movimento do equipamento de forma automática ou manual; e sistema de ajuda online. Características importantes apresentadas pelo sistema proposto são a precisão no controle da velocidade, a capacidade de armazenar configurações diversas para diferentes equipamentos, possibilidade de reproduzir de forma automática até 100 vezes uma operação programada, facilitando a produção em série e capacidade de armazenar uma seqüência de comandos manuais, possibilitando a programação por aprendizagem. Testes práticos de operação do sistema demonstraram a viabilidade de aplicação da técnica em processos que demandam automação programável.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maria Bernardete da Silva.pdf: 1124461 bytes, checksum: af908c9af2f2467bc1dc36b3d17d4585 (MD5) Previous issue date: 2006-12-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The torque ripple in electric motors affects the performance of devices and machines which need precision in its control. Due to the undesirable effect of the ripple torque it has had recently an effort in the direction to get minimization strategies which permit the reduction or even elimination of this kind of torque. The goal of this work is the study and comparison between two minimization strategies of the ripple torque in hybrid step motor and apply that strategies in digital control. A step motor´s description is supplied together with other kinds of torque belong to this motors. The mathematical model for the step motor is described and based on this model has got the ripple torque´s equation which will be used in the formulation of the torque ripple minimization. To each strategy is presented a detailed mathematical foundation to the reader to be clear the development to each strategy. The first strategy presents a ripple torque´s model by hybrid step motors linearization that after linearized may be used standard methods of digital control design. The second uses an adaptative linearization to improve the hybrid step motor´s performance with low cost. By the end, a comparison between two strategies is made giving to the reader the advantages and disadvantages of each strategy. / O conjugado de ondulação em motores elétricos afeta o desempenho de máquinas e dispositivos que exijam precisão no seu controle. Devido aos efeitos indesejáveis do conjugado de ondulação tem havido recentemente um esforço no sentido de se obter estratégias de minimização que tornem possíveis a redução ou até mesmo a eliminação desse tipo de conjugado. O objetivo deste trabalho é o estudo e a comparação de duas estratégias de minimização do conjugado de ondulação em motores de passo híbrido onde as duas estratégias analisadas são aplicadas em controle digital. Uma descrição dos motores de passo é fornecida juntamente com os diversos tipos de conjugado existentes nesses tipos de motores. Um modelo matemático para o motor de passo é descrito e a partir desse modelo é obtida a equação do conjugado de ondulação que será usada na formulação dos problemas de minimização do conjugado de ondulação. Para cada uma das estratégias é apresentada em detalhes a fundamentação matemática para que o leitor tenha um claro entendimento do desenvolvimento de cada uma das estratégias. A primeira estratégia apresenta um modelo de máquina que representa as ondulações de conjugados pela linearização de motores de passo híbridos que, após linearizado permite o emprego de métodos padrões de projeto de controle digital. A segunda utiliza a linearização adaptativa para melhorar a performace do motor de passo híbrido com baixo custo. Por fim, é feita uma comparação entre as duas estratégia, apresentando-se ao leitor as vantagens e desvantagens de cada uma delas.

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de instrumentação eletrônica para controle e automação de um sistema de crescimento de semicondutores por Epitaxia por Feixes Moleculares. Envolve uma variedade de circuitos analógicos e digitais como: um módulo de aquisição de dados e controle baseado em uma UCP Z-80, contendo algumas interfaces digitais e analógicas multiplexadas, e comunicando-se com um microcomputador através de uma interface serial. Envolve ainda o desenvolvimento de controladores de temperatura analógicos tipo P.I.D., atuação por motores de passo e circuitos de condicionamento de sinal. / In this work is presented the development of electronic instrumentation for automation and control of a Molecular Beam Epitaxy semiconductor growth system. A variety of analog and digital instrumentation circuits have been designed and implemented, including a data acquisition and control system based on a Z-80 CPU, which controls some multiplexed digital and analog interfaces and talks to a microcomputer using serial communication. Other circuits have been also developed, including analog temperature controllers, stepper motor actuators and circuits for signal conditioning.

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de instrumentação eletrônica para controle e automação de um sistema de crescimento de semicondutores por Epitaxia por Feixes Moleculares. Envolve uma variedade de circuitos analógicos e digitais como: um módulo de aquisição de dados e controle baseado em uma UCP Z-80, contendo algumas interfaces digitais e analógicas multiplexadas, e comunicando-se com um microcomputador através de uma interface serial. Envolve ainda o desenvolvimento de controladores de temperatura analógicos tipo P.I.D., atuação por motores de passo e circuitos de condicionamento de sinal. / In this work is presented the development of electronic instrumentation for automation and control of a Molecular Beam Epitaxy semiconductor growth system. A variety of analog and digital instrumentation circuits have been designed and implemented, including a data acquisition and control system based on a Z-80 CPU, which controls some multiplexed digital and analog interfaces and talks to a microcomputer using serial communication. Other circuits have been also developed, including analog temperature controllers, stepper motor actuators and circuits for signal conditioning.