[pt] Neste trabalho é abordado o problema do controle durante o
período de transição de contato em manipuladores robóticos.
Tipicamente é o controlador de força que deve atuar durante
o período transiente, no entanto esse controlador não está
preparado para lidar com o fenômeno altamente não-linear
que representam os impactos e as perdas de contato.
No trabalho, inicialmente é feita uma análise do desempenho
e estabilidade dos controladores de força convencionais
durante a transição de contato. Essa análise é baseada em
modelos simplificados: um de manipulador rígido
e outro de flexível. É mostrado que os impactos não
originam instabilidade dinâmica mas podem deteriorar
severamente o desempenho do sistema. Posteriormente, com a
finalidade de obter modelos mais realistas que validassem a
efetividade de novos controladores, é desenvolvido um modelo
para um manipulador rígido-flexível de dois elos em que se
colocam pastilhas piezoelétricas coladas ao longo do braço
flexível. Também são estudados modelos de contato.
Finalmente, são apresentados três novos controladores
que são projetados especificamente para lidar com os
impactos e perdas de contato que aparecem na transição de
contato. A idéia do primeiro controlador é detectar o
primeiro impacto e a partir dele reformular a
trajetória que a extremidade do manipulador deverá seguir
para atingir a superfície do meio com velocidade mínima,
evitando assim outros impactos. O projeto deste controlador
é feito usando a teoria de controle ótimo. O segundo
controlador baseia-se na linearização do movimento de um
manipulador flexível em torno do movimento do manipulador
considerado rígido. A equação resultante é usada para
projetar um controlador de posição de alta precisão que
permite evitar, ou diminuir, a severidade do impacto
inicial. A idéia do terceiro controlador é amortecer
ativamente a parte flexível do manipulador através das
pastilhas piezoelétricas que funcionam como atuadores e
sensores colocados de maneira a garantir estabilidade em
presença de dinâmica residual. O projeto do controlador
é formulado como um problema de otimização que é resolvido
através de técnicas de programação não-linear. / [en] In this work it is considered the problem of control during
the
contact transition period in robotic manipulators.
Typically it is the force
controller that acts during the transient period, however
that controller is
not prepared to deal effectively with impacts and losses of
contact. In this
work, it is initially performed an analysis of the
stability and performance
of conventional force controllers working during the
contact transition. The
analysis is based on simplified models for rigid and
flexible manipulators.
It is proved that the impacts do not cause dynamic
instability, but they
can severely degrade the system performance. Later, with
the purpose of
getting more realistic models to validate the effectiveness
of new controllers,
a model of a two-link rigid-flexible manipulator is
developed considering
glued piezoelectric sheets along the flexible arm. Contact
models are also
studied. Finally, three new controllers are presented which
are designed
to specifically deal with impacts and losses of contact
during the contact
transition period. The main idea of the first controller is
to identify the
first and unavoidable impact and then to reformulate the
trajectory that
the endeffector will follow to approach the collision
surface with a minimum
velocity, thus preventing new impacts. The controller is
designed by using
the theory of optimal control. The second controller is
based on the equation
of the motion of a flexible manipulator linearized around
the motion of the
manipulator when all the links are considered rigid. The
obtained equation
is used to design a high precision position controller to
prevent or lessen
the severity of the initial impact. The idea of the third
controller is to
actively damp the flexible part of the manipulator through
the piezoelectric
sheets that act as collocated actuators and sensors, this
way the stability
in presence of residual dynamics is guaranteed. The
controller design is
formulated as an optimization problem that is solved
through nonlinear
programming techniques.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:5146 |
| Date | 07 July 2004 |
| Creators | CARLOS EDUARDO INGAR VALER |
| Contributors | RUBENS SAMPAIO FILHO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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