Máquinas manuais são utilizadas em diversos processos, como na usinagem mecânica. Apesar da existência de máquinas automatizadas, com boa precisão e conformidade, as máquinas manuais de usinagem possuem baixo custo inicial e alta flexibilidade de produção, sendo empregadas para produção de lotes pequenos ou peças únicas, como protótipos ou peças empregadas em pesquisas científicas. O operador humano possui mais flexibilidade que qualquer sistema automatizado por ter a capacidade de tomar decisões. O posicionamento da ferramenta de usinagem através de uma mesa linear com parafuso e porca, acionada manualmente com um manípulo, exige perícia do operador e impacta no custo final das peças produzidas. Um dispositivo robótico acoplado ao mecanismo de posicionamento poderia trabalhar em cooperação com o operador humano, sendo utilizado como um recurso optativo para auxiliá-lo na tarefa de posicionamento. Atuadores passivos do tipo freio são seguros para a manipulação humana direta e naturalmente estáveis ao manter uma posição estática, além de baratos e simples. Sendo controlado por computador e com a posição desejada facilmente programável, o freio eliminaria a preocupação do operador com o posicionamento crítico, permitindo concentrar-se em outros detalhes do trabalho de usinagem ao delegar a tarefa de posicionamento ao freio. Literatura ou índices de desempenho escassos e iniciais foram encontrados sobre a utilização de freios neste contexto. Desta forma, este trabalho estuda os mecanismos típicos de máquinas manuais de usinagem e de freios por atrito, propondo então algoritmos de controle e avaliando seu desempenho. Desenvolveu-se dois tipos de controladores para lidar com as fortes não linearidades do atrito e fatores estocásticos do mesmo: um primeiro que utiliza pré-alimentação de um modelo do atuador e um segundo que tenta diminuir a influência de perturbações no posicionamento final diminuindo a velocidade do sistema nas imediações da posição desejada de frenagem. Um protótipo foi montado e permitiu avaliar experimentalmente os algoritmos, que apresentaram bons índices de desempenho que confirmam seu potencial de utilização, baseados em trabalhos anteriores e normas técnicas de tolerâncias gerais. / Manual machines are those with minimum or non-existent automation, being employed in many processes, like in the mechanical machining, where the operator have the task to position a machining tool to manufacture pieces. Despite the existence of automated machines, with good precision and production regularity in its produced pieces, the manual machines has low initial cost and high production flexibility, being used for the production of small or unique batches, like prototypes or pieces for scientific research. The human operator has greater flexibility than any automated system as it has the ability to make decisions. The positioning of the machining tool, thru a linear work table with screw and nut, manually operated by a hand wheel, requires operator skills which impacts the final cost of the manufactured pieces. A robotic device coupled to the positioning mechanism would work in cooperation with the human operator, being used as a resource to help with the task of positioning. Passive actuators, like brakes, are safe for human direct manipulation and naturally stable to maintain a position, despite being simple and cheap. Being computer-controlled, with the desired position easily programmable, the brake would eliminate the operators worry with the positioning task, leaving it to the brake. This work studies typical machine mechanisms of manual machines and friction brakes, leading to the development and evaluation of control algorithms. Two main types of feedback controllers were developed to deal with the brakes hard nonlinearities of friction and stochastic factors: one that uses a feedforward model to compensate for modeled disturbances and a second that tries to lower the disturbances influence by lowering the velocity nearby the desired position. A prototype were built and allowed to experimentally evaluate the proposed algorithms, which presented good performance in relation to early works and tolerance standards.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-30122014-110151 |
| Date | 19 May 2014 |
| Creators | Sverzuti, Victor |
| Contributors | Horikawa, Oswaldo |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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