[pt] Questões de segurança têm sido fatores cruciais para que robôs se tornem
aptos a trabalhar em colaboração com seres humanos. Esse esforço envolve
um controle de força mais refinado e uma certa flexibilidade nas juntas para
que a adaptação dos robôs ao ambiente real e às atividades comuns dos seres
humanos seja efetiva. Uma das tecnologias com esse objetivo é o Atuador
Elástico em Série (SEA - Series Elastic Actuator), que apresenta um bom
desempenho para controle de força, tolerância a impactos causados por agentes
externos, baixa impedância, e a redução de vibrações mecânicas. Em um SEA,
um elemento elástico passivo é adicionado entre o motor e o elo acionado,
a fim de gerar flexibilidade. Este elemento pode ser uma mola, ou outro
elemento deformável com flexibilidade caracterizada por sua geometria e pela
elasticidade do material utilizado. Esta tese propõe um Atuador Elástico em
Série Baseado em Elastômero (eSEA), cuja flexibilidade é obtida a partir de
um elastômero depositado entre dois elementos metálicos: um interno acoplado
ao atuador, e o outro externo acoplado ao elo. O eSEA foi projetado e avaliado
por software de CAD e Elementos Finitos, com o intuito de obter a flexibilidade
desejada para a aplicação. Foram produzidas duas versões do eSEA, com
duas durezas diferentes: 10 e 55 Shore A. Testes estáticos com células de
carga foram executados para caracterizar a rigidez dos eSEA. Os eSEA foram
instalados em manipuladores robóticos especialmente desenvolvidos para essa
tese. Experimentos compararam o desempenho das técnicas de controle com
e sem a influência dos eSEA, mostrando que o uso dos eSEA diminuiu os
erros de posicionamento do manipulador e possibilitou o controle de força sem
a necessidade de sensores específicos. A fim de criar um modelo para que a
estimativa do torque seja mais precisa a partir do eSEA, foram realizadas
técnicas de identificação para estimar uma função de transferência que melhor
representa o alongamento da borracha. E combinados com modelos NARX e
NARMAX do erro de estimativa, gerou-se um modelo híbrido para o elemento
elástico no qual soma-se a função de transferência com o erro modelado. / [en] Safety issues have been crucial factors for robots to become able to work
in collaboration with humans. This effort involves more refined force control
and a certain flexibility at the joints, for the robots to better adapt to real
environments and common human tasks. A technology with this objective is
the Series Elastic Actuator (SEA), which presents good performance for force
control, tolerance to impacts caused by external agents, low impedance, and
dampening of mechanical vibrations. In an SEA, a passive elastic element is
added between the motor and the driven link, in order to generate a desired
flexibility. This element can be a spring, or else another deformable element
with flexibility characterized by its geometry and material elasticity. This thesis
proposes an Elastomer-Based Series Elastic Actuator (eSEA), whose flexibility
is obtained from an elastomer deposited between two metallic elements: an
internal element attached to the actuator, and an external element attached to
the link. The eSEA was designed and evaluated by CAD and Finite Element
software, in order to obtain the desired flexibility for the application. Two
versions of the eSEA were produced, with two different hardnesses: 10 and
55 Shore A. Static tests with load cells were then executed to characterize
the stiffness of the eSEA. The eSEA elements were installed on robotic
manipulators especially developed for this thesis. Experiments compared the
performance of control techniques with and without the influence of eSEA,
showing that the use of the eSEA reduced manipulator positioning errors
and enabled force control without the need for specific sensors. In order to
create a model for more accurate torque estimation from eSEA, identification
techniques were performed to estimate a transfer function that best represents
the rubber elongation. And combined with NARX and NARMAX models of
the estimation error, a hybrid model was generated for the elastic element in
which the transfer function is added together with the modeled error.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:64175 |
| Date | 02 October 2023 |
| Creators | FELIPE REBELO LOPES |
| Contributors | MARCO ANTONIO MEGGIOLARO, MARCO ANTONIO MEGGIOLARO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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