Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Several studies have investigated the properties of the workspace of opened robotic chains (or
serial) with the purpose of emphasizing its geometric and kinematic characteristics, to devise
analytical algorithms and procedures for its design. The workspace of a robot manipulator is
considered of great interest from theoretical and practical viewpoint. In classical applications
in industry, manipulators need to pass through singularities in the joint space to change their
posture. A 3-DOF manipulator can execute a non-singular change of posture if and only if
there is at least one point in its workspace which has exactly three coincident solutions of the
Inverse Kinematic Model (IKM). It is very difficult to express this condition directly from the
kinematic model. Thus, in this work, the algebraic tool Gröbner basis is used to obtain an
equation for splitting the regions with different types of 3R orthogonal manipulators. The
determinant of Jacobian matrix of the direct kinematic model is considered equal to zero to
obtain the other surfaces of separation. In addition, is presented a classification of 3R
orthogonal manipulators related to the number of solutions in IKM, the number of cusp points
and nodes. Some problems of multi-objective optimization are proposed to obtain the optimal
design of robots. First considering a general case where the aim is to maximize the volume of
the workspace, maximize the stiffness of the joint system and optimize the dexterity of the
manipulator without the imposition of restrictions. Next, the optimization problem is subject
to penalties that control the topology, making it possible to obtain solutions which satisfy the
predetermined topologies. Solutions are presented for the case r3 null and r3 not null. The
optimization problem is investigated by using a deterministic technique and two evolutionary
algorithms. Some numerical applications are presented to show the efficiency of the proposed
methodology. / Diversos estudos têm investigado as propriedades do espaço de trabalho de cadeias robóticas
abertas com o objetivo de enfatizar suas características geométricas e cinemáticas, criar
algoritmos analíticos e procedimentos para o seu projeto. O espaço de trabalho de um robô
manipulador é considerado de grande interesse do ponto de vista teórico e prático. Em
aplicações clássicas na indústria, manipuladores precisam passar por singularidades no espaço
das juntas para mudar sua postura. Um manipulador com três graus de liberdade pode
executar uma mudança de postura não singular se, e somente se, existe pelo menos um ponto
em seu espaço de trabalho que tem exatamente três soluções coincidentes do Modelo
Geométrico Inverso (MGI). É muito difícil expressar esta condição a partir do modelo
cinemático. Assim, neste trabalho, a ferramenta algébrica base de Groebner é utilizada para
obter uma das equações que separam as regiões que possuem diferentes tipos de
manipuladores 3R ortogonais. O determinante da matriz Jacobiana do Modelo Geométrico
Direto é considerado nulo para obter as demais superfícies de separação. Além disso,
apresenta-se uma classificação dos manipuladores 3R ortogonais em relação ao número de
soluções no MGI, o número de pontos de cúspides e o número de nós. Alguns problemas de
otimização multi-objetivo são propostos visando obter o projeto ótimo de robôs.
Primeiramente, considera-se o caso geral, cujo objetivo é maximizar o volume do espaço de
trabalho, maximizar a rigidez do sistema de juntas e otimizar a destreza do manipulador sem a
imposição de restrições. Em seguida, o problema de otimização é sujeito a penalidades que
controlam a topologia, tornando possível a obtenção de soluções que obedeçam as topologias
pré-estabelecidas. São apresentadas as soluções para o caso r3 nulo e para r3 não nulo. O
problema de otimização é investigado aplicando uma técnica determinística e dois algoritmos
evolutivos. Algumas aplicações numéricas são apresentadas para mostrar a eficiência da
metodologia proposta. / Doutor em Engenharia Mecânica
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UFU:oai:repositorio.ufu.br:123456789/14706 |
| Date | 28 February 2012 |
| Creators | Oliveira, Giovana Trindade da Silva |
| Contributors | Nogueira, Antônio Carlos, Saramago, Sezimária de Fátima Pereira, Carvalho, João Carlos Mendes, Bergamaschi, Paulo Roberto, Santos, Rogério Rodrigues dos |
| Publisher | Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, UFU, BR, Engenharias |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFU, instname:Universidade Federal de Uberlândia, instacron:UFU |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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