[pt] É notória a necessidade de encontrar novas tecnologias para
atuação de
sistemas robóticos tão eficazes quanto a do músculo
natural. Os atuadores
tradicionais possuem grande agilidade e força quando
comparados aos músculos
naturais, mas suas dimensões e peso são elevados em relação
à força que são
capazes de exercer, e demandam muita energia para cumprirem
suas tarefas.
Manipuladores robóticos menores e mais baratos poderiam
existir se pudessem
utilizar músculos naturais para impulsioná-los. Ao mesmo
tempo, as indústrias
gastariam menos com os custos envolvidos em energia e
compra desses
manipuladores. Este trabalho estuda o comportamento de
músculos artificiais
baseados no polímero acrílico VHB4905, através da
construção de uma bancada
de teste com sensor de força, incluindo especificação de
todos os equipamentos e
o desenvolvimento de circuitos de alta tensão (até 10kV)
para acioná-los.
Durante o desenvolvimento e implementação do circuito foram
encontrados
problemas intrínsecos à manipulação de tensões da ordem de
vários kV. Esses
problemas foram apontados e soluções satisfatórias foram
implementadas, de
forma a tornar os experimentos possíveis. Modelos
matemáticos de algumas das
principais configurações possíveis para atuadores foram
desenvolvidos. Os
modelos desenvolvidos para uma das configurações típicas
foram comparados
com resultados experimentais com um erro máximo absoluto de
1% (26,7mN) do valor real. Experimentos em atuadores de
molduras fixas foram feitos com resultados de 223% de
deformação da região ativa, com desempenho muito superior
ao dos músculos naturais. A partir de um dos modelos
desenvolvidos, implementou-se um controlador PID compensado
que gerou melhores resultados a entradas em degrau que o
PID padrão, o qual não leva em consideração a não
linearidade
e a alta sensibilidade do atuador quando submetido a tensões
próximas da tensão de quebra do dielétrico. A eficácia da
técnica de controle proposta foi comprovada
experimentalmente. / [en] It is well known the needs of finding new technologies for
robotic systems
actuations, with the same efficiency of the natural
muscles. The common
actuators have better agility and force when compared to
natural muscles, but the
dimensions and weight are bigger and for that the demand of
energy necessary
for the actuation is higher. Smaller and cheaper robot
manipulators could exist if
they were able to use natural muscles to drive them. At the
same time, industries
would spend less money with energy and manipulators. This
work studies the
behavior of artificial muscles based on dielectric
elastomers (VHB4905) through
the development of a test bench with force transducer,
including the
specification of all the equipments and the development of
a high voltage circuit
(10kV maximum). During the development and implementation
of the circuit,
problems inherent to high voltage manipulation were found.
Those problems
were shown and tolerable solutions were taken, so that the
experiments were
feasible. Mathematic models of some of the main
configurations for actuators
were developed. One of those models (from a typical
configuration) was
compared with experimental results with a maximum absolute
error of 1%
(26.7mN) of the real value. Experiments with fixed frame
actuators were made
with 223% of strain, showing a much higher performance
compared to natural
muscles. With one of the mathematic models, a PID
controller with adjustable
gains was developed and presented better results, for a
step response, when
compared to a standard PID controller. This last one do not
take into account the
non-linearities and for that it behaviors with great
sensibility when subjected to
high voltages (close to dielectric breakdown). The
effectiveness of the proposed
control technique was proved experimentally.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:11510 |
| Date | 07 April 2008 |
| Creators | PEDRO FERREIRA DA COSTA BLOIS DE ASSIS |
| Contributors | MARCO ANTONIO MEGGIOLARO, MARCO ANTONIO MEGGIOLARO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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