A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

Concepção e Análise de um Sistema Articulado para Locomoção Hexápode a Dois Graus de Liberdade Pedro Maia, Rui Ferreira, Vítor Santos, Filipe Silva Universidade.

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "Concepção e Análise de um Sistema Articulado para Locomoção Hexápode a Dois Graus de Liberdade Pedro Maia, Rui Ferreira, Vítor Santos, Filipe Silva Universidade."— Transcrição da apresentação:

1 Concepção e Análise de um Sistema Articulado para Locomoção Hexápode a Dois Graus de Liberdade Pedro Maia, Rui Ferreira, Vítor Santos, Filipe Silva Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mecânica Abril 2002

2 Índice Introdução Introdução Concepção do Mecanismo Concepção do Mecanismo Mecanismo e geometria Mecanismo e geometria Estudo cinemático Estudo cinemático Estudo dinâmico Estudo dinâmico Projecto do Mecanismo Projecto do Mecanismo Selecção das dimensões e geometria Selecção das dimensões e geometria Cálculo do binário e potência Cálculo do binário e potência Dimensionamento estrutural Dimensionamento estrutural Resultados Finais e Conclusões Resultados Finais e Conclusões

3 Introdução O interesse crescente pelos sistemas de locomoção com pernas justifica-se pela sua superior mobilidade em terrenos irregulares O interesse crescente pelos sistemas de locomoção com pernas justifica-se pela sua superior mobilidade em terrenos irregulares A configuração hexápode possibilita a obtenção de estabilidade de locomoção em terrenos irregulares A configuração hexápode possibilita a obtenção de estabilidade de locomoção em terrenos irregulares A utilização de apenas dois graus de liberdade aliado a mecanismos de locomoção articulados é uma opção de custo e complexidade de controlo reduzidos, face às possibilidades de locomoção proporcionadas A utilização de apenas dois graus de liberdade aliado a mecanismos de locomoção articulados é uma opção de custo e complexidade de controlo reduzidos, face às possibilidades de locomoção proporcionadas

4 Descrição do Mecanismo Actual Características: Características: Dois graus de liberdade, motores passo-a-passo (2,2 Nm) controlados por PLC/PGUsDois graus de liberdade, motores passo-a-passo (2,2 Nm) controlados por PLC/PGUs Construção utilizando componentes standard, actuadores e controlo de aplicação industrialConstrução utilizando componentes standard, actuadores e controlo de aplicação industrial Massa 40 kgMassa 40 kg Passo linear 22 cmPasso linear 22 cm Alteração na orientação 30ºAlteração na orientação 30º Altura máxima de transposição 8 cmAltura máxima de transposição 8 cm Limitações Limitações elevado peso elevado peso manobrabilidade reduzida manobrabilidade reduzida altura de transposição altura de transposição eficiência mecânica eficiência mecânica

5 Objectivos do Estudo Melhorar a manobrabilidade / redução do passo Melhorar a manobrabilidade / redução do passo Aumentar a altura de transposição de obstáculos Aumentar a altura de transposição de obstáculos Diminuir o peso Diminuir o peso Melhorar a eficiência mecânica Melhorar a eficiência mecânica Concepção do mecanismo por forma a se reduzir os valores máximos de binário Concepção do mecanismo por forma a se reduzir os valores máximos de binário

6 Concepção do Mecanismo Mecanismo e geometria Mecanismo e geometria Ligação articulada de quatro elosLigação articulada de quatro elos Diversidade de configurações variando os comprimentos e a localização dos pontos de fixaçãoDiversidade de configurações variando os comprimentos e a localização dos pontos de fixação Não existência de juntas lineares (vantagens mecânicas)Não existência de juntas lineares (vantagens mecânicas) Juntas rotacionais Ponto de contacto com o solo

7 Modelização Cinemática Estudo cinemático Estudo cinemático Composição de movimentos e interacção com o soloComposição de movimentos e interacção com o solo Obtenção das expressões de todos os pontos que definem a geometria em relação ao ponto de contacto com o soloObtenção das expressões de todos os pontos que definem a geometria em relação ao ponto de contacto com o solo Trajectória real e simulaçãoTrajectória real e simulação

8 Modelização Dinâmica Estudo dinâmico Estudo dinâmico Dimensionamento dos actuadores, binário e potênciaDimensionamento dos actuadores, binário e potência Simplificações e considerações:Simplificações e considerações: Análise de uma perna Análise de uma perna Massa concentrada no CM (X 0, Y 0 ) Massa concentrada no CM (X 0, Y 0 ) Desprezar o movimento de oscilação em torno do eixo longitudinal Desprezar o movimento de oscilação em torno do eixo longitudinal Aplicação da equação de Euler-Lagrange utilizando a função LagrangeanoAplicação da equação de Euler-Lagrange utilizando a função Lagrangeano

9 Modelização Dinâmica Estudo dinâmico (cont.) Estudo dinâmico (cont.) Diferenciação e cálculos simbólicos efectuados utilizando o software MatLab.Diferenciação e cálculos simbólicos efectuados utilizando o software MatLab. Tempo de cálculo 2 horas (PIII 1.0 GHz, 512 MB RAM)Tempo de cálculo 2 horas (PIII 1.0 GHz, 512 MB RAM) Expressão analítica resultante:Expressão analítica resultante: Binário = f(geometria, posição angular, velocidade angular) ( caracteres no formato MatLab)

10 Projecto do Mecanismo Selecção das dimensões e da geometria do passoSelecção das dimensões e da geometria do passo Simulação de várias geometrias admitidas intuitivamenteSimulação de várias geometrias admitidas intuitivamente Movimento vertical puro Representação da configuração anterior Exemplo de uma geometria testada Boa manobrabilidade Situação actual Elevada capacidade de transposição de obstáculos Boa capacidade de transposição de obstáculos Consumo energético elevado Situação actual Carácter oscilatório demasiado acentuado Carácter oscilatório acentuado Trajectória do CM Trajectória da perna

11 Projecto do Mecanismo Selecção das dimensões e da geometria do passo (cont.)Selecção das dimensões e da geometria do passo (cont.) Incompatibilidade na obtenção simultânea de valores óptimos de passo e altura de transposiçãoIncompatibilidade na obtenção simultânea de valores óptimos de passo e altura de transposição Solução resultante proporciona um equilíbrio entre as variáveis em causa Solução resultante proporciona um equilíbrio entre as variáveis em causa Proporciona maior verticalidade na trajectória de aproximação ao solo

12 Planeamento da Trajectória Cálculo do binário e potência com planeamento de trajectórias Cálculo do binário e potência com planeamento de trajectórias Velocidade de descolagem e contacto com o solo nulasVelocidade de descolagem e contacto com o solo nulas Binário máximo = 9.5 NmBinário máximo = 9.5 Nm Potência máxima = 34 WPotência máxima = 34 W (Massa=50kg, tempo de passo = 1 s)

13 Projecto do Mecanismo Dimensionamento estruturalDimensionamento estrutural Escolha do material (requisitos) Escolha do material (requisitos) Baixa densidadeBaixa densidade Boa maquinabilidadeBoa maquinabilidade Baixo custo e facilidade de aquisiçãoBaixo custo e facilidade de aquisição Resistência mecânica adequadaResistência mecânica adequada Propriedades mecânicas (tenacidade e resiliência) compatíveis com os impactos no soloPropriedades mecânicas (tenacidade e resiliência) compatíveis com os impactos no solo Material seleccionado: Material seleccionado: Densidade: 1.15 Tensão de cedência: 90 MPa Resistência à flexão: 2830 MPa Resitência ao corte: 66MPa Dureza (Shore D): 85 Nylon 6,6

14 Projecto do Mecanismo Dimensionamento estrutural (cont.) Dimensionamento estrutural (cont.) Modelação sólida da perna utilizando o software de CAD SolidWorks2000Modelação sólida da perna utilizando o software de CAD SolidWorks2000 Estudo de viabilidade estruturalEstudo de viabilidade estrutural Aplicação das solicitações correspondentes à pior situação de exigência mecânica Aplicação das solicitações correspondentes à pior situação de exigência mecânica Simulação estática segundo o critério de Von-Míses Simulação estática segundo o critério de Von-Míses Coeficiente de segurança: 10 Tensão máxima: 8 MPa Deslocamento máximo: 0.28 mm

15 Perspectivas de Evolução Mecanismo de geometria variável por forma a aumentar a manobrabilidade e simultâneamente a altura de transposição Mecanismo de geometria variável por forma a aumentar a manobrabilidade e simultâneamente a altura de transposição Actuação em duas posições durante a fase aérea Actuação em duas posições durante a fase aérea Variação do fulcro segundo x Trajectória do CM Trajectória da perna Trajectória da perna depois da variação da geometria

16 Conclusões Neste artigo formularam-se os modelos cinemático e dinâmico de um robô hexápode com 2 gdl, bem como a optimização de um mecanismo articulado para as pernas Neste artigo formularam-se os modelos cinemático e dinâmico de um robô hexápode com 2 gdl, bem como a optimização de um mecanismo articulado para as pernas Utilização de apenas juntas rotacionais em alternativa a prismáticas com a consequente redução dos atritos de fricção Utilização de apenas juntas rotacionais em alternativa a prismáticas com a consequente redução dos atritos de fricção Este mecanismo articulado de locomoção elíptica permite: Este mecanismo articulado de locomoção elíptica permite: Com a solução articulada obteve-se maior verticalidade na trajectória de aproximação ao soloCom a solução articulada obteve-se maior verticalidade na trajectória de aproximação ao solo Maiores elevações das pernas sem aumentar as solicitações de binárioMaiores elevações das pernas sem aumentar as solicitações de binário Maior manobrabilidade com a redução do passo (linear e rotacional)Maior manobrabilidade com a redução do passo (linear e rotacional) Explorar as vantagens mecânicas das juntas rotacionais (redução de atritos)Explorar as vantagens mecânicas das juntas rotacionais (redução de atritos)


Carregar ppt "Concepção e Análise de um Sistema Articulado para Locomoção Hexápode a Dois Graus de Liberdade Pedro Maia, Rui Ferreira, Vítor Santos, Filipe Silva Universidade."

Apresentações semelhantes


Anúncios Google