ANALÍSE E ESTUDO COMPARATIVO DE ACTUADORES LINEARES PARA IMPLEMENTAÇÃO

Apresentação em tema: "ANALÍSE E ESTUDO COMPARATIVO DE ACTUADORES LINEARES PARA IMPLEMENTAÇÃO"— Transcrição da apresentação:

1 ANALÍSE E ESTUDO COMPARATIVO DE ACTUADORES LINEARES PARA IMPLEMENTAÇÃO
EM ROBÔS DE INSPIRAÇÃO BIOLÓGICA. Marco Melo Vasco Quinteiro Orientadores: Prof. Filipe Silva Prof. Vítor Santos

2 I II Objectivos ESTUDO COMPARATIVO DE 2 TIPOS DE ACTUADORES LINEARES
POTENCIAL DE UTILIZAÇÃO NO CAMPO DA ROBÓTICA

3 Metodologia_1ºObjectivo
Compreensão das propriedades dos actuadores Definição das propriedades Comparação entre os dois tipos de actuadores Tabelização das propriedades Definição do tipo de controlo adequado Estudo comparativo Necessidades VS Propriedades/capacidades

4 Metodologia_2ºObjectivo
Implementação da tecnologia em estruturas de inspiração biológica Avaliação do desempenho global Avaliação do potencial Comportamento cinemático Braço antropomórfico Robô hexápode Comportamento dinâmico

5 Justificação do estudo
Actuadores rotacionais Incapacidade/ineficiência, total/parcial da tecnologia actual em alguns tipos de actuação. Motores eléctricos Redutores Procura de soluções noutros campos Necessidade de compreensão dos dispositivos a estudar Estrutura Cópia de sistemas biológicos Mecanismo

6 Actuadores Actuadores Lineares Músculos Artificiais Muscle Air Wires
Muscles Músculos de McKibben Nitinol

7 Muscle wires_descrição
Fios de liga níquel-titânio de pequenos diâmetros Transforma o calor induzido por uma corrente eléctrica em movimento mecânico. Muscle Wires Contrai 5 a 10% do seu comprimento total

8 Muscle wires_príncipios de funcionamento
NITINOL Estrutura cristalina dinâmica Transformação martensite-austenite Contracção e diminuição de comprimento

9 Muscle wires_propriedades

10 Muscle wires_príncipios de funcionamento
A resistência do fio à corrente eléctrica gera uma fonte de calor. Passagem de corrente Aquecimento do fio Mudança de forma Contracção do fio

11 Muscle wires_implementação da tecnologiaI
Concepção de robô Hexápode Permite: Estudo da tecnologia

12 Muscle wires_implementação da tecnologiaII
Metas : Desenvolvimento de interface (PC) Controle dos actuadores Porta Paralela

13 Muscle wires_implementação da tecnologiaIII
Metas : Desenvolvimento de interface (PC) Teste de padrões de locomoção

14 Músculo Pneumático Constituição do Músculo Tubo de Latex Conector
-Tamanho ajustável -Peso baixo -Custos reduzidos -Flexibilidade física -Resposta Imediata Malha de Cobre

15 Músculo Pneumático Tipos de Músculos Existentes -Construção diferente
BioRobotics Laboratory Center for Bioengineering Universidade de Washington Shadow Robot Company Ltd (UK) Image SI INC (USA) -Construção diferente -Propriedades semelhantes -Mesmo funcionamento -Preços variados Festo AG & Co (Alemanha)

16 Músculo Pneumático Princípio de Funcionamento Alimentação Pneumática
PLC Carta Analógica 0-10 volt Variação Linear da pressão com a tensão Válvula Proporcional Contracção e relaxamento Músculo Artifical Bicep Humano

17 Músculo Pneumático Análise dos resultados obtidos F=Km*P*(l-lmin)
Comprimento inicial do Músculo Levantamento vertical de uma carga Sentido do aumento de Pressão 15,4 cm Força (N) Lei do comportamento dos músculos desenvolvidos F=Km*P*(l-lmin) Curvas deste tipo Linearização do comportamento do músculo Constante característica do músculo Deslocamento (m)

18 estrutura biomecânica
Músculo Pneumático Modelo teórico para a simulação e controlo Modelo geométrico da estrutura biomecânica do braço humano Modelo teórico para a simulação e controlo do braço mecânico De acordo com as observações anatómicas do ombro e do cotovelo Concretização do modelo proposto Software desenvolvido em Matlab d=deslocamento angular desejado =Desloamneto angular do braço produzido Controlador de posição Regulador de binário Actuador eléctrico Robô Erro=d -  Diagrama de blocos do controlador de posição no espaço das juntas

19 Coriolis/centrifugos
Músculo Pneumático Resultados obtidos da análise teórica (no caso dos motores ideais) Deslocamento Velocidade Aceleração das juntas Termos inerciais Coriolis/centrifugos Gravitacionais Binários necessárias para efectuar o movimento Espaço Cartesiano Espaço Juntas

20 Músculo Pneumático Resultados obtidos da análise teórica
(no caso dos músculos) Deslocamento Velocidade Aceleração dos músculos no cotovelo Deslocamento Velocidade Aceleração dos músculos no ombro Forças necessárias impor nos 4 músculos (2 no ombro, 2 no cotovelo) para efectuar o movimento pretendido Espaço das cartesiano Espaço Músculos Novo espaço operacional

21 Músculo Pneumático Aplicação dos músculos e estudo do modelo teórico
Optimizar a geometria do braço e a fixação dos músculos em função dos resultados teóricos Avaliação teórica do comportamento dinâmico dos músculos desenvolvidos, tendo em conta a lei do comportamento destes Tipo de controlo a implementar para os Actuadores Musculares Controlador de posição Regulador de pressão Músculo Robô Diagrama de blocos do controlador de posição no espaço dos músculos.

22 Músculo Pneumático Aplicação dos músculos e estudo
do modelo teórico na prática Elaboração de um braço mecânico composto por 2 juntas com 2 graus de liberdade accionado pelos músculos -Inspiração biológica -Estruturalmente viável