ROBÓTICA Helder Anibal Hermini.

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Transcrição da apresentação:

ROBÓTICA Helder Anibal Hermini

Técnicas de Controle de Robôs Posicionamento do Problema; Princípio de controle dinâmico; Controle de um robô por desacoplamento e linearização; Princípio de controle de esforços;

Introdução Robótica: Controle robótico é a operação que consiste em fazer que a configuração de um mecanismo articulado seja controlado a partir de um sinal de comando que dependa dele mesmo. Na prática: Controle robótico é a operação que consiste em fazer que a configuração de um mecanismo articulado seja controlado a partir de um sinal de comando que dependa dele mesmo.

Introdução Realização de tarefas independentes das características estáticas e dinâmicas da carga transportada Objetivo do controlador Sistemas 1. G. L. PÊNDULO Sistemas 2. G. L. PÊNDULO DUPLO . Sistemas n. G. L.

Sistemas com 1 grau de liberdade Equação do Movimento J = mL2 Q = m.g.L. sin  J : Inércia do sistema F : Coeficiente de atrito viscoso 0 : Torque de atrito de Coulomb m : Torque do motor atuando na junta g : Aceleração da gravidade onde:

Descrição do movimento de um pêndulo rígido simples sem atrito Desprezando-se F e 0 , tem-se que (1) Equações dinâmicas não lineares; Do ponto de vista de controle, para um torque de comando m, a posição final do sistema será  em regime estático ( derivadas de  são nulas) m = m.g.L. . sin  (2) Dependência N.L. entre o ângulo  e m necessário para deslocar o pêndulo para uma dada posição; Do ponto de vista de controle, uma lei de controle N.L. (2) não é suficiente

Descrição do movimento de um pêndulo rígido simples sem atrito A influência do termo N.L. da equação (1) pode ser reduzida, considerando-se uma lei de controle para m, ou seja: m = c + Qo (3) onde: c  Novo torque de controle do sistema Qo  Valor calculado em tempo real do torque devido as forças gravitacionais expressas em (2). A partir dessa nova lei de controle (3), e considerando o termo calculado Q0 = Q, a equação do pêndulo (1) se reduzirá à: (4)

IMPLEMENTAÇÃO (DIAGRAMA DE BLOCOS) Dinâmica do robô m.g.L sin  Qo = mo g L sin o  c m -  + + + Termo calculado em tempo real Comando desacoplado de um pêndulo simples. A malha externa calcula Qo em tempo real.

CONCLUSÕES A malha de compensação externa fornece os valores de Qo que permitem a compensação dos efeitos n.L. de um sistema com 1 G.L. . Muito aplicado em robôs industriais.

RELAÇÃO TORQUE-VELOCIDADE (ATRITO SÓLIDO) NÃO LINEARIDADES DESPREZADAS NESTA CONSIDERAÇÃO: ATRITO VISCOSO E ATRITO DE COULOMB (Sistemas Mecânicos Rotativos) RELAÇÃO TORQUE-VELOCIDADE (ATRITO SÓLIDO) Torque de Coulomb- co torque de atrito seco entre duas peças mecânicas em movimento (uma relação a outra). O pente da curva expressa o atrito viscoso.

NÃO LINEARIDADES DESPREZADAS NESTA CONSIDERAÇÃO: ATRITO VISCOSO E ATRITO DE COULOMB (Sistemas Mecânicos Rotativos) INTERPRETAÇÃO O torque de partida s é superior em alguns “percentos” ao torque mínimo FC , no qual a velocidade  fica nula. Para colocarmos o sistema em movimento será necessário um torque de atrito seco s , e o torque de atrito de coulomb FC é o valor do torque suficiente para parar o motor e o sistema.

NÃO LINEARIDADES DESPREZADAS NESTA CONSIDERAÇÃO: ATRITO VISCOSO E ATRITO DE COULOMB (Sistemas Mecânicos Rotativos) INTERPRETAÇÃO A função ponte da curva ( ) depende dos atritos do mecanismo articulado.

NÃO LINEARIDADES DESPREZADAS NESTA CONSIDERAÇÃO: ATRITO VISCOSO E ATRITO DE COULOMB (Sistemas Mecânicos Rotativos) Na prática s  FC , e o torque de atrito de Coulomb C representa 5% do torque nominal do motor. (dependem do estado das superfícies e da lubrificação das peças mecânicas em contato.

Metodologias desenvolvidas para compensar as não-linearidades criadas por atritos sólidos Aumento de precisão de Voltímetros analógicos Vibrações senoidais de maneira a reduzir os erros estáticos Linearização de sistemas de controle Superposição aos sinais de controle Sinal senoidal de freqüência elevada em relação as freqüências próprias do sistema considerado. Observação - Estudo do plano de fase mostram que os efeitos do atrito sólido podem ser consideravelmente reduzidos.

Metodologias desenvolvidas para compensar as não-linearidades criadas por atritos sólidos Na prática Sgn()  Sinal de ; (t)  Impulso de amplitude [s - c] que considera o atrito seco, quando partimos de um estado no qual  = 0; Os valores do atrito seco e viscoso são obtidos de ensaios experimentais para cada sistema mecânico considerado (dependem do estado da superfície das peças em contato)

Sistemas com 2 graus de liberdade Maneira Análoga: Pêndulo duplo descrito a partir de seus ângulos absolutos      Equações Dinâmicas E.D.N.L. acopladas

Sistemas com 2 graus de liberdade Compensação dos Torques gravitacionais (2) onde c é representa do pelo torque de controle (3) Observação: Qo é realizado em tempo real a partir do conhecimento de m1, m2, L1, L2).

Sistemas com n graus de liberdade Equação Dinâmica A (n  n)  Matriz de coeficientes inerciais B (n  n)  Matriz de efeitos centrífugos C (nCn2)  Matriz de efeitos Coriolis Q (n1)  Vetor forças gravitacionais  (n1)  Vetor forças gravitacionais Observação:

Sistemas com n graus de liberdade A compensação de torques gravitacionais é realizada de duas maneiras: Primeira possibilidade: Equilibrando a estrutura articulada com massas de maneira que o equilíbrio seja indiferente para qualquer que seja a configuração Segunda possibilidade: Utilizar motores nas juntas para criar os torques de compensação Qo.(figura)

Sistemas com n graus de liberdade Cálculo de Q c    + Compensação de torques gravitacionais para sistema de N.G.L.