Modelagem e otimização de forças e torques aplicados por robôs com redundância cinemática e de atuação em contato com o meio

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2011
Autor(a) principal: Weihmann, Lucas
Orientador(a): Martins, Daniel
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Florianópolis, SC
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Link de acesso: http://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/94754
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011
id UFSC_dcb285d3060c69af4c9ea8fffc673abc
oai_identifier_str oai:repositorio.ufsc.br:123456789/94754
network_acronym_str UFSC
network_name_str Repositório Institucional da UFSC
repository_id_str
spelling Universidade Federal de Santa CatarinaWeihmann, LucasMartins, Daniel2012-10-25T15:34:54Z2012-10-25T15:34:54Z20112011295944http://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/94754Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011O aumento da complexidade das tarefas de robôs industriais e a expansão da utilização de robôs de serviço requerem o aprofundamento de estudos sobre a interação de robôs com o meio. Esta interação pode ser estática, quando não existe movimento relativo do robô com o meio, ou dinâmica, quando existe movimento relativo do robô em relação ao meio, mas o contato é mantido durante esta movimentação. Quando a movimentação é lenta, é possível considerar a interação como quase-estática, pois os efeitos dinâmicos podem ser desprezados. Na execução de determinadas tarefas, os robôs industriais e os robôs de serviço podem ser levados ao limite de sua capacidade de força-momento. Se a capacidade de força-momento do robô é excedida, danos materiais e ferimentos em pessoas podem ocorrer durante a execução de uma tarefa. A capacidade de força-momento de um robô depende dos torques em seus atuadores, de sua configuração, da posição e orientação de seu efetuador e das ações presentes no contato com o meio. O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de uma metodologia para determinação da capacidade de forçamomento de robôs em condições estáticas ou quase-estáticas. Esta metodologia é estendida para a otimização da capacidade de força-momento ao longo de uma trajetória. Em comparação com as abordagens existentes na literatura, a metodologia proposta diferencia-se por abranger robôs com redundância cinemática e de atuação. Além disso, o ponto de contato com o meio, a orientação do efetuador e o modo de trabalho (working mode) do robô não necessitam ser constantes ao longo do processo de otimização. Devido à redundância cinemática e às variáveis geométricas presentes, a função objetivo do problema de timização de capacidade de força-momento é descrita por equações não-lineares e não-convexas, apresentando mínimos locais. Para resolver este problema de otimização global, é utilizado um algoritmo evolutivo chamado Evolução Diferencial. A modelagem das equações estáticas é realizada através da utilização da teoria dos helicoides e do método de Davies. A metodologia proposta é validada na determinação da capacidade de força-momento de um robô paralelo e de um robô serial de sete graus de liberdade chamado Roboturb. A otimização da força ao longo de uma trajetória é realizada para um manipulador serial planar. Os principais fatores que influenciam a capacidade de força-momento dos robôs manipuladores são discutidos.The increasing complexity of task performed by industrial robots and the widespread use of service robots demands deeper knowledge of robot interaction with the environment. This interaction can be static, when there is no relative movement between robot and environment or dynamic when exist relative movement but the contact is maintained during this movement. When this relative movement is performed in slow velocity, the interaction is considered quasi-static and the dynamics effects can be neglected. In certain tasks, industrial and service robots can be demanded to their wrench capabilities limits. If robots wrench capabilities are exceeded when executing a task, material damages and personal injuries can occur. Wrench capabilities depends on robot configuration, position, orientation, actuators limits and on wrenches at interaction. The development of new methodology to evaluate the wrench capabilities of robots in static or quasi-statics conditions is the main purpose of this thesis. This methodology is also extended to the optimization of wrench capability along a path. Different from previous approach, the proposed methodology deals with kinematic and actuation redundant robots. Add to that, the contact point with the environment, the robots working mode and orientation must not remain constant during optimization process. Due to kinematic redundancy and geometric variable parameters, the wrench capability optimization objective function is described by non-linear and non-convex equations with local minima. To solve this global optimization problem, an evolutionary algorithm called Differential Evolution is used. Static modeling uses as background Screw Theory and Kirchhoff- Davies cutset method. The efficiency and feasibility of the proposed methodology is demonstrated on an optimization problem, where the wrench capabilities of a planar parallel manipulator and a seven degree of freedom serial robot called Roboturb are evaluated. Wrench capabilities along a path for a planar serial manipulator are also evaluated. The main factors that affect wrench capabilities are discussed.332 p.| il., grafs., tabs.porFlorianópolis, SCEngenharia mecânicaRobos industriaisManipuladores (Mecanismo)OtimizaçãoCinematicaForça(Mecanica)RoboticaModelagem e otimização de forças e torques aplicados por robôs com redundância cinemática e de atuação em contato com o meioinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINAL295944.pdfapplication/pdf2359934https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/94754/1/295944.pdfecce190e290f9d356762c00f5af6f63aMD51TEXT295944.pdf.txt295944.pdf.txtExtracted Texttext/plain587105https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/94754/2/295944.pdf.txt1f575c68167db2e6817e8da695dd8306MD52THUMBNAIL295944.pdf.jpg295944.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1504https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/94754/3/295944.pdf.jpg2df20eceef87c6dcac978051cb45a316MD53123456789/947542013-05-05 06:24:26.032oai:repositorio.ufsc.br:123456789/94754Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestsandra.sobrera@ufsc.bropendoar:23732013-05-05T09:24:26Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
dc.title.pt_BR.fl_str_mv Modelagem e otimização de forças e torques aplicados por robôs com redundância cinemática e de atuação em contato com o meio
title Modelagem e otimização de forças e torques aplicados por robôs com redundância cinemática e de atuação em contato com o meio
spellingShingle Modelagem e otimização de forças e torques aplicados por robôs com redundância cinemática e de atuação em contato com o meio
Weihmann, Lucas
Engenharia mecânica
Robos industriais
Manipuladores (Mecanismo)
Otimização
Cinematica
Força
(Mecanica)
Robotica
title_short Modelagem e otimização de forças e torques aplicados por robôs com redundância cinemática e de atuação em contato com o meio
title_full Modelagem e otimização de forças e torques aplicados por robôs com redundância cinemática e de atuação em contato com o meio
title_fullStr Modelagem e otimização de forças e torques aplicados por robôs com redundância cinemática e de atuação em contato com o meio
title_full_unstemmed Modelagem e otimização de forças e torques aplicados por robôs com redundância cinemática e de atuação em contato com o meio
title_sort Modelagem e otimização de forças e torques aplicados por robôs com redundância cinemática e de atuação em contato com o meio
author Weihmann, Lucas
author_facet Weihmann, Lucas
author_role author
dc.contributor.pt_BR.fl_str_mv Universidade Federal de Santa Catarina
dc.contributor.author.fl_str_mv Weihmann, Lucas
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Martins, Daniel
contributor_str_mv Martins, Daniel
dc.subject.classification.pt_BR.fl_str_mv Engenharia mecânica
Robos industriais
Manipuladores (Mecanismo)
Otimização
Cinematica
Força
(Mecanica)
Robotica
topic Engenharia mecânica
Robos industriais
Manipuladores (Mecanismo)
Otimização
Cinematica
Força
(Mecanica)
Robotica
description Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011
publishDate 2011
dc.date.submitted.pt_BR.fl_str_mv 2011
dc.date.issued.fl_str_mv 2011
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2012-10-25T15:34:54Z
dc.date.available.fl_str_mv 2012-10-25T15:34:54Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/94754
dc.identifier.other.pt_BR.fl_str_mv 295944
identifier_str_mv 295944
url http://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/94754
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 332 p.| il., grafs., tabs.
dc.publisher.none.fl_str_mv Florianópolis, SC
publisher.none.fl_str_mv Florianópolis, SC
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSC
instname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron:UFSC
instname_str Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron_str UFSC
institution UFSC
reponame_str Repositório Institucional da UFSC
collection Repositório Institucional da UFSC
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/94754/1/295944.pdf
https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/94754/2/295944.pdf.txt
https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/94754/3/295944.pdf.jpg
bitstream.checksum.fl_str_mv ecce190e290f9d356762c00f5af6f63a
1f575c68167db2e6817e8da695dd8306
2df20eceef87c6dcac978051cb45a316
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
repository.mail.fl_str_mv sandra.sobrera@ufsc.br
_version_ 1851759130285441024

Registros relacionados