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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2018.tde-04102018-080053
Document
Author
Full name
Vítor Neves Hartmann
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2018
Supervisor
Committee
Coelho, Tarcisio Antonio Hess (President)
Angelico, Bruno Augusto
Cordero, Arturo Forner
Silva, Maíra Martins da
Simas, Henrique
Title in Portuguese
Contribuição ao controle experimental de robôs paralelos.
Keywords in Portuguese
Arquiteturas paralelas
Controle dinâmico
Mecanismos
Robôs
Abstract in Portuguese
Existe um crescente aumento nos gastos mundiais em inovação, com maior participação de áreas como a computação, a eletrônica, a saúde, a área automotiva e a área industrial. Mecanismos diferenciados, assimétricos, tais como o estudado neste trabalho, necessitam de maiores investigações, como a realização de ensaios normatizados. Para se contribuir com esse cenário propõe-se a análise de um sistema robótico, de arquitetura paralela, para experimentos de múltiplas finalidades. O presente trabalho aborda desde a construção de uma máquina paralela de topologia assimétrica, passando por seu controle, até a obtenção de informações sobre essa nova arquitetura. A sua construção é dividida em cinco subsistemas, que se interrelacionam: o mecânico, o elétrico, o de atuação, o de controle e o de interface. Sete estratégias de controle foram comparadas de acordo com os seguintes critérios: a exatidão na trajetória, o comprimento controlável, a dispersão das trajetórias em diferentes períodos de tempo, e o consumo de energia. Os resultados foram gerados por meio de registro, em folha de papel, da trajetória do efetuador da máquina. As curvas geradas foram digitalizadas e comparadas entre si. Os resultados mostraram que os controles dinâmicos podem permitir o funcionamento adequado da máquina, sendo possível, inclusive, velocidades maiores que as observadas no controle descentralizado PID. Neste trabalho em particular, o maior desafio observado foi o valor da menor frequência natural amortecida, que se mostrou baixo e resultou em baixos esforços de controle. Em ordem decrescente, os tipos de controle que apresentaram melhores resultados foram o PID descentralizado, o controle por torque computado com feedforward, e o controle por modos deslizantes, também com feedforward.
Title in English
Contribution to the experimental control of parallel robots.
Keywords in English
Dynamic control
Mechanism
Parallel architectures
Abstract in English
There is a steady increase in global spending on innovation, with an increased share of areas such as computing, electronics, health, automotive and industrial area. Differentiated, asymmetric mechanisms, such as the one proposed in this work, need further investigations, such as standardized tests. To contribute to this scenario the analysis of a robotic system, with parallel architecture and for multi-purpose experiments, is proposed. This work covers the construction of a parallel machine with asymmetric topology, its control, and the collection of information on this new architecture. Its construction is divided into five sub-systems, which are interrelated: the mechanical, the electrical, the actuation, the control and its interface. Seven control strategies were compared, according to four criteria. The chosen criteria are the following: track accuracy, stability range, dispersion of the paths at different periods and energy consumption. The results were generated by recording, on a sheet of paper, the trajectory of the machine's end-effector. The plots were digitalized and compared. The results showed that the dynamic controls can allow the machine to behave appropriately, even at speeds higher than those with the decentralized PID. The main challenge in this case was the lowest damped frequency, with a low value that resulted in low control efforts. In decreasing order, the best results were achieved with the decentralized PID, the feedforward computed torque control and the feedforward sliding modes control.
 
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Publishing Date
2018-10-09
 
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