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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2019.tde-18052020-092338
Document
Auteur
Nom complet
André Garnier Coutinho
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2019
Directeur
Jury
Coelho, Tarcisio Antonio Hess (Président)
Ackermann, Marko
Colón, Diego
Orsino, Renato Maia Matarazzo
Silva, Maíra Martins da
Titre en portugais
Contribuições à modelagem dinâmica e ao controle de manipuladores paralelos.
Mots-clés en portugais
Controle não linear
Dinâmica (Modelagem)
Mecanismos paralelos
Robótica
Teoria de sistemas e controle
Resumé en portugais
Os mecanismos paralelos são conhecidos por suas características promissoras, como alta rigidez estrutural, alta precisão de posicionamento, baixa inércia, e alta capacidade de carga. Estas características os tornam muito atraentes para realizar tarefas em que são necessárias grandes velocidades e acelerações, como pick-and-place, ou grande rigidez e precisão, como usinagem e posicionamente de telescópios. No entanto, dada a sua maior complexidade mecânica,os modelos dinâmicos se tornam muito mais complexos e de difícil obtenção, o que pode dificultar muito a tarefa do controle, e consequentemente levar a uma não exploração de todo o potencial que estes mecanismos tem a oferecer. Dado o alto grau de acoplamento e de não linearidades deste tipo de sistema, a utilização de técnicas de controle não baseadas em modelo pode deixar muito a desejar. Por outro lado, dada a grande complexidade dos modelos, a utilização de técnicas de controles baseadas em modelo pode ser de difícil implementação e de alto custo computacional. Com o intuito de explorar ao máximo o potencial deste tipo de arquitetura, nesta Tese é desenvolvido um algoritmo de modelagem cinemática e dinâmica para mecanismos paralelos translacionais, o qual facilita muito o processo de modelagem e de implementação em tempo real. Além disso, é sintetizada uma nova lei de controle não linear robusto baseada no Controle por Modos Deslizantes, a qual diminui a sensibilidade do sistema a incertezas do modelo sem apresentar chattering. Por fim, em uma bancada experimental constituída de um manipulador paralelo plano de dois graus de liberdade, do tipo pentágono articulado, são feitas a validação da lei de controle proposta e a comparação de desempenho com as tradicionais leis de Controle por Torque Computado e Controle Proporcional Derivativo. Os resultados experimentais confirmam o caráter promissor da lei de controle proposta.
Titre en anglais
Contributions to the dynamic modeling and control of parallel manipulators.
Mots-clés en anglais
Control
Dynamic modelling
Non-linear control
Parallel mechanisms
Robotics
Resumé en anglais
Parallel mechanisms are known for their promising features, such as high structural stiffness, high precision in positioning, low inertia, and high load carrying capacity. These features make them very attractive to perform tasks in which high speeds and accelerations, such as pick-and-place, or high stiffness and precision, such as milling and telescope positioning, are needed. However, given their greater mechanical complexity, the dynamic models become much more complex and hard to obtain, making the control task more difficult, and consequently leading to a non-exploration of all the potential these mechanisms have to offer. Given the high degree of dynamic coupling and non-linearities of this kind of system, the use of control techniques that are not model-based may not be the best solution. On theotherhand, duetothegreatcomplexityofthedynamicmodels, theuseofmodel-based control techniques may be difficult to implement and may have a high computational cost. Aiming to fully explore the potential of this kind of architecture, in this thesis, a kinematic and dynamic modelling algorithm for translational parallel mechanisms, which greatly facilitate the modelling and real-time implementation process, is developed. Furthermore, a new non-linear robust control law based on the Sliding Mode Control technique is designed, which reduces the sensitivity to model uncertainties without presenting the chattering phenomenon. Last but not least, in an experimental bed composed of a 2-dof planar parallel manipulator, an articulated pentagon type mechanism, the validation of the proposed control law and the comparison of performance with the traditional Computed Torque Control and Proportional Derivative Control laws are done.
 
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Date de Publication
2020-05-27
 
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