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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2009.tde-07082009-102547
Document
Author
Full name
Vitor Finotto Cores
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2009
Supervisor
Committee
Horikawa, Oswaldo (President)
Hirakawa, André Riyuiti
Silva, Isaias da
Title in Portuguese
Robô contínuo telescópico para tarefas em alturas elevadas.
Keywords in Portuguese
Mecanismos
Robôs
Robótica
Abstract in Portuguese
Observando-se as diversas aplicações de robôs na área de serviços é possível perceber uma crescente busca por manipulação de ferramentas em lugares elevados utilizando dispositivos robóticos, visto que tais tarefas exigem a utilização de diversos equipamentos de segurança e apresentam um alto risco à presença humana. Os exemplos mais comuns desse tipo de tarefa são: inspeção de: máquinas de grande porte, tanques de armazenamento, silos, postes, linhas de transmissão e distribuição de energia elétrica, etc. Com o intuito de aplicar robôs a essas tarefas, e consequentemente aumentar a segurança e eficiência dessas operações, foi realizado, primeiramente neste trabalho, um estudo sobre as classes de robôs manipuladores existentes. Para tanto adotou-se uma classificação que separa os robôs de acordo com o número de juntas, o que gera uma divisão em três diferentes grupos, robôs discretos, robôs do tipo serpente e robôs contínuos. Ao analisar as três classes, observa-se que os robôs contínuos possuem mais graus de liberdade que os outros grupos, apresentando como estrutura uma coluna vertebral continuamente deformável, que em oposição aos tradicionais manipuladores robóticos elo/junta/elo, possuem mecanismos mais simplificados, controle menos complexo devido ao menor número de atuadores e podem interagir com obstáculos encontrados em seu ambiente sem criar grandes forças de contato. Ao utilizar configurações extrínsecas, ou seja, posicionando os atuadores fora da estrutura do robô, e transmitindo o movimento utilizando cabos, é possível construir robôs com alta isolação elétrica, o que é de grande utilidade para operações que envolvem tarefas nas proximidades de redes elétricas de alta tensão. Apesar das diversas vantagens, não foram encontradas na literatura aplicações de robôs contínuos na realização de tarefas em alturas elevadas. Levando em consideração as vantagens oferecidas pelos robôs contínuos, este trabalho propõe o estudo e a aplicação de um robô do tipo contínuo que possua uma arquitetura mais adequada para realizar trabalhos a alturas elevadas. Com o intuito de demonstrar as vantagens oferecidas por essa arquitetura, será realizado um estudo de caso no qual o objeto a ser inspecionado são as cruzetas de madeira em postes de distribuição de energia elétrica. Em uma segunda etapa, elabora-se o projeto mecânico do robô contínuo proposto, onde são detalhados os mecanismos propostos e são feitas simulações utilizando o método dos elementos finitos para analisar o comportamento da estrutura quando submetida a carregamentos. Em uma terceira etapa, adotando-se uma estratégia de controle seqüencial é elaborado o projeto de controle. Em uma ultima etapa, com o intuito de analisar o funcionamento do robô é construído um protótipo, com o qual são feitos os testes.
Title in English
Telescopic continuum robot for tasks at high positions.
Keywords in English
Continuum robots
Electric power network inspection
Robot design
Telescopic mechanism
Abstract in English
Among several applications of robots in the service field, it is possible to percept an increasing interest in manipulate tools in higher positions using automatic devices, due to the fact that such activities are high risked operations and demands the use of several safety equipments. The most common examples of this kind of activity are the inspection of machines, silos, electrical distribution poles, etc. With the aim of apply robots to these activities and increase the safety and efficiency in these operations, as a first step in this work is done the study of different kinds of manipulators. Adopting a classification based on the number of joints, it is possible to separate robots in three different classes: discrete robots, snake-like robots and continuum robots. By analyzing these classes, it is possible to say that continuum robots have more degrees of freedom than the robots of others groups; Compared with the classic discrete robots, continuum robots have simplified mechanisms, simpler control scheme due to the small number of actuators and, in the case of an obstacle, they can contour the obstacle without generating high contact forces. By positioning the actuators out of the robot structure and transferring the motion using cables, i.e., adopting an extrinsic actuation, it is possible to build continuum robots with high electric insulation that is important in applications in which the robot must work near of an electrical distribution network. Despite these advantages, no previous works concerning the use of continuum robots to work in higher positions were found in the literature. Considering the advantages offered by continuum robots, this work proposes a study and application of a continuum robot that uses a more suitable architecture to work in higher positions. Aiming to demonstrate the advantages provided by this architecture, It will be used a case study, in which, the object to be inspected is the wood cross-arms of an electrical poles used in the electrical distribution networks. In a second step, it is done the mechanical project of the robot, where the proposed mechanisms are explained and structural simulations using the finite element method are performed in order to analyze how the structure would react to loads. In a third step, by adopting a strategy of sequential control, it is done the control project. In the last step, with the aim of analyze the robot in practical situation, a prototype is built, which is used to perform the tests.
 
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Publishing Date
2009-10-28
 
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