Nome do Projeto
Otimização Topológica com Atuadores Acoplados Aplicada a Manipuladores Robóticos com Braços Flexíveis
Ênfase
PESQUISA
Data inicial - Data final
01/03/2011 - 01/03/2015
Unidade de Origem
Área CNPq
Ciências Exatas e da Terra - Matemática
Resumo
Busca-se, cada vez mais, no mercado, redução de custos e aumento de eficiência. No caso dos robôs, os braços mecânicos têm custo relativamente alto, devido aos requisitos de precisão em sua operação, que requer alta rigidez, motores potentes e mancais precisos. São intensamente utilizados nas indústrias, na manipulação de objetos perigosos e em alguns casos, em ambientes nocivos a seres humanos. Projetos de manipuladores robóticos leves são caracterizados por flexibilidade nos elementos, exigindo ações de controle que incluam a interação do controle do ângulo das juntas e controle dos modos elásticos. Esta é uma tarefa complicada, devido ao fato de que manipuladores robóticos são caracterizados por variações nos parâmetros, como carga, torques e fricções nas juntas. O controle dos movimentos de um robô, com elementos flexíveis, é constituído por duas fases: uma ação de controle robusto de posição, atuando no ângulo das juntas e um estabilizador para controlar as oscilações elásticas, induzidas pela ação de controle anterior. Este trabalho tem como objetivo obter uma técnica de controle de trajetória dos elementos de um robô, com braços flexíveis, com otimização da forma dos braços flexíveis com atuadores inserido na própria estrutura do braço resultando num menor peso, aumentando a precisão com o controle de vibrações e mantendo a capacidade de carga. Para isto, serão utilizadas aproximações polinomiais gerais e elementos finitos na obtenção dos modos de deslocamento e descrição da cinemática e da dinâmica dos movimentos rígidos e dos deslocamentos baseada na formulação de Newton-Euler e Euler-Lagrange. O formato otimizado dos braços, com atuadores acoplados, será obtido através do uso de técnicas de otimização topológica a partir do método da homogeinização e elementos finitos, considerando uma minimização de energia de deformação e energia de controle, simultaneamente, tendo em vista que a topologia da estrutura sofre mudanças quando se varia o local da aplicação das forças de controle (atuadores).

Objetivo Geral

Este trabalho tem como objetivo estudar técnicas de otimização topológica com atuadores acoplados e suas aplicações, mostrando a possibilidade do projeto de estruturas como manipuladores robóticos, com braços flexíveis, mais leves e ágeis e com menor consumo de energia, que potencialmente podem ser mais baratos. Isto é possível com o uso de técnicas de controle avançadas e do uso de materiais inteligentes como os piezelétricos e técnicas de otimização topológica juntamente com uma força de controle atuante para o controle de vibrações na estrutura otimizada, ainda pouco usadas nesta área.

No trabalho, serão considerados somente os primeiros modos de vibração (dois ou três) na formulação da equação dinâmica e no controle, tendo em vista que neste tipo de estruturas os primeiros modos são os que apresentam maiores amplitudes. Os fatores inovadores da presente proposta com relação ao projeto anterior serão: utilização e aperfeiçoamento de técnicas de controle para dinâmicas não-lineares com aplicação em robótica, como a técnica baseada na solução das Equações de Riccati Dependentes do Estado, considerando braços com geometria irregular; otimização da forma dos braços flexíveis (considerados como vigas) juntamente com uma força de controle atuante e controle de vibrações acoplado na estrutura otimizada.

Portanto, neste trabalho, propõe-se a formulação consistente de uma metodologia de projeto de estruturas e controle de um manipulador com otimização topológica com atuadores inseridos na própria estrutura de seus braços que estão sujeitos a forças externas, acelerações, torques de controle e vibrações. Devem estar incluídas condições de contorno de massa, representando o balanço de momentos e forças cortantes que por sua vez, dependem de outros braços distantes do braço em questão.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
02
04
ALEXANDRE MOLTER201/03/201101/03/2015
BRUNA DA SILVA LEITZKE204/03/201301/03/2015
FABIO SILVA BOTELHO401/03/201301/03/2015
REJANE PERGHER401/03/201101/03/2015

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