Formulação e implementação experimental de uma estrategia de controle em tempo real para um braço flexivel

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Gamarra Rosado, Victor Orlando
Data de Publicação: 1997
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1585886
Resumo: Orientador: Douglas Eduardo Zampieri
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spelling Formulação e implementação experimental de uma estrategia de controle em tempo real para um braço flexivelRobóticaManipuladores (Mecanismo)Controle em tempo realRobos - DinâmicaOrientador: Douglas Eduardo ZampieriTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecanicaResumo: Um dos mais importantes requisitos na Robótica é a obtenção de precisão no posicionamento da extremidade livre de um manipulador. Este problema resulta ainda mais complexo quando se trata de Manipuladores flexíveis, os quais têm estruturas leves, atuadores pequenos, são rápidos e de grande alcance, e operam a altas velocidades. A flexibilidade inerente aumenta a instabilidade e reduz a precisão do sistema, motivo pelo qual toma-se necessário considerar estes efeitos na dinâmica quando o assunto é controle, exigindo assim o estudo de técnicas de controle bastante sofisticadas. Este trabalho trata especificamente da modelagem dinâmica e do controle em tempo real de um braço flexível, e a principal motivação é proporcionar um controlador simples e robusto de forma a evitar leis de controle mais complexas. Inicialmente, obtêm-se um modelo dinâmico reduzido através do método de elementos finitos e avaliam-se os efeitos da flexibilidade na performance do sistema através de simulação. Propõe-se uma estratégia de controle a qual está baseada na solução do problema de seguimento de trajetória. Esta estratégia se subdivide em dois estágios: i) Controle do modo rígido, e ii) Controle das perturbações, os quais controlam o movimento rígido e os deslocamentos, respectivamente. O sistema de controle utiliza o método de alimentação direta (jeedforward) para obter o movimento desejado, junto com o método de realimentação (jeedback) para efeito de estabilização da resposta do sistema. Com a finalidade de melhorar o comportamento do sistema, apresenta-se o método denominado Controle Ótimo LQ Generalizado, que utiliza o Filtro de Kalman como observador de estados, para a estimação do deslocamento. Descreve-se o "hardware" do sistema e a estrutura do programa de controle em tempo real, utilizados no protótipo experimental desenvolvido neste trabalho. As vibrações da extremidade livre são obtidas através de extensômetros elétricos, e os sinais de saída são realimentados ao atuador eliminando as vibrações devido à flexibilidade. Finalmente, implementam-se os algoritmos de controle neste protótipo e avalia-se o sistema através da comparação dos resultados da simulação e dos resultados experimentaisAbstract: One of the most important requirements in robotics is to obtain positioning accuracy in the manipulator's end effector. This problem results even more complex in Flexible manipulators, which present lightweight structure, smaller actuators, higher speed, large working volume, high mobility and the ability to carry heavy payloads. Flexibility effects noticeably limit the performance and increase the system instability, for that, attention must be taken into account both in the dynamic and controllevel, consequently it will be required more sophisticated control techniques. This research deals with dynamic modelling and control of a flexible arm specifically, where the main goal is to provide a simpIe and robust controller so that to avoid complex control laws. A reduced dynamic model is obtained by finite element method and the flexibility effects are evaluated through simulation. The control strategy proposed in this work is divided in two stages: i) Rigid control, and ii) Perturbation control, which control the rigid mode and the displacement respectively. The control system apply both, the feedforward method to obtain the desired movement and the feedback method to stabilize the system response. It is presented the Generalized LQ Optimal Contrai method in such away to improve the system performance, by the use of the Kalman filter as the state observer to estimate the displacements. It is also described the hardware of the system and the real-time control routines applied to the experimental prototype developed on this research. The vibrations of the end-effect can be measured by using strain gage, and output signals are fedback to driving motor for suppressing the vibrations due to the flexibility. Finally, it is implemented the control algorithms to the prototype and it is evaluated the system performance comparing the simulation and experimental resultsDoutoradoMecânica dos Sólidos e Projeto MecânicoDoutor em Engenharia Mecânica[s.n.]Zampieri, Douglas Eduardo, 1948-Nóbrega, Eurípedes Guilherme de OliveiraAndrade Netto, Marcio Luiz deMiyagi, Paulo EigiHirata, TamotsuUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASGamarra Rosado, Victor Orlando19971997-12-04T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf123f. : il.(Broch.)https://hdl.handle.net/20.500.12733/1585886GAMARRA ROSADO, Victor Orlando. Formulação e implementação experimental de uma estrategia de controle em tempo real para um braço flexivel. 1997. 123f. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica, Campinas, SP. 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