Capacidade de força em robôs atuados por cabos

Abstract

Sistemas robotizados tem sido historicamente usados em aplicações industriais tradicionais como pintura ou soldagem, contudo, nas últimas décadas a robótica tem expandido os seus horizontes às mais variadas áreas do conhecimento como a exploração espacial, a indústria nuclear e a cirurgia robótica. Um sistema robotizado vincula usualmente elos rígidos articulados com outros elementos estruturais, contudo, alguns robôs modernos como é o caso dos robôs atuados por cabos, podem substituir elos rígidos por elementos flexíveis que apresentam como característica principal a transmissão de forças apenas em uma única direção. O uso de robôs atuados por cabos tem crescido de maneira considerável nos últimos anos devido à sua simplicidade estrutural, seu amplo espaço de trabalho , sua massa e custo de produção reduzidos, e principalmente pela sua versatilidade e eficiência energética. Uma das principais características dos manipuladores atuados por cabos radica na variabilidade da força que o seu efetuador final pode aplicar ao meio, sendo que a magnitude da força pode mudar em função da localização do efetuador final, da posição das juntas, da direção de aplicação da força e da força máxima que cada atuador pode ter. Tentando identificar o comportamento da variabilidade das forças nesse tipo de sistema, o presente documento propõe um conjunto de procedimentos metodológicos para determinar as melhores regiões de operação de um manipulador atuado por cabos baseado na sua capacidade de força isotrópica, que de modo formal pode ser definida como a máxima força que o manipulador pode aplicar (ou suportar) em qualquer direção. Os resultados, realizados no software MATLAB, apresentam os polígonos da capacidade de força para o manipulador estudado, e os mapas de força isotrópica em uma área de trabalho preestabelecida que permitem identificar as regiões de melhor operabilidade da plataforma móvel do manipulador. Por fim, variando a topologia da área de trabalho, é realizada a comparação entre os resultados obtidos para diversas topologias escolhidas. Embora o problema originalmente estava relacionada ao processo de limpeza de painéis solares, os resultados obtidos não se restringem a essa aplicação, podendo ser usados em muitas e diversas outras aplicações.