Controle de força indireto para manipuladores com transmissões flexíveis empregados em tarefas de esmerilhamento

Abstract

A flexibilidade ´e um efeito presente em muitos dos rob#os industriais provocando erros de posicionamento, aumento do tempo de estabiliza¸c#ao e at´e instabilidade. Neste trabalho, o problema do controle de for¸ca em rob#os manipuladores com transmiss#oes flex´ýveis (MTF#s) empregados em tarefas de esmerilhamento ´e estudado. Duas estrat´egias de controle de for¸ca indireto para manipuladores r´ýgidos s#ao estendidas para manipuladores com transmiss#oes flex´ýveis: o controle de rigidez e o controle de imped#ancia. Um modelo de for¸cas para a tarefa de esmerilhamento ´e proposto para o estudo da estabilidade e desempenho de ambas as estrat´egias. Buscando a implementa¸c#ao pr´atica destes controladores, dois observadores de estado - um observador de estados baseado na acelera¸c#ao e outro baseado em torques de dist´urbio - s#ao apresentados para estimar as vari´aveis dos elos e das for¸cas de contato com o objetivo de evitar a necessidade da instrumenta¸c#ao completa do manipulador. O desempenho das estrat´egias de controle e dos observadores ´e avaliado frente a tarefa de esmerilhamento pela an´alise dos resultados obtidos em simula¸c#ao. Esta disserta¸c#ao tamb´em apresenta o software de simula¸c#ao desenvolvido para facilitar a obten¸c#ao de resultados, o que engloba todo o conte´udo estudado. Flexibility is an effect present in many industrial robots causing positioning errors, increasing the stabilization time and even instability. In this paper, the force control problem of robot manipulators with flexible transmissions employed in milling tasks is studied. Two strategies of indirect force control for rigid manipulators are extended to manipulators with flexible transmissions: the compliance control and the impedance control. A model of forces for milling tasks is proposed to study the stability and performance of both strategies. Seeking a practical implementation of these controllers, two state observers - an state observer based on acceleration and another based on disturbance torques - are presented to estimate the variables of the links and the forces of contact with goal of avoid the need for full instrumentation of the manipulator. The performance of the control strategies and observers is evaluated against the milling task by analysis of results obtained in simulation. This document also presents the program of simulation developed and used, throughout this research, to facilitate the achievement of results. This software includes all the content studied.