Mecanismos com desacoplamento cinetoestático para substituição de atuadores robóticos

Abstract

Em máquinas e equipamentos, podem ser encontrados vários casos em seus acionamentos onde a dependência apresentada entre o torque e a velocidade angular dos motores elétricos é um fator influente nos resultados obtidos. Na usinagem, esta dependência é uma das responsáveis, por exemplo, pela presença de vibrações nos processos de remoção de material. Na robótica, especificamente nos manipuladores seriais, este fator é um dos responsáveis pela geração de erros de trajetória de posição e força, devido à impossibilidade de se controlar a força e a velocidade de maneira independente. Assim, emerge a necessidade de um sistema que permita o controle independente do torque e da velocidade angular. Neste trabalho, propõe-se uma metodologia baseada no Método de Davies que permite analisar o comportamento cinetoestático de um mecanismo qualquer, determinando as características necessárias para atingir a um número de graus de liberdade adequado, obtendo o controle de forma independente do torque e da velocidade angular entregues pelo mecanismo, com relação ao comportamento dos seus atuadores. Esta metodologia foi avaliada mediante sua aplicação em estudos de caso, onde foram procurados mecanismos que, cumprindo com determinadas características, permitem obter a independência das variáveis de torque e velocidade angular. São apresentados neste trabalho, a fundamentação teórica para desenvolvimento dos modelos matemáticos e de mecanismos e uma comparação dos resultados teóricos (resultantes da aplicação da metodologia) da dependência das variáveis do sistema e do seu comportamento, com resultados obtidos mediante simulações feitas em software de prototipagem matemática.

In machinery and equipment, can be found several cases in their drives, where the presented dependency between the torque and the angular velocity of the electric motors is an influential factor in results obtained. In machining, this dependency is one of the responsible, for instance, for the presence of vibrations within the material process removal. In robotics, specifically in serial manipulators, this factor is responsible for the generation of error regarding the force trajectory, due to the inability to control force and angular velocity independently. Thus, the need for a system allowing independent control of the torque and angular velocity comes out as a problematic issue. In this paper, it is proposed a methodology based on Davies' Method that permit to analyze the kinetostatic behavior of any one mechanism, determining the necessary characteristics to achieve a number of degrees of freedom appropriate, gaining control independently of the torque and angular velocity delivered by the mechanism with respect to the conduct of its actuators. This methodology was evaluated through its application in studies case, where was looking for mechanisms, carried out with specific characteristics, in order to achieve the independence of torque and angular velocity variables. This paper sets forth the theoretical bases for the development of mathematical models and mechanisms, and a comparison of theoretical results (outcome from the application of the methodology) from a dependency of the system variables and their behavior, with results obtained from simulations on prototyping mathematics softwares.