Análise estática de sistemas robóticos cooperativos

Abstract

As exigências de produtividade, qualidade e adaptabilidade tanto de robôs industriais como máquinas ferramentas, estão crescendo dia a dia nas instalações de produção. Além disso, a necessidade de flexibilidade para fabricação de vários tipos de peças, ou com alto grau de complexidade, impactam em uma busca por melhorias contínuas. Se tratando de robôs industriais, aplicações onde exijam o contato com o meio representam uma grande oportunidade para um aumento de produtividade, porém, em muitos casos a capacidade de carga está abaixo da necessidade que a tarefa exige. Enquanto que, robôs industriais não possam fornecer a precisão de posicionamento durante tarefas que exijam contato com o meio da mesma forma que fornecem repetibilidade de posicionamento, alternativas estão sendo estudadas para permitir significantes reduções de custos para um grande potencial de aplicações. A possibilidade de utilização de dois ou mais robôs para realizar uma tarefa vem de encontro a estas necessidades, podendo viabilizar algumas aplicações. Estes Sistemas Robóticos Cooperativos (SRCs), permitem um ganho de flexibilidade na execução de tarefas, bem como, uma distribuição homogênea entre os esforços gerados durante a interação do manipulador com o meio. Assim, outras aplicações podem ser avaliadas, tornando possível flexibilizar o uso destes equipamentos na área industrial. O objetivo principal deste estudo é a aplicação de uma metodologia para determinação da capacidade de força-momento de SRCs em aplicações onde exista o contato com o meio. A modelagem estática do problema é realizada através da teoria de helicoides e do método de Davies. A capacidade de força e a distribuição de carga é resolvida através do método denominado fator de escala. Os resultados da aplicação desta metodologia em SRCs permitiram a obtenção de um balanceamento de forças entre os manipuladores, obtendo um mapa da capacidade de força para o SRC. São apresentados dois casos de estudos com SRCs: um caso planar e outro espacial. Também é proposto neste estudo uma generalização do método do fator de escala, permitindo a obtenção do polítopo da capacidade de força-momento de manipuladores industriais.<br>

Abstract : The needs for efficiency (productivity), quality and adaptability of industrial robots and machine tools steeply increasing day by day in production facilities. Moreover, the need for exibility for manufacturing various kinds of parts, or parts with high complexity, is promoting continuous researches to improve these devices. In many cases, the loading capacity of industrial robots is quite below the required capacity, causing the force-moment capacity of this equipment can reach the saturation limit and possible material damage and losses. While industrial robots can not provide the positioning accuracy for tasks requiring surface contact in the same way that provide positioning repeatability, alternatives are being studied to enlarge potential applications. The possibility of using two or more robots to perform a task can meet these needs making these applications possible. These robotic systems, characterized as Cooperative Robotics System (CRS), with increased exibility in performing tasks, as well as a more homogenous distribution of the forces generated during the interaction between the end effector of the robot and the environment. Thus, many applications can be evaluated to make these robots more exible to use for any task in industry. Therefore, the main objective of this study is the application of a methodology for determining the force-moment capacity of CRS where robots are in contact with the environment. Static model were analyzed using Screw Theory and Davies' method. The force capability and load distribution is solved through a method called scaling factor. The application of the scale factor, lets us obtain a balance of forces between the robots, thus a map of the force capabilities for the CRS. Two case studies of CRS are presented: planar case and spatial case. A scale factor generalized method is proposed allowing us to obtain the polytope's of force-moment capabilities of industrial robots.