Tese: Projeto de mecanismo, análise cinemática e dinâmica de um manipulador robótico acionado por junta cardânica ativa com três graus de liberdade
Aluno(a) : Jean Carlo Ferreira de OliveiraOrientador(a): Hans Weber
Área de Concentração: Mecânica Aplicada
Data: 30/06/2020
Link para tese/dissertação: http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.49590
Resumo: O uso de juntas cardânicas ativas é restrito pela capacidade de torque de pequenos motorredutores e, atualmente, os dispositivos embarcados são obrigatórios para as aplicações robóticas. Nesta tese, um novo conceito de manipulador robótico acionado por juntas cardânicas com três graus de liberdade foi introduzido. O controle dinâmico é essencial para estudar as limitações desse dispositivo, portanto, o objetivo deste estudo foi controlar a junta cardânica ativa de três graus de liberdade usando simulações numéricas e experimentais. O manipulador foi projetado com apenas uma junta cardânica para que a sua cinemática e dinâmica sejam exploradas; por esse motivo, a junta foi construída com sensores de carga na base e sensor de unidade de movimento inercial na parte superior do efetuador do manipulador. Além disso, foram fabricadas três placas de controle: a primeira foi projetada para controlar os três acionamentos dos motores de passo; a segunda, para ler o sensor da unidade de movimento inercial; e a última, para ler os sensores de carga. Quatro problemas foram descritos para testar os limites deste dispositivo, analisando, além da cinemática e dinâmica, o atrito do rolamento, a identificação da folga e o torque do impacto. O primeiro problema mantém a posição do efetuador do manipulador constante enquanto transmite rotação entre os eixos. O segundo problema, o efetuador recebe um caminho planejado, por exemplo, um círculo, mas não transmite rotação entre os eixos. O terceiro problema é a combinação dos movimentos anteriores, em que o efetuador transmite rotação entre os eixos, enquanto segue por um caminho planejado. Para o quarto problema: uma nova abordagem é aplicada para mover o efetuador de um ponto para outro usando rotação cônica. Uma nova notação dinâmica é introduzida para esclarecer e simplificar a matemática usada para descrever a dinâmica de um corpo rígido 3D para resolver a cinemática e a dinâmica inversa, sendo os resultados numéricos do modelo físico comparados com os experimentais para definir os limites de aplicação da junta.