Publicação: Otimização de trajetórias de robôs com estrutura paralela
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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Carvalho, João Carlos Mendes
Resumo
Manipuladores paralelos são de grande interesse principalmente porque apresentam vantagens em várias aplicações, mostrando grande resistência, exatidão de posicionamento, capacidade de carga maior que manipuladores seriais e podem ser operados a altas
velocidades e acelerações. No Laboratório de Robótica e Mecatrônica em Cassino, Itália, foi criado um mecanismo paralelo com três graus de liberdade, chamado CaPaMan (Cassino Parallel Manipulator). O objetivo principal deste trabalho é otimizar a trajetória da estrutura paralela CaPaMan. O problema de otimização multi-objetivo considera a minimização da energia gasta pelos atuadores, do tempo total de percurso e da variação de aceleração (jerk). A trajetória é calculada assumindo que os ângulos de entrada são obtidos por uma função do tempo, representada por B-splines uniformes. A modelagem cinemática é obtida derivando-se
a equação da trajetória em relação ao tempo. O modelo analítico para a dinâmica inversa do CaPaMan utiliza as equações de Newton-Euler. A cadeia cinemática peculiar e as
propriedades de simetria da arquitetura do CaPaMan são úteis nesta formulação, permitindo, para cada trajetória, calcular os torques de entrada e a energia dos atuadores. O vetor de
funções multi-objetivo é transformado em uma função escalar usando o Método da Ponderação dos Objetivos. O problema de otimização é investigado aplicando algoritmos genéticos. A
presença de mínimos locais justifica a utilização de métodos randômicos. Alguns exemplos numéricos são apresentados para verificação e validação da metodologia proposta.
Abstract
Parallel manipulators are of great interest mainly because they present advantages in several applications, showing great resistance, positioning accuracy, load capacity larger than serial manipulators and they can be operated to high-speeds and accelerations. In the Laboratory of Robotics and Mechatronics in Casino, Italy, a parallel mechanism was created with three degrees of freedom, called CaPaMan (Cassino Parallel Manipulator). The main objective of this work is obtains the optimal trajectory of the CaPaMan parallel structure. The multi-objective optimization problem is written taking into account the mechanical energy of the actuators, the total traveling time and jerk. The trajectory is calculated assuming that the input angles are given by a function of the time, represented by a uniform B-splines. The kinematic modelling is obtained by deriving the trajectory equation according the time. The analytic model for the inverse dynamics of CaPaMan uses the equations of Newton-Euler. The peculiar kinematic chain and the properties of symmetry of the CaPaMan architecture are useful in this formulation,
which allows, for each trajectory, to calculate the input torques and the mechanical energy. The multicriterion vector function is transformed to a scalar function by using the Weighting Objectives Method. The optimization problem is investigated by using genetic algorithms. Some numeric examples are presented for verification and validation of the methodology.
Palavras-chave
Robótica, Estruturas paralelas, Trajetórias ótimas, Algoritmos genéticos, Robotics, Parallel structures, Optimal trajectories, Genetic algorithms, Manipuladores (Mecanismo)
Citação
OLIVEIRA, Plínio José. Optimal trajectory planning of robots with parallel structure. 2005. 145 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2005.