Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14706
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Projeto ótimo de robôs manipuladores 3r considerando a topologia do espaço de trabalho
Alternate title (s): Optimum design of 3R robots manipulators considering its topology of the workspace
Author: Oliveira, Giovana Trindade da Silva
First Advisor: Saramago, Sezimária de Fátima Pereira
First coorientator: Nogueira, Antônio Carlos
First member of the Committee: Carvalho, João Carlos Mendes
Second member of the Committee: Bergamaschi, Paulo Roberto
Third member of the Committee: Santos, Rogério Rodrigues dos
Summary: Diversos estudos têm investigado as propriedades do espaço de trabalho de cadeias robóticas abertas com o objetivo de enfatizar suas características geométricas e cinemáticas, criar algoritmos analíticos e procedimentos para o seu projeto. O espaço de trabalho de um robô manipulador é considerado de grande interesse do ponto de vista teórico e prático. Em aplicações clássicas na indústria, manipuladores precisam passar por singularidades no espaço das juntas para mudar sua postura. Um manipulador com três graus de liberdade pode executar uma mudança de postura não singular se, e somente se, existe pelo menos um ponto em seu espaço de trabalho que tem exatamente três soluções coincidentes do Modelo Geométrico Inverso (MGI). É muito difícil expressar esta condição a partir do modelo cinemático. Assim, neste trabalho, a ferramenta algébrica base de Groebner é utilizada para obter uma das equações que separam as regiões que possuem diferentes tipos de manipuladores 3R ortogonais. O determinante da matriz Jacobiana do Modelo Geométrico Direto é considerado nulo para obter as demais superfícies de separação. Além disso, apresenta-se uma classificação dos manipuladores 3R ortogonais em relação ao número de soluções no MGI, o número de pontos de cúspides e o número de nós. Alguns problemas de otimização multi-objetivo são propostos visando obter o projeto ótimo de robôs. Primeiramente, considera-se o caso geral, cujo objetivo é maximizar o volume do espaço de trabalho, maximizar a rigidez do sistema de juntas e otimizar a destreza do manipulador sem a imposição de restrições. Em seguida, o problema de otimização é sujeito a penalidades que controlam a topologia, tornando possível a obtenção de soluções que obedeçam as topologias pré-estabelecidas. São apresentadas as soluções para o caso r3 nulo e para r3 não nulo. O problema de otimização é investigado aplicando uma técnica determinística e dois algoritmos evolutivos. Algumas aplicações numéricas são apresentadas para mostrar a eficiência da metodologia proposta.
Abstract: Several studies have investigated the properties of the workspace of opened robotic chains (or serial) with the purpose of emphasizing its geometric and kinematic characteristics, to devise analytical algorithms and procedures for its design. The workspace of a robot manipulator is considered of great interest from theoretical and practical viewpoint. In classical applications in industry, manipulators need to pass through singularities in the joint space to change their posture. A 3-DOF manipulator can execute a non-singular change of posture if and only if there is at least one point in its workspace which has exactly three coincident solutions of the Inverse Kinematic Model (IKM). It is very difficult to express this condition directly from the kinematic model. Thus, in this work, the algebraic tool Gröbner basis is used to obtain an equation for splitting the regions with different types of 3R orthogonal manipulators. The determinant of Jacobian matrix of the direct kinematic model is considered equal to zero to obtain the other surfaces of separation. In addition, is presented a classification of 3R orthogonal manipulators related to the number of solutions in IKM, the number of cusp points and nodes. Some problems of multi-objective optimization are proposed to obtain the optimal design of robots. First considering a general case where the aim is to maximize the volume of the workspace, maximize the stiffness of the joint system and optimize the dexterity of the manipulator without the imposition of restrictions. Next, the optimization problem is subject to penalties that control the topology, making it possible to obtain solutions which satisfy the predetermined topologies. Solutions are presented for the case r3 null and r3 not null. The optimization problem is investigated by using a deterministic technique and two evolutionary algorithms. Some numerical applications are presented to show the efficiency of the proposed methodology.
Keywords: Robótica
Topologia de manipuladores
Singularidades
Otimização multiobjetivo
Robotics
Manipulators topology
Singularities
Multi-objective optimization
Manipuladores (Mecanismo)
Singularidades (Matemática)
Otimização matemática
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Language: por
Country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Institution Acronym: UFU
Department: Engenharias
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: OLIVEIRA, Giovana Trindade da Silva. Optimum design of 3R robots manipulators considering its topology of the workspace. 2012. 244 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2012.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14706
Date of defense: 28-Feb-2012
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
p1.pdf6.4 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open
p2.pdf9.44 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.