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Increasing the energy efficiency of parallel manipulators by means of kinematic redundancy and model predictive control (2017)

  • Authors:
  • Autor USP: RUIZ, ANDRÉS GÓMEZ - EESC
  • Unidade: EESC
  • Sigla do Departamento: SEM
  • Subjects: MANIPULADORES; CINEMÁTICA; CONTROLE PREDITIVO; EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
  • Keywords: ESQUEMA DE RESOLUÇÃO DE REDUNDÂNCIA
  • Language: Inglês
  • Abstract: O número de aplicações realizadas pelos manipuladores robóticos cresce continuamente. Assim, o desenvolvimento de novas arquiteturas para os manipuladores robóticos mais adaptadas a aplicações concretas é necessário. Destarte, os manipuladores paralelos constituem uma alternativa a ser considerada. O objetivo deste texto é provar que a eficiência energética dos manipuladores paralelos pode ser incrementada por meio da redundância cinemática. A presença de redundância cinemática implica um número infinito de soluções no problema da cinemática inversa. Logo, é precisso um esquema de resolução de redundância para escolher uma das soluções. No presente texto, um método baseado no modelo de controle preditivo (MPC), é proposto como esquema de resolução de redundância. Esta proposta é avaliada tanto numérica como experimentalmente comparando o consumo energético dos manipuladores não redundante e redundantes durante a execução de umas trajetórias predefinidas. O manipulador paralelo não redundante estudado é o 3RRR. Este manipulador é composto por três cadeias cinemáticas idênticas que incluem uma junta rotativa ativa e duas juntas rotativas passivas. Redundâncias cinemáticas foram adicionadas ao manipulador incluindo uma junta prismática ativa em cada uma das três cadeias cinemáticas, obtendo assim, o manipulador redundante 3PRRR. Ativando ou bloqueando as juntas prismáticas podem ser avaliados até três níveis de redundância cinemática. Modelos matemáticos dos manipuladores foram propostos tanto para a estabelecer uma avaliação numérica como para a dedução do esquema de resolução de redundância. Um protótipo do manipulador 3PRRR construído na Escola de Engenharia de São Carlos foi usado para realizar os experimentos. Os dados experimentais foram utilizados para comprovar a utilidade do MPCcomo esquema de resolução de redundância, e para avaliar os efeitos da redundância cinemática no consumo energético. Com fundamento nos resultados é possível concluir que o MPC pode ser uma alternativa adequada para resolver problemas de redundância e que os manipuladores paralelos redundantes apresentaram um menor consumo energético para realizar a mesma tarefa quando comparados aos não redundante. A taxa de redução da energia em favor dos manipuladores redundantes varia entre 6% e 60% dependendo da tarefa. Por outro lado, a análise numérica mostrou discrepâncias com a análise experimental em certas circunstâncias
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 04.12.2017
  • Acesso à fonte
    How to cite
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    • ABNT

      GÓMEZ RUIZ, Andrés; SILVA, Maíra Martins da. Increasing the energy efficiency of parallel manipulators by means of kinematic redundancy and model predictive control. 2017.Universidade de São Paulo, São Carlos, 2017. Disponível em: < http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18149/tde-17042018-111902/pt-br.php >.
    • APA

      Gómez Ruiz, A., & Silva, M. M. da. (2017). Increasing the energy efficiency of parallel manipulators by means of kinematic redundancy and model predictive control. Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18149/tde-17042018-111902/pt-br.php
    • NLM

      Gómez Ruiz A, Silva MM da. Increasing the energy efficiency of parallel manipulators by means of kinematic redundancy and model predictive control [Internet]. 2017 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18149/tde-17042018-111902/pt-br.php
    • Vancouver

      Gómez Ruiz A, Silva MM da. Increasing the energy efficiency of parallel manipulators by means of kinematic redundancy and model predictive control [Internet]. 2017 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18149/tde-17042018-111902/pt-br.php

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