Candidato: Antonio Carlos Valdiero
Programa: UFSC / POSMEC
Data: Fevereiro de 2005
Orientador: Raul Guenther (LRRG / UFSC)
Resumo: Este trabalho trata do problema de controle de posição de robôs manipuladores com acionamento hidráulico. Tais robôs possuem grande potencial de aplicação nas indústrias de construção, equipamentos agrícolas, equipamentos de transporte e manuseio de materiais, equipamentos de mineração, manufatura, siderurgia, metalurgia, aviação, marinha e lazer, devido às vantagens de alta relação torque/dimensão e da flexibilidade de instalação de seus atuadores. Entretanto, existem diversas dificuldades para a obtenção de respostas precisas quando os atuadores são hidráulicos. Dentre elas, pode-se citar as dinâmicas pouco amortecidas, a não linearidade de zona morta das válvulas de controle, o atrito nas vedações dos atuadores, a obtenção dos parâmetros do sistema e, além disto, o forte acoplamento entre as dinâmicas não lineares do atuador e do braço mecânico em robôs hidráulicos. No levantamento do estado da arte de robôs hidráulicos, nota-se que os poucos controladores de robôs hidráulicos propostos na literatura atualizada não tratam de todas as dificuldades de controle. Então, desenvolve-se um modelo não linear de 5º ordem para o robô acionado hidraulicamente, incluindo-se a dinâmica do atrito baseada na microdeformação das rugosidades das superfícies em contato. A partir da observação do comportamento dinâmico das pressões nos orifícios das válvulas, propõe-se uma metodologia para identificação e compensação da zona morta em válvulas direcionais proporcionais. Com base no modelo do robô, utiliza-se a estratégia de controle em cascata que permite a divisão em dois subsistemas: o subsistema hidráulico e o subsistema mecânico. O controlador em cascata mostra-se adequado na implementação de técnicas de controle para compensação das dificuldades dinâmicas inerentes a cada subsistema, permite a compensação direta do atrito no subsistema mecânico e a utilização de um esquema centralizado para tratar do acoplamento dinâmico. Foi realizada a análise da estabilidade do sistema completo em malha fechada, com controlador cascata e observador de atrito, através do método direto de Lyapunov. Para fins de implementação experimental dos algoritmos de controle desenvolvidos, foi construído o protótipo de um robô manipulador acionado hidraulicamente. Resultados teóricos e experimentais mostram a validade e as características do controle em cascata proposto.
VALDIERO, A. C. Controle de Robôs Hidráulicos com Compensação de Atrito. 2005. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) 157 p. Universidade Federal de Santa Catarina: Florianópolis.