Construção de atuador de rigidez variável e simulação de braço robótico
Resumo
Atuadores de série elástica vêm sendo estudados para diversas aplicações desde 1995.
Apesar de ainda não serem amplamente utilizados comercialmente, vários modelos surgiram
no meio acadêmico, utilizando-se de diferentes tipos de molas, ou simulando a complacência
por meio de softwares. Este trabalho apresenta o projeto e construção de um atuador de série
elástica inédito, de rigidez controlável, utilizando-se de duas molas de torção em formato espiral.
Este atuador apresenta algumas vantagens se comparado com atuadores de série elástica
com rigidez fixa, que, dependendo da aplicação em que se encontram, ou têm pouca rigidez
e acabam deformando de forma indesejável ou têm muita rigidez e acabam danificando a si
mesmos e o ambiente no qual estão inseridos. A solução proposta visa manter a funcionalidade
do atuador de proteger o robô e seu entorno, absorvendo qualquer impacto inesperado que por
ventura possa ocorrer durante essa interação. A complacência, aliada a sistemas de controle
inteligentes, capazes de lidar com ambientes dinâmicos, tem o potencial de permitir o desenvolvimento
de robôs mais versáteis e baratos, já que atuadores complacentes podem ser sub
atuados e sistemas computacionais embarcados tendem aumentar em capacidade e reduzir em
custo. Este trabalho também descreve o projeto e simulação de um braço robótico e de uma
garra que serão utilizados para pesquisa sobre manipulação utilizando complacência, usando o
novo atuador de série elástica de rigidez variável. A pesquisa parte do projeto mecânico assistido
por computador, modelagem matemática de uma mola, projeto de componentes que se
enquadrem a determinadas restrições de força e tamanho, até os testes de um novo atuador em
diferentes regimes de trabalho. Depois de projetado o novo atuador possibilitou-se o ensaio
e a montagem do braço robótico em um ambiente virtual simulado para testes. No trabalho
foi detalhado o caminho utilizado para o projeto das peças durante ensaios que identificavam
problemas estruturais na montagem do braço. No final da pesquisa o primeiro protótipo do
atuador com controle manual de rigidez para testes e um braço robótico com garra, com 7 graus
de liberdade, testado em ambiente virtual e com peças projetadas em sua maioria de chapas de
alumínio cortadas a laser e dobradas, para fácil fabricação foram obtidos.
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