Realização de controlo de força em robôs manipuladores industriais

Tese de doutoramento em Engenharia Mecânica, área de Robótica e Automação (Controlo e Gestão, Automação), apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de CoimbraNeste trabalho de tese de doutoramento estuda-se o problema de controlo de força em robôs manipuladores industriais. Interessam-nos em particular os robôs manipuladores antropomórficos de punho esférico, por serem os mais usados em termos industriais. A perspectiva de robótica industrial introduz um elemento suplementar de dificuldade, visto que coloca exigências específicas de performance e operacionalidade não compatíveis com soluções de laboratório, não testadas na prática ou aplicadas em robôs académicos ou tecnologicamente ultrapassados (grande parte da investigação existente na literatura da especialidade sobre o assunto, reporta-se a ensaios com PUMAS - tecnologia do fim dos anos 60, ou a robôs sem representatividade industrial, incluindo robôs académicos experimentais). Numa primeira fase tentou-se realizar uma abordagem de controlo explícito directo de força. Esse tipo de abordagem, para a qual se desenvolveu uma arquitectura genérica de controlo, pressupõe a existência de uma controlador aberto. Foram dados passos significativos na direcção desse controlador, nomeadamente projectando e construindo um sistema que permite reconfigurar o controlador do robô de que dispomos. Apesar de algum sucesso inicial e de terem feito um conjunto de opções técnicas que vieram posteriormente a ser usadas por alguns fabricantes (caso da KUKA com o controlador KCR1 e do novo controlador alfa da ABB), o projecto foi temporariamente abandonado não se seguindo essa via neste trabalho. Optou-se por usar uma abordagem de controlo explícito indirecto de força. Esta abordagem tem vantagens e inconvenientes, como é discutido no capítulo 3 desta tese, mas permite realizar certas técnicas de controlo de força, demonstrando as suas potencialidades (embora de forma indirecta), tirando partido das capacidades avançadas dos controladores industriais actuais. Como se são utilizados sistemas industriais actuais, os resultados podem mais facilmente ser utilizados em aplicações reais dando origem a soluções com interesse industrial. Deste trabalho de tese de doutoramento resultaram várias inovações e avanços técnicos e científicos, dos quais se destacam: 1. Um método de controlo de força explícito indirecto, baseado em lógica fuzzy com um comportamento do tipo Proporcional e Integral (PI). Esse método foi desenvolvido para ser aplicado em robôs industriais. Os resultados experimentais justificam o esforço de investigação de métodos indirectos, ao mesmo tempo que realçam as suas limitações. Foram desenvolvidas várias soluções práticas que permitem sintonizar e melhorar o comportamento do controlador em função da rigidez da superfície de contacto. 2. O desenvolvimento de uma arquitectura genérica de controlo no espaço operacional. Essa arquitectura pressupõe uma abordagem directa, tendo ainda a vantagem de clarificar as zonas onde se deve intervir para adicionar controlo de força. Essa informação é muito útil mesmo numa perspectiva de controlo indirecto. Para além disso. Esse desenvolvimento foi acompanhado por uma revisão exaustiva das técnicas de controlo de força mais interessantes existentes na literatura da especialidade. 3. Um sistema destinado a reconfigurar o controlador do robô de que dispomos. Esse sistema aponta um conjunto de soluções técnicas, muitas delas realizadas, tanto ao nível do hardware como do software. 4. Uma arquitectura de software distribuída e baseada em objectos, destinada a programar, controlar e monitorizar Células Flexíveis de Produção. Essa arquitectura foi realizada para o caso particular de robôs manipuladores, e aplicada ao robô de que dispomos. É com base nesse software que se realizam as aplicações de controlo de força. A arquitectura incorpora grande parte dos standards actuais, e é complementada com soluções que permitem a interligação com aplicações comerciais para plataformas Win32. A este propósito, foi considerada com especial atenção a aplicação Matlab, bem como todas as aplicações clientes DDE. Para o caso especial do Matlab e das aplicações Microsoft Office (Excel e Word) foram desenvolvidas funções especiais de acesso aso servidor DDE desenvolvido, o qual fornece ao robô e sensores acoplados. Este software foi testado em três aplicações industriais que se encontram actualmente em utilização intensiva em empresas industriais portuguesas, com o objectivo de demonstrar a sua operacionalidade e utilidade