Proposta de aprimoramento topológico e paramétrico do robô LAILA

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2020Atualmente o desenvolvimento de robôs paralelos têm crescido consideravelmente devido a vantagens em relação aos robôs seriais em termos de precisão, velocidade, rigidez e capacidade de força. Manipuladores paralelos são muito utilizados para aplicações industriais desde linhas de montagem até simuladores de voo. O número máximo de liberdades desses robôs sem ser redundantes são seis, contudo muitas das tarefas industriais não necessitam de todos os seis graus de liberdade existentes. Os manipuladores chamados ?pick and place?, do inglês ?pega e coloca? ganham destaque, sendo amplamente utilizados para posicionar peças, encaixotamento e alimentação de máquinas na linha de produção, por exemplo. Neste contexto, o presente trabalho apresenta um estudo sobre um robô paralelo espacial do tipo ?pick and place? desenvolvido pela Universidade de São Paulo. O robô é conhecido como LAILA e possui três graus de liberdade translacionais, sendo formado por duas pernas RSS e uma perna PPaP. Neste trabalho é apresentado uma análise da mobilidade do robô LAILA, levando em conta as restrições redundantes e mobilidades extras, aplicando conceitos do Método de Reshetov para propor seu autoalinhamento, tornando a sua montagem mais realizável e diminuindo a necessidade de precisão na fabricação. Também foi realizada uma otimização discreta do volume de trabalho com base em critérios dimensionais com o qual pode-se notar ganhos volumétricos em regiões não viáveis do espaço de trabalho original. Com os critérios dimensionais definidos fora realizada análise cinemática e estática por meio do método de Davies utilizando a teoria de helicoides e teoria de grafos como ferramental teórico. Nas análises pôde-se comparar a versão otimizada com a original. As análises cinemática e estática determinaram regiões dentro do volume de trabalho que sofrem maiores solicitações. Com essas regiões é possível direcionar as tarefas para regiões menos críticas ou prever desgastes prematuros de juntas e componentes que podem levar a erros de posicionamento. Também foi possível determinar as posições singulares do manipulador bem como seu índice de desempenho a partir do condicionamento da matriz Jacobiana.Abstract: Currently, the development of parallel robots has grown considerably due to advantages over serial robots in terms of precision, speed, rigidity and strength capacity. Parallel manipulators are widely used for industrial applications from assembly lines to flight simulators. The maximum number of freedoms of these robots without being redundant is six, however many industrial tasks do not require all six degrees of freedom. The manipulators called pick and place being widely used to position parts, boxing and feeding machines on the production line, for example. In this context, the present work presents a study on a parallel space robot of the pick and place type developed by the University of São Paulo. The robot is known as LAILA and has three translational degrees of freedom, being formed by two RSS legs and one PPaP leg. This work presents an analysis of the mobility of the LAILA robot, taking into account redundant constraints and extra mobility, applying concepts from the Reshetov Method to propose its self-alignment, making its assembly more achievable and reducing the need for precision in manufacturing. A discreet optimization of the workload was also carried out based on dimensional criteria with which it is possible to notice volumetric gains in non-viable regions of the original workspace. With the dimensional criteria defined, kinematic and static analysis were carried out using the Davies method using the helicoid theory and graph theory as a theoretical tool. In the analyzis it was possible to compare the optimized version with the original. The kinematic and static analyzes determined regions within the workload that suffer the greatest demands. With these regions it is possible to direct tasks to less critical regions or to predict premature wear of joints and components that can lead to positioning errors. It was also possible to determine the singular positions of the manipulator as well as its performance index from the conditioning of the Jacobian matrix