Controle axial de juntas rotacionais em manipuladores robóticos : implementação com microcontroladores

Abstract

O controle de junta de manipuladores robóticos usando estrutura hierárquica de controle, executado por um computador supervisor e microcontrolador de junta, é estudado neste trabalho. O problema de controle global do robô, o planejamento de trajetórias e o controle de movimento, assim como a dinâmica do robô são discutidas e as atribuições do computador supervisor e controlador de junta definidas. Um sistema de desenvolvimento para o microcontrolador MC8031 (Intel) foi construído para facilitar o projeto do controlador de junta. Para estudar problema de controle, um manipulador de um grau de liberdade foi construído, com a montagem de um braço mecânico num servomotor educacional. O estudo prosegue com a discussão das características do servomotor e sua dinâmica, chegando à construção de uma unidade não-linear para compensar uma das características não-lineares do motor. Quatro estratégias de controle (PD, PID, PD com torque computado e Controle por estrutura variável), são projetos e implementados numa linguagem de alto nível. No final, os resultados das diferentes estratégias de controle, obtidos por simulação em computador e realização física são discutidos. É mostrado que o hardware proposto é adequado como controlador de junta. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

The joint control of robot manipulators using a hierarchical control scheme carried out by a supervisor computer and joint micro controllers, is studied in this dissertation. The global robot control problem, the trajectory planning and motion control, as well as robot dynamics are discussed and the attributions of the supervisor computer and joint controllers defined. A development system for Intel's micro controller MC8031 was built in order to ease the design the joint controller. For the study of the control problem, a manipulator with one degree of freedom was built, with the assembling of a mechanical arm on an educational servo motor. The study continues with the discussion of the servo motor characteristics and its dynamics, leading to the construction of a nonlinear unit to compensate some of the motor's nonlinear characteristics. Four control strategies (PD, PID, Computed Torque PD and Variable Structure Control), were designed and implemented in a high level computer language. At last, the result of the different control strategies, obtained by computer simulation and real world implementation are discussed. It is shown that the hardware proposed is suitable as a joint controller.