A technique based on adaptive extended jacobians for improving the robustness of the inverse numerical kinematics of redundant robots

The extended Jacobian is a technique for solving the redundancy of redundant robots. It is based on the definition of secondary tasks, through constraint functions that are added to the mapping between joint rates and end-effector's twist. Several approaches showed its potential, applications, and limitations. In general, the constraint functions are a linear combination of basic functions with constant coefficients. This paper proposes the use of adaptive coefficients in such functions by using the conditioning index of the extended Jacobian as a quality measure. A good conditioning index of the extended Jacobian keeps the robot far from singularities and contributes to the solution of the inverse kinematics. In this paper, initially, the extended Jacobian and the proposed algorithm are discussed, and then, two tests in different circumstances are presented in order to validate the proposal

Determinação da eficiência de máquinas com base em teoria de helicoides e grafos: aplicação em trens de engrenagens e robôs paralelos

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011Nesta tese o problema da determinação da eficiência mecânica de máquinas é resolvido através da adaptação do Método de Davies. O método proposto é baseado nas teorias de grafos e helicoides e pode ser aplicado a qualquer máquina. Trens de engrenagens e robôs paralelos são usados como exemplos. O Método de Davies é modificado para incluir acoplamentos ativos que permitem que potência entre e saia da rede de acoplamentos. Com esta modificação, é possível modelar atrito como análogo da resistência elétrica, fontes de torque como fontes de corrente e fontes de velocidade como fontes de tensão. Os modelos de atrito podem incluir efeitos que dependem da velocidade e da carga. Fontes de perda, como atrito de engrenamento, atrito em mancais, selos e acoplamentos, podem ser levados em conta. São apresentados exemplos e os resultados são comparados com estudos anteriores encontrados na literatura

Uma Sistematização da modelagem e programação cinemática de sistemas robóticos cooperativos para a realização de tarefas

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011A utilização de robôs na indústria vem aumentado devido as exigências como qualidade do produto, custo, agilidade de produção, entre outros, provocado pela competitividade entre as empresa. As indústrias têm investido em robôs buscando satisfazer tais exigências e seu chão de fábrica é composto por inúmeros robôs, e dependendo da aplicação é interessante fazer com que esses robôs realizem tarefas de forma cooperativa. Um Sistema Robótico Cooperativo (SRC) é um sistema composto por vários robôs que auxiliam ou colaboram na realização de uma ou mais tarefas simultaneamente. A programação desses robôs para atuarem de forma cooperativa na realização de tarefas é complexa, pois existe uma relação de dependência entre eles. Neste trabalho é criada uma sistemática para a modelagem e programação cinemática de SRC. A sistemática é generalizada para trabalhar com um número arbitrário de robôs, sendo independente do número e tipo de juntas e focada na especificação das várias tarefas. Para implementar a sistemática foram definidos três ambientes para a programação robótica de SRC: a estrutura robótica, o ambiente da tarefa e a cinemática diferencial. Esses ambientes estabelecem os modelos dos objetos envolvidos: robôs e tarefas. Uma formalização matemática é apresentada demonstrando que o crescimento do SRC é estruturado, conforme são adicionados novos robôs ao sistema. Esta formalização matemática permite introduzir no SRC as características adicionais como o controle do erro de integração, evitamento de colisão e deslocamentos relativos das bases dos robôs com o sistema de coordenadas fixo. Por fim, são apresentados os casos de estudos analisando a sistemática desenvolvida para SRCs. Em um dos casos é destacada a programação de um SRC composto pelos robôs XR-4 e Scara da fabricante Rhino, nesse sistema são realizadas três abordagens diferentes para a execução da tarefa e os resultados das simulações são implementados nos robôs. Em um outro caso é apresentado o sistema composto por quatro robôs e especificadas as tarefas. A partir desse cenário são feitas alterações nos parâmetros e analisado o impacto que elas provocam no desempenho do sistema. Para mostrar a flexibilidade da sistemática da modelagem, é também realizada uma nova simulação em que um dos robôs tem a base móvel

Planejamento de movimento de sistemas robóticos de intervenção subaquática baseado na teoria dos helicoides

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaOs veículos subaquáticos não tripulados (ou UUV, do inglês Unmanned Underwater Vehicles) são responsáveis pela execução de grande parte das operações em ambientes imersos. Os sistemas veículo-manipulador subaquáticos (ou UVMS, do inglês Underwater Vehicle-Manipulator Systems) são UUV voltados para a execução de tarefas de intervenção. Além de aplicações em missões científicas e de resgate, os UVMS são muito usados em instalações offshore de extração/distribuição de petróleo e gás em tarefas de construção, manutenção, inspeção e operação. A maioria dos sistemas de intervenção subaquática é teleoperada devido às dificuldades de operação no ambiente imerso e às características cinemáticas e dinâmicas dos UVMS. A evolução desses sistemas de intervenção subaquática envolve o desenvolvimento de sua autonomia. Um requisito básico para isso é a capacidade do sistema planejar as ações necessárias para realizar as tarefas a ele especificadas. Esta tese estuda o planejamento de movimento dos UVMS durante a execução de tarefas de intervenção. Este problema consiste em definir os movimentos que o sistema (veículo e manipuladores) deve realizar para executar as tarefas especificadas atendendo às restrições impostas pelo espaço de trabalho. O trabalho utiliza a análise cinemática baseada na teoria dos helicoides, teoria dos grafos e ferramentas derivadas para definir modelos cinemáticos dos UVMS em diferentes cenários de execução de tarefas de intervenção. A cooperação entre manipuladores de um mesmo UVMS e entre dois ou mais UVMS é estudada, assim como a variabilidade dos modelos cinemáticos em função de mudanças no contexto da operação. A partir da análise realizada, define-se uma sistematização da modelagem cinemática dos sistemas de intervenção por componentização, visando facilitar e automatizar esse processo. Um framework computacional é projetado para facilitar a implementação desses modelos. Com base nesses resultados, define-se uma estrutura geral para o desenvolvimento de estratégias de planejamento de movimento. Simulações de uso dessa estrutura em diferentes cenários de operação são apresentadas. Assim, este trabalho contribui para a autonomia de UUV/UVMS, considerada o principal objeto de pesquisa da área e que no caso dos sistemas de intervenção subaquática reduzirá custos de operação, além de possibilitar o uso destes em novas missões.Unmanned Underwater Vehicles (UUV, for short) are used in most immerse operations. Underwater Vehicle-Manipulator Systems (UVMS, for short) are a particular kind of UUV designed for intervention tasks. Besides their application in scientific and rescue missions, UVMS are much used in offshore oil and gas extraction/distribution facilities for construction, maintenance, inspection and operation tasks. Most underwater intervention systems are teleoperated due the operational difficulties in the immerse environment and the UVMS kinematic/dynamic features. The evolution of these underwater intervention systems involves the development of their autonomy. The system ability to plan the necessary actions to perform its assigned tasks is a basic requirement for that. This thesis studies the motion planning of UVMS while executing intervention tasks. The problem consists of defining the motion that the system (vehicle and manipulators) must do to execute the specified taks while complying with the workspace imposed restrictions. A computational framework is designed to aid the implementation of these models. A general structure to the developed of motion planning strategies based on these results is defined. Simulations using this strucute in different operation scenarios are presented. So, this work contributes to the autonomy of UUV/UVMS, which is considered a major research field and it will reduce operation costs of underwater intervention systems, besides allowing their use in new missions

Multibody dynamics 2015

This volume contains the full papers accepted for presentation at the ECCOMAS Thematic Conference on Multibody Dynamics 2015 held in the Barcelona School of Industrial Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya, on June 29 - July 2, 2015. The ECCOMAS Thematic Conference on Multibody Dynamics is an international meeting held once every two years in a European country. Continuing the very successful series of past conferences that have been organized in Lisbon (2003), Madrid (2005), Milan (2007), Warsaw (2009), Brussels (2011) and Zagreb (2013); this edition will once again serve as a meeting point for the international researchers, scientists and experts from academia, research laboratories and industry working in the area of multibody dynamics. Applications are related to many fields of contemporary engineering, such as vehicle and railway systems, aeronautical and space vehicles, robotic manipulators, mechatronic and autonomous systems, smart structures, biomechanical systems and nanotechnologies. The topics of the conference include, but are not restricted to: Formulations and Numerical Methods, Efficient Methods and Real-Time Applications, Flexible Multibody Dynamics, Contact Dynamics and Constraints, Multiphysics and Coupled Problems, Control and Optimization, Software Development and Computer Technology, Aerospace and Maritime Applications, Biomechanics, Railroad Vehicle Dynamics, Road Vehicle Dynamics, Robotics, Benchmark Problems. The conference is organized by the Department of Mechanical Engineering of the Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) in Barcelona. The organizers would like to thank the authors for submitting their contributions, the keynote lecturers for accepting the invitation and for the quality of their talks, the awards and scientific committees for their support to the organization of the conference, and finally the topic organizers for reviewing all extended abstracts and selecting the awards nominees.Postprint (published version