Desenvolvimento e construção de protótipos robóticos educacionais

TCC(graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnológico. Engenharia de Controle e Automação.O presente trabalho foi desenvolvido como parte das atividades do projeto de pesquisa Triflex, do Laboratório Raul Gunther (LAR) da UFSC. Nele, foram desenvolvidos e va- lidados protótipos de robôs Tripteron e Triflex II. Para tanto, foi desenvolvida uma plataforma modular para o acionamento destes robôs, sendo que o sistema Tripteron foi desenvolvido neste trabalho e o sistema Triflex II proveio da adaptação de um meca- nismo existente no laboratório à nova plataforma de acionamento. Além disso, foram desenvolvidas as implementações em Arduino de duas rotinas que permitem o con- trole da movimentação das plataforma móveis do Tripteron e Triflex II por meio de dois joysticks, bem como a descrição de uma trajetória desejada, através da determi- nação dos parâmetros cinemáticos necessários. Assim, o sistema visa contribuir para o desenvolvimento de novos manipuladores paralelos e também apresenta finalidades educacionais, pois os mecanismos Tripteron e Triflex II apresentam equações cinemáti- cas inversas bem determinadas e desacoplamento de atuação. Logo, podem ser utiliza- dos como exemplos didáticos para conceitos diversos do campo de robótica paralela.The present work was developed in the Raul Gunther Laboratory (LAR) of UFSC as part of the Triflex research project. In this work, prototypes of Tripteron and Triflex II systems were designed and validated. In order to construct the prototypes, a modular actuation platform was developed, to which the robots’ legs and platform are attached. The Tripteron system was entirely designed in this work and the Triflex II system was adapted from an existing mechanism belonging to the laboratory. This mechanism was also attached to the novel modular actuation platform. In addition, this work also pro- vides two Arduino routines, the first allows to control the robot platform by means of two joysticks and the second implements its inverse displacement equations. Thus, this work contributes to the development of new parallel manipulators and also presents educational purposes, since the robots Tripteron and Triflex II present simple kine- matic equations and decoupling of actuation. Therefore, they can be used as didactic examples for different concepts in the area of parallel robotics

Novos métodos para enumeração de configurações não isomorfas de robôs metamórficos com módulos quadrados

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013Robôs metamórficos ou robôs modulares reconfiguráveis são robôs constituídos de módulos autônomos e capazes de se conectar a outros módulos. Desta forma, o conjunto de módulos pode assumir novas configurações e funções. Além disto, o crescente interesse neste tipo de robôs deve-se justamente à capacidade de autoconfiguração, pois esta característica confere aos robôs adaptabilidade a novas circunstâncias e tarefas, bem como a capacidade de recuperação de falhas mecânicas. Assim, visto que é a capacidade de assumir diferentes configurações que torna estes robôs versáteis, para que se possam aproveitar todas as potencialidades dos robôs metamórficos, é necessário que se conheçam todas as diversas configurações que um dado número de módulos pode assumir. Neste contexto, o presente trabalho foca-se no problema de enumeração de configurações para robôs metamórficos de módulos quadrados, mais especificamente, no problema de enumeração de configurações distintas ou não isomorfas. Nele, são introduzidos dois novos métodos, que são contribuições originais, para enumeração de configurações distintas para robôs de módulos quadrados. O primeiro método é denominado Método das Simetrias e baseia-se em ferramentas de teoria dos grupos. Por outro lado, o segundo método, denominado Método das Órbitas, baseia-se em ferramentas de teoria dos grupos e de teoria dos grafos. Além disto, ambos os métodos foram implementados em C++ , o que possibilitou a enumeração, para um total de onze módulos, de todas as configurações distintas para robôs de módulos quadrados, bem como outros resultados que são apresentados no trabalho. Estes resultados constituem um avanço frente a literatura existente na área <br

Enumerating and assembling configurations with modular robots

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2018.Esta tese apresenta novas contribuições para dois problemas fortemente relacionados: a enumeração e o sequenciamento da montagem de configurações (Assembly Sequence Planning - ASP) constituídas por robôs modulares. Ferramentas matemáticas, mais especificamente, ferramentas de Teoria dos Grafos, são largamente empregadas no tratamento desses dois problemas. Em sua primeira parte, a tese aborda o problema de enumeração, fornecendo um novo método que permite enumerar as configurações não-isomórficas de robôs modulares com módulos cúbicos. Este método é baseado em trabalhos anteriores do autor para robôs modulares com módulos planares. O método foi implementado em C++, fornecendo a enumeração de configurações com até 10 módulos cúbicos. Este resultado constitui um avanço em relação ao número de módulos alcançados na literatura. Em sua segunda parte, a tese introduz três novos ASP para robôs modulares que tratam classes de configurações em aberto na literatura. Esta tese é o primeiro trabalho a resolver os seguintes problemas: Como montar configurações compostas por sistemas de robôs modulares; como montar configurações com corredores estreitos; como montar configurações com furos internos; como montar configurações sem furos internos nem corredores estreitos, mas escolhendo o ponto de partida do ASP e como montar estruturas planares verticais. Todos os ASP obedecem a condição de acessibilidade, ou seja, nenhum módulo pode passar por um corredor entre dois robôs que estejam na estrutura, se este corredor for tão estreito quanto o lado de um módulo. Como resultado complementar, esta tese apresenta novas contribuições ao ASP para estrutura marítimas de Seo, Yim e Kumar.Abstract : This thesis presents novel contributions to two strongly related problems:the enumeration and the assembly sequence planning (ASP) formodular robots. Mathematical tools, more specifically graph theorytools, are extensively employed in the treatment of both problems.First, this thesis deals with the enumeration problem, providing a completeand original method which allows enumerating the nonisomorphicconfigurations of cubic modular robots. The proposed method is basedon author s previous works for planar modular robots. This methodwas implemented in C++ providing the enumeration of configurationsup to 10 cubic modules which constitutes an advance compared to thenumber of modules achieved in literature. Then, three novel ASP formodular robots are introduced in this thesis. These ASP cover classesof target structures not solved in literature. To the best of the author sknowledge, the thesis is the first work that solves the following problems:assembling target structures composed by shape heterogeneousmodular robots systems; assembling planar target structures with narrowcorridors, i.e. corridors which are too narrow for a robot to traverse;assembling configurations without narrow corridors, and choosing theASP starting point; assembling planar vertical structures. All the ASPherein proposed satisfies the accessibility condition, i.e. any modulecannot pass through a gap only as large as a side of a module betweentwo physical robots already assembled in the structure. As a complementaryresult, this thesis presents novel contributions to the ASP formaritime structures of Seo, Yim and Kumar

Assembly Sequence Planning for Rectangular Modular Robots with Accessibility Constraints

Product assembly is the final step in a manufacturing process where the individual components of a product are joined together. Assembly sequence planning (ASP) can be defined as the problem of finding a collision-free sequence of operations that allow the product assembly. Considering that during assembly individual modules cannot pass through a gap only as large as a module side, the ASP problem can be extended to modular robots, more specifically to rectangular modular robots. The main ASPs presented in the literature that are applicable to rectangular modules do not allow configurations with narrow corridors, i.e., corridors which are too narrow for a robot to transverse. Furthermore, these ASPs do not allow preassembled substructures or the free selection of the assembly starting point. Thus, the main goal of this work is to extend the classes of rectangular modular robot configurations that can be assembled without violating the accessibility condition. This paper introduces three novel ASP for constructing planar target structures composed of rectangular modular robots. Each ASP is adequate for a different scenario. Original implementation results and mathematical proofs for the three novel ASPs are also presented. To the best of the authors’ knowledge, this is the first work that presents, considering the accessibility condition, how to obtain centralized ASPs for assembling planar structures composed of rectangular modules with narrow corridors. Furthermore, the novel ASPs allow structures composed of subsets of preassembled modules and configurations with internal holes. They also allow the choice of the assembly starting point. Moreover, the third ASP proposed in this work allows achieving discontinuous assembly paths, i.e., wherever possible, the ASP allows a novel module to not connect to the latest added robot