No caso analisado, o método resultou em um braço de aproximadamente 2,5 m, o que é esperado para um mecanismo que deve alcançar pelo menos uma região de 1 m x 2 m x 1 m. O braço possui uma massa total de aproximadamente 48 kg, já contando com os atuadores, e sua capacidade nominal é de 40 kg. A relação capacidade/massa deste braço é de 0,83, mostrando-se significativamente superior aos valores típicos de 0,3 a 0,4 dos robôs elétricos convencionais, segundo Rivin, 1987. Esta relação demonstra uma vantagem dos robôs hidráulicos, e a capacidade do método em especificar um braço. Máquinas mais modernas, como o robô elétrico Kuka® LWR, podem alcançar relações até maiores do que 1:1, mas os fabricantes não oferecem maiores informações sobre os mesmos.
Os atuadores especificados para o braço requerem uma pressão relativamente baixa, muito inferior às pressões máximas da maioria das bombas hidráulicas industriais. Isto se deve ao fato de que a haste dos atuadores precisa ter um diâmetro elevado para não sofrer flambagem, o que leva a um diâmetro elevado para o êmbolo. Os atuadores especificados são os de menor diâmetro dentre os que podem ser utilizados. De qualquer forma, estas bombas de alta pressão especificadas podem ser utilizadas como unidade de potência hidráulica do braço.
A especificação mostrada para a bomba hidráulica não leva em consideração a perda de carga das servoválvulas e das canalizações, e nem outros atuadores do robô. Assim, a pressão
da bomba utilizada deve ser maior do que os valores definidos. Foram calculados apenas a pressão e vazão que a bomba hidráulica deve ter, existindo outras características que devem ser definidas, como temperatura de trabalho, tipo de controle de pressão e modelo do motor elétrico usado para atuar a bomba. Assim como ocorre com as outras características do sistema hidráulico, estas definições estão fora do escopo deste trabalho.
O erro de posicionamento encontrado para o braço é relativamente alto para robôs antropomórficos, mas depende principalmente do erro dos atuadores. Se for possível controlá- los com uma maior precisão, isto é, com um erro de posicionamento inferior a 1mm, então o erro de posicionamento do braço pode ser diminuído.
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CONCLUSÃO
O trabalho aborda o desenvolvimento de uma metodologia para a determinação de parâmetros de projeto de uma classe de robôs industriais hidráulicos com atuadores lineares diretamente acoplados aos elos. Baseado nos resultados apresentados no presente documento, é possível concluir que o método proposto neste trabalho é capaz de determinar vários dos parâmetros construtivos do braço, tendo, assim, atingido o objetivo principal, de poder ser aplicado como ferramenta de apoio ao projetista no desenvolvimento de um robô hidráulico.
Os parâmetros definidos pelo método proposto são calculados com base nas necessidades das tarefas que o robô deve realizar, como as dimensões do volume de trabalho, a carga que o robô deve manipular, as velocidades e acelerações lineares, e o máximo deslocamento aceitável da extremidade do braço devido à deformação elástica. Desta forma, aplicando a metodologia, é possível especificar um braço apropriado para as funções que ele deve realizar. Todas as hipóteses e algoritmos utilizados pelo método são apresentadas neste trabalho, permitindo a reprodução de todos os seus resultados. Além disso, como os mesmos dependem apenas dos valores usados como entrada, é possível afirmar que o método proposto é sistemático em termos de aplicação.
Outra propriedade do método proposto é sua característica modular, a qual permite que partes dele sejam usadas para outras finalidades. Em especial, o cálculo da dinâmica do braço com atuadores lineares pode ser usado no desenvolvimento de um sistema de controle, pois foi utilizada uma formulação que convencionalmente é utilizada para robôs. Além disto, um ou mais módulos do método podem ser futuramente modificados ou substituídos, potencialmente melhorando os resultados finais obtidos. Por exemplo, pode-se modificar a análise estrutural dos elos para considerar os carregamentos laterais, que ocorrem devido à inércia dos elos quando a base do robô é rotacionada, permitindo assim a definição da largura da seção transversal das vigas dos elos customizada para determinada tarefa.
Os parâmetros cinemáticos dos elos foram calculados pelo primeiro módulo. Os comprimentos dos elos, os limites angulares das juntas e um dos pontos de fixação de cada atuador foram determinados através de métodos que focam na minimização da transmissão do erro de posicionamento dos atuadores, buscando-se assim um braço o mais preciso possível, pois a maximização desta característica é importante para aumentar a gama de possíveis aplicações de robôs hidráulicos. Também foram consideradas outras características de desempenho, no caso a manipulabilidade, isotropia de velocidades, velocidade mínima e
destreza, cujos índices foram considerados durante uma otimização. Desta forma, o desempenho do braço ao longo do seu volume de trabalho também é maximizado.
A estrutura dos elos do braço foi parcialmente dimensionada pelo segundo módulo. O método proposto é capaz de definir os valores para as alturas das seções das vigas dos elos e as espessuras das chapas, obtendo-se assim um braço com uma melhor relação rigidez/massa. A deformação elástica dos elos foi mantida abaixo de um valor limite pré-definido, mesmo no caso onde carregamentos dinâmicos são aplicados. Entretanto, existem atualmente outras características dos elos que não são dimensionadas por meio da metodologia proposta, como a largura das vigas ou as espessuras dos reforços utilizados nas regiões próximas aos pontos de acoplamento. Isto ocorre devido às limitações do modelo simplificado utilizado no processo de otimização.
Os atuadores e a unidade de potência hidráulica adequados para o braço foram definidos pelo terceiro módulo. Esta definição foi feita com base em uma análise que considera diversos pontos sobre o volume de trabalho e diversos carregamentos dinâmicos. Assim, os componentes especificados devem ser capazes de operar adequadamente em qualquer situação encontrada durante a operação do robô, desde que não sejam ultrapassados os valores nominais do carregamento, velocidade e aceleração.
O método foi implementado em um programa computacional desenvolvido no ambiente Matlab®, tendo sido este programa capaz de fornecer de forma automática os parâmetros calculados pela aplicação do método.
A dinâmica e a cinemática do braço foram analisadas e verificadas por meio de comparações com outras estratégias. Foram considerados os efeitos da inércia, Coriolis, peso próprio e atrito viscoso linear, tendo sido desconsiderados efeitos como atrito estático, deformação elástica ou dilatação térmica. Como já mencionado, as equações propostas podem inclusive ser utilizadas para facilitar o desenvolvimento de um sistema de controle para o braço.