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Bianca Sales Natal
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE AUTOMAÇÃO E ENERGIA PLANO DE ENSINO PERÍODO LETIVO 2018/1 DISCIPLINA: DINÂMICA E CONTROLE DE ROBÔS

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE AUTOMAÇÃO E ENERGIA PLANO DE ENSINO PERÍODO LETIVO 2018/1 DISCIPLINA: DINÂMICA E CONTROLE DE ROBÔS ENG1001 Créditos: 4 Caráter: Eletiva Professor Regente: Prof. Walter Fetter Lages Carga horária: 60 horas Pré-requisitos: Engenharia de Computação: ENG Sistemas de Controle I - B e ENG10026 Robótica-A Engenharia de Controle e Automação: ENG Sistemas de Controle I - B e (ENG10026 Robótica - A ou ENG080 Robótica) Horários: Turma U 082/01 082/01 SÚMULA: Modelagem dinâmica de robôs: Modelo de Lagrange, Modelo de Newton-Euler, Controle de robôs: Controle independente por junta, Controle por torque calculado, Controle no espaço cartesiano, Controle por realimentação variante no tempo, Controle por realimentação não suave, aspectos de implementação. OBJETIVOS DA DISCIPLINA: Transmitir aos alunos conhecimentos sobre dinâmica de robôs, fornecendo aos alunos a capacidade de modelar robôs e analisar e projetar controladores para os mesmos, bem como simular o seu comportamento dinâmico e implementar os sistemas projetados. METODOLOGIA DE ENSINO: Aulas expositivas e aulas de laboratório com simulações e experimentos utilizando o sistema ROS (Robot Operating System), os robôs Barrett WAM, Quanser 2DSFJ e kits Lego NXT. SISTEMA DE AVALIAÇÃO: Será realizada uma prova escrita individual (P) e dois trabalhos práticos (T 1 e T 2 ), que deverão ser demostrados. Alunos que obtiverem média aritmética destas três avaliações (M) igual ou 1

2 superior 6.0, ou seja, M = P + T 1 + T (1) serão aprovados. Os conceitos serão atribuídos com base na tabela 1. Tabela 1: Atribuição de Conceitos Conceito A 8. M 10.0 Conceito B 7.0 M < 8. Conceito C 6.0 M < 7.0 Conceito D M < 6.0 Conceito FF Frequência abaixo de 7%, conforme legislação federal Alunos com M < 6.0 poderão fazer uma prova de recuperação (nota R) englobando toda a matéria da disciplina. Neste caso, a nota final (N f ) será calculada por: 2M + R N f = (2) e os alunos que obtiverem N f 6.0 serão aprovados com conceito C. Será reprovado por Falta de Frequência (FF), o aluno que tiver frequência inferior a 7%, das aulas ministradas no semestre, de acordo com o Regimento Geral da Universidade (RGU), Art. 14, É obrigatória a frequência dos alunos às atividades didáticas, considerando-se reprovado aquele que, ao término do período letivo, houver deixado de frequentar mais de 2% (vinte e cinco por cento) da carga horária prevista no plano da disciplina. OBSERVAÇÕES: O DELAE não autoriza que alunos frequentem disciplinas/turmas para as quais não estejam regularmente matriculados e não reconhece as atividades realizadas de tal forma. Os alunos receberão uma conta com senha no sistema do laboratório. Estas contas poderão ser acessadas através de qualquer computador do laboratório. A má utilização destas contas será responsabilidade do mesmo, e será punida conforme as regras previstas na política para recursos computacionais da UFRGS e o Código Disciplinar Discente cepe/res07-04.htm. Adicionalmente, cada aluno também terá uma conta no sistema Moodle em moodle.ece.ufrgs.br. Este sistema deverá ser utilizado para submissão dos relatórios dos trabalhos práticos. Não serão aceitos relatórios que não sejam submetidos através deste sistema. A disciplina poderá contar com a participação de alunos de Pós-Graduação em estágio docência ou pesquisadores realizando pós-doutorado na UFRGS. Algumas atividades da disciplina, em especial as que requerem desenvolvimento de programas devem ser realizadas como atividades autônomas. Se considera que tais atividades correspondem a 16 horas da carga horária da disciplina. 2

3 BIBLIOGRAFIA BÁSICA: [1] K. S. Fu, R. C. Gonzales, and C. S. G. Lee. Robotics Control, Sensing, Vision and Intelligence. Industrial Engineering Series. McGraw-Hill, New York, [2] P. Goebel. ROS by Example. Lulu, Raleigh, NC, Abr http: // paperback/product html. [] W. F. Lages. ENG1001 modelagem e controle robôs. fetter/eng1001, [4] W. F. Lages. Implementation of real-time joint controllers. In A. Koubaa, editor, Robot Operating System (ROS): The Complete Reference (Volume 1), volume 62 of Studies in Computational Intelligence, pages Springer International Publishing, Switzerland, [] A. Martinez and E. Fernández. Learning ROS for Robotics Programming. Packt Publishing, Birmingham, UK, Sep [6] J. M. O Kane. A Gentle Introduction to ROS. CreateSpace Independent Publishing Platform, Oct Available at jokane/agitr/. [7] ROS.org. ROS, [8] S. G. Tzafestas. Introduction to Mobile Robot Control. Elsevier Insights. Elsevier, London, Oct CONTEÚDO PROGRAMÁTICO: 1. Introdução 2. Dinâmica de robôs (a) Introdução (b) Aceleração de um corpo rígido (c) Equações de Newton-Euler (d) Formulação lagrangeana (e) Simulação dinâmica. Controle independente por junta (a) Introdução (b) Dinâmica do atuador (c) Rastreamento de referência (d) Compensador proporcional com realimentação auxiliar de velocidade (e) Compensador PID 4. Controle baseado em modelo

4 (a) Torque calculado (b) Torque calculado no espaço cartesiano (c) Controle com feed-forward (d) Controle adaptativo de robôs (e) Controle de força (f) Controle de robôs não holonômicos (g) Controle de impedância no espaço das juntas (h) Controle de impedância no espaço cartesiano (i) Teorema de Brockett (j) Controle por realimentação variante no tempo (k) Controle por realimentação não suave (l) Controle preditivo (m) Controle de robôs subatuados. Implementação de controladores no ROS (a) Gerenciador de controladores (b) Malha de tempo real (c) Integração com simuladores (d) Integração com robô real 4

5 Tabela 2: Cronograma Semana Data Conteúdo Previsto 1 06/0/2018 Apresentação, introdução, conceitos. 08/0/2018 Dinâmica do atuador. 2 1/0/2018 Rastreamento de referência. 1/0/2018 Compensador proporcional com realimentação de velocidade. 20/0/2018 Compensador PID. 22/0/2018 Introdução à modelagem dinâmica de Robôs. 4 27/0/2018 Aceleração de um corpo rígido. 29/0/2018 Equações de Newton-Euler. 0/04/2018 Formulação lagrangeana. 0/04/2018 Simulação dinâmica de robôs no ROS. 6 10/04/2018 Prova P 1 12/04/2018 Controle independente por junta. 7 17/04/2018 Implementação de controladores no ROS 19/04/2018 Gerenciador de controladores e malha de tempo real. 8 24/04/2018 Integração do ROS com simuladores. 26/04/2018 Integração do ROS com robôs reais. 9 1 o /0/2018 Dia do Trabalho. 0/0/2018 Linearização por realimentação e Torque Calculado /0/2018 Controle com feed-forward. 10/0/2018 Controle adaptativo de robôs. 11 1/0/2018 Controle de força. 17/0/2018 Controle de robôs não holonômicos /0/2018 Apresentação do Trabalho T 1. 24/0/2018 Controle de impedância no espaço das juntas. 1 29/0/2018 Controle de impedância no espaço cartesiano. 1/0/2018 Corpus-Christi. 14 0/06/2018 Teorema de Brockett. 07/06/2018 Controle de robôs não-holonômicos por linearização por realimentação. 1 12/06/2018 Controle de robôs não-holonômicos por realimentação variante no tempo. 14/06/2018 Controle de robôs não-holonômicos por realimentação não suave /06/2018 Controle preditivo. 21/06/2018 Controle preditivo /06/2018 Controle de robôs com graus de liberdade redundantes 28/06/2018 Controle de robôs subatuados. 18 0/07/2018 Apresentação do Trabalho T 2. 0/07/2018 Apresentação do Trabalho T /07/2018 Revisão de conceitos. 12/07/2018 Recuperação.

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