Robótica. Prof. Reinaldo Bianchi Centro Universitário FEI 2016

Documentos relacionados
Isostática 2. Noções Básicas da Estática

Dinâmica do Movimento de Rotação

Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia

2003/2004. então o momento total das forças exercidas sobre o sistema é dado por. F ij = r i F (e)

Física Geral I - F Aula 12 Momento Angular e sua Conservação. 2º semestre, 2012

F-128 Física Geral I. Aula exploratória-10b UNICAMP IFGW

Fone:

1º Exame de Mecânica Aplicada II

F-128 Física Geral I. Aula exploratória-11b UNICAMP IFGW

Leis de conservação em forma integral

4 Sistemas de partículas

INTRODUÇÃO À ASTROFÍSICA

Robótica. Prof. Reinaldo Bianchi Centro Universitário da FEI 2016

Robótica. Prof. Reinaldo Bianchi Centro Universitário FEI 2016

FUNDAMENTOS DE ROBÓTICA. Modelo Cinemático de Robôs Manipuladores

Mecânica Aplicada II MEMEC+LEAN e MEAER

F-128 Física Geral I. Aula exploratória-11a UNICAMP IFGW

Laboratório de Mecânica Aplicada I Estática: Roldanas e Equilíbrio de Momentos

ESTUDO DA MÁQUINA SIMÉTRICA TRIFÁSICA

Física Geral I F Aula 3 Escalares e Vetores. Segundo semestre de 2009

2 Principio do Trabalho Virtual (PTV)

Capítulo 9. Colisões. Recursos com copyright incluídos nesta apresentação:

Centro de massa - Movimento de um sistema de partículas

Física I para Oceanografia FEP111 ( ) Aula 10 Rolamento e momento angular

SC de Física I Nota Q Nota Q2 Nota Q3 NOME: DRE Teste 1

S.A ; TIPLER, P. A.; MOSCA, G.

Capítulo 9 Rotação de corpos rígidos

Mecânica. Sistemas de Partículas

Capítulo 24: Potencial Elétrico

Física E Semiextensivo V. 3

Gabarito para a prova de 1º Ano e 8ª serie (atual 9º Ano)

Mecânica Aplicada II MEMEC+LEAN e MEAER

( ) F 1 pode ser deslocado de. M = r F. Mecânica Geral II Notas de AULA 2 - Teoria Prof. Dr. Cláudio S. Sartori. MOMENTO DE UM BINÁRIO.

Física I p/ IO FEP111 ( )

2010 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved. Prof.: Anastácio Pinto Gonçalves Filho

Física. Física Módulo 1. Sistemas de Partículas e Centro de Massa. Quantidade de movimento (momento) Conservação do momento linear

Prof. Dr. Alfredo Takashi Suzuki

Introdução às Medidas em Física a Aula

Análise Dinâmica de uma Viga de Euler-Bernoulli Submetida a Impacto no Centro após Queda Livre Através do Método de Diferenças Finitas

MECÂNICA CLÁSSICA. AULA N o 7. Teorema de Liouville Fluxo no Espaço de Fases Sistemas Caóticos Lagrangeano com Potencial Vetor

1. Obtenha o modelo de ½ carro:

A de nição do operador derivada, em coordenadas cartesianas ortogonais é dada por. + r i^e i i ; i =

CAPÍTULO IV PROPRIEDADES GEOMÉTRICAS DA SEÇÃO TRANSVERSAL

Trabalho e Energia. Definimos o trabalho W realizado pela força sobre uma partícula como o produto escalar da força pelo deslocamento.

Sistemas Equivalentes de Forças

Física Geral 3001 Cap 4 O Potencial Elétrico

3. Um protão move-se numa órbita circular de raio 14 cm quando se encontra. b) Qual o valor da velocidade linear e da frequência ciclotrónica do

PÊNDULO ELÁSTICO. Fig. 1. Considere o sistema da figura 1. Quando se suspende uma massa, m, na mola, o seu comprimento aumenta de l 0

Laboratório de Mecânica Aplicada I Determinação de Centros de Gravidade

Notas Processos estocásticos. Nestor Caticha 23 de abril de 2012

Aula 10: Corrente elétrica

Um modelo nada mais é do que uma abstração matemática de um processo real (Seborg et al.,1989) ou

Gestão e Teoria da Decisão

Consideraremos agora, uma de cada vez, as equivalentes angulares das grandezas de posição, deslocamento, velocidade e aceleração.

Eletrotécnica AULA Nº 1 Introdução

Módulo I Ondas Planas. Reflexão e Transmissão com incidência normal Reflexão e Transmissão com incidência oblíqua

F r. PASES 2 a ETAPA TRIÊNIO o DIA GAB. 1 5 FÍSICA QUESTÕES DE 11 A 20

3.1. Conceitos de força e massa

Universidade Federal do Paraná Departamento de Informática. Reconhecimento de Padrões. Classificadores Lineares. Luiz Eduardo S. Oliveira, Ph.D.

5 Relação entre Análise Limite e Programação Linear 5.1. Modelo Matemático para Análise Limite

Trabalho e Energia. Curso de Física Básica - Mecânica J.R. Kaschny (2005)

Mecânica e Ondas 1º Ano -2º Semestre 2º Exame 06/07/2017 8:00h

Fluido Perfeito/Ideal

F-128 Física Geral I. Aula Exploratória Cap. 3.

Mecânica Aplicada II MEMEC+LEAN e MEAER

Prof. Anderson Coser Gaudio Departamento de Física Centro de Ciências Exatas Universidade Federal do Espírito Santo

Flambagem. Cálculo da carga crítica via MDF

Trajetória ótima de uma estrutura paralela para diferentes combinações dos ângulos de entrada

3 Animação de fluidos com SPH

Ângulo de Inclinação (rad) [α min α max ] 1 a Camada [360,0 520,0] 2000 X:[-0,2065 0,2065] Velocidade da Onda P (m/s)

Cap. 6 - Energia Potencial e Conservação da Energia Mecânica

Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos Departamento de Engenharia Mecânica

Física E Semiextensivo V. 4

ACOPLAMENTO MAGNÉTICO DE CIRCUITOS

Cinemática de Corpos Rígidos Cinética de Corpos Rígidos Métodos Newton-Euler Exemplos. EESC-USP M. Becker /67

GABARITO ERP19. impedância total em pu. impedância linha em pu; impedância carga em pu; tensão no gerador em pu.

0.5 setgray0 0.5 setgray1. Mecânica dos Fluidos Computacional. Aula 7. Leandro Franco de Souza. Leandro Franco de Souza p.

ANÁLISE DE ESTRUTURAS I INTRODUÇÃO AO MÉTODO DE CROSS

PROVA 2 Cálculo Numérico. Q1. (2.0) (20 min)

Mecânica e Ondas 1º Ano -2º Semestre 1º Teste 04/05/ :00h

5 Validação dos Elementos

Referências bibliográficas: H. 31-5, 31-6 S. 29-7, 29-8 T Universidade Federal do Paraná Setor de Ciências Exatas Departamento de Física

É o grau de associação entre duas ou mais variáveis. Pode ser: correlacional ou experimental.

1 Objetivo da experiência: Medir o módulo da aceleração da gravidade g no nosso laboratório com ajuda de um pêndulo simples.

FUNDAMENTOS DE ROBÓTICA. Modelo Cinemático de Robôs Manipuladores

Estatística II Antonio Roque Aula 18. Regressão Linear

Regressão Linear Simples by Estevam Martins

γ = C P C V = C V + R = q = 2 γ 1 = 2 S gas = dw = W isotermico

A ; (1) A z. A A y

F-328 Física Geral III

ANÁLISE DINÂMICA DE SISTEMAS CONTÍNUOS

Capítulo 26: Corrente e Resistência

UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE CCSA - Centro de Ciências Sociais e Aplicadas Curso de Economia

EXERCÍCIOS DE RECUPERAÇÃO PARALELA 4º BIMESTRE

Faculdade de Engenharia Optimização. Prof. Doutor Engº Jorge Nhambiu

Método do limite superior

5 Formulação para Problemas de Potencial

Prof. Lorí Viali, Dr.

Universidade São Judas Tadeu Faculdade de Tecnologia e Ciências Exatas Cursos de Engenharia

Curso Técnico em Informática. Eletricidade

Transcrição:

Robótca Prof. Renaldo Banch Centro Unverstáro FEI 2016

6 a Aula IECAT

Objetvos desta aula Momentos Lneares, angulares e de Inérca. Estátca de manpuladores: Propagação de forças e torques. Dnâmca de manpuladores: Equações de Newton e Euler. Capítulo 5 e 6 do Crag.

Relembrando aula passada...

Propagação das velocdades A propagação da velocdade lnear é dada pelas seguntes equações: Caso a junta seja de rotação: No frame {+1}:

Propagando velocdades

Resumo da aula passada Propagação das velocdades: Juntas de rotação: Juntas Prsmátcas:

Resumo da aula passada Propagação das acelerações: Juntas de rotação: Juntas Prsmátcas:

Resumo da aula passada É mportante saber propagar a aceleração lnear em relação ao centro de massa de um elo:

Momentos lneares, angular e de nérca

Momentos lnear e angular Em sstemas com aceleração retlnea (ou lnear), geralmente falamos da massa de um objeto. Momento Lnear: p mv Em sstemas que gram em torno de um exo, se fala em nérca do objeto. Momento angular: L r p I

Torques e Momentos L r F p mv r p I

Momento de nérca O momento de nérca de um objeto sobre um exo dado descreve como é dfícl alterar seu movmento angular sobre esse exo. Momento de Inérca de um objeto pontual grando em torno de um exo: 2 I mr

Momentos de nérca sobre 1 exo

Dstrbução de massa Em um sstema que pode se deslocar em três dmensões, com possbldade de rotação em nfntos exos, é necessáro ter uma manera de caracterzar a dstrbução de massa no corpo rgdo.

Tensor de Inerca É a generalzação para 3D do momento de nérca de um objeto. Momento de Inérca de um objeto em relação ao frame {A}:

Exemplo: Tensor de Inerca para o Cubo Exemplo 6.1, pg 169 do lvro do Crag, 2ª. Ed, em nglês.

Momentos de nérca sobre 1 exo

Momentos de nérca sobre 1 exo

Estátca de Manpuladores Estátca: relatvo a corpos em repouso com forças em equlíbro. (Webster dctonary)

Calculando forças e torques A natureza dos manpulador nos leva naturalmente a consderar a manera pela qual forças, torques e momentos podem ser propagados de um elo ao próxmo. Como calcular as forças/torques necessáros para manter um manpulador em equlíbro estátco?

Relembrando mecânca 1 Força: F ma d dt mv Torque sobre uma partícula: Vetoral: F r m a r Valor escalar: n m a r cos( ) Onde θ é o ângulo entre a força e r

Análse Estátca t = é ê ê ê ê ê ë ê t 1 t 2 t 3 t n ù ú ú ú ú ú û ú X Z Com o torque pode-se calcular o tamanho dos motores, o consumo de energa, etc 1 2 3 Y n n f

Força e Torque em um elo Qual é o torque e a força em um elo, consderando apenas o próxmo elo (sem consderar gravdade e em repouso)? Força: Torque: f n f 1 n P f 1 1 1

Força e Torque em um elo

Algortmo para cálculo estátco 1) Consdere o manpulador como uma estrutura estátca. 2) Calcule a relação de equlíbro para cada elo. 3) Compute o torque estátco necessáro em cada junta para manter o manpulador em equlíbro: suportando ou não uma carga na ponta.

Relações de equlíbro A soma das forças deve ser zero: f = força exercda no elo pelo elo -1 f f 0 1 A soma dos torques deve ser zero: n n P f 1 1 1 0 onde P +1 é a dstânca entre os centros dos frames e +1

Relações de equlíbro

Relações de equlíbro Para descrever estas relações consderando apenas as forças em um própro frame, adconamos a transformação que leva do frame +1 ao frame : f P n R n 1 1 1 1 1 1 1 f R f

Propagando forças f n R 1 1 1 R f n P 1 1 1 1 f

Torque nas juntas Qual o torque exercdo em cada junta para manter as condções de equlíbro estátco? Junta de rotação: n T Zˆ Junta prsmátca: f T Zˆ

Exemplo 1: 2R (pg 155 do lvro )

Solução

Solução Os torques são: Que podem ser escrtos na forma matrcal:

Dnâmca de Manpuladores Dnâmca: Ramo da cênca que trata da ação da força em corpos físcos, em movmento ou em repouso, consderando a cnétca, cnemátca, e estátca todas coletvamente. (Webster dctonary)

Les da Dnâmca Les de Newton Les de Euler

Les de Newton Le I: Todo corpo contnua em seu estado de repouso ou de movmento unforme em uma lnha reta, a menos que seja forçado a mudar aquele estado por forças aplcadas sobre ele. Le II: A mudança de movmento é proporconal à força motora mprmda, e é produzda na dreção de lnha reta na qual aquela força é mprmda. Le III: A toda ação há sempre uma reação oposta e de gual ntensdade: ou as ações mútuas de dos corpos um sobre o outro são sempre guas e drgdas em sentdos opostos.

Le II: A mudança de movmento é proporconal à força motora mprmda, e é produzda na dreção de lnha reta na qual aquela força é mprmda.

Le III: A toda ação há sempre uma reação oposta e de gual ntensdade: ou as ações mútuas de dos corpos um sobre o outro são sempre guas e drgdas em sentdos opostos.

Equação de Newton Uma das les de Newton é mportante para Robótca. Se um corpo rígdo possu alguma aceleração em seu centro de massa, ela deve ser causada por uma força externa tal que:

Equação de Newton

Equações de Euler As equações de Euler descrevem o movmento de um corpo rígdo em rotação em relação aum sstema de referênca de referênca nercal: A dervada do momento angular é gual ao momento dnâmco ou momento de força aplcada:

Equação de Euler Seu um corpo rígdo está em rotação grando com velocdade angular ω e. com aceleração ω, então exste um momento externo N que deve estar agndo sobre o corpo para causar esse movmento. Ele é dado pela equação de Euler:

Equação de Euler

Newton versus Euler F=força (líquda) e N=torque R = matrz de rotação relaconando frame com o nercal

Algortmo Iteratvo de Newton-Euler

Algortmo Iteratvo de Newton-Euler Como computar os torques correspondentes a qualquer ponto da trajetóra do manpulador em movmento? Dado que a posção, a velocdade e a aceleração das juntas são conhecdas, pode-se calcular os torques necessáros.

Algortmo Iteratvo de Newton-Euler O algortmo é teratvo: É necessáro calcular as velocdades e acelerações a cada momento, no centro de massa de cada junta. Nota: F e N = forcas e momentos externos f e n = forcas e momentos aplcados pelas juntas.

Algortmo Iteratvo de Newton-Euler Funcona em dos estágos: Outwards: calcula velocdades, acelerações, forças e torques que atuam no centro de massa de cada elo, ndo de elo a elo a partr do elo zero. Inwards: calcula o torque de junta, que deve ser aplcado nas juntas para que o sstema esteja em equlíbro, de cada elo, ndo do ultmo elo para o prmero.

Algortmo Iteratvo de Newton-Euler Prmero estágo (outwards): Calcula velocdades e acelerações como já vsto no níco da aula. Força agndo no elo (de Newton): Torque agndo no elo (de Euler):

Algortmo Iteratvo de Newton-Euler Segundo estágo (nwards): Calcula as forças e o torque de junta, a partr da condção de equlíbro. Forças: Torques:

Estágo de propagação (outwards)

Estágo de volta (nwards) S A gravdade pode ser adconada fazendo que a aceleração no elo zero seja gual a g.

Exemplo 4: 2R, pg 177 Compute as equações da dnâmca do manpulador 2R. Smplfcação: Assuma que toda massa do elo está na ponta dele.

Exemplo 4: 2R, pg 177 As posções dos centros de massa:

Exemplo 4: 2R, pg 177 As dstâncas entre os sstemas de referênca: 0 P 1 = 0 1 P 2 = 0

Exemplo 4: 2R, pg 177 Como as massas são pontuas, as matrzes de nérca fcam:

Exemplo 4: 2R, pg 177 Não exste força atuando na ponta do manpulador (end effector):

Exemplo 4: 2R, pg 177 A base do robô está fxa:

Exemplo 4: 2R, pg 177 Para nclur a ação da gravdade, usaremos:

Exemplo 4: 2R, pg 177 A rotação entre dos elos sucessvos é:

Exemplo 4: Propagando elo 1

Exemplo 4: Propagando elo 1

Exemplo 4: Propagando elo 2

Exemplo 4: Propagando elo 2

Exemplo 4: Propagando elo 2

Exemplo 4: Computando Torque de juntas elo 2 (Inward)

Exemplo 4: Computando Força elo 1 (Inward)

Exemplo 4: Computando Torque de junta elo 1 (Inward)

Exemplo 4: Resultado Retrando as componentes que dependem apenas do exo Z, temos: Equações dão o torque a partr das velocdades e acelerações das juntas.

Equação do Movmento

Equação de movmento Quando as equações de Newton-Euler são soluconadas smbolcamente para um manpulador, elas geram ur resultado que pode ser escrto como: M ( ) V (, ) G( ) Esta é a equação de espaço-estado do manpulador.

Equações de movmento M ( ) V (, ) G( ) M é uma (n x n) matrz de massas do manpulador, com termos dependentes da aceleração. V é um (n x 1) vetor de forças centrífugas e de Corols, dependentes da velocdade. G é uma (n x 1) vetor que contém todos os termos dependentes da gravdade.

Exemplo 5: 2R (pg 180) Dado o resultado dos torques do manpulador 2R do exemplo 4, podemos reagrupar os elementos na forma da equação de movmento. A equação de movmento é apenas uma forma mas convenente de escrever o mesmo resultado.

Exemplo 5: 2R (pg 180) Dado: Reagrupe os termos que dependem da massa, velocdade de junta e gravdade.

Exemplo 5: 2R (pg 180)

Exemplo 5: 2R (pg 180)

Exemplo 5: 2R (pg 180)

Exemplo 5: 2R (pg 180)

Exemplo 5: 2R (pg 180)

Exemplo 5: 2R (pg 180)

Exemplo 5: 2R (pg 180)

Exemplo 5: 2R (pg 180) Força Centrífuga Força de Corols

Exemplo 5: 2R (pg 180)

Exemplo 5: 2R (pg 180)

Exemplo 5: Conclusão se torna

Conclusão Cnemátca: Dreta: Fácl. Inversa: Analtcamente ou Geometrcamente, de ambas maneras dfícl Estátca: Fácl. Dnâmca: Les de movmento para uso do controle Também um pouco complcado...

Intervalo