[en] MECHANISM DESIGN, KINEMATIC AND DYNAMIC ANALYSIS OF A ROBOTIC MANIPULATOR DRIVEN BY AN ACTIVE CARDAN JOINT WITH THREE DEGREES OF FREEDOM

• Other Authors: HANS INGO WEBER
• Language: pt
• Published: MAXWELL 2020
• Subjects: [pt] DINAMICA; [pt] NAVEGACAO ORTODROMICA; [pt] NAVEGACAO CARDANICA; [pt] TORQUE DE IMPACTO; [pt] IDENTIFICACAO DE FOLGA; [pt] ATRITO DOS ROLAMENTOS; [pt] JUNTA UNIVERSAL ATIVA; [pt] JUNTA CARDANICA ATIVA; [pt] MANIPULADOR; [pt] CINEMATICA; [en] DYNAMICS; [en] ORTHODROMIC NAVIGATION; [en] CARDAN NAVIGATION; [en] IMPACT TORQUE; [en] BACKLASH IDENTIFICATION; [en] BEARINGS FRICTION; [en] ACTIVE UNIVERSAL JOINT; [en] ACTIVE CARDAN JOINT; [en] MANIPULATOR; [en] CINEMATIC
• Online Access: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=49590@1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=49590@2; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.49590

[pt] O uso de juntas cardânicas ativas é restrito pela capacidade de torque de pequenos motorredutores e, atualmente, os dispositivos embarcados são obrigatórios para as aplicações robóticas. O controle dinâmico é essencial para estudar as limitações desse dispositivo, portanto, o objetivo deste estudo foi controlar a junta cardânica ativa de três graus de liberdade usando simulações numéricas e experimento em bancada de testes. O manipulador foi projetado com apenas uma junta cardânica para que a sua cinemática e dinâmica sejam exploradas; por esse motivo, a junta foi construída com sensores de carga na base e sensor de unidade de movimento inercial na parte superior do efetuador do manipulador. Além disso, foram fabricadas três placas de controle: a primeira foi projetada para controlar os três acionamentos dos motores de passo; a segunda, para ler o sensor da unidade de movimento inercial; e a última, para ler os sensores de carga. Quatro problemas foram descritos para testar os limites deste dispositivo, analisando, além da cinemática e dinâmica, o atrito do rolamento, a identificação da folga e o torque do impacto. O primeiro problema mantém a posição do efetuador do manipulador constante enquanto transmite rotação entre os eixos. O segundo problema, o efetuador recebe um caminho planejado, por exemplo, um círculo, mas não transmite rotação entre os eixos. O terceiro problema é a combinação dos movimentos anteriores, em que o efetuador transmite rotação entre os eixos, enquanto segue por um caminho planejado. Para o quarto problema: uma nova abordagem é aplicada para mover o efetuador de um ponto para outro usando rotação cônica. === [en] The use of active cardan joints is restricted by torque capacity of small motors, and currently embedded devices have been mandatory for robotic applications. The dynamic control is essential to learn the limitations of this device, thus the objective of this study is to control active cardan joints of three degrees of freedom using numerical simulations and bench experiment. The manipulator was designed with only one cardan joint to understand its kinematics and dynamics and, for this reason, it was built with load sensors on its base and inertial motion unit sensor at the top of the manipulator end-effector. Furthermore, three control boards were manufactured: the first was designed to control the three stepper motor drives, the second was designed to read the inertial motion unit sensor, and the last was designed to read the load sensors. Four problems were described to test the limits of this device, analysing not only the kinematics and dynamics, but also the bearing friction, the backlash identification, and the impact torque. The first problem keeps the position of the manipulator end-effector constant transmitting rotation between the shafts. The second problem is given a planned path to the manipulator endeffector, such as a circle, but it does not transmit rotation between the shafts. The third problem is the combination of the previous motions, where the manipulator end-effector applies the output spin, while it follows by a planned path. The fourth problem, a new approach is applied to move the manipulator end-effector from one point to another point using a conical rotation.