Controle de posição de uma articulação robótica de um grau de liberdade

Abstract

Sistemas de controle possuem um papel importante na sociedade moderna. O controle de trajetória de uma articulação robótica acoplada a um motor de corrente contínua permite diversas aplicações. A articulação robótica pode ser utilizada em robôs manipuladores aplicados à indústria em linhas de produção como por exemplo em braços robóticos, robôs manipuladores, na fabricação de placas de circuitos e na movimentação de peças da indústria automobilística. Também pode ser aplicada à engenharia biomédica no desenvolvimento de dispositivos mecatrônicos para cirurgias ou reabilitação de pacientes. Mais da metade dos controladores em uso atualmente empregam esquemas de controle PID, especialmente quando o modelo matemático da planta não é conhecido e métodos analíticos não podem ser utilizados. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma estratégia de controle de posição e velocidade, perfazendo assim um controle de trajetória, do eixo de um motor de corrente contínua acoplado à uma articulação robótica compacta e resistente de um grau de liberdade. Foram feitos testes para a obtenção das constantes de proporcionalidade – Kp, Ki e Kd – para três tipos de trajetórias. Utilizou-se um sistema de controle digital de aquisição de dados em malha fechada composto por um microprocessador, um driver de acionamento, sensores de posição e força e uma articulação robótica acoplada a um motor de corrente contínua. Os testes consistiram em comparar as curvas de posição real da articulação através do sensor de posição com duas curvas de trajetórias teóricas (setpoints). Os valores de constantes ideais foram aqueles para os quais as curvas reais se aproximaram ao máximo das teóricas. As mesmas constantes foram utilizadas para controle de trajetória por força com setpoint em zero. Uma vez obtidas as constantes, os valores de posicionamento real durante as três trajetórias foram tratados e geradas equações por regressão de posição, velocidade e aceleração para cada trajetória. O movimento realizado pela haste através de controle PID em malha fechada para todos os setpoints mostrou-se estável, versátil e correspondente com o que foi proposto.