Acompanha Pós: IA539 - Dinâmica de Robôs

Ementa: Análise cinemática: transformações homogêneas. Representação de Denavit-Hartenberg. Cinemática inversa. Jacobiano: Análise dinâmica: Formulação de Euler-Lagrange. Formulação de Newton-Euler. Princípio de D´Alembert. Estratégias de controle: Controle de juntas independentes. LQR. Controle multivariável.

Conteúdo Programático: Introdução - Motivação: - Identificação de componentes e estruturas robóticas rígidas para realização de tarefas de precisão e força. - Revisão de robôs para aplicações industriais: inspeção, manutenção, soldagens, pinturas e manipulação de objetos pesados. - Tipos de Acionamento - Grupos Motores. - Sistemas de controle modernos para robótica e perspectivas tecnológicas. - Controle em tempo real de robôs baseado em modelos dinâmicos de referência. - Noções sobre graus de liberdade, movimentos espaciais, transformações entre espaços. - Tópicos em otimização não-linear, soluções algébricas, soluções numéricas. Cinemática Direta e Inversa de robôs: - Definição do problema, das pretensões e das dificuldades de obtenção. - Robôs de cadeias cinemáticas seriais e paralelas. - Sistemas referenciais de coordenadas inercial e de movimentos. - Matrizes de rotação, rotações compostas. - Movimento composto espacial, lei de composição para transformações rotacionais. - Rotações em torno de eixos arbitrários. - Coordenadas de orientação: representação eixo/ângulo, ângulos de Euler, ângulos roll, pitch, yaw. - Transformações Homogêneas/Transformações Rígidas, translações e rotações espaciais combinadas, movimento rígido. - Matrizes básicas de rotação e translação. - Matrizes anti-simétricas e transformação de similaridade. - Derivada de matriz de rotação. - Fixação coerente de sistemas de coordenadas referenciais. - Representação de Denavit & Hartenberg (convenção D-H). - Interpretação física dos parâmetros D-H. - Obtenção do modelo cinemático do robô. - Métodos de solução para a cinemática inversa dos robôs: por desacoplamento cinemático, métodos geométricos/trigonométricos, redes neurais, buscas heurísticas. Cinemática da velocidade de robôs: - Definição do problema, das utilidades, das pretensões e das dificuldades de obtenção. - Velocidades e acelerações angulares com vetores: acelerações centrípeta, transversal e de Coriolis. - Velocidades e acelerações transportadas entre sistemas de coordenadas referenciais. - Adição de velocidades angulares. - Obtenção sistemática do Jacobiano dos robôs. - Métodos algébricos e numéricos de solução da cinemática inversa de velocidade dos robôs. Modelagem dinâmica de robôs rígidos: - Definição do problema, das utilidades, das pretensões e das dificuldades de obtenção. - Mecânica newtoniana e mecânica lagrangeana. - Formulação de Lagrange-Euler para sistemas não-conservativos. - Princípios do trabalho virtual e de D'Alembert. - Energias cinética e potencial do robô. - Definição do Lagrangeano do robô. - Equações de movimento do robô. - Símbolos de Christoffel. - Exemplos de obtenção do modelo dinâmico por Lagrange-Euler. - Formulação de Newton-Euler: sistemática para definição das coordenadas de movimento e obtenção da cinemática dos elos. Obtenção das equações recursivas de movimento do robô. - Algoritmo para cálculo numérico rápido das equações recursivas obtidas pela formulação de Newton-Euler. - Exemplos de aplicações usando a formulação de Newton-Euler. - Comparações entre eficiências dos métodos. Estratégias de Controle para robôs: - Sistemas de hardware hierárquico Master-Slaves e distribuído. - Estratégicas com interrupções de hardware aninhadas. - Controle no espaço cartesiano e no espaço de juntas. - Paralelização do processamento em hardware e software. - Abordagens com emprego de hardware adaptativo. - Controladores para sistemas com incertezas paramétricas, complexas não-linearidades e com plantas cujos equilíbrios dinâmicos podem ser variantes. - Técnicas de controle linear e não-linear com modelo dinâmico de referência, técnicas que consideram desacoplamentos cinemáticos, ou ainda de controle robusto, LQR, torque calculado, e abordagens por métodos de controle adaptativos, neurais, fuzzy, neuro-fuzzy e preditivo.

Plano de Desenvolvimento: n/a

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Conforme IN CCG nº 02/2025 - Cláusula de Honestidade e Lisura Acadêmica

Todas as atividades relacionadas às disciplinas devem ser realizadas em conformidade com as orientações fornecidas pelos docentes e com o devido rigor ético.

Caso o(a) docente responsável, no exercício de sua liberdade de cátedra, forme convicção acerca da ausência de lisura ou de condições adequadas para a realização da atividade avaliativa, poderá atribuir nota zero, seja para a atividade única ou, conforme o caso, para o conjunto de atividades do semestre. A ocorrência deverá ser fundamentada e comunicada à Coordenação de Curso de Graduação, podendo o(a) estudante estar sujeito a processo administrativo.

Bibliografia: • Spong M.W., Hutchinson S., Vidyasagar M.; ”Robot Dynamics and Control”, John Wiley & Sons, 2004. • Schilling R.J.; ”Fundamentals of Robotics Analysis & Control”, Prentice Hall, USA, 1990. • Sciavicco L., Siciliano B; ”Modelling and Control of Robot Manipulators - Advanced Textbooks in Control and Signal Processing”; Springer, 2000. • Craig, John J.; ”Introduction To Robotics: Mechanics and Control”, 3rd., Pearson, 2014. • Diaz E.O.; ”3D Motion of Rigid Bodies: A Foundation for Robot Dynamics Analysis”, Springer, 2019. • Chiacchio P., Chiaverini S.; ”Complex Robotic Systems”, Springer-Verlag, London, UK, 1998. • Natale C.; ”Interaction Control of Robot Manipulators: Six-degrees- of-freedom Tasks”; Springer, 2003. • Tsai L.; ”Robot Analysis: The Mechanics of Serial and Parallel Mani- pulators”; Wiley-Interscience, 1999. • Fu K.S., Gonzalez R.C., Lee C.S.G; ”Robotics: Control, Sensing, Vision, and Intelligence”, McGraw-Hill Book Company; Singapore, 1987. • Richard M. Murray R.M., Li Z., Sastry S.S; ”A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation”, CRC Press, 1994. • Edwards L.; ”Open-Source Robotics and Process Control Cookbook: Designing and Building Robust, Dependable Real-time Systems”; Newnes, 2004. • Lewis F.L., Dawson D.M., Abdallah C.T.; ”Robot Manipulator Control: Theory and Practice”; Marcel Dekker, 2003. • Nof S.Y.; ”Handbook of Industrial Robotics”; Wiley, 1999. • Brooks R.; ”Flesh and Machines: How Robots Will Change Us”; Pantheon, 2002. • Clark A.; ”Natural-Born Cyborgs: Minds, Tech-nologies, and the Future of Human Intelligence”; Oxford University Press, 2003. • Iovine J.; ”Robots, Androids and Animatrons”; McGraw-Hill/TAB Electronics, 2001. • Rosen J., Ferguson, P.W.; ”Wearable Robotics. Systems and Applicátions”, Elsevier Academic Press, 2020. • Jazar R.N.; ”Theory of Applied Robotics : Kinematics, Dynamics, and Control”, 3rd Ed., Springer, 2022.

Critério de Avaliação: 2 Provas + trabalho de curso, com pesos ponderados para obter aprovação sem exame final, o CR calculado por: CR= 0,6 * média das notas das provas + 0,4 * nota do trabalho de curso deve ser maior ou igual a 5,0 (conceitos A, B, e C) Se o CR for inferior a 5,0, então o aluno poderá realizar o exame final (E), e neste caso a média final MF é a média aritmética de CR e E. Se MF for maior ou igual a 5,0 (conceitos A, B, e C) o aluno será considerado aprovado.

Bibliografia complementar: n/a