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Screw-based kinetostatic analysis of a soft robotic manipulator
No full textTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2020.O mundo moderno tem demonstrado cada vez mais a importância do desenvolvimento de robôs para realização de trabalhos complexos e perigosos para os seres humanos. Por este motivo, a robótica tem influenciado cada vez mais em trabalhos e na vida cotidiana. Robôs eliminam trabalhos perigosos para os seres humanos por possuírem a capacidade de atuar nesses ambientes nocivos, manipulando substâncias tóxicas, cargas elevadas ou realizando trabalhos repetitivos. Novas aplicações estão sendo estudadas com uma categoria de robôs denominados soft robots, ou robôs flexíveis. Os soft robots, diferente dos robôs tradicionais que possuem elos rígidos, possuem elos flexíveis o que possibilita utilizá-los em uma ampla gama de novas aplicações. Em geral os robôs flexíveis possuem a habilidade de interagir com maior segurança entre seres humanos, maior capacidade de manobrar entre obstáculos e passar por pequenos orifícios. Essas capacidades são importantes em operações onde o robô possui contato com seres humanos, como cirurgia robótica e tarefas colaborativas. Porém, para terem um impacto significativo em aplicações do mundo real, essas novas tecnologias devem primeiro fazer uma transição para fora dos laboratórios e para dentro do ambiente industrial. A maioria dos robôs apresentam problemas para controle e posicionamento das ferramentas acopladas ao efetuador final e baixa capacidade de rigidez em função do material elástico aplicado para construção do robô. Essas características implicam em dificuldade de estabelecer um modelo matemático que defina o posicionamento do efetuador final do robô. Além disso, muitos trabalhos propõem modelos matemáticos para resolver a posição da ponta do manipulador, mas pouco se encontra na literatura sobre uma metodologia que permita resolver o problema de forma sistemática. Outro ponto discutido nessa tese é a utilização de um framework matemático para solução de problemas robóticos e que de tal forma possa ser aplicado para solução cinemática e dinâmica. Nesse contexto, o objetivo desse estudo é o desenvolvimento de uma metodologia baseada em teoria de helicoides para solução da cinemática e estática de robôs flexíveis, com o intuito de validação e avaliação de desempenho, podendo a metodologia (sistemática) proposta ser estendida sua aplicação a outros tipos de robôs flexíveis ou até mesmo rígidos. O comportamento mecânico do robô é solucionado com a aplicação de um único vetor denominado helicoide de deflexão. O método de Davies com o método de fator de escala são aplicados para análise da capacidade de força de um robô flexível. O estudo proposto é aplicado para um robô flexível específico, entretanto, não existem razões para que essa metodologia não possa ser aplicada para outros tipos de robôs flexíveis ou até robôs com elos rígidos.Abstract: The modern world has increasingly demonstrated the importance of developing robots to perform complex and dangerous works for humans. For this reason, robotics has influenced every aspect of work and daily life. Robots eliminate dangerous works for humans, because they have the ability of working in hazardous environments, handling toxic substances, lifting heavy loads, or doing repetitive tasks. With a new category of robots growing, with flexible links, different from traditional robots with rigid links, new applications are been explored. In general a soft robot has the ability to safely interact with humans, the ability of maneuverability between obstacles and to pass through narrow openings. These capabilities are important in tasks where the robot has the contact with human bodies, such as robotic surgery and collaborative tasks. However, to have a significant impact on real-world applications, these new technologies must first transition out of laboratories to the industrial area. Most robots have problems with the control and positioning of tools attached to the end effector and low stiffness capabilities due to the elastic material applied to the construction of the robot. These characteristics imply difficulty in establishing a mathematical model that defines the positioning of the robot end effector. In addition, many studies propose mathematical models to solve the position of the manipulator tip, but little is found in the literature on a methodology that allows solving the problem in a systematic way. Another point discussed in this thesis is the use of a mathematical framework for the solution of robotic problems, which in such a way can be applied to kinematic, static and later dynamic problems. In this context, the objective of this study is the development of a methodology based on screw theory to solve the kinematic and static of soft robots, in order to validate and evaluate the performance. The proposed methodology (systematic) can be extended to other types of soft or even rigid robots. The mechanical behavior of the robot is solved with the application of a single vector called deflection screw. The Davie's method with the scale factor method is applied to analyze the force capabilities of a soft robot. The proposed study is applied to a specific flexible robot, however, there are no reasons why this methodology cannot be applied to other types of soft robots or even robots with rigid links
Análise estática de sistemas robóticos cooperativos
No full textDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015.As exigências de produtividade, qualidade e adaptabilidade tanto de robôs industriais como máquinas ferramentas, estão crescendo dia a dia nas instalações de produção. Além disso, a necessidade de flexibilidade para fabricação de vários tipos de peças, ou com alto grau de complexidade, impactam em uma busca por melhorias contínuas. Se tratando de robôs industriais, aplicações onde exijam o contato com o meio representam uma grande oportunidade para um aumento de produtividade, porém, em muitos casos a capacidade de carga está abaixo da necessidade que a tarefa exige. Enquanto que, robôs industriais não possam fornecer a precisão de posicionamento durante tarefas que exijam contato com o meio da mesma forma que fornecem repetibilidade de posicionamento, alternativas estão sendo estudadas para permitir significantes reduções de custos para um grande potencial de aplicações. A possibilidade de utilização de dois ou mais robôs para realizar uma tarefa vem de encontro a estas necessidades, podendo viabilizar algumas aplicações. Estes Sistemas Robóticos Cooperativos (SRCs), permitem um ganho de flexibilidade na execução de tarefas, bem como, uma distribuição homogênea entre os esforços gerados durante a interação do manipulador com o meio. Assim, outras aplicações podem ser avaliadas, tornando possível flexibilizar o uso destes equipamentos na área industrial. O objetivo principal deste estudo é a aplicação de uma metodologia para determinação da capacidade de força-momento de SRCs em aplicações onde exista o contato com o meio. A modelagem estática do problema é realizada através da teoria de helicoides e do método de Davies. A capacidade de força e a distribuição de carga é resolvida através do método denominado fator de escala. Os resultados da aplicação desta metodologia em SRCs permitiram a obtenção de um balanceamento de forças entre os manipuladores, obtendo um mapa da capacidade de força para o SRC. São apresentados dois casos de estudos com SRCs: um caso planar e outro espacial. Também é proposto neste estudo uma generalização do método do fator de escala, permitindo a obtenção do polítopo da capacidade de força-momento de manipuladores industriais.Abstract : The needs for efficiency (productivity), quality and adaptability of industrial robots and machine tools steeply increasing day by day in production facilities. Moreover, the need for exibility for manufacturing various kinds of parts, or parts with high complexity, is promoting continuous researches to improve these devices. In many cases, the loading capacity of industrial robots is quite below the required capacity, causing the force-moment capacity of this equipment can reach the saturation limit and possible material damage and losses. While industrial robots can not provide the positioning accuracy for tasks requiring surface contact in the same way that provide positioning repeatability, alternatives are being studied to enlarge potential applications. The possibility of using two or more robots to perform a task can meet these needs making these applications possible. These robotic systems, characterized as Cooperative Robotics System (CRS), with increased exibility in performing tasks, as well as a more homogenous distribution of the forces generated during the interaction between the end effector of the robot and the environment. Thus, many applications can be evaluated to make these robots more exible to use for any task in industry. Therefore, the main objective of this study is the application of a methodology for determining the force-moment capacity of CRS where robots are in contact with the environment. Static model were analyzed using Screw Theory and Davies' method. The force capability and load distribution is solved through a method called scaling factor. The application of the scale factor, lets us obtain a balance of forces between the robots, thus a map of the force capabilities for the CRS. Two case studies of CRS are presented: planar case and spatial case. A scale factor generalized method is proposed allowing us to obtain the polytope's of force-moment capabilities of industrial robots
DOCÊNCIA UNIVERSITÁRIA: PRÁTICAS PEDAGÓGICAS INOVADORAS COM O USO DAS TECNOLOGIAS
No full textO objetivo deste artigo é descrever um relato de práticas pedagógicas envolvendo a aplicação da plataforma Moodle nos cursos de Engenharia Mecânica e Produção do Centro Universitário de Brusque - UNIFEBE. Para alcançar o objetivo realizou-se um breve levantamento bibliográfico das temáticas centrais referentes a virtualização do ensino superior e a inovação pedagógica, com o intuito de embasar o desenvolvimento das práticas pedagógicas apresentadas neste artigo com base na plataforma Moodle. A partir disso, nos resultados desse trabalho apresenta-se diferentes tipos de questões disponíveis no Moodle, como por exemplo, múltipla escolha, verdadeiro e falso, arrastar caixa de texto em imagens e questões de múltipla escolha calculada, no qual são ilustrados exemplos de utilização das questões. Por fim, conclui-se que as inovações pedagógicas podem ser fomentadas com o uso de ferramentas tecnológicas, como o Moodle, permitindo manter a qualidade do ensino-aprendizagem na modalidade presencial e take-home
ANÁLISE COMPRESSIVA DO PREENCHIMENTO GIROIDE EM PEÇAS FABRICADAS POR FDM
No full textA manufatura aditiva (AM) ou popularmente conhecida como impressão 3D tem, cada vez mais, substituído os métodos tradicionais de fabricação, de forma a permitir o acesso a novas alternativas, ideias ou conceitos que aparentemente exigiam complexidade em sua fabricação. Um tipo de estrutura que tem permitido avanços na área de impressão 3D é a aplicação do giroide como forma de preenchimento. O giroide identifica-se nesse meio por apresentar uma estruturacomplexa de difícil fabricação, a qual foi justamente ignorada em sua descoberta na década de 70, mas com os avanços tecnológicos possibilita-se o estudo, análise e aplicação do mesmo. Com isso diversas áreas entre a medicina e a engenharia investigam, indicam e evidenciam as vantagens e qualidades propiciadas pelo giroidecomo, por exemplo, permeabilidade e comportamento satisfatório em relação à peso x resistência. Este trabalho têm como objetivo analisar e aplicar o giroide utilizando o processo de Fused Deposition Modeling (FDM) avaliando sua resistência compressiva em comparação aos preenchimentos linear e triangular. O desenvolvimento dos corpos de prova deu-se atráves do software Ultimaker Cura seguido da fabricação na impressora 3D Creativity Ender 3 sendo submetidos aos critérios de pico de carregamento, efeito anisotrópico e tempo de impressão. O presente estudo revelou que o giroide apresenta aspecto homogêneo em ambas as direções as quais sofreu carregamento destacando-o sobre os outros tipos de preenchimento, no entanto o preenchimento triangular realçou o menor tempo de impressão em conjunto a maior resistencia compressiva na direção da impressão
Análise da resistência à compressão de scaffolds fabricados por manufatura aditiva aplicados em regeneração óssea/ Analysis of the compressive strength of scaffolds manufactured by additive manufacturing applied in bone regeneration
No full textA Engenharia de Tecidos pode ser definida como um conjunto de competências pela união das Engenharias, Biologia e Medicina, cujo principal objetivo é o desenvolvimento de novos materiais com o intuito de substituir ou restaurar órgãos já lesionados. Um dos grandes desafios na regeneração de defeitos ósseos localizados em regiões sob carga é o desenvolvimento de scaffolds, a elaboração da arquitetura, associando o tamanho de poros com a geometria ideal para fornecer uma resistência à compressão comparável ao osso cortical (100-150 MPa). O objetivo deste trabalho é desenvolver geometrias para os scaffolds, com aplicações em regeneração óssea, afim de comparar a resistência à compressão entre os modelos e o comportamento morfológico resultante da manufatura aditiva. Para isso, como metodologia do trabalho, utilizando bases científicas, definiu-se parâmetros para o desenvolvimento de scaffolds, utilizou-se ácido poliláctico (PLA) como biomaterial manufaturado através do processo Fused Deposition Modeling (FDM) de manufatura aditiva, desenvolveu-se três modelos de geometrias para a realização dos ensaios de compressão e análise morfológica utilizando-se a tecnologia de Microscopia Eletrônica por Varredura (MEV). O modelo de geometria Squarebar, dentre os três modelos analisados, apresentou melhores resultados, permitiu que o scaffold suporte uma resistência à compressão de 20,19 MPa, tendo os poros com tamanho de aproximadamente 870 ?m de altura e 700 ?m de largura. De modo geral, pode-se afirmar que a utilização de scaffolds de PLA para a aplicação na região de ossos esponjosos tornam-se adequados com o objetivo de regeneração celular e óssea
Tecnologias educacionais do laboratório de metodologias ativas do curso de pedagogia da UNIFEBE: Um relato de experiência
No full textThe article “Educational Technologies in the Active Methodologies Laboratory of the Pedagogy Course at UNIFEBE: An Experience Report” aims topresent a detailed account of the experiences gained with the application of active methodologies in the laboratory. These experiences included various activities in which integrated educational technologies, such as educational robotics, virtual reality glasses, and interactive screens, to enrich the learning process. These technologies aimed to create a more interactive, engaging, and 21st-century educational environment. Highly this article also explores the results of these initiatives through the application of a technology acceptance model, providing an understanding of the effectiveness and acceptance of these innovative resources by students and educators. This analysis reinforces the importance of adapting teaching practices to new technological realities. The active methodologies laboratory proved to be a key element in reformulating teaching methods, making a meaningful contribution to transforming the classroom into a more engaging and innovative space, highlighting its vital role in preparing future education professionals for a constantly evolvingeducational scenario.O artigo “Tecnologias Educacionais do Laboratório de Metodologias Ativas do Curso de Pedagogia da UNIFEBE: Um Relato de Experiência” visa apresentar um relato detalhado das experiências adquiridas com a aplicação de metodologias ativas no laboratório. Essas experiências incluíram uma gama diversificada de atividades que integraram tecnologias educacionais, tais como: robótica educacional, óculos de realidade virtual e telas interativas, visando enriquecer o processo de aprendizagem. O uso dessas tecnologias foi direcionado para criar um ambiente educacional mais interativo, motivador e alinhado às demandas do século XXI. Importante destacar, que o artigo também explora os resultados dessas iniciativas por meio da aplicação de ummodelo de aceitação de tecnologias, proporcionando uma compreensão sobre a efetividade e a aceitação desses recursos inovadores por parte dos estudantes e educadores. Essa análise reforça a importância de adaptar as práticas pedagógicas às novas realidades tecnológicas. O laboratório de metodologias ativas demonstrou ser peça-chave na reformulação dos métodos de ensino, contribuindo significativamente para a transformação da sala de aula em um espaço mais engajador e inovador, evidenciando seu papel vital na preparação de futuros profissionais da educação para um cenário educacional em constante evolução
Wrench distribution of a cooperative robotic system using a modified scaling factor method
No full textANÁLISE COMPARATIVA DA QUALIDADE DAS SOLDAS REALIZADAS PELO PROCESSO GMAW NAS PRINCIPAIS POSIÇÕES DE SOLDAGEM
No full textEm um mercado cada vez mais competitivo, onde o sucesso está em uma linha tênue entre o tempo de execução e a qualidade de um produto, os diversos processos de soldagem carecem cada vez mais de atenção. A soldagem estápresente na maioria dos projetos, independentemente do tamanho, possui uma grande influência tanto na segurança e qualidade final do projeto como no tempo de execução. Em inúmeras situações da engenharia, facilmente encontra-se um ambiente de difícil acesso em que foi necessário executar um procedimento de soldagem. Nesse tipo de ambiente, normalmente a qualidade da solda cai de acordo com essa dificuldade de acesso. Neste contexto o presente trabalho tem por objetivo analisar pelo processo de soldagem GMAW (Gas Metal Arc Welding) a qualidade de juntas soldadas nas principais posições de soldagem encontradas na indústria utilizando como parâmetro as normas NBR 7438 e American Society of Mechanical Engineers (ASME) Section IX. Com essa finalidade, executaram-se a soldagem de corpos de prova nas posições plana, horizontal, vertical e sobrecabeça, utilizando o aço SAE 1020, de 12,7 mm de espessura como metal de base. Aplicaram-se sobre esses corpos de prova os ensaios mecânicos destrutivos e não destrutivos solicitados pela ASME IX. Dentre as quatro posições de soldagem, destacou-se a posição sobrecabeça como sendo a dos piores resultados e nas posições plana e horizontal apresentaram-se os melhores resultados. Ao término do trabalho, pode-se confirmar a influência da posição de soldagem na qualidade final da solda e a importância da aplicação dos ensaios mecânicos para qualificação das solda
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