FBG-based sensing systems for robotic manipulators to monitor interactions in unstructured environments
Nome: VITORINO BIAZI NETO
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 14/03/2022
Orientador:
Nome |
Papel |
|---|---|
| ARNALDO GOMES LEAL JÚNIOR | Orientador |
| ANSELMO FRIZERA NETO | Co-orientador |
Banca:
| Nome |
Papel |
|---|---|
| MARIA JOSE PONTES | Examinador Interno |
| ARNALDO GOMES LEAL JÚNIOR | Orientador |
| ANSELMO FRIZERA NETO | Coorientador |
| ADRIANO ALMEIDA GONÇALVES SIQUEIRA | Examinador Externo |
Resumo: O surgimento da Indústria 4.0 trouxe novos conceitos para as fábricas que otimizaram e aprimoram os processos convencionais. Essas tecnologias trouxeram atribuições aos robôs industriais que lhes permitem realizar tarefas com mais rapidez e precisão. A melhoria da capacidade proprioceptiva e da sensibilidade tátil do robô por meio do uso de sensores é uma abordagem útil para atingir esses objetivos. As fibras ópticas são uma tecnologia viável para serem utilizadas como sensores em dispositivos robóticos, pois são eletricamente passivas e possuem imunidade eletromagnética. Esta dissertação propõe dois sistemas de sensoriamento baseados em Redes de Bragg (FBG, do inglês Fiber Bragg Grating) para monitorar manipuladores robóticos durante sua operação. O primeiro sistema são garras instrumentadas que funcionam com base na estratégia de rosetas de deformação para medir o estado crítico de tensão-deformação em sua superfície enquanto um objeto está sendo capturado. O outro sistema consiste em um grupo de tecidos inteligentes
instalados no corpo do robô para detectar interações com o ambiente. Três sensores FBG são posicionados de acordo com uma configuração de roseta de deformação dentro de um rasgo em duas garras impressas em 3D. Equações baseadas na teoria da elasticidade para obter o estado tensão-deformação a partir dos dados dos sensores são desenvolvidas e é proposta uma metodologia utilizando um sensor auxiliar de temperatura para evitar
efeitos de sensibilidade cruzada e erros de medição. Os testes de caracterização mostram um comportamento altamente linear em termos de sensibilidade à deformação (R2 = 0,996 para a regressão linear das médias) e à variação de temperatura (menor R2 entre FBGs igual a 0,9868). A partir dos ensaios de compressão, é possível concluir que a faixa dinâmica dos sensores é adequada à capacidade de carga das garras. Testes de aperto com diferentes objetos foram realizados no manipulador para verificar a viabilidade do sistema
em aplicações em tempo real. O sistema tátil consiste em um grupo de fibras ópticas com FBGs multiplexadas, embutidas em borracha de silicone. As fibras ópticas com os sensores são posicionadas entre camadas de espuma de polietileno e tecido de algodão. Um modelo matemático é proposto para determinar a distância máxima entre FBGs no sistema a fim de alcançar a melhor resolução espacial do sistema. Após o processo de fabricação, a
caracterização de temperatura e força apresenta quase todos os valores de R2 na regressão linear superiores a 0,94. Análises individuais são feitas para os sensores que apresentaram baixo coeficiente de determinação. Por fim, na validação experimental do sistema, pode-se observar que ele pode fornecer a posição no corpo do robô, a amplitude em termos de força e instante de tempo em que ocorreu um impacto externo.
Palavras-chave: Redes de Bragg. sensores ópticos. manipuladores robóticos
