Modelagem matemática da dinâmica da não linearidade de folga em uma junta rotativa de um robô scara com transmissão por engrenagens

Abstract

Apresenta-se a modelagem matemática e a simulação computacional da não linearidade de folga (backlash) presente em transmissões mecânicas do tipo trem de engrenagens, comuns no acionamento das juntas rotativas de manipuladores robóticos do tipo SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm - braço robótico para montagem com complacência seletiva). Esses robôs são utilizados em tarefas repetitivas e insalubres da indústria, nas mais diferentes aplicações em setores tais como a indústria de transformação e a de equipamentos eletro-eletrônicos, entre outras. Essas tarefas industriais realizadas requerem precisão e repetitividade nos movimentos desejados. Entretanto, há vários fatores que dificultam a obtenção de boa precisão, a folga nos trens de engrenagens é uma delas. Normalmente, o conceito de folga está associado a este tipo de transmissão mecânica e aos acoplamentos mecânicos similares. Este fenômeno de folga vem dificultando o desempenho de sistemas de controle há vários anos, uma vez que folgas causam efeitos indesejáveis sobre a dinâmica de realimentação e sobre o desempenho do sistema de controle. A junta robótica modelada é composta por uma transmissão mecânica por trem de engrenagens de dentes retos, que resulta em um modelo dinâmico de 4° ordem com a inclusão da não linearidade de folga. O modelo é validado experimentalmente em uma bancada de testes e os resultados ilustram as características da não linearidade. Além disso, foi desenvolvida uma metodologia de identificação experimental dos parâmetros da folga. Por fim, são propostas algumas estratégias de controle para compensação da não linearidade de folga aliadas ao controle clássico proporcional. Resultados de simulação computacional são apresentados para o controle proporcional com e sem a compensação da folga, evidenciando a eficiência da compensação.