BRPI0517901B1

BRPI0517901B1 - Sistema de controle para controlar um braço manipulador articulado por meio de um braço mestre

Info

Publication number: BRPI0517901B1
Application number: BRPI0517901-7A
Authority: BR
Inventors: Nicholas Alexander Lawson
Original assignee: Perry Slingsby Systems Limited
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2019-05-07
Also published as: US9102052B2; CN101102869B; US20080109108A1; CN101102869A; ATE418424T1; BRPI0517901A; GB2420634A; GB0425802D0; DE602005011992D1; NO328853B1; BRPI0517901B8; HK1101902A1; EP1827768B1; AU2005308665B2; NO20072840L; EP1827768A1; AU2005308665A1; WO2006056738A1

Abstract

sistema de controle para um braço manipulador articulado. um sistema de controle para um braço manipulador articulado (l), o braço manipulador tendo pelo menos três graus de liberdade, dito sistema de controle incluindo um controlador mestre (10) móvel para reproduzir os pelo menos três graus de liberdade do braço manipulador (l); meio para determinar a taxa de movimento do controlador mestre em cada direção reproduzindo um grau de liberdade do braço manipulador; e meio de controle (200) para controlar a atuação do braço manipulador, por meio de que a taxa de movimento do braço manipulador em cada um de ditos pelo menos três graus de liberdade é proporcional à taxa de movimento do controlador mestre (10) em cada direção reproduzindo um grau de liberdade do braço manipulador.

Description

“SISTEMA DE CONTROLE PARA CONTROLAR UM BRAÇO MANIPULADOR ARTICULADO POR MEIO DE UM BRAÇO MESTRE” [001] A presente invenção diz respeito a um sistema de controle para um braço manipulador articulado, o braço manipulador tendo pelo menos três graus de liberdade, preferencialmente incluindo pelo menos dois dentre um eixo de pivô, um eixo rotacional e um eixo de translação. Toda junta ou eixo móvel no braço manipulador é referido como um grau de liberdade.

[002] Braços manipuladores são frequentemente usados para executar operações que uma pessoa é incapaz de efetuar sem auxílio ou em ambientes que são perigosos demais e/ou hostis para presença de um operador humano, tal como em operações de fundo de mar ou em alto mar, áreas expostas a altos níveis de radiação ou um ambientes extra-terrestres. Tais braços manipuladores são normalmente controlados por um operador humano trabalhando num local seguro remoto do braço manipulador, normalmente vendo o braço manipulador e suas cercanias por uma ligação de vídeo.

[003] Braços manipuladores são empregados em veículos submarinos conhecidos como ROVs (veículos operados remotamente). ROVs são usados para uma variedade de finalidades, incluindo as operações de salvamento e de resgate, operações de assentamento e manutenção de oleoduto e outras atividades submarinhas a profundidades muito além daquelas que podem ser alcançadas por mergulhadores. Tais dispositivos operam, geralmente, a profundidades de 3.000 metros ou mais. O braço manipulador, e outras funções de um ROV são normalmente controladas remotamente por um operador localizado num navio de superfície do qual o ROV é lançado.

[004] Um braço manipulador típico é mostrado na Figura 1. O braço manipulador 1 inclui uma base 2 montável numa estrutura, tal como o corpo de um ROV, um segmento de braço superior 3 preso articuladamente à base 2 para a rotação sobre um eixo de giro de ombro A e um eixo de passo de ombro B, um primeiro segmento de antebraço 4 preso articuladamente ao segmento

Petição 870180054446, de 25/06/2018, pág. 13/28 / 12 de braço superior 3 para a rotação sobre um eixo de passo de cotovelo C, um segundo segmento de antebraço 5 montado rotativamente no primeiro segmento de antebraço 4 para a rotação sobre um eixo de rotação de antebraço ou de rolo D, um segmento de pulso 6 conectado articuladamente ao segundo segmento de antebraço 5 para a rotação sobre um eixo de passo de pulso E, e um segmento de ferramenta 7, tendo uma ferramenta manipuladora de objeto incluindo um par de garras contrárias 8 montadas nela, o segmento de ferramenta 7 estando conectado rotativamente ao segmento de pulso 6 para permitir a rotação da ferramenta sobre um eixo rotacional de ferramenta F, as garras da ferramenta de manipulação de objeto sendo móveis entre posições aberta e fechada. Tal arranjo provê seis graus de liberdade o que proporciona um grande envelope operacional possibilitando que uma ampla gama de operações de manipulação seja efetuada.

[005] Movimento do braço manipulador é normalmente acionado por meio de atuadores hidráulicos (não mostrados), geralmente uma combinação de cilindros hidráulicos de ação dupla e atuadores rotativos conectáveis a uma fonte de fluido hidráulico pressurizado por intermédio de válvulas de solenóide hidráulicas operadas eletricamente. Cada atuador hidráulico está normalmente associado com um par de válvulas, uma para cada direção de movimento do atuador. As válvulas de solenóide hidráulicas são normalmente montadas em um coletor de válvula. Quando o braço manipulador é montado num ROV, o coletor de válvula e a fonte de fluido hidráulico pressurizado estão montados normalmente no ROV adjacente ao coletor.

[006] Existem dois sistemas de controle conhecidos principais para o controle da operação de tais braços manipuladores.

[007] Um primeiro sistema de controle é geralmente conhecido como sendo controlado em taxa ou “controle de bang-bang”. Válvulas de solenóide hidráulicas simples são controladas por meio de chaves de liga-desliga providas numa estação de controle de operador. Atuação de uma chave faz uma válvula

Petição 870180054446, de 25/06/2018, pág. 14/28 / 12 selecionada se abrir, provendo um fluido hidráulico a um atuador associado e fazendo com que a junta associada do braço manipulador se desloque em uma direção selecionada a uma velocidade fixa (limitada pela vazão da válvula e é sujeita à geometria mecânica) até que a chave seja liberada, fechando a válvula e paralisando o movimento da junta associada. As ditas chaves são normalmente providas em pares, associados com uma alavanca de comando simples ou com uma alavanca articulada, cada par de chaves controlando um par de válvulas associadas com um único atuador de tal modo que o movimento da alavanca de comando ou da alavanca articulada numa direção cause movimento da junta associada em uma primeira direção e movimento do manipulador ou alavanca articulada na direção oposta cause movimento da válvula em uma segunda direção, oposta à dita primeira direção.

[008] Sistemas de controle do tipo de “bang-bang” proveem controle lento e bruto do braço manipulador e são inadequados onde o controle exato e preciso do braço manipulador é requerido. Todavia, esses sistemas de controle são relativamente baratos, seguros e são fáceis de executar a manutenção, não requerendo nenhuma fiação elétrica ou componentes elétricos dentro do braço manipulador, dessa forma reduzindo a complexidade do braço, por esse meio minimizando as fontes de falha dentro do braço e facilitando a manutenção do braço.

[009] Uma melhoria no sistema de controle tipo “bang-bang” simples inclui o uso das válvulas de taxa variável (proporcional) em lugar das válvulas hidráulicas de taxa fixa, por meio de que a vazão de fluido hidráulico para os atuadores dos braços manipuladores, e assim a velocidade de movimento do braço, pode ser controlada. Em sistemas de taxa variável conhecidos, aquelas válvulas de taxa variável são atuadas por intermédio de chaves com múltiplas posições ou potenciômetros conectados a alavancas de comando, por meio de que a velocidade de movimento de uma junta do referido braço manipulador é proporcional à magnitude de movimento da alavanca de comando, distante de

Petição 870180054446, de 25/06/2018, pág. 15/28 / 12 seu lugar ou posição de repouso. Tais sistemas de controle são mais precisos do que o sistema de “bang-bang” simples, mas ainda são difíceis e demorados de usar, requerendo uma entrada de controle separada para cada junta do braço manipulador.

[0010] Um sistema mais preciso e intuitivo para controlar um braço manipulador é o uso de controle de realimentação de posição. Isto habilita um braço mestre de ser usado para controlar o braço manipulador (frequentemente referido como o braço escravo). O braço mestre é efetivamente um modelo ou réplica do braço manipulador, embora normalmente em uma escala menor, o braço mestre tendo vários segmentos articulados interconectados por juntas, cada junta do braço mestre correspondendo a uma junta do braço manipulador a ser controlado.

[0011 ] Cada junta do braço mestre tem um sensor de posição, em uma forma de um potenciômetro, conectado a ele, por meio do qual a posição de cada segmento do braço mestre com respeito aos segmentos adjacentes pode ser determinada por um controlador. De maneira similar, cada junta do braço manipulador é provida com um sensor de posição para determinar a posição de cada segmento do manipulador com respeito aos segmentos adjacentes.

[0012] Quando cada junta de braço mestre é deslocada, um sistema de controle computadorizado detecta o seu movimento, e controla a operação das válvulas de solenóide hidráulicas proporcionais para movimentar aquelas juntas correspondentes do braço manipulador ou braço escravo por uma quantidade correspondente ou proporcional, usando a saída dos sensores de posição do braço manipulador para determinar quando movimento suficiente aconteceu. Graduação eletrônica pode ser usada para variar a quantidade em que o braço manipulador se move para um dado movimento do braço mestre.

[0013] Sistemas de controle de realimentação proveem controle mais rápido e mais preciso do braço manipulador escravo e proveem uma interface de controle mais intuitiva para o operador. Porém, a necessidade por sensores

Petição 870180054446, de 25/06/2018, pág. 16/28 / 12 de posição em cada junta do braço manipulador leva a um requisito para fiação e a outros dispositivos elétricos dentro do braço manipulador. Em aplicações submarinas, tais dispositivos elétricos precisam ser protegidos do ambiente no qual o braço opera por vedações complexas e por sistemas de compensação (o enchimento de qualquer vazio ou qualquer espaço dentro do braço com fluidos incompressíveis). Isso aumenta enormemente o custo do braço manipulador, cria numerosas fontes de insegurança (fiação elétrica extensa precisa passar por cada junta e flexão contínua das juntas conduz a rompimento de tal fiação elétrica) e aumenta a complexidade e custo de procedimentos de manutenção. O dito sistema de controle de realimentação tipicamente requer o uso de servoválvulas hidráulicas, que são mais caras e menos tolerantes à contaminação do que as válvulas de liga-desliga simples usadas em sistemas tipo “bang-bang”. [0014] Um objetivo da presente invenção é prover a confiabilidade e a simplicidade do sistema de controle de “bang-bang”, a precisão e interface de controle intuitivo do sistema de controle de realimentação.

[0015] De acordo com a presente invenção, é fornecido um sistema de controle para um braço manipulador articulado, dito braço manipulador tendo pelo menos três graus de liberdade, o referido sistema de controle incluindo um controlador mestre móvel para reproduzir os citados pelo menos três graus de liberdade do braço manipulador; meio para determinar a taxa de movimento do controlador mestre em cada direção reproduzindo um grau de liberdade do braço manipulador; e, um meio de controle para controlar a atuação do braço manipulador, por meio de que a taxa de movimento do braço manipulador em cada um de ditos pelo menos três graus de liberdade é proporcional à taxa de movimento do controlador mestre em cada direção reproduzindo um grau de liberdade do braço manipulador.

[0016] Preferencialmente, ditos pelo menos três graus de liberdade do referido braço manipulador incluem pelo menos dois dentre um eixo de pivô, um eixo rotacional e um eixo de translação.

Petição 870180054446, de 25/06/2018, pág. 17/28 / 12 [0017] Em uma concretização preferencial, o controlador mestre inclui um braço mestre articulado possuindo uma pluralidade de segmentos de braço interconectados por juntas, cada junta do braço mestre correspondendo a uma junta do braço manipulador, dito braço mestre tendo pelo menos três graus de liberdade correspondendo a ditos pelo menos três graus de liberdade do braço manipulador tal que movimento do braço mestre possa reproduzir movimento do braço manipulador. O meio para determinar a taxa de movimento do referido controlador mestre em cada direção reproduzindo um grau de liberdade do dito braço manipulador pode incluir, para cada junta do braço mestre correspondendo a uma junta do braço manipulador, um meio para detectar a posição relativa dos ditos segmentos do braço mestre em qualquer lado de uma junta e um meio de computação para calcular a taxa de movimento daqueles segmentos do braço mestre com respeito um ao outro para determinação da taxa de movimento do braço mestre sobre a junta do braço mestre reproduzindo uma junta do braço manipulador.

[0018] De preferência, o meio de cálculo inclui um diferenciador para diferenciar os dados de posição do meio sensor de posição para determinar a taxa de movimento dos segmentos do braço mestre sobre cada junta do braço mestre correspondendo a uma junta do braço manipulador.

[0019] Preferencialmente, aquele sistema de controle inclui ainda uma pluralidade de atuadores hidráulicos montados no manipulador para mover o manipulador em cada um dentre seus pelo menos três graus de liberdade, cada atuador hidráulico citado sendo conectável com uma fonte de fluido hidráulico pressurizado por uma válvula de taxa variável, o meio de controle controlando a abertura e fechamento das válvulas de taxa variável para controlar a taxa de movimento do referido braço manipulador em proporção à taxa determinada de movimento do referido braço mestre.

[0020] O referido controlador mestre pode incluir meio para desativar seletivamente o meio de controle para permitir movimento do dito controlador

Petição 870180054446, de 25/06/2018, pág. 18/28 / 12 mestre sem causar movimento correspondente do braço manipulador.

[0021] Preferencialmente, o braço manipulador tem pelo menos quatro graus de liberdade. Em uma concretização preferida, o braço manipulador tem pelo menos seis graus de liberdade incluindo uma guinada de ombro, um passo de ombro, um passo de cotovelo, uma rotação de antebraço, um passo de pulso, e uma rotação de pulso, o referido controlador mestre incluindo um braço mestre articulado tendo pelo menos cinco graus de liberdade correspondendo à guinada de ombro, passo de ombro, passo de cotovelo, e rotação de antebraço do braço manipulador.

[0022] O sistema de controle inclui, de preferência, meio para controlar operação de uma ferramenta manipuladora de objeto provida numa extremidade distal do braço manipulador. Preferencialmente, o meio para controlar operação de uma ferramenta manipuladora de objeto provida numa extremidade distal do braço manipulador também controla a rotação de pulso do braço manipulador. O meio para controlar operação de uma ferramenta manipuladora de objeto e a rotação de pulso do braço manipulador pode incluir uma única alavanca de comando montada em uma extremidade distal do braço mestre para permitir uma operação de manipulação com uma mão do braço mestre.

[0023] Algo surpreendentemente, aquele sistema de controle de acordo com a presente invenção, baseado numa relação de mestre-escravo de velocidade em lugar de uma relação de posição como com controle de realimentação, foi achado ser praticamente indistinguível na operação de um sistema de controle de realimentação. O sistema de controle de acordo com a presente invenção é efetivamente mais responsivo do que um sistema de controle de realimentação como nenhuma malha de controle de posição fechada está presente. Isto tem o efeito de remover quaisquer problemas de estabilidade que possam ocorrer em sistemas de realimentação, e é somente limitado em resposta pelo atraso finito inerente em superfície aos sistemas de comunicações submarinos, o que não é normalmente notável e está presente em todos os sistemas de manipuladores

Petição 870180054446, de 25/06/2018, pág. 19/28 / 12 submarinos.

[0024] O sistema de acordo com a presente invenção propicia controle rápido, exato e preciso daquele braço manipulador, enquanto também sendo tão seguro e fácil de manter como sistemas de “bang-bang”.

[0025] Uma concretização da presente invenção será descrita agora com referência aos desenhos acompanhantes, em que:

Figura 1 é uma vista em perspectiva de um braço manipulador típico do estado da técnica, como discutido acima;

Figura 2 é uma vista em perspectiva de um braço mestre típico do estado da técnica para uso com uma concretização do sistema de controle da presente invenção; e

Figura 3 é uma ilustração esquemática do sistema de controle de acordo com uma concretização da presente invenção.

[0026] Como mostrado na Figura 2, o braço mestre 10 é efetivamente um modelo ou réplica do braço manipulador 1, sendo conhecido como braço escravo. O braço mestre 10 tem vários segmentos articulados 20, 30, 40, 50, 60 interconectados por juntas, cada junta do braço mestre 10 correspondendo a uma junta do braço manipulador ou braço escravo 1 a ser controlado. Numa concretização aqui descrita, o braço mestre 10 compreende uma base 20, um segmento de braço superior 30 preso articuladamente à base 20 para a rotação sobre um eixo de giro de ombro A' e sobre um eixo de passo de ombro B', um primeiro segmento de antebraço 40 preso articuladamente ao referido segmento de braço superior 30 para a rotação sobre um eixo de passo de cotovelo C', um segundo segmento de antebraço 50 montado de modo rotativo no primeiro segmento de antebraço 40 para a rotação sobre um eixo de rotação de antebraço ou rolo D' e um segmento de pulso 60 conectado articuladamente ao segundo segmento de antebraço 50 para a rotação sobre um eixo de passo de pulso E'. Cada um dentre os eixos de pivô e rotacional A', B', C', D', E' do braço mestre corresponde a um eixo de movimento (isto é, uma junta) do braço manipulador.

Petição 870180054446, de 25/06/2018, pág. 20/28 / 12 [0027] O dito segmento de pulso 60 do braço mestre 10 é dotado de um meio de controle adicional para controlar a rotação da ferramenta manipuladora de objeto do braço manipulador sobre o eixo de rotação de ferramenta F e para controlar a operação das garras da ferramenta manipuladora de objeto.

[0028] Obviamente, outros projetos dos braços mestre são idealizados dependendo do tipo de braço manipulador que é para ser controlado. Outros braços podem ter arranjos diferentes com mais ou menos graus de liberdade e podem ter um ou mais eixos de translação de movimento, além de, ou em vez de, eixos rotativos ou de pivô.

[0029] Um sensor de posição, em uma forma de um potenciômetro, é provido em cada junta do braço mestre 10, a saída de cada sensor de posição sendo alimentada a um computador 100 (veja Figura 3) que provê um sinal de controle para o controlador de braço manipulador 200, que por sua vez controla a operação do atuador de braço manipulador 300.

[0030] Um sensor de posição diferente de um potenciômetro pode ser usado em cada junta do braço mestre.

[0031] O mencionado braço mestre 10 provê uma interface de controle particularmente intuitiva e fácil de usar para o operador. Não obstante, braços mestres somente foram apropriados no passado para dispositivos de controle de realimentação de posição. O sistema de controle de acordo com a presente invenção permite o uso de um braço mestre como mostrado na Figura 2 para controlar um braço manipulador do tipo mostrado na Figura 1, sem exigir que o dito braço manipulador seja provido com qualquer meio de determinação de posição, tais como potenciômetros ou outra eletrônica sensora de posição (isto é, nenhuma realimentação de posição do braço manipulador é requerida).

[0032] Figura 3 é uma ilustração esquemática do sistema de controle de braço manipulador, de acordo com uma concretização da presente invenção. O braço mestre 10 e o computador 100 são providos numa estação de operador 110. Quando o braço manipulador 1 é montado em um ROV 220, a estação de

Petição 870180054446, de 25/06/2018, pág. 21/28 / 12 operador 110 é provida num navio de superfície, do qual o ROV 220 é lançado, tal estação 110 sendo conectada ao ROV 220 por uma ligação de comunicações. [0033] Um movimento de tal braço manipulador 1 é acionado por uma pluralidade de atuadores hidráulicos de ação dupla, tanto lineares ou rotativos como adequados, providos no braço manipulador 1 e conectados a válvulas de solenóide hidráulicas de taxa variável montadas num coletor de válvula 300. O coletor de válvula 300 é provido no ROV 220, junto com uma fonte de fluido hidráulico pressurizado (normalmente, uma bomba elétrica conectada com um reservatório de fluido hidráulico). Um controlador 200 de braço manipulador ou braço escravo é provido adjacente ao coletor de válvula 300 para controlar a atuação de cada válvula de taxa variável. Com este arranjo, não há nenhuma eletrônica ou fiação elétrica vulnerável no próprio braço manipulador 1, o meio de atuação do braço manipulador 1 sendo semelhante àquele de ditos sistemas de taxa variável conhecidos acima descritos, com tais vantagens inerentes de confiabilidade, baixo custo e facilidade de manutenção.

[0034] O dito computador 100 calcula a taxa de mudança de posição de cada junta do braço mestre 10 diferenciando-se os sinais de saída recebidos dos sensores de posição do braço mestre 10, desta maneira, determinando a taxa ou velocidade de movimento de cada junta. O computador 100 envia um sinal de controle ao controlador 200 de braço manipulador ou braço escravo, provido no ROV 220, com base naquela taxa calculada de informações de movimento. Baseado em tal sinal de controle, o controlador 200 de braço de escravo controla a operação daquelas válvulas de taxa variável para mover cada junta do braço manipulador ou braço escravo 1 a uma taxa ou velocidade proporcional à taxa de movimento da junta correspondente do braço mestre 10.

[0035] O referido computador 100 inclui meio de graduação eletrônico selecionável, por meio do que a relação entre a taxa de movimento do braço mestre 10 e a taxa resultante de movimento do braço manipulador ou do braço escravo 1 pode ser variada pelo operador entre aquela exigida para movimentos

Petição 870180054446, de 25/06/2018, pág. 22/28 / 12 rápidos e grandes daquele braço manipulador 1 e aquela exigida para permitir movimentos pequenos e precisos do braço manipulador 1 e de sua ferramenta manipuladora de objeto. O braço mestre 10 também pode ser dotado de meio de controle para congelar seletivamente o movimento de juntas individuais ou grupos de juntas do braço manipulador e/ou permitir seletivamente movimento livre do braço mestre 10 sem movimento resultante do braço manipulador 1, a fim de habilitar o braço mestre para ser reindexado.

[0036] O segmento de pulso do braço mestre 10 inclui meio de controle para controlar rotação da ferramenta manipuladora de objeto 8 sobre o eixo de rotação de ferramenta D e para controlar operação das garras dela. O controle de rotação pode incluir uma chave de direção simples controlando rotação da ferramenta em qualquer direção a uma taxa fixa ou pode controlar a taxa de rotação da ferramenta, ou pelo método de controle de taxa variável conhecido, por meio do que a velocidade de rotação é proporcional ao deslocamento de um dispositivo de controle, tal como uma alavanca de comando ou uma roda de dedo polegar, desde uma posição de índice, ou por um controle de taxa proporcional, por meio de que a taxa de rotação daquela ferramenta é proporcional à taxa de movimento de um dispositivo de controle, por exemplo, de uma roda de dedo polegar ou de uma seção rotativa. O controle das garras da ferramenta pode ser controlado por uma chave de dois polos simples.

[0037] Em uma concretização, o controle de rotação de ferramenta e controle de garra podem ser integrados em uma única alavanca de comando, por meio de que movimento da alavanca de comando num primeiro plano (por exemplo, para a frente e para trás) causa a abertura e fechamento das garras da ferramenta e movimento num plano normal ao primeiro plano (por exemplo, lado a lado) causa rotação da ferramenta sobre o eixo de pulso.

[0038] Em uma concretização alternativa (não mostrada), os sensores de velocidade poderiam ser providos em cada junta do braço mestre 10 para medir diretamente a taxa de movimento de cada junta do braço mestre, assim

Petição 870180054446, de 25/06/2018, pág. 23/28 / 12 evitando a necessidade de diferenciar informações de posição e simplificando os algoritmos de controle do computador 100.

[0039] Numa outra concretização, um controlador mestre, diferente de um braço mestre, pode ser usado, tal como uma ou mais alavancas de comando. O controlador mestre seria móvel para reproduzir o movimento de cada junta (grau de liberdade) do braço manipulador a ser controlado, o sistema de controle incluindo meio para determinar a taxa de movimento do controlador mestre em cada junta reprodutora de direção daquele braço manipulador, ou medindo-se diretamente a taxa de movimento daquele controlador mestre ou detectando-se a posição do controlador mestre e calculando-se sua taxa de movimento a partir das informações de posição. O computador 100 e o controlador 200 do braço manipulador controlariam atuação das válvulas do coletor de válvula 300 para controlar movimento do braço manipulador, por meio de que a taxa de movimento de cada junta do braço manipulador a ser controlado é proporcional à taxa de movimento do controlador mestre na direção correspondente.

[0040] Enquanto a presente invenção foi descrita aplicada a um braço manipulador para uso em um ROV em um ambiente submarinho, o sistema de controle de acordo com a presente invenção também pode ser aplicado de modo vantajoso para um braço manipulador de controle em uma variedade de outras aplicações, tal como na indústria nuclear para operar em áreas expostas a altos níveis de radiação e em aplicações extra-terrestres ou qualquer outra aplicação onde braços manipuladores podem ser usados.

[0041] Além de atuadores hidráulicos, o sistema de controle, de acordo com a presente invenção, pode ser utilizado para controlar braços manipuladores tendo outros meios de atuação, tais como acionamentos elétricos (por exemplo, servo-motores, motores de passo) ou acionamentos pneumáticos (isto é, aqueles atuadores acionados a ar).

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de controle para controlar um braço manipulador (1) articulado por meio de um braço mestre (10), dito braço manipulador (1) tendo uma pluralidade de segmentos de braço interconectados por juntas e pelo menos três graus de liberdade, incluindo pelo menos dois dentre um eixo de pivô, um eixo rotacional, e um eixo de translação, o referido braço mestre (10) tendo uma pluralidade de segmentos de braço (20, 30, 40, 50, 60) interconectados por juntas, cada junta do braço mestre correspondendo a uma junta do braço manipulador (1), o braço mestre tendo pelo menos três graus de liberdade correspondendo a pelo menos três graus de liberdade do braço manipulador tal que o movimento do braço mestre possa reproduzir movimento do braço manipulador, dito braço manipulador (1) sendo articulado por uma pluralidade de atuadores hidráulicos para mover tal manipulador em cada um dentre seus pelo menos três graus de liberdade, cada atuador hidráulico sendo conectável com uma fonte de fluido hidráulico pressurizado, o dito sistema de controle caracterizado pelo fato de que compreende:

um computador (100) sendo configurado para determinar a taxa de movimento do braço mestre (10) em cada direção reproduzindo um grau de liberdade do braço manipulador (1); e um controlador (200) sendo configurado para controlar atuação do braço manipulador (1) com base na taxa determinada do braço mestre (10), sem uma malha de controle fechada para proporcionar realimentação posicional a partir do braço manipulador (1), em que aquele braço mestre (10) é operável para desativar seletivamente o controlador (200) para permitir o movimento do braço mestre sem causar movimento correspondente do braço manipulador, e por meio de que a taxa de movimento do braço manipulador em cada um dentre os ditos pelo menos três graus de liberdade é proporcional à taxa de movimento do braço mestre em cada direção reproduzindo um grau de liberdade do braço manipulador.

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2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda, para cada junta do braço mestre correspondendo a uma junta do braço manipulador:

um sensor de posição acoplado ao computador (100), o sensor de posição sendo configurado para detectar a posição relativa do segmento do braço mestre em um lado da junta; e em que o computador (100) calcula a taxa de movimento daqueles segmentos sobre a dita junta para determinar a taxa de movimento do braço mestre sobre a junta do braço mestre reproduzindo uma junta do manipulador.
3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um diferenciador para diferenciar os dados de posição a partir do sensor de posição.
4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um sensor sendo configurado para detectar a velocidade de movimento do braço mestre em cada direção reproduzindo um grau de liberdade do braço manipulador.
5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma válvula de taxa variável acoplada ao controlador (200) para controlar o fluxo de fluido hidráulico a partir da fonte de fluido pressurizado para cada atuador hidráulico, o controlador controlando atuação do braço manipulador ao controlar a abertura e fechamento das válvulas de taxa variável para o controle da taxa de movimento do braço manipulador em proporção à taxa determinada de movimento do braço mestre.
6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o braço manipulador tem pelo menos quatro graus de liberdade.
7. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o braço manipulador ter pelo menos seis graus de liberdade, que inclui uma guinada de ombro, um passo de ombro, um passo de cotovelo, uma rotação de antebraço, um passo de pulso e uma rotação de pulso, o braço mestre (10)

Petição 870180054446, de 25/06/2018, pág. 26/28 compreendendo um braço mestre articulado que tem pelo menos cinco graus de liberdade correspondendo à guinada de ombro, passo de ombro, passo de cotovelo e rotação de antebraço do braço manipulador.
8. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui ainda um dispositivo de controle configurado para controlar operação de uma ferramenta manipuladora de objeto provida numa extremidade distal do braço manipulador.
9. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que inclui ainda um dispositivo de controle configurado para controlar operação de uma ferramenta manipuladora de objeto provida numa extremidade distal do braço manipulador, que também controla a rotação de pulso do braço manipulador.
10. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo de controle inclui uma única alavanca de comando montada numa extremidade distal do braço mestre (10) para permitir operação de manipulação com uma mão do braço mestre.