Lista de Exercícios #1

1. Descreva com suas próprias palavras as diferenças básicas entre Robótica e Automação.
2. Quais são as três leis da Robótica?
3. O que são os "manipuladores"?
4. Explique com suas palavras dois dos tipos básicos de manipuladores que interessam ao nosso curso?
5. O que voce entende por "referencial"?
6. O que voce entende por mapeamento e transformação?
7. Dado o ponto P1=(2,1,1), calcule o ponto P2, rotacionado de 60 graus em torno de X, 45 graus em torno de Y e 30 graus em torno de Z, tudo em relação ao mesmo referencial (calcule as novas coordenadas do ponto P2 no espaço). Sugestão: descreva cada matriz de rotação separadamente e aplique-as também separadamente (ou junte as três rotações numa só matriz de rotação) .
8. Aplique uma translação de (+3, -4, +5) no resultado da questão anterior.
9. Repita os exercícios anteriores, combinando as matrizes e vetores usados em uma transformação homogênea única.
10. O que voce entende por cinemática direta e cinemática inversa.
11. Suponha que um manipulador planar possua dois links (L1 e L2) de comprimentos 0.5 e 0.3 metros respectivamente. Faça um desenho em escala do espaco de manipulação do mesmo (reachable space). Quantas soluções existem para o problema de cinemática inversa? Dica: explique separadamente cada situação e o seu número de soluções.
12. Faça o mesmo para um manipulador com 3 links (0.5, 0.3, e 0.2 metros respectivamente para L1, L2 e L3). Quantas soluções existem para o problema inverso neste caso?
13. Dado o manipulador mostrado na figura abaixo, dê o que se pede:  Graus de liberdade: ______  Número de juntas:____ Número de links:______
14. Na figura acima, considere os  comprimentos de links (L1,L2)=(0.7,0.5). Sendo as coordenadas do atuador (x4, y4) = (-0.63, 0.69) em metros, ache as soluções para o problema de cinemática inversa.
15. Determine se o seguinte ponto é alcançável pelo atuador do manipulador acima: (x,y)=(1.2, 0.9).
16. Usando o Jacobiano, se a velocidade angular for dada por (0.2, 0.3) em radianos por segundo, para os ângulos 1 e 2 respectivamente, e considerando os ângulos atuais iguais a (60, -45) graus  respectivamente para theta1 e theta2 (transforme para rradianos) e mesmos comprimentos de links (0.7,0.5), qual a velocidade linear do atuador do manipulador (end-effector, no sistema cartesiano (x,y)) ?
17. Sendo a velocidade linear (em (x,y)) do end-efector igual a (0.9, 0.6) m/s, calcule o vetor velocidade angular (em radianos por segundo) para os ângulos theta1 e theta2.
18. Explique o que é um sistema de controle em malha aberta e malha fechada. De exemplos de cada um com os respectivos diagramas e cite aplicações. Quais interessam ao curso?
19. Pesquise e descreva sucintamente o funcionamento de um sistema de controle atual que seja muito utilizado (pode ser qualquer um como por exemplo um controlador de temperatura em geladeira).
20. Explique suscintamente cada tipo de controle: liga-desliga, proporcional, derivativo, integral, proporcional-derivativo.
21. Descreva a diferença entre controle reativo e controle deliberativo. O que é controle hibrido?
22. O que voce entende por filtragem ?
23. Explique com suas palavras, suscintamente, pelo menos 5 dos itens abaixo(tipo de sensor, princípio de funcionamento, aplicações)
1. interruptor de lâminas
2. sensor ótico por reflexão
3. sensor ótico por interrupção
4. sensor ótico relativo
5. sensor ótico absoluto
6. encoder
7. potenciômetro
8. bussola
9. GPS
10. tacogerador
11. giroscópio
12. acelerômetro
13. sonar
14. LDR
15. foto-diodo
16. fototransistor
24. Descreva com suas palavras o que voce entende por controlador.
25. Explique o que é um sistema de controle em malha aberta e malha fechada. De exemplos de cada um com os respectivos diagramas e cite duas aplicações básicas. Quais os tipos interessam à Robótica?
26. Pesquise e descreva sucintamente o funcionamento de um sistema de controle atual que seja muito utilizado (pode ser qualquer um como por exemplo um controlador de temperatura em geladeira).
27. Explique suscintamente cada tipo de controle: liga-desliga, proporcional, derivativo, integral, proporcional-derivativo.
28. Descreva a diferença entre controle reativo e controle deliberativo
29. Descreva a arquiterura "subsumption".
30. Desafios:
1. Considere o esquema da figura acima com o manipulador se movendo, que os ângulos 1 e 2, referentes às juntas (motores) 1 e 2, são iguais a 60 e -45 graus, respectivametne, o comprimento dos links (L1,  L2) = (0.7, 0.5) metros, a massa de cada um é igual a 1.2 e 0.8 kg, e a velocidade atual é (1.3,1.5)  radianos por segundo respectivamente. Defina o estado corrente da matriz de inércia M (que relaciona torque e aceleração), do vetor V de torques dependentes da velocidade e do vetor G (que representa todas as forças gravitacionais). Este primeiro passo é denominado de "determinar a dinâmica atual do braço". Obs: g = 9.8 m/sec/seg. Use as equações dadas em aula para isso (ver final do CHAPTER4.pdf).
2. Com os dados do exercício anterior, qual o vetor de torque necessário para obter uma aceleração de (2.3,2.4) rad/seg/seg nas juntas 1 e 2 respectivamente?
3. Dado um vetor de deslocamento angular diferencial (d_teta1,d_teta2) a ser realizado num pequeno intervalo de tempo d_t, um controlador proporcional derivativo para o manipulador acima deve primeiramente calcular (em cada passo) o vetor de torque necessário pela equação: (torque1,torque2) = Kp*(d_teta1,d_teta2) - Kd*(teta_dot1,teta_dot2) onde Kp e Kd são ganhos (ver parte de controle), (d_teta1,d_teta2) o deslocamento angular diferencial, e (teta_dot1,teta_dot2) a velocidade angular corrente. Suponha que no estado atual o manipulador acima possui os mesmos dados de posição (60,-45 graus) e de velocidade (1.3,1.5 rad/seg)  que o problema acima. Um vetor de deslocamento diferencial angular é dado por um planejador de movimento como sendo (+0.05,-0.08) radianos (transforme os graus para radianos, ou vice-versa). Na prática, um deslocamento maior foi "quebrado" em vários sub-deslocamentos como este, de acordo com um intervalo de tempo d_t dado pela "clock-rate" do sistema de tempo real. Supondo Kp=10000 e Kd=200, calcule para próximo instante de tempo o vetor de aceleração resultante (ver final de CHAPTER4.pdf e use a equação dada aqui para calcular vetor  torque), a velocidade resultante e, finalmente, a posição angular resultante, sendo d_t = 30 milisegundos. Este exercício usa os três passos do integrador de Euler (aceleração, velocidade e posição). O resultado prático deste sistema de controle é que o manipulador descreve um movimento onde no início ele acelera e no final ele desacelera. Lembre-se que após cada submovimento, as matrizes homogêneas de cinemática em cada junta podem ser atualizadas usando a posição angular corrente. Assim, um simulador pode usar isso para visualizar o manipulador. (ver código do Roger-the-crab na página - arm.c e control.c).
31. O que voce está achando do curso a esta altura? Por favor, seu retorno a esta questão é individual e não será reportado.