[pt] Enquanto fonte renovável, amplamente disponível no mundo, de baixo custo e ecologicamente amigável, o bambu tem se mostrado uma alternativa promissora para alcançar um cenário mais sustentável na indústria da construção. Assim, a presente pesquisa tem como objetivo investigar o uso do bambu como reforço para estruturas de concreto, com foco no comportamento ao cisalhamento de vigas. Foram usados colmos da espécie Phyllostachys aurea como armadura longitudinal e para reforço transversal diferentes técnicas empregando materiais naturais foram testadas: fibras de sisal discreta, estribo de bambu, cordão de sisal, além de vigas sem reforços. As vigas foram submetidas a ensaio de flexão em três pontos a fim de analisar o comportamento ao cisalhamento. Além disso, técnica de Correlação de Imagem Digital (CID) foi empregada para adquirir a cinemática das fissuras e estimar as contribuições dos mecanismos de cisalhamento. Os resultados dos ensaios apontam um aumento na capacidade de carga das vigas pelo uso de diferentes materiais. Estribos de bambu aumentaram a carga última em 15,85 por cento, cordão de sisal em 12,30 por cento e fibra discreta de sisal em 1,32 por cento, destacando o impacto positivo desses artifícios na capacidade de carga. Esta pesquisa ressalta a possibilidade de substituir materiais não renováveis com alta pegada de carbono em construções de pequeno porte, especialmente em habitações populares. Isso permite promover práticas de construção sustentáveis e seguras, ao mesmo tempo em que fortalece o desenvolvimento rural e preserva recursos globais. / [en] As a renewable resource, highly available across the world, low-cost and eco-friendly material, bamboo has shown to be a promising alternative for achieving a more sustainable scenario in the construction industry. Therefore, this research aims to investigate the use of bamboo as reinforcement for concrete structures, focusing on the shear behavior of beams. Bamboo culms from the specie Phyllostachys aurea are used as longitudinal reinforcement while for shear reinforcement different techniques employing local materials are tested: discrete sisal fibers, bamboo stirrups, sisal yarn, and no shear reinforcement. The beams were subjected to three-point bending tests in order to analyze the shear behavior. Moreover, the Digital Image Correlation (DIC) technique was employed to acquire the crack kinematics and the contributions of shear mechanisms were estimated. The test results demonstrated improvements in the load-carrying capacity of the beams through the utilization of different materials. Bamboo stirrups increased the ultimate load by 15.85 percent, sisal yarn by 12.30 percent, and discrete sisal fibers by 1.32 percent, highlighting their positive impact on load-bearing capacity. This research underscores the possibility of replacing non-renewable carbon intensive materials such as steel with bamboo in low-rise buildings, particularly for social housing. Thereby it allows to promote sustainable and safe construction practices while empowering rural development and conserving global resources.

[pt] Simuladores de movimentos são sistemas mecatrônicos que reproduzem as principais atitudes e movimentos de um veículo. Neste estudo serão analisados simuladores baseados em mecanismos com 3 e 6 graus de liberdade. No segundo caso, o mecanismo é capaz de reproduzir todos os ângulos de atitude (rolagem, arfagem e guinada) e todos os deslocamentos lineares (lateral, vertical e longitudinal) com limitações, porém com amplitude suficiente de modo a possibilitar os principais movimentos associados ao veículo. O uso de transdutores de deslocamento linear nestes mecanismos articulados introduzem elevados efeitos de inércia, além de aumentar a massa dos mesmos, diminuindo sua relação carga/peso e sua eficiência. Atualmente, o grande desenvolvimento de sensores do tipo unidade de medição inercial (IMU) aumentou a disponibilidade destes no mercado e reduziu muito seu custo. Como se trata de acelerômetros triaxiais em conjunto com girômetros também triaxiais, sensores como este podem ser usados para determinar a posição e a orientação no espaço de mecanismos com seis graus de liberdade, como a Plataforma Stewart. Neste trabalho será desenvolvida uma metodologia para modelagem da cinemática de mecanismos paralelos baseada nos derivativos de suas matrizes jacobianas. Esta metodologia é avaliada em um mecanismo paralelo plano de três graus de liberdade e em uma Plataforma Stewart. Com a metodologia de modelagem validada, é implementada uma estratégia de controle baseada no uso de um sensor tipo central inercial para o controle de posição, velocidade e aceleração destes mecanismos. Os resultados das simulações indicam a possibilidade do uso destes sensores nestes tipos de equipamentos e apontam para a necessidade de avaliar esta metodologia em testes experimentais. / [en] Movement simulators are mechatronic systems that reproduce the main attitudes and movements of a vehicle. In this study are examined simulators based on 3 and 6 degrees of freedom mechanisms. In the second case, the mechanism is able to reproduce all the attitude angles (roll, pitch and yaw) and all the linear displacements (sway, heave and surge) with limitations, but with sufficient amplitude to enable the main movements associated with the vehicle. The use of linear displacement transducers in these articulated mechanisms introduce high inertia effects and increase the mass, decreasing the load/weight ratio and efficiency. Currently, the great development of the inertial central type sensors (IMU – Inertial measurement unit) increased the availability of these transducers on market and greatly reduced cost. Since this is a conjunct of triaxial accelerometers with triaxial gyrometers, sensors such as these ones can be used to determine the position and orientation in space of mechanisms with six degrees of freedom, such as the Stewart Platform. In this work it will be developed a methodology for modeling the kinematics of parallel mechanisms based on derivatives of their jacobian matrices. This methodology is evaluated in a planar parallel mechanism of three degrees of freedom and on a Stewart Platform. With the modeling methodology validated, a control strategy based on the use of an inertial unit type sensor for controlling the position, velocity and acceleration of these mechanisms is implemented. The simulations results indicate the possibility of using these sensors in these types of equipment and point to the need to evaluate this methodology in experimental tests.

[pt] Mecanismos são essencialmente (mas não exclusivamente) compostos por vários corpos rígidos que possuem movimento relativo entre si. Cada corpo rígido está ligado através de uma junta a um ou mais corpos, sendo a sequência de corpos conectados chamada de cadeia cinemática. Cadeias cinemáticas abertas (ou em série) não têm restrições sobre uma de suas extremidades, já cadeias fechadas (ou paralelas) têm restrições em ambas as extremidades. O foco neste trabalho será dado no estudo de mecanismos com cadeias cinemáticas fechadas ou mecanismos paralelos. Assim, este trabalho apresenta a determinação da solução analítica do modelo dinâmico de um mecanismo paralelo plano com três graus de liberdade através da caracterização do fluxo de potência entre os seus componentes. A partir das relações geométricas associadas ao deslocamento dos seus graus de liberdade, as relações cinemáticas associadas às suas velocidades são determinadas. Considerando o fluxo de potência entre os graus de liberdade, e também entre estes e os elementos de atuação (atuadores lineares elétricos), as relações de equilíbrio das forças e torques são obtidas. Levando em consideração os efeitos inerciais dos componentes do sistema, a rigidez e efeitos de amortecimento, as equações de movimento ou as equações de estado são analiticamente determinadas e representadas em qualquer sistema de referência, local ou global. Além disso, as relações entre a cinemática inversa e a dinâmica direta são apresentadas. Esta abordagem adota os mesmos fundamentos, conceitos e elementos da técnica dos grafos de ligação, com a sua notação simbólica e representação gráfica. A metodologia proposta é generalizada e aplicável em qualquer tipo de mecanismo (aberto ou fechado, plano ou espacial). O modelo cinemático inverso do mecanismo de cadeia fechada, que tem uma solução fácil quando comparado com o modelo direto, pode ser desenvolvido por qualquer metodologia conhecida. Neste trabalho, a técnica da cadeia vetorial é usada para determinar o modelo geométrico inverso, e com a sua derivação, as relações cinemáticas são obtidas, e, portanto, a matriz Jacobiana inversa. Desse modo, é construída a estrutura em grafos de ligação da cinemática inversa e, a partir das relações de causa e efeito, encontra-se o modelo dinâmico direto do mecanismo. Assim, esta metodologia (grafos de ligação ou fluxo de potência) é mais eficiente e segura para determinar os modelos dinâmicos analíticos (fechados) de mecanismos paralelos. Um conjunto de simulações foi realizado para validar esta abordagem, usando os dados reais (geometria, inércia, amortecimento, forças de atuação, etc.) a partir de um mecanismo plano projetado e construído especialmente para a finalidade de comparar os resultados simulados e experimentais. Uma estratégia de controle de malha fechada usando a cinemática inversa e os modelos dinâmicos diretos é proposta. Finalmente, testes experimentais validam esta estratégia. As equações analíticas levam a um processo de simulação e controle em tempo real mais eficientes destes sistemas. / [en] Mechanisms are essentially (but not exclusively) made up of multiple rigid bodies that have relative motion between themselves. Each rigid body is connected through a joint to one or more bodies, wherein the sequence of connected bodies is called kinematic chain. Open (or serial) kinematic chains have no restrictions on one of their ends, as closed (or parallel) chains have restrictions on both ends. The focus in this work will be given on the study of mechanisms with closed kinematic chains or parallel mechanisms. Thus, this work presents the analytical form determination of the dynamic model of a parallel planar mechanism with three degrees of freedom through the characterization of the power flow between its components. From the geometrical relations associated to the displacement of their degrees of freedom, the kinematic relations associated to their speeds are determined. Considering the power flow between the degrees of freedom, and also between these and the actuating elements (linear electric actuators) the equilibrium relations of the forces and torques are obtained. Accounting for inertial effects of system components, the stiffness and damping effects, the equations of motion or the state equations are analytically determined and represented in any reference frame, local or global. Besides, the relation between the inverse kinematics and the direct dynamics is presented. This approach adopts the same fundamentals, concepts and elements of the Bond Graph Technique, with its symbolic notation and graphical representation. The proposed methodology is generalized and applicable in any type of mechanism (open or closed, planar or spatial). The inverse kinematic model of the closed chain mechanism, which has easy solution when compared to the direct model, can be developed by any known methodology. In this work, the vector loop technique is used to determine the inverse geometric model, and with its derivation, the kinematic relations are obtained, and therefore the inverse Jacobian matrix. Thereby, the inverse kinematics bond graph is built and, from the cause and effect relations, the direct dynamic model of the mechanism is found. Thus, this methodology (bond graphs or power flow) is more efficient and secure to achieve the dynamic analytical (closed) models of parallel mechanisms. A set of simulations are performed to validate this approach, using the real data (geometry, inertia, damping, actuators forces, etc.) from a planar mechanism designed and built especially for the purpose to compare the simulated and experimental results. A closed-loop control strategy using the inverse kinematic and the direct dynamic models is proposed. Finally, experimental tests validate this strategy. The analytical equations lead to a more efficient simulation process and real-time control of these systems.

[pt] O uso de juntas cardânicas ativas é restrito pela capacidade de torque de pequenos motorredutores e, atualmente, os dispositivos embarcados são obrigatórios para as aplicações robóticas. O controle dinâmico é essencial para estudar as limitações desse dispositivo, portanto, o objetivo deste estudo foi controlar a junta cardânica ativa de três graus de liberdade usando simulações numéricas e experimento em bancada de testes. O manipulador foi projetado com apenas uma junta cardânica para que a sua cinemática e dinâmica sejam exploradas; por esse motivo, a junta foi construída com sensores de carga na base e sensor de unidade de movimento inercial na parte superior do efetuador do manipulador. Além disso, foram fabricadas três placas de controle: a primeira foi projetada para controlar os três acionamentos dos motores de passo; a segunda, para ler o sensor da unidade de movimento inercial; e a última, para ler os sensores de carga. Quatro problemas foram descritos para testar os limites deste dispositivo, analisando, além da cinemática e dinâmica, o atrito do rolamento, a identificação da folga e o torque do impacto. O primeiro problema mantém a posição do efetuador do manipulador constante enquanto transmite rotação entre os eixos. O segundo problema, o efetuador recebe um caminho planejado, por exemplo, um círculo, mas não transmite rotação entre os eixos. O terceiro problema é a combinação dos movimentos anteriores, em que o efetuador transmite rotação entre os eixos, enquanto segue por um caminho planejado. Para o quarto problema: uma nova abordagem é aplicada para mover o efetuador de um ponto para outro usando rotação cônica. / [en] The use of active cardan joints is restricted by torque capacity of small motors, and currently embedded devices have been mandatory for robotic applications. The dynamic control is essential to learn the limitations of this device, thus the objective of this study is to control active cardan joints of three degrees of freedom using numerical simulations and bench experiment. The manipulator was designed with only one cardan joint to understand its kinematics and dynamics and, for this reason, it was built with load sensors on its base and inertial motion unit sensor at the top of the manipulator end-effector. Furthermore, three control boards were manufactured: the first was designed to control the three stepper motor drives, the second was designed to read the inertial motion unit sensor, and the last was designed to read the load sensors. Four problems were described to test the limits of this device, analysing not only the kinematics and dynamics, but also the bearing friction, the backlash identification, and the impact torque. The first problem keeps the position of the manipulator end-effector constant transmitting rotation between the shafts. The second problem is given a planned path to the manipulator endeffector, such as a circle, but it does not transmit rotation between the shafts. The third problem is the combination of the previous motions, where the manipulator end-effector applies the output spin, while it follows by a planned path. The fourth problem, a new approach is applied to move the manipulator end-effector from one point to another point using a conical rotation.