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[en] ANALYSIS OF CONTROL STRATEGIES FOR AUTONOMOUS SCALE MOTORCYCLES STABILIZATION AND TRAJECTORY TRACKING / [pt] ANÁLISE DE ESTRATÉGIAS DE CONTROLE PARA ESTABILIZAÇÃO E ACOMPANHAMENTO DE TRAJETÓRIAS DE MOTOCICLETAS AUTÔNOMAS EM ESCALA

MARILIA MAURELL ASSAD 13 August 2018 (has links)
[pt] Veículos autônomos são um problema recente, com aplicação em carros e motocicletas ainda nos estágios iniciais. Além das dificuldades inerentes de fazer um veículo mover-se independentemente, a motocicleta autônoma deve permanecer estável em qualquer velocidade e trajetória. O objetivo principal deste trabalho é desenvolver uma motocicleta elétrica autônoma com sistema de instrumentação de baixo custo. Para tanto, foi analisado um modelo dinâmico de motocicleta, capaz de reproduzir o comportamento real e permitindo a implementação de estratégias de controle linear em tempo real. O controlador tem dois objetivos diferentes: manter a motocicleta estável e seguir uma trajetória desejada, de forma autônoma. Experimentos foram realizados com a motocicleta de escala reduzida com o objetivo de caracterizar seus elementos; as estratégias de controle propostas foram simuladas com o modelo dinâmico ajustado. Por fim, os algoritmos de controle são aplicados ao sistema real através de uma plataforma atuada capaz de reproduzir a dinâmica de veículos de duas rodas. O presente trabalho é uma ferramenta para o ensino de engenharia, envolvendo estudantes de diferentes níveis em torno de um problema complexo. O sistema permite uma aprendizagem contínua com dificuldade crescente, envolvendo temas como dinâmica de multicorpos; análise de resultados através de simulações de software; eletrônica e filtros na instrumentação embutida e técnicas de controle para manter o sistema estável em todos os caminhos desejados, culminando na aplicação experimental dos conceitos citados. / [en] Autonomous vehicles are an interesting and recent problem, with its application in cars and motorcycles still in its early stages. In addition to the inherent difficulties in making a vehicle move independently, the autonomous motorcycle has to be able to remain stable at any speed and trajectory. The vehicle s stability can be achieved by different solutions and control techniques. The main objective of this work is to develop an autonomous electric motorcycle with low cost sensing system. For this, a dynamic model of two-wheeled vehicles is analyzed, capable of describing the dynamic behavior while being simple enough to allow the implementation of real-time linear control strategies. The controller has two different objectives: to maintain the motorcycle stable and to follow a desired trajectory, in an autonomous way. Experiments were carried out with the small scale motorcycle aiming to characterize its elements for the theoretical model; then the proposed control strategies were simulated with the adjusted dynamic model. Finally, the control algorithms are applied to the real system through an actuated platform capable of reproducing the dynamic behavior of single-track vehicles. At last, the present work is a tool for teaching engineering, involving multilevel students around a complex, but familiar, problem. The system allows for continuous learning with increasing difficulty, involving multibody dynamics, experimental results analysis via software simulations, electronics and filters present in the embedded instrumentation and many control techniques to keep the system stable in every desired path, culminating in the experimental application of cited concepts.
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[pt] MODELAGEM E CONTROLE CINEMÁTICO DE UM ROBÔ MÓVEL PARA NAVEGAÇÃO AUTÔNOMA EM CAMPOS AGRÍCOLAS / [en] MODELING AND KINEMATIC CONTROL OF A MOBILE ROBOT FOR AUTONOMOUS NAVIGATION IN AGRICULTURAL FIELDS

ADALBERTO IGOR DE SOUZA OLIVEIRA 25 February 2021 (has links)
[pt] Nos últimos anos, os robôs móveis têm emergido como uma solução alternativa para o aumento do nível de automação e mecanização na agricultura. Neste contexto, o foco da agricultura de precisão é a otimização do uso de insumos, redução de perdas nas lavouras, redução do desperdício de água e melhorar a produtividade em áreas cada vez menores, tornando a produção mais eficiente e sustentável. Os robôs agrícolas, ou AgBots podem ser controlados remotamente ou atuar de forma autônoma, utilizando diferentes sistemas de locomoção, bem como serem equipados com atuadores e sensores que lhes permitem realizar diversas tarefas agrícolas, tais como plantio, colheita, poda, fenotipagem, monitoramento e coleta de dado, entre outros. Neste trabalho será realizado um estudo em robôs móveis com rodas direcionado para os modelos de tração diferencial e no modelo similar ao carro (com atuação do sistema de direção) e suas aplicações em navegação autônoma em ambientes agrícolas. A modelagem e o projeto de controle baseiam-se em técnica clássicas e avançadas, utilizando abordagens de controle robusto por modo deslisante, tanto de primeira como de segunda ordens (Super Twisting Algorithm) para lidar com incertezas e interferências externas, comumente encontradas no tipo de ambiente agrícola a que se destina. Teste de verificação e validação são realizados através de simulações numéricas (MATLAB) e em ambiente de virtualização 3D (Gazebo). Testes experimentais preliminares são incluídos para ilustrarem as possibilidades de aplicação das metodologias de controle propostas em um ambiente real. Conclusões a respeito do trabalho são apresentadas, desenvolvendo uma discussão sobre os seus pontos mais relevantes, bem como sobre as perspectivas de melhorias futuras e pontos que ainda podem ser melhor pesquisados. / [en] In the last years, mobile robots have emerged as an alternative solution for increasing the levels of automation and mechanization in agricultural fields. In this context, the key idea of precision agriculture is to optimize the use of production inputs, crop losses, waste of water and to increase the crop production in small areas, in an efficient and sustainable manner. Agricultural robots or AgBots may be autonomous or remotely controlled, being endowed with different types of locomotion apparatus, actuation and sensory systems, as well as specialized tools which enable them to carry out a number of agricultural tasks such as, seeding, pruning, harvesting, phenotyping, monitoring and data collection. In this work, we perform a study on two type of wheeled mobile robots (i.e., differential-drive and car-like) and their application for autonomous navigation in agricultural fields. The modeling and control design is based on classical and advanced approaches, using robust control approaches such as Sliding Mode Control (first order) and Super Twisting Algorithm (second order) to deal with parametric uncertainties and external disturbances, commonly founded in agricultural fields. Verification and validation are carried out by means of numerical simulations in MATLAB and 3D computer simulations in Gazebo. Preliminary experimental tests are included to illustrate the performance and feasibility of the proposed modeling and control methodologies. Concluding remarks and perspectives are presented to summarize the strengths and weaknesses of the proposed solution and to suggest the scope for future improvements.
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[en] COMPUTED-TORQUE CONTROL OF A SIMULATED BIPEDAL ROBOT WITH LOCOMOTION BY REINFORCEMENT LEARNING / [pt] CONTROLE POR TORQUE COMPUTADO DE UM ROBÔ BÍPEDE SIMULADO COM LOCOMOÇÃO VIA APRENDIZADO POR REFORÇO

CARLOS MAGNO CATHARINO OLSSON VALLE 27 October 2016 (has links)
[pt] Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um controle híbrido de um robô do tipo humanoide Atlas em regime de locomoção estática para a frente. Nos experimentos faz-se uso do ambiente de simulação Gazebo, que permite uma modelagem precisa do robô. O sistema desenvolvido é composto pela modelagem da mecânica do robô, incluindo as equações da dinâmica que permitem o controle das juntas por torque computado, e pela determinação das posições que as juntas devem assumir. Isto é realizado por agentes que utilizam o algoritmo de aprendizado por reforço Q-Learning aproximado para planejar a locomoção do robô. A definição do espaço de estados, que compõe cada agente, difere da cartesiana tradicional e é baseada no conceito de pontos cardeais para estabelecer as direções a serem seguidas até o objetivo e para evitar obstáculos. Esta definição permite o uso de um ambiente simulado reduzido para treinamento, fornecendo aos agentes um conhecimento prévio à aplicação no ambiente real e facilitando, em consequência, a convergência para uma ação dita ótima em poucas iterações. Utilizam-se, no total, três agentes: um para controlar o deslocamento do centro de massa enquanto as duas pernas estão apoiadas ao chão, e outros dois para manter o centro de massa dentro de uma área de tolerância de cada um dos pés na situação em que o robô estiver apoiado com apenas um dos pés no chão. O controle híbrido foi também concebido para reduzir as chances de queda do robô durante a caminhada mediante o uso de uma série de restrições, tanto pelo aprendizado por reforço como pelo modelo da cinemática do robô. A abordagem proposta permite um treinamento eficiente em poucas iterações, produz bons resultados e assegura a integridade do robô. / [en] This dissertation presents the development of a hybrid control for an Atlas humanoid robot moving forward in a static locomotion regime. The Gazebo simulation environment used in the experiments allows a precise modeling of the robot. The developed system consists of the robot mechanics modeling, including dynamical equations that allow the control of joints by computed-torque and the determination of positions the joints should take. This is accomplished by agents that make use of the approximate Q-Learning reinforcement learning algorithm to plan the robot s locomotion. The definition of the state space that makes up each agent differs from the traditional cartesian one and is based on the concept of cardinal points to establish the directions to be followed to the goal and avoid obstacles. This allows the use of a reduced simulated environment for training, providing the agents with prior knowledge to the application in a real environment and facilitating, as a result, convergence to a so-called optimal action in few iterations. Three agents are used: one to control the center of mass displacement when the two legs are poised on the floor and other two for keeping the center of mass within a tolerance range of each of the legs when only one foot is on the ground. In order to reduce the chance of the robot falling down while walking the hybrid control employs a number of constraints, both in the reinforcement learning part and in the robot kinematics model. The proposed approach allows an effective training in few iterations, achieves good results and ensures the integrity of the robot.
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[en] DIMENSIONING SAFETY STOCK OF OIL PRODUCTS: METHODOLOGY AND A CASE STUDY / [pt] DIMENSIONAMENTO DE ESTOQUE DE SEGURANÇA DE DERIVADOS DE PETRÓLEO: METODOLOGIA E UM ESTUDO DE CASO

EMILIA DE VASCONCELOS BARBETTA 07 October 2008 (has links)
[pt] Nesta dissertação são apresentados dois modelos de estoque aplicados ao sistema de controle de estoques (Q, R), que envolve a definição do tamanho de lote a ser encomendado a cada vez e a ocasião de encomendar. Esses modelos têm como objetivo a minimização do custo total anual formado pelo custo de encomendar, de manter e de falta de estoque. Os modelos são testados na sua forma completa e com aproximações sugeridas por diversos autores e, em seguida, os resultados são comparados. Além disso, é desenvolvida uma formulação que busca simplificar a identificação dos casos reais que podem utilizar as aproximações sugeridas para estes modelos. Um dos modelos é utilizado para definir níveis ótimos de estoque de derivados de petróleo em uma refinaria da Petrobras e os resultados são comparados com níveis de estoque praticados hoje pela empresa. / [en] This dissertation presents two inventory models applied to the continuous review, order-point, order-quantity (Q, R), that define a fixed quantity to be ordered and the occasion to order. The objective is to minimize the total annual cost comprised by setup, backorder/stockout and holding costs. First, these models are tested with their complete formulation and compared with approximations proposed by many authors. Second, it is developed a formulation to facilitate the identification of real cases where approximation is recommended. Finally one of these models is applied to define optimum inventory levels of oil products in a Petrobras` refinery and results are compared with the level of inventory the company now holds.
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[en] DESIGN OF AN INTAKE AIR CONDITIONER FOR ENGINE TESTING / [pt] PROJETO DE UM CONDICIONADOR DO AR DE ADMISSÃO PARA TESTES DE MOTORES

MARVIN ALDO CHANCAN LEON 09 October 2012 (has links)
[pt] Os laboratórios projetados para testes de motores de combustão interna trabalham sob normas que especificam métodos de ensaios aplicados à avaliação do desempenho do motor. Um motor veicular testado em um dinamômetro de bancada possui equipamentos auxiliares necessários para garantir condições de ensaio específicas, tal como a temperatura do ar de admissão, que deve ser mantida dentro dos valores indicados nas condições-padrão de referência da aplicação pretendida. Diante deste cenário, é evidente a importância de um estudo dos sistemas de condicionamento presentes nas salas de testes de motores. Esta dissertação apresenta o projeto, dimensionamento e simulação de um sistema de condicionamento que controla a temperatura e umidade do ar de admissão para realização de testes de motores de combustão dispostos em dinamômetros de bancada, independente das condições ambientais. A modelagem dinâmica do condicionador de ar e seus componentes (trocador de calor de água gelada, aquecedor elétrico e umidificador) foi implementada no EES. O sistema de controle PID com dois esquemas de ajuste de ganhos (utilizando a fórmula de Ziegler-Nichols, e auto-sintonizado on-line por um sistema supervisório fuzzy) foi desenhado no MATLAB. Para avaliar o desempenho do condicionador e do seu sistema de controle foi estabelecida uma comunicação através do intercâmbio dinâmico de dados entre o MATLAB e o EES. Um estudo de simulação comparativa entre ambos esquemas de ajuste dos controladores, mostra que a estratégia de controle fuzzy supervisório PID proposta permite obter um melhor desempenho dinâmico do sistema condicionador, em termos de estabilidade diante variações tanto na vazão quanto nas condições do ar de admissão, segundo os resultados obtidos na simulação com dados experimentais de um motor Diesel testado sob o ciclo de ensaios dos 13 modos em estado estacionário (ESC test) para certificação de emissões. / [en] Engine testing laboratories designed for automotive vehicles operate under standards that specify test methods used to evaluate the performance of internal combustion engines. A vehicle engine tested on a dynamometer bench has auxiliary equipment required in order to ensure the test conditions, such as intake air temperature which must be maintained within the specified values by standard reference conditions of the intended application. Given this backdrop, it is clear the importance of study of conditioning systems present in engine test facilities. This dissertation presents the design, implementation and simulation of a conditioning system that controls temperature and humidity of the intake air for testing of combustion engines arranged in a dynamometer bench, regardless of ambient conditions. The dynamical modelling of the air conditioner and its components (chilled water heat exchanger, electric heater and humidifier) was implemented in EES. The PID control system with two gains adjustment schemes (using the Ziegler-Nichols formula, and self-tuned on-line with a fuzzy supervisory system) was designed in MATLAB. The conditioning unit performance and its control system was assessed using a communication established through of the dynamic data exchange between EES and MATLAB. A comparative simulation study on both schemes for tuning of controllers shows that the use of the PID supervisory fuzzy control strategy proposed allows for considerable improvements in dynamic performance of the system, in terms of stability on both variation in flow rate and conditions of the intake air, according to the results obtained in the simulation with experimental data of a heavy-duty Diesel engine over the test cycle 13 steady state modes (ESC test) for emission certification.
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[en] INTERDEPENDENCE OF VOLTAGE CONTROL EQUIPMENTS: COHERENCY ASSESSMENT IN THE POWER FLOW PROBLEM / [pt] AVALIAÇÃO DA COERÊNCIA ENTRE DISPOSITIVOS DE CONTROLE NO PROBLEMA DE FLUXO DE POTÊNCIA

JAVIER ORTEGA SOTOMAYOR 29 August 2012 (has links)
[pt] Com o aumento do número de dispositivos de controle representados nos casos práticos, pode ser verificado o aparecimento de interações entre suas ações de controle. Quando estas interações não são coordenadas podem ocasionar a diminuição da eficiência do método de Newton-Raphson no problema de fluxo de potência, resultando em convergências lentas e frequentemente soluções oscilatórias ou até mesmo a divergência do método. Uma adequada identificação destas interações pode contribuir para tomar as medidas corretivas necessárias e assim evitar este tipo de problema. Com esse objetivo, identificam-se as interações entre múltiplos dispositivos de controle (mais de dois equipamentos de controle) a partir da análise dos autovalores e fatores de participação da matriz de sensibilidade de controles denominada [MSC]. Esta matriz, elaborada com base num modelo alternativo para a representação do controle de tensão local das barras PV, é obtida da redução da matriz Jacobiana expandida do problema de fluxo de potência. Dentro deste contexto, se verifica a presença de autovalores que apresentam informações similares sobre os dispositivos de controle com fortes interações entre suas ações de controle, desenvolvendo-se assim, um método baseado no conceito de colinearidade capaz de identificar e agrupar estes autovalores. Os resultados da avaliação do método desenvolvido aplicado em sistemas de pequeno e grande porte mostram a relevância e a viabilidade da utilização prática dos desenvolvimentos propostos neste trabalho. / [en] The increasing number of control devices represented in practical cases, we can see the appearance of interactions between their control actions. When these interactions are not coordinated (conflict), the efficiency of Newton- Raphson method decrease to the power flow problem, the convergence is slow and the solutions are oscillatory. A correct identification of these interactions can help to take corrective actions and thus avoid this problem. With this objective, the identification of interactions between control devices (more than 2 control equipment) is established from the modal analysis of the sensitivity matrix [MSC]. This sensitivity matrix [MSC] is developed in based to alternative model to represent the local voltage control of the PV buses. This [MSC] is obtained from the reduction of the Jacobean matrix expanded of power flow problem. Within this context, it also checks for the presence of eigenvalues that have similar information about the significant interactions between control devices, thus developing a method based on the use index of sensitivity matrix [MSC] and concept of collinearity able to identify and group these eigenvalues. The results of the evaluation method applied to systems designed for small and large show the relevance and feasibility of practical use of proposed developments in this work.
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[en] FIVE DEGREE-OF-FREEDOM HAPTIC INTERFACE FOR TELEOPERATION OF ROBOTIC MANIPULATORS / [pt] INTERFACE HAPTICA DE CINCO GRAUS DE LIBERDADE PARA TELEOPERACAO DE MANIPULADORES ROBÓTICOS

NILTON ALEJANDRO CUELLAR LOYOLA 18 February 2013 (has links)
[pt] O sucesso de diversas tarefas de teleoperacao depende muito da habilidade do operador e de sua capacidade de perceber o ambiente de trabalho. A realimentacao visual em muitos casos nao e suficiente, por exemplo quando a qualidade da imagem do ambiente de trabalho e baixa, quando ocorrem oclusoes na visualizacao, ou quando a tarefa envolve forcas de contato associadas a folgas pequenas visualmente imperceptıveis. Para compensar essas deficiencias, os dispositivos hapticos surgem como uma alternativa a realimentacao visual, ao interagir com o usuario atraves do tato, produzindo uma sensacao de forca. Esta dissertacao apresenta o desenvolvimento e modelagem de um sistema de interface haptica de cinco graus de liberdade para a teleoperacao de robos manipuladores, com foco naqueles que realizam trabalhos em ambientes perigosos ou hostis ao ser humano. A interface e desenvolvida a partir do acoplamento de dois dispositivos hapticos comerciais Novint Falcon, de tres graus de liberdade cada. O sistema resultante do acoplamento e modelado como um manipulador paralelo, capaz de fornecer ao operador, realimentacao de forca 3D (em tres direcoes) e realimentacao de torque em duas direcoes. Para demonstrar a eficiencia do sistema haptico desenvolvido, um ambiente virtual e implementado com o auxılio de tecnicas de computacao grafica e bibliotecas como OpenGL, ODE e Chai3D. Os modelos cinematico e dinamico de um manipulador serial Schilling Titan IV, de seis graus de liberdade, sao implementados no ambiente virtual, incluindo sua interacao com objetos (virtuais) do ambiente de teleoperacao. Controladores nao lineares sao implementados no manipulador serial virtual, incluindo controle de torque computado, robusto, e por modos deslizantes. / [en] The success of many teleoperation tasks depends heavily on the skills of the operator and his ability to perceive the work environment. Visual feedback, in many cases, is not sufficient e.g. when the image quality of the work environment is low, occlusions occur in the display, or when the task involves contact forces associated with visually unnoticeable small clearances. To compensate for these shortcomings, haptic devices emerge as an alternative to visual feedback, in which touch interaction with the user produces force-feedback. This thesis presents the development and modeling of a haptic interface system of five degrees of freedom for the teleoperation of robot manipulators, focusing on those that work in hazardous or hostile environments for humans. The interface is developed from the coupling of two commercial haptic devices Novint Falcon, with three degrees of freedom each. The system resulting from the coupled devices is modeled as a parallel manipulator capable of providing the operator with 3D force feedback (in three dimensions) and torque feedback in two directions. To demonstrate the effectiveness of the developed haptic system, a virtual environment is implemented with the aid of computer graphics techniques and libraries such as OpenGL, ODE and Chai3D. The kinematic and dynamic models of a serial manipulator Schilling Titan IV, with six degrees of freedom, are implemented in the virtual environment, including its interaction with virtual objects for the evaluation of typical teleoperation tasks. Nonlinear controllers are implemented in the virtual serial manipulator, including computed torque and sliding mode control.
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[en] SRAP: A NEW AUTHENTICATION PROTOCOL FOR SEMANTIC WEB APPLICATIONS / [pt] SRAP: UM NOVO PROTOCOLO PARA AUTENTICAÇÃO EM APLICAÇÕES VOLTADAS PARA WEB SEMÂNTICA

MARCIO RICARDO ROSEMBERG 30 April 2015 (has links)
[pt] Normalmente, aplicações semânticas utilizam o conceito de linked data, onde é possível obter dados de diversas fontes e em múltiplos formatos. Desta forma, as aplicações semânticas processam muito mais dados do que as aplicações tradicionais. Uma vez que nem todas as informações são públicas, alguma forma de autenticação será imposta ao usuário. Consultar dados de múltiplas fontes pode requerer muitos pedidos de autenticação, normalmente através de uma combinação de conta de usuário e senha. Tais operações consomem tempo e, considerando-se o tempo extra que uma aplicação semântica leva para processar os dados coletados, pode tornar a experiência frustrante e incômoda para os usuários, devendo ser minimizado, sempre que possível. O propósito desta dissertação é o de analisar e comparar as técnicas de autenticação disponíveis para as aplicações semânticas e propor um protocolo mais rápido e mais seguro para autenticação em aplicações semânticas. / [en] Usually, Linked Data makes Semantic Web Applications query much more information for processing than traditional Web applications. Since not all information is public, some form of authentication may be imposed on the user. Querying data from multiple data sources might require many authentication prompts. Such time consuming operations, added to the extra amount of time a Semantic Web application needs to process the data it collects might be frustrating to the users and should be minimized. The purpose of this thesis is to analyze and compare several Semantic Web authentication techniques available, leading to the proposal of a faster and more secure authentication protocol for Semantic Web Applications.
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[en] ATTITUDE CONTROL OF AN ELECTRIC ROBOTIC VEHICLE DURING BALLISTIC MOTION / [pt] CONTROLE DE ATITUDE DE UM VEÍCULO ROBÓTICO ELÉTRICO EM FASE BALÍSTICA

PEDRO FERREIRA DA COSTA BLOIS DE ASSIS 03 June 2014 (has links)
[pt] Controle de estabilidade é uma técnica aplicada para aumentar a segurança em veículos automotivos. Ele compreende não apenas controle de guinada como controle de rolagem, principalmente em veículos altos como caminhões. Uma tendência na indústria automobilística já consagrada em sistemas robóticos de exploração são os veículos elétricos que possuem motores elétricos independentes em cada roda. Sua característica de não emitir qualquer poluente os torna ambientalmente atraentes e, devido à forma de atuação, tendem a ser mecanicamente menos complexos. Os controles de estabilidade atuais visam prevenir que o veículo chegue a uma situação de instabilidade. No entanto, veículos em alta velocidade que encontrem obstáculos nos terrenos podem perder o contato com o solo. Nessa situação, os controles de estabilidade atuais nada podem fazer para garantir um retorno seguro para o terreno. Este trabalho apresenta um algoritmo de detecção de descolamento da roda para identificação do início da fase balística e consequente determinação da ação necessária para aumentar as chances de um retorno seguro ao chão. São usados apenas sensores de corrente e velocidade dos motores para a detecção. O controle por roda de reação é aplicado ao veículo para estabilização durante a fase balística. O algoritmo também é capaz de estimar o torque externo aplicado sobre a roda usando os mesmo sensores utilizados para o controle de torque dos motores, tornando a técnica uma ferramenta sem custos adicionais ao sistema. Os algoritmos de controle e detecção apresentados foram testados experimentalmente e em um simulador desenvolvido para a pesquisa usando o modelo de um veículo robótico de sessenta quilogramas com quatro rodas independentes atuadas por meio de motores elétricos de corrente contínua. Os resultados obtidos mostram o potencial da técnica para futuras aplicações. / [en] Stability control is a known algorithm used to increase safety in passenger vehicles. It comprises not only yaw control but rollover as well, mainly in vehicles with high centers of gravity. Another already established trend in the automobile industry are electric vehicles with independently driven wheels. Its zero-emitting qualities have made them environmentally attractive and, due to their drivetrain design, they tend to be mechanically less complex. Stability controls used nowadays work to prevent the vehicle from reaching unstable situations. Nonetheless, high speed vehicles hitting obstacles may lose contact with the ground. In these situations, none of the existing stability controls can guarantee safe landing during ballistic motion. This work presents an algorithm for flying wheel detection to help identify ballistic motion tendencies and therefore determine the appropriate action to increase the odds of a safe landing. Current sensors and encoders are used by the algorithm. A reaction wheel based control is proposed to stabilize and adjust the pitch angle during ballistic motion and set up the vehicle to a better position to return to land. The flying wheel detection algorithm can also estimate external torques acting on the wheel using the same sensors already installed in the motor for current control, making it a costless technique. The detection algorithm and pitch control algorithm presented were tested experimentally and in a simulator developed for the research. The results show the potential of the algorithms presented for future implementations.
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[en] TRACTION CONTROL TO MOBILE ROBOTIC SYSTEMS IN ROUGH TERRAIN / [pt] MODELAGEM DE SISTEMAS ROBÓTICOS MÓVEIS PARA CONTROLE DE TRAÇÃO EM TERRENOS ACIDENTADOS

ALEXANDRE FRANCISCO BARRAL SILVA 13 December 2007 (has links)
[pt] Em terrenos acidentados é crítico para robôs móveis manter uma adequada tração nas rodas, pois um excessivo deslizamento das mesmas pode fazer o robô capotar ou desviar da rota desejada. Também, se uma força excessiva é aplicada sobre uma região do terreno, pode levar o mesmo a ceder deixando as rodas presas. Para se evitar os problemas acima citados e ainda otimizar o consumo de energia em terrenos planos, a presente dissertação desenvolveu um controle de tração para terrenos acidentados com o intuito de aplicá- lo ao Robô Ambiental Híbrido (RAH) da Petrobrás. O RAH é um robô móvel anfíbio que está em fase de desenvolvimento no Laboratório de Robótica do CENPES (Petrobras), que poderá ser comandado por um operador ou se deslocar autonomamente. Esse robô faz parte do projeto Cognitus, braço tecnológico do projeto Piatam (Potenciais Impactos e Riscos Ambientais da Indústria de Óleo e Gás na Amazônia), e será aplicado na monitoração e coleta de dados do meio ambiente de dois gasodutos da Petrobrás na região Amazônica, o gasoduto Urucu (AM)- Porto Velho (RO) e o gasoduto Coari (AM) - Manaus (AM). A técnica de controle de tração de veículos robóticos em terrenos acidentados desenvolvida visa controlar a velocidade ao mesmo tempo em que garante a estabilidade dinâmica, não deslizamento das rodas, evita a saturação dos motores, e em certas condições ainda permite minimizar a potência requerida através do conhecimento dos ângulos de contato entre as rodas e o terreno. Foram feitas duas modelagens independentes, uma considerando a suspensão do robô flexível e a outra considerando o veículo robótico como um corpo rígido, sendo ambas para o caso plano (2D).Foram realizadas simulações em terrenos suaves e acidentados, as quais comprovaram a eficácia das técnicas de controle propostas. / [en] Abstract Silva, Alexandre F. Barral Silva; Meggiolaro, Marco Antonio. Traction Control to Mobile Robotic Systems in Rough Terrain. Rio de Janeiro, 2004. 194 p. MSc. Thesis - Departamento de Engenharia Mecânica, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. In rough terrain it is critical for mobile robots to maintain adequate wheel traction, because excessive sliding could cause the robot to roll over or deviate from its intended path. Also, if an excessive force is applied onto the terrain, the soil may fail and trap the robot wheels. To avoid these problems, and also minimize the power consumption on even terrain, the present work develops a rough terrain traction control to be applied to the Hybrid Environmental Robot (HER) from Petrobras. The HER is an amphibious mobile robot developed by the Robotics Laboratory from CENPES (Petrobras). It can be commanded by an operator or autonomously. This robot is part of the Cognitus Project, technological branch of the Piatam project (Potential Impacts and Environmental Risks of the Oil and Gas Industry in the Amazon). It will be used for monitoring and environmental data collecting along two gas pipelines in the Amazon region, the Urucu (AM) - Porto Velho (RO) and the Coari (AM) - Manaus (AM). The developed traction control of robotic vehicles in rough terrain aims to control the speed at the same time that it guarantees dynamic stability, no slip of the wheels, prevents motor saturation, and under certain conditions it may also allow for the minimization of the required power. This control needs the knowledge of the current state of the robot, including the contact angles between its wheels and the terrain. Two independent 2D models have been proposed, one including the suspension compliance and one considering the robotic vehicle as a rigid body. Simulations have been performed in even and rough terrains, proving the effectiveness of the proposed control techniques.

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