As arquiteturas Dataflow apresentam características baseadas em um modelo cujo controle de execução e feito pela disponibilidade dos dados, possibilitando a exploração de paralelismo implícito em um programa. Para contextualizar o trabalho, são apresentadas as principais implementações em fluxo de dados. Este trabalho estuda a distribuição da ocorrência de instruções em Grafos de Dependência de Dados da arquitetura Wolf desenvolvida no IFSC. O estudo realizado concluiu que existe urna grande concentração na utilização das instruções por parte dessa arquitetura: das cento e uma instruções da maquina, cinco apresentam, em media, de trinta por cento a cinqüenta por cento do total. Essa popularidade de instruções ocorre em todas as formas de analise e para todos os benckmarks investigados. Os resultados desse trabalho fornecem uma base para a implementação mais eficiente dessas arquiteturas, e indicam que qualquer mecanismo que explore essa popularidade, produzirá ganho / The Dataflow architecture presents characteristics based on a model in which execution control is done by the data availability, making the exploitation of the implicit parallelism possible in a program. The main implementation in data flux is showed, having in view to put it inside the work\'s context. This work studies the distribution of the occurrence of the instructions in Graphs of Data Dependence of the Wolf architecture developed at IFSC. The present study concluded that there is a large concentration on the utilizations of the instructions in this architecture: from the one hundred and one instructions of the machine, five present, in average, from thirty to fifty per cent of the total. This popularity of instructions occurs in all forms of analysis and for all investigated benckmarks. The results of this work furnish a base for a more efficient implementation of these architectures and they indicate that any mechanism, which explores this popularity, will produce gains

Este trabalho aborda o emprego de arquiteturas paralelas para a geração realística de imagens gráficas de objetos tridimensionais, voltada para aplicações de modelagem de sólidos e animação, a tempo real. Inicialmente são apresentados os aspectos teóricos relevantes h geração de imagens de sólidos com realismo. Ap6s isso, alguns artigos sobre projetos de arquiteturas especiais para geração de imagens tridimensionais a tempo real são exemplificados e discutidos. Por fim, é apresentado o desenvolvimento do GIRTD, um projeto baseado no emprego de arquiteturas especiais para a geração de imagens de sólidos a tempo real. E dada uma ênfase especial ao projeto do DDA, responsável pelo calculo dos pixels para preenchimento rápido da imagem, com sombreamento continuo, remoção de partes ocultas e antialiasing. / This work discusses the use of parallel architecture for realistic 3-D graphic image rendering, for real-time modelling and animation systems. Initially it presents the theory related to realistic solid image generation. Then some architecture projects for real time 3-D image generation are presented and discussed. Finally the development of a real-time 3-D system for image generation, the GIRTD, is presented. A more intensive attention is given to the DDA project, which performs the pixel calculus for fast image filling with continous shading, hidden surface removal, and antialiasing.

Este trabalho aborda o emprego de arquiteturas paralelas para a geração realística de imagens gráficas de objetos tridimensionais, voltada para aplicações de modelagem de sólidos e animação, a tempo real. Inicialmente são apresentados os aspectos teóricos relevantes h geração de imagens de sólidos com realismo. Ap6s isso, alguns artigos sobre projetos de arquiteturas especiais para geração de imagens tridimensionais a tempo real são exemplificados e discutidos. Por fim, é apresentado o desenvolvimento do GIRTD, um projeto baseado no emprego de arquiteturas especiais para a geração de imagens de sólidos a tempo real. E dada uma ênfase especial ao projeto do DDA, responsável pelo calculo dos pixels para preenchimento rápido da imagem, com sombreamento continuo, remoção de partes ocultas e antialiasing. / This work discusses the use of parallel architecture for realistic 3-D graphic image rendering, for real-time modelling and animation systems. Initially it presents the theory related to realistic solid image generation. Then some architecture projects for real time 3-D image generation are presented and discussed. Finally the development of a real-time 3-D system for image generation, the GIRTD, is presented. A more intensive attention is given to the DDA project, which performs the pixel calculus for fast image filling with continous shading, hidden surface removal, and antialiasing.

Este trabalho aborda o emprego de arquiteturas paralelas para a geração realística de imagens gráficas de objetos tridimensionais, voltada para aplicações de modelagem de sólidos e animação, a tempo real. Inicialmente são apresentados os aspectos teóricos relevantes h geração de imagens de sólidos com realismo. Ap6s isso, alguns artigos sobre projetos de arquiteturas especiais para geração de imagens tridimensionais a tempo real são exemplificados e discutidos. Por fim, é apresentado o desenvolvimento do GIRTD, um projeto baseado no emprego de arquiteturas especiais para a geração de imagens de sólidos a tempo real. E dada uma ênfase especial ao projeto do DDA, responsável pelo calculo dos pixels para preenchimento rápido da imagem, com sombreamento continuo, remoção de partes ocultas e antialiasing. / This work discusses the use of parallel architecture for realistic 3-D graphic image rendering, for real-time modelling and animation systems. Initially it presents the theory related to realistic solid image generation. Then some architecture projects for real time 3-D image generation are presented and discussed. Finally the development of a real-time 3-D system for image generation, the GIRTD, is presented. A more intensive attention is given to the DDA project, which performs the pixel calculus for fast image filling with continous shading, hidden surface removal, and antialiasing.

As arquiteturas Dataflow apresentam características baseadas em um modelo cujo controle de execução e feito pela disponibilidade dos dados, possibilitando a exploração de paralelismo implícito em um programa. Para contextualizar o trabalho, são apresentadas as principais implementações em fluxo de dados. Este trabalho estuda a distribuição da ocorrência de instruções em Grafos de Dependência de Dados da arquitetura Wolf desenvolvida no IFSC. O estudo realizado concluiu que existe urna grande concentração na utilização das instruções por parte dessa arquitetura: das cento e uma instruções da maquina, cinco apresentam, em media, de trinta por cento a cinqüenta por cento do total. Essa popularidade de instruções ocorre em todas as formas de analise e para todos os benckmarks investigados. Os resultados desse trabalho fornecem uma base para a implementação mais eficiente dessas arquiteturas, e indicam que qualquer mecanismo que explore essa popularidade, produzirá ganho / The Dataflow architecture presents characteristics based on a model in which execution control is done by the data availability, making the exploitation of the implicit parallelism possible in a program. The main implementation in data flux is showed, having in view to put it inside the work\'s context. This work studies the distribution of the occurrence of the instructions in Graphs of Data Dependence of the Wolf architecture developed at IFSC. The present study concluded that there is a large concentration on the utilizations of the instructions in this architecture: from the one hundred and one instructions of the machine, five present, in average, from thirty to fifty per cent of the total. This popularity of instructions occurs in all forms of analysis and for all investigated benckmarks. The results of this work furnish a base for a more efficient implementation of these architectures and they indicate that any mechanism, which explores this popularity, will produce gains

Esta dissertação aborda a caracterização mecânica de um robô manipulador paralelo de 3 graus de liberdade. A topologia do manipulador corresponde a um mecanismo de estrutura cinemática paralela, cujo efetuador é capaz de realizar 3 deslocamentos lineares no espaço tridimensional. A tecnologia associada ao controle de robôs de estrutura cinemática serial encontra-se bastante madura. No entanto, o mesmo não se dá nos robôs paralelos. Para que se avance no domínio do controle de trajetória destes robôs é necessária a sua caracterização mecânica, a qual fornecerá os subsídios para identificação paramétrica, calibração de modelos, ajuste de ganhos dos controladores, etc. Especificamente, a caracterização mecânica neste trabalho teve por objetivo o levantamento experimental dos erros de posicionamento do efetuador com relação a exatidão e repetibilidade, sua rigidez sob a ação de cargas externas, bem como das frequências naturais do sistema. Os ensaios realizados foram executados no robô Laila, que é um protótipo físico de um robô manipulador, desenvolvido pelo Departamento de Engenharia Mecatrônica e Sistemas Mecânicos da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. A dissertação apresenta como resultados os mapeamentos dos erros de posicionamento do efetuador, a rigidez sob a ação de cargas externas, bem como suas frequências naturais, ao longo do espaço de medição. A seguir, apresenta-se uma discussão da consistência dos valores obtidos para estas propriedades. Por fim, é feita uma análise sobre a influência das folgas mecânicas sobre os índices de desempenho do robô. / This dissertation deals with the mechanical characterization of a parallel manipulator robot of 3 degrees of freedom. The topology of the manipulator corresponds to a mechanism of parallel kinematic structure, whose effector is capable of performing 3 linear displacements in the three-dimensional space. The technology associated with the control of robots of serial kinematic structure is quite mature. However, the same is not true of parallel robots. In order to advance in the field of control of trajectory of these robots it is necessary to characterize them mechanically, which will provide the subsidies for parametric identification, calibration of models, adjustment of gains of the controllers, etc. Specifically, the mechanical characterization in this work had as objective the experimental study of the positioning errors of the effector in relation to the accuracy and repeatability, its rigidity under the action of external loads, as well as the natural frequencies of the system. The tests were performed in the Laila robot, which is a physical prototype of a manipulator robot, developed by the Department of Mechatronics Engineering and Mechanical Systems of the Polytechnic School of the University of São Paulo. The dissertation presents as results the mappings of the positioning errors of the effector, the rigidity under the action of external loads, as well as their natural frequencies, along the measurement space. The following is a discussion of the consistency of the values obtained for these properties. Finally, an analysis is made on the influence of the mechanical gaps on the performance indexes of the robot.

Esta dissertação aborda a caracterização mecânica de um robô manipulador paralelo de 3 graus de liberdade. A topologia do manipulador corresponde a um mecanismo de estrutura cinemática paralela, cujo efetuador é capaz de realizar 3 deslocamentos lineares no espaço tridimensional. A tecnologia associada ao controle de robôs de estrutura cinemática serial encontra-se bastante madura. No entanto, o mesmo não se dá nos robôs paralelos. Para que se avance no domínio do controle de trajetória destes robôs é necessária a sua caracterização mecânica, a qual fornecerá os subsídios para identificação paramétrica, calibração de modelos, ajuste de ganhos dos controladores, etc. Especificamente, a caracterização mecânica neste trabalho teve por objetivo o levantamento experimental dos erros de posicionamento do efetuador com relação a exatidão e repetibilidade, sua rigidez sob a ação de cargas externas, bem como das frequências naturais do sistema. Os ensaios realizados foram executados no robô Laila, que é um protótipo físico de um robô manipulador, desenvolvido pelo Departamento de Engenharia Mecatrônica e Sistemas Mecânicos da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. A dissertação apresenta como resultados os mapeamentos dos erros de posicionamento do efetuador, a rigidez sob a ação de cargas externas, bem como suas frequências naturais, ao longo do espaço de medição. A seguir, apresenta-se uma discussão da consistência dos valores obtidos para estas propriedades. Por fim, é feita uma análise sobre a influência das folgas mecânicas sobre os índices de desempenho do robô. / This dissertation deals with the mechanical characterization of a parallel manipulator robot of 3 degrees of freedom. The topology of the manipulator corresponds to a mechanism of parallel kinematic structure, whose effector is capable of performing 3 linear displacements in the three-dimensional space. The technology associated with the control of robots of serial kinematic structure is quite mature. However, the same is not true of parallel robots. In order to advance in the field of control of trajectory of these robots it is necessary to characterize them mechanically, which will provide the subsidies for parametric identification, calibration of models, adjustment of gains of the controllers, etc. Specifically, the mechanical characterization in this work had as objective the experimental study of the positioning errors of the effector in relation to the accuracy and repeatability, its rigidity under the action of external loads, as well as the natural frequencies of the system. The tests were performed in the Laila robot, which is a physical prototype of a manipulator robot, developed by the Department of Mechatronics Engineering and Mechanical Systems of the Polytechnic School of the University of São Paulo. The dissertation presents as results the mappings of the positioning errors of the effector, the rigidity under the action of external loads, as well as their natural frequencies, along the measurement space. The following is a discussion of the consistency of the values obtained for these properties. Finally, an analysis is made on the influence of the mechanical gaps on the performance indexes of the robot.

Este trabalho tem por objetivo analisar a cinemática de um robô hiperredundante composto por módulos de estrutura paralela e atuadores binários. Cada módulo possui três graus de liberdades, dois graus de liberdade de rotação, com eixos perpendiculares entre si, e um grau de liberdade de translação. Após uma busca das arquiteturas paralelas existentes e relatadas na literatura e uma análise dos graus de liberdades das arquiteturas, foi selecionada a estrutura 3-RPS para o módulo. Essa arquitetura é composta por três cadeias cinemáticas idênticas, cada uma com uma articulação de rotação, uma articulação de translação atuada e uma articulação esférica. Foi desenvolvido um programa computacional para calcular as dimensões ótimas dos módulos considerando as restrições de movimento da junta esférica, as dimensões da base e da plataforma, e o comprimento máximo e mínimo do atuador linear. É realizada uma análise do volume de trabalho do robô hiperredundante composto de três e cinco módulos em série. Como o robô possui atuadores binários o seu volume de trabalho é discreto, consistindo na união de pontos no espaço. Finalmente a cinemática inversa do robô hiper-redundante é calculada e observam-se pequenos erros entre as posições desejadas e as posições alcançadas pelo efetuador do robô hiper-redundante. / This research studies hyper-redundant robots focusing on the kinematics analysis. A hyper-redundant robot was developed based on modules of parallel architecture and binary actuators. Each module has three degrees-of-freedom, two rotational degrees of freedom with perpendicular axis and one translational degree of freedom. After searching for parallel structures existent in the literature and analyzing the degrees of freedom of these structures, the 3-RPS architecture was selected. This architecture is composed by three legs with identical chains, each leg has a rotational joint, a translational actuated joint and a spherical joint. A computational program was developed to calculate the best modules geometry, considering the physical constrains of the spherical joint, the dimensions of the base and of the platform, and the maximum and the minimum values of the binary actuated joint. An analysis of the workspace of the hyper-redundant robot composed by three and five modules in series is performed. Since the robot has discrete actuators its workspace is also discrete, i.e., it is composed by the union of points in space. Finally, the inverse kinematics of the hiper-redundant manipulator is calculated and small errors are observed between the desired position and the real position in space reached by the efectuator.

Este trabalho tem por objetivo analisar a cinemática de um robô hiperredundante composto por módulos de estrutura paralela e atuadores binários. Cada módulo possui três graus de liberdades, dois graus de liberdade de rotação, com eixos perpendiculares entre si, e um grau de liberdade de translação. Após uma busca das arquiteturas paralelas existentes e relatadas na literatura e uma análise dos graus de liberdades das arquiteturas, foi selecionada a estrutura 3-RPS para o módulo. Essa arquitetura é composta por três cadeias cinemáticas idênticas, cada uma com uma articulação de rotação, uma articulação de translação atuada e uma articulação esférica. Foi desenvolvido um programa computacional para calcular as dimensões ótimas dos módulos considerando as restrições de movimento da junta esférica, as dimensões da base e da plataforma, e o comprimento máximo e mínimo do atuador linear. É realizada uma análise do volume de trabalho do robô hiperredundante composto de três e cinco módulos em série. Como o robô possui atuadores binários o seu volume de trabalho é discreto, consistindo na união de pontos no espaço. Finalmente a cinemática inversa do robô hiper-redundante é calculada e observam-se pequenos erros entre as posições desejadas e as posições alcançadas pelo efetuador do robô hiper-redundante. / This research studies hyper-redundant robots focusing on the kinematics analysis. A hyper-redundant robot was developed based on modules of parallel architecture and binary actuators. Each module has three degrees-of-freedom, two rotational degrees of freedom with perpendicular axis and one translational degree of freedom. After searching for parallel structures existent in the literature and analyzing the degrees of freedom of these structures, the 3-RPS architecture was selected. This architecture is composed by three legs with identical chains, each leg has a rotational joint, a translational actuated joint and a spherical joint. A computational program was developed to calculate the best modules geometry, considering the physical constrains of the spherical joint, the dimensions of the base and of the platform, and the maximum and the minimum values of the binary actuated joint. An analysis of the workspace of the hyper-redundant robot composed by three and five modules in series is performed. Since the robot has discrete actuators its workspace is also discrete, i.e., it is composed by the union of points in space. Finally, the inverse kinematics of the hiper-redundant manipulator is calculated and small errors are observed between the desired position and the real position in space reached by the efectuator.

Tradicionalmente, em aplicações industriais predominam robôs cujas arquiteturas correspondem a estruturas cinemáticas seriais, ou seja, seus atuadores e peças movidas são dispostos em série, um após o outro, formando uma única cadeia cinemática aberta, de modo a posicionar o órgão terminal, a parte do robô que comumente contém uma garra ou um eletrodo de solda. Esses robôs apresentam desempenho insatisfatório em aplicações que demandem precisão, rigidez, alta freqüência natural e baixo tempo de ciclo. Sendo assim, tanto a comunidade acadêmica como a industrial têm manifestado um interesse crescente pela utilização de outro tipo de estrutura cinemática, denominada paralela, que se caracteriza pela presença de várias cadeias cinemáticas independentes, atuando de forma paralela e simultânea sobre o órgão terminal. Essa arquitetura não-convencional apresenta, potencialmente, uma série de vantagens, como: alta rigidez, leveza, rapidez, precisão e alta capacidade de carga. No entanto, existe uma série de problemas abertos que necessitam de uma investigação mais profunda, de modo a garantir que essa mudança de tendência venha a ser implementada com eficácia. O objetivo desta pesquisa é contribuir para o desenvolvimento de uma máquina fresadora de arquitetura paralela que seja promissora quanto à sua simplicidade construtiva, bem como a precisão de posicionamento da ferramenta, se comparada com os robôs paralelos tradicionais. Esses dois requisitos simplicidade e precisão serão alcançados mediante o emprego de uma estrutura modular e a utilização de uma barra de ancoragem ativa, de forma que a estrutura final apresente três atuadores operando em conjunto. Sendo assim, serão empregados três membros, todos ativos, formando uma estrutura cinemática redundante com mobilidade igual a dois. A avaliação do comportamento da arquitetura proposta para a fresadora será realizada por meio de simulações, com o mapeamento dos erros estáticos, de modo a identificar a sua precisão de posicionamento ao longo dos seus eixos de movimentação. / Traditionally, in industrial activities, there is a preference over robots whose architectures correspond to serial kinematic structures, i.e., its actuators and moving parts are arranged in series, one after another, forming a single open kinematic chain, in order to position the body terminal, the part of the robot that commonly contain a claw or a welding electrode. However, these robots have poor performance in applications that require precision, rigidity, high natural frequency and low cycle time. Due to these factors, both academic and industrial communities have expressed a growing interest in the use of another type of kinematic structure, called parallel, which is characterized by the presence of several independent kinematic chains, operating in parallel and simultaneously on the terminal organ. This unconventional architecture has potentially a number of advantages, such as high stiffness, lightness, speed, precision and high load capacity. However, there are a number of open problems that need further investigation in order to ensure that this trend change will be implemented effectively. The objective of this research is to contribute for the development of a parallel milling machine that presents a promising behavior in terms of precision and simplicity in construction, compared with the traditional parallel robots. Both requirements simplicity and precision will be achieved with the utilization of a modular structure and the introduction of an active docking bar, so that the final structure has three actuators working simultaneously. Thus, three members will be used, all active, forming a kinematic redundant structure with mobility equal to two. The expected behavior of the proposed architecture for the milling machine is evaluated through simulations, with the mapping of static errors that allow the identification of its positioning accuracy along the motion axes.