Submitted by RICARDO FERNANDO NUNES null (ricardofnes@gmail.com) on 2016-05-09T19:20:22Z No. of bitstreams: 1 Ricardo_Nunes_Pos_Defesa_FINAL.pdf: 4578185 bytes, checksum: 7d5f2601e5d33327aef16ab69587d77f (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-05-12T19:25:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 nunes_rf_me_ilha.pdf: 4578185 bytes, checksum: 7d5f2601e5d33327aef16ab69587d77f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-12T19:25:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 nunes_rf_me_ilha.pdf: 4578185 bytes, checksum: 7d5f2601e5d33327aef16ab69587d77f (MD5) Previous issue date: 2016-03-31 / Neste trabalho apresenta-se uma abordagem para o mapeamento da cinemática inversa utilizando Redes Neurais Artificiais do tipo Perceptron Multicamadas na configuração em paralelo, tendo como referência o protótipo de um manipulador robótico de 5 graus de liberdade, composto por sete servomotores controlado pela plataforma de desenvolvimento Intel® Galileo Gen 2. As equações da cinemática inversa, normalmente apresentam múltiplas soluções, desta forma, uma solução interessante e frequentemente encontrada na literatura são as Redes Neurais Artificiais (RNA) em razão da sua flexibilidade e capacidade de aprendizado por meio do treinamento. As Redes Neurais são capazes de entender a relação cinemática entre o sistema de coordenadas das juntas e a posição final da ferramenta do manipulador. Para avaliar a eficiência do método proposto foram realizadas simulações no software MATLAB, as quais demostram pelos resultados obtidos e comparações a uma RNA do tipo MLP simples, aproximadamente redução das médias dos erros das juntas em até 87,8% quando aplicado à trajetória e 80% quando aplicado a pontos distribuídos no volume de trabalho. / This paper presents an approach to the mapping of inverse kinematics using Artificial Neural Networks Multilayer Perceptron in parallel configuration, in the prototype of a robotic manipulator 5 degrees of freedom, as reference, composed of seven servomotors controlled by development board Intel® Galileo Gen 2. The equations of inverse kinematics, usually have multiple solutions, therefore, an interesting solution and often found in the literature are the Artificial Neural Networks (ANN) because of their flexibility and learning capacity through training. Neural Networks are able to understand the kinematic relationship between the coordinate system of the joints and the final position of the manipulator tool. To evaluate the efficiency of the proposed, simulations in MATLAB software are performaded, that demonstrate by the results obtained and compared to a simple MLP type RNA, one reduction in mean errors of the joints by up to 87.8% when applied to the path and 80% when applied to points distributed in the work space.

Orientador: Suely Cunha Amaro Mantovani / Resumo: Neste trabalho apresenta-se uma abordagem para o mapeamento da cinemática inversa utilizando Redes Neurais Artificiais do tipo Perceptron Multicamadas na configuração em paralelo, tendo como referência o protótipo de um manipulador robótico de 5 graus de liberdade, composto por sete servomotores controlado pela plataforma de desenvolvimento Intel® Galileo Gen 2. As equações da cinemática inversa, normalmente apresentam múltiplas soluções, desta forma, uma solução interessante e frequentemente encontrada na literatura são as Redes Neurais Artificiais (RNA) em razão da sua flexibilidade e capacidade de aprendizado por meio do treinamento. As Redes Neurais são capazes de entender a relação cinemática entre o sistema de coordenadas das juntas e a posição final da ferramenta do manipulador. Para avaliar a eficiência do método proposto foram realizadas simulações no software MATLAB, as quais demostram pelos resultados obtidos e comparações a uma RNA do tipo MLP simples, aproximadamente redução das médias dos erros das juntas em até 87,8% quando aplicado à trajetória e 80% quando aplicado a pontos distribuídos no volume de trabalho. / Abstract: This paper presents an approach to the mapping of inverse kinematics using Artificial Neural Networks Multilayer Perceptron in parallel configuration, in the prototype of a robotic manipulator 5 degrees of freedom, as reference, composed of seven servomotors controlled by development board Intel® Galileo Gen 2. The equations of inverse kinematics, usually have multiple solutions, therefore, an interesting solution and often found in the literature are the Artificial Neural Networks (ANN) because of their flexibility and learning capacity through training. Neural Networks are able to understand the kinematic relationship between the coordinate system of the joints and the final position of the manipulator tool. To evaluate the efficiency of the proposed, simulations in MATLAB software are performaded, that demonstrate by the results obtained and compared to a simple MLP type RNA, one reduction in mean errors of the joints by up to 87.8% when applied to the path and 80% when applied to points distributed in the work space. / Mestre

Orientador: Suely Cunha Amaro Mantovani / Resumo: No estudo dos manipuladores são utilizados os conceitos da cinemática direta e a inversa. No cálculo da cinemática direta tem-se a facilidade da notação de Denavit-Hartenberg, mas o desafio maior é a resolução da cinemática inversa, que se torna mais complexa conforme aumentam os graus de liberdade do manipulador, além de apresentar múltiplas soluções. As variáveis angulares obtidas pelas equações da cinemática inversa são utilizadas pelo controlador, para posicionar o órgão terminal do manipulador em um ponto específico de seu volume de trabalho. Na busca de alternativas para contornar estes problemas, neste trabalho utilizam-se os Modelos Adaptativos de Inferência Neuro-Fuzzy - ANFIS para a resolução da cinemática inversa, por meio de simulações, para obter o posicionamento de um manipulador robótico de 5 graus de liberdade, composto por sete servomotores controlados pela plataforma de desenvolvimento Intel® Galileo Gen 2, usado como caso de estudo. Nas simulações usamse ANFIS com uma arquitetura com três e quatro funções de pertinência de entrada, do tipo gaussiana. O desempenho da arquitetura da ANFIS implementada foi comparado com uma Rede Perceptron Multicamadas, demonstrando com os resultados favoráveis a ANFIS, a sua capacidade de aprender e resolver com baixo erro quadrático médio e com precisão, a cinemática inversa para o manipulador em estudo. Verifica-se também, que a performance das ANFIS melhora, quanto à precisão dos resultados, demonstrado pelo desvio médio d... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In the study of manipulator’s, the concepts of direct and inverse kinematics are used. In the computation of forward kinematics, it has of the ease of Denavit-Hartenberg notation, but the biggest challenge is the resolution of the inverse kinematics, which becomes more complex as the manipulator's degrees of freedom increase, besides presenting multiple solutions. The angular variables obtained by the inverse kinematics equations are used by the controller to position the terminal organ of the manipulator at a specific point in its work volume. In the search for alternatives to overcome these problems, in this work, the Adaptive Neuro-Fuzzy Inference Models (ANFIS) are used to solve the inverse kinematics, by means of simulations, to obtain the positioning of a robot manipulator of 5 degrees of freedom, consisting of seven servomotors controlled by the Intel® Galileo Gen 2 development platform, used as a case's study . In the simulations ANFIS's architecture are used three and four Gaussian membership functions of input. The performance of the implemented ANFIS architecture was compared to a Multi-layered Perceptron Network, demonstrating with the favorable results the ANFIS, its ability to learn and solve with low mean square error and with precision, the inverse kinematics for the manipulator under study. It is also verified that the performance of the ANFIS improves, as regards the accuracy of the results in the training process, , demonstrated by the mean deviation of the... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

O objetivo deste trabalho é desenvolver um sistema de controle capaz de realizar o apontamento automático de uma antena parabólica de forma mais precisa e com menor tempo de apontamento quando comparado ao apontamento manual. A antena parabólica em estudo consta de uma parábola metálica de 1.60 m de diâmetro, base de sustentação em ferro, dois conjuntos de engrenagens e dois motores elétricos para realização dos movimentos. Os parâmetros físicos do sistema mecânico, tais como massa, volume e inércia, puderam ser facilmente obtidos a partir de uma modelagem tridimensional em um software de plataforma CAD. Para a modelagem dinâmica do sistema utilizou-se a similaridade do sistema físico em estudo com um manipulador de cadeia aberta de dois graus de liberdade o que permitiu que se aplicassem conceitos referentes a cinemática e modelagem de manipuladores robóticos. Através da notação de Denavit-Hartenberg a cinemática direta da antena com dois graus de liberdade foi obtida com sucesso. As equações dinâmicas que descrevem o movimento do sistema foram levantadas através de um modelador automático implementado em um software de manipulação simbólica. Para tanto foi desenvolvido um algoritmo que descreve os passos necessários para obtenção das equações de movimento de um manipulador robótico em cadeia aberta, a partir da formulação Lagrangeana. Um sistema de controle adaptativo por modelo de referência foi projetado e implementado considerando as incertezas do modelo oriundas de imperfeições contidas na modelagem tridimensional realizada. Os resultados obtidos por simulação do sistema de controle adaptativo se mostraram satisfatórios e os índices de desempenho esperados para um perfeito apontamento foram alcançados. / The objective of this work is to develop a control system capable of performing the automatic maneuver of a satellite dish more accurately with less time maneuvering when compared to manual maneuver. The dish consists of a study on metal parabola 1.60 m in diameter, base of support in iron, two sets of gears and two electric motors to perform the movements. The physical parameters of the mechanical system, such as mass, volume and inertia could be easily obtained from a three-dimensional modeling in a CAD software platform. For modeling the system dynamics we used the similarity of the physical system under study with an open chain manipulator of two degrees of freedom that allowed it to apply concepts related to kinematics and modeling of robotic manipulators. Through the Denavit-Hartenberg notation of the direct kinematics of the antenna with two degrees of freedom was successfully obtained. The dynamic equations describing the motion of the system were raised through an automatic model implemented in symbolic manipulation software. To that end, an algorithm that describes the steps necessary to obtain the equations of motion of a robotic manipulator in open chain, from the Lagrangian method, was developed. A model reference adaptive control system was designed and implemented considering the uncertainties of the model arising from imperfections within the three-dimensional modeling. The results obtained by simulation of the system of closed loop control were satisfactory as well as the high rates of the perfect maneuver have been achieved.

Este trabalho trata do estudo de robôs de arquitetura paralela, focando na modelagem e otimização dos mesmos. Não foi construído nenhum tipo de protótipo físico, contudo os modelos virtuais poderão, no futuro, habilitar tal façanha. Após uma busca por uma aplicação que se beneficie do uso de um robô de arquitetura paralela, fez-se uma pesquisa por arquiteturas viáveis já existentes ou relatadas na literatura. Escolheu-se a mais apta e prosseguiu-se com os estudos e modelagem cinemática e dinâmica, dando uma maior ênfase na cinemática e dinâmica inversa, esta última utilizando a formulação de Newton - Euler. Foi construído um simulador virtual em ambiente MATLAB 6.5, dotado de várias capacidades como interpolação linear e circular, avanço e uso de múltiplos eixos coordenados. Seu propósito principal é o de demonstrar a funcionalidade e eficácia dos métodos utilizados. Depois foi incorporado ao simulador um algoritmo de cálculo do volume de trabalho da máquina que utiliza alguns dados do usuário para calcular o volume, que pode ser aquele atrelado a uma postura em particular ou o volume de trabalho de orientação total. Algoritmos para medir o desempenho da máquina quanto à uniformidade e utilização da força dos atuadores foram construídos e também incorporados ao simulador, que consegue mostrar o elipsóide de forças ao longo de quaisquer movimentos executados pela plataforma móvel. Quanto à otimização, parte do ferramental previamente construído foi utilizado para que se pudesse chegar a um modelo de uma máquina que respeitasse restrições mínimas quanto ao tamanho e forma de seu volume de trabalho, mas ainda mantendo o melhor desempenho possível dentro deste volume. / This work is about the study of parallel architecture robots, focusing in modeling and optimization. No physical prototypes were built, although the virtual models can help those willing to do so. After searching for an application that could benefit from the use of a parallel robot, another search was made, this time for the right architecture type. After selecting the architecture, the next step was the kinematics and dynamics analysis. The dynamics model is developed using the Newton ? Euler method. A virtual simulator was also developed in MATLAB 6.5 environment. The simulator?s main purpose was to demonstrate that the methods applied were correct and efficient, so it has several features such as linear and circular interpolations, capacity to use multiple coordinate systems and others. After finishing the simulator, an algorithm to calculate the machine workspace was added. The algorithm receives as input some desired requirements regarding the manipulator pose and then calculates the workspace, taking into consideration imposed constraints. Lastly, algorithms capable to measure the manipulator?s performance regarding to its actuator and end-effector force relationship were also incorporated into the simulator that calculates the machine?s force ellipsoid during any movement, for each desired workspace point. For the optimization procedures, some previously developed tools were used, so that the resulting model was capable to respect some workspace constraints regarding size and shape, but also maintaining the best performance possible inside this volume.

Este trabalho trata do estudo de robôs de arquitetura paralela, focando na modelagem e otimização dos mesmos. Não foi construído nenhum tipo de protótipo físico, contudo os modelos virtuais poderão, no futuro, habilitar tal façanha. Após uma busca por uma aplicação que se beneficie do uso de um robô de arquitetura paralela, fez-se uma pesquisa por arquiteturas viáveis já existentes ou relatadas na literatura. Escolheu-se a mais apta e prosseguiu-se com os estudos e modelagem cinemática e dinâmica, dando uma maior ênfase na cinemática e dinâmica inversa, esta última utilizando a formulação de Newton - Euler. Foi construído um simulador virtual em ambiente MATLAB 6.5, dotado de várias capacidades como interpolação linear e circular, avanço e uso de múltiplos eixos coordenados. Seu propósito principal é o de demonstrar a funcionalidade e eficácia dos métodos utilizados. Depois foi incorporado ao simulador um algoritmo de cálculo do volume de trabalho da máquina que utiliza alguns dados do usuário para calcular o volume, que pode ser aquele atrelado a uma postura em particular ou o volume de trabalho de orientação total. Algoritmos para medir o desempenho da máquina quanto à uniformidade e utilização da força dos atuadores foram construídos e também incorporados ao simulador, que consegue mostrar o elipsóide de forças ao longo de quaisquer movimentos executados pela plataforma móvel. Quanto à otimização, parte do ferramental previamente construído foi utilizado para que se pudesse chegar a um modelo de uma máquina que respeitasse restrições mínimas quanto ao tamanho e forma de seu volume de trabalho, mas ainda mantendo o melhor desempenho possível dentro deste volume. / This work is about the study of parallel architecture robots, focusing in modeling and optimization. No physical prototypes were built, although the virtual models can help those willing to do so. After searching for an application that could benefit from the use of a parallel robot, another search was made, this time for the right architecture type. After selecting the architecture, the next step was the kinematics and dynamics analysis. The dynamics model is developed using the Newton ? Euler method. A virtual simulator was also developed in MATLAB 6.5 environment. The simulator?s main purpose was to demonstrate that the methods applied were correct and efficient, so it has several features such as linear and circular interpolations, capacity to use multiple coordinate systems and others. After finishing the simulator, an algorithm to calculate the machine workspace was added. The algorithm receives as input some desired requirements regarding the manipulator pose and then calculates the workspace, taking into consideration imposed constraints. Lastly, algorithms capable to measure the manipulator?s performance regarding to its actuator and end-effector force relationship were also incorporated into the simulator that calculates the machine?s force ellipsoid during any movement, for each desired workspace point. For the optimization procedures, some previously developed tools were used, so that the resulting model was capable to respect some workspace constraints regarding size and shape, but also maintaining the best performance possible inside this volume.