Este trabalho versa sobre o projeto e implementação de um controlador de força/torque para um manipulador robótico industrial. Uma proposta de cunho prático, considerando-se as características da planta, foi implementada no manipulador industrial Puma 560 com um sensor de força/torque de seis eixos montado em seu pulso. Considerando-se a inacessibilidade do controle de posicionamento do Puma 560 e a não modificação do projeto original do robô, foi implementada uma malha externa de controle de força/torque sobreposta à malha interna de controle de posição do controlador original. Uma das contribuições deste trabalho foi o desenvolvimento de um simulador geral de manipuladores robóticos de elos seriais rígidos, no ambiente do MATLAB/SIMULINKâ. O simulador desenvolvido, por generalidade, difere dos simuladores usuais que utilizam MATLAB/SIMULINKâ, devido sua flexibilidade advinda da possibilidade de se simular qualquer manipulador dessa categoria e da facilidade de utilização devido à interface desenvolvida para o usuário. O mesmo foi amplamente usado neste trabalho, tanto para o projeto e sintonia dos ganhos do controlador externo de força/torque, quanto para simulações. Finalizando, o trabalho objetiva contribuir no esclarecimento de uma metodologia para aplicação destes controladores em manipuladores em contato com o "ambiente".

Os três principais aspectos da robótica móvel são: mapear ambientes, conhecer a postura do robô nesse ambiente e controlá-lo de forma a atingir um objetivo. Possuindo um mapa e conhecendo-se a postura inicial do robô neste mapa é possível saber a nova postura através das informações do sistema de odometria do robô a cada instante de tempo. Em função de diferenças no solo, derrapagens das rodas, dentre outros fatores, a odometria gera um erro que se acumula com o tempo (drift). Este trabalho aborda a investigação de um procedimento baseado em filtragem de Kalman para estimação de postura do robô em ambientes in-door utilizando sensores simples computacionalmente (odômetro e scanner a laser) objetivando-se eliminar o problema de drift. Resultados experimentais baseados em ambiente real mostram o bom desempenho do procedimento, mesmo com ambiente bastante ruidoso.

No Brasil há um número insuficiente de profissionais capacitados em Mecatrônica para atender a demanda, o que exigirá a intensificação de formação de profissionais voltados para pesquisa, inovação, bem como para o projeto, desenvolvimento, produção e comercialização da nova geração de robôs. Um dos aspectos essenciais na formação deste profissional está relacionado com a análise de movimentação dos robôs e, portanto, com a modelagem cinemática e dinâmica desses dispositivos e sua relação com o sistema de controle. Nota-se que há necessidade de informações e de recursos computacionais apropriados para dar suporte a essa formação. Para exemplificar, os softwares de mercado, têm a arquitetura de sistema fechada com o objetivo de proteger a propriedade intelectual e interesses do fabricante, constituindo assim um inconveniente na utilização em estudos e pesquisas nos cursos de nível superior, além do alto custo associado. Este trabalho visa suprir algumas necessidades constatadas, disponibilizando recursos teórico-computacionais, como suporte ao ensino, à pesquisa e ao desenvolvimento na área de manipuladores robóticos e suas aplicações, com ênfase nas modelagens cinemática, dinâmica e geração de trajetórias para robôs manipuladores seriais e de cadeia fechada, constituindo isso em: levantar os requisitos aplicáveis a um ambiente computacional para a modelagem e simulação de manipuladores robóticos; conceber e desenvolver um ambiente moderno de software aberto com capacidade para efetuar cálculos para análise e estabelecimento de modelos numéricos e simbólicos para o estudo e determinação do movimento de tais dispositivos e ainda reunir didaticamente a base teórica associada, possibilitando aos alunos e pesquisadores experimentar soluções existentes ou criar suas próprias alternativas.

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de uma plataforma robótica omnidirecional, para transporte de cargas industriais, capaz de se mover para qualquer direção no plano xy, produzir rotações em torno do seu eixo sem a necessidade de reorientação no espaço e se mover com velocidade controlada. O desenvolvimento da plataforma consistiu na abordagem de projeto mecatrônico, modelagem cinemática do sistema, bem como a elaboração das equações que regem a movimentação da plataforma Omni-One. O modelo cinemático da plataforma utilizou a convenção de Sheth-Uicker. De posse das matrizes do movimento e da aquisição dos dados de limite de rotação dos motores, foi determinado um controlador Proporcional-Integral (PI), como controlador de velocidade. Os resultados dos testes realizados se mostraram conclusivos para o resultado final da plataforma, pois com eles foi possível verificar o comportamento do sistema como um todo.

Humanoid walking is considered one of the hardest problems in Robotics. Current state-of-the-art humanoid robots are able to achieve high speeds on flat ground. However, they still exhibit agility, dexterity, robustness, flexibility and energy efficiency far below a typical human does. In this thesis, our main goal is to develop an omnidirectional walking engine for a humanoid robot. We follow an approach based on the Zero Moment Point (ZMP) concept, which provides an useful criterion for biped stability. To avoid dealing directly with the complex dynamics of a high degrees of freedom humanoid robot, we used the 3D Linear Inverted Pendulum Model (3D-LIPM) to approximate the robot dynamics. The resulting equations allowed us to find a suitable center of mass (CoM) trajectory to maintain the robot balance analytically by solving a boundary value problem. Furthermore, we employed strategies to improve the walking robustness: we make the robot move its arms in order to compensate the yaw moment induced by the legs and we developed a feedback controller that uses the torso angular velocities to stabilize the walk. Taking advantage of the methods developed for walking, we also developed a kicking motion. Finally, experiments were done to validate the methods developed in this work.

A pesquisa na área de robótica espacial lida com problemas exclusivos, acarretados pela natureza e características dinâmicas dos sistemas. Isso torna a modelagem uma área de extrema importância para garantir um desempenho satisfatório. A maior característica dos braços robóticos espaciais é que seu movimento perturba a espaçonave na qual está acoplado. Essa propriedade deve ser levada em consideração, especialmente no caso de robôs de base livre flutuante que não possuem controle de posição ou atitude na base. A maior destreza e flexibilidade de manipuladores de múltiplos braços faz com que sua pesquisa seja colocada em foco. Eles possuem maior possibilidade de lidar com cargas maiores e fornecer maior acurácia em tarefas como montagens, reparos, abastecimento, etc. Nesse contexto, o presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento do modelo de um manipulador espacial de base livre flutuante de dois braços. Esse modelo, então, foi aplicado no desenvolvimento de um sistema de controle. A metodologia sugerida facilita, não só a obtenção do modelo, como também a especificação de controladores. Dois esquemas de controle foram desenvolvidos: um no espaço da tarefa e outro no espaço das juntas, com diferentes especificações de trajetórias. A simulação do sistema foi realizada no ambiente Simulink (MATLAB) e os resultados são discutidos, indicando as situações de falha dos controladores especificados. / Space robotics research faces unique problems, which are mainly related to the intrinsic nature and dynamic characteristics of its systems. As a consequence, modelling becomes essential to guarantee the best system result. A important characteristic of space robotic arms is that their movements affect their bases position and attitude. This property must be taken into account, specially in the case of free floating space manipulators which have no control system for the base. High dexterity and flexibility of multi-arm manipulators cause their research to be a focus for the community. With higher loads and accuracy demands, they are more likely to suceed in tasks such as maintenance, assembly, refueling, among others. In that context, this thesis aims to develop a model for a dual-arm free-floating space manipulator. The model, then, is used in the design of a control system. The suggested methodology makes the process easier not only the modelling, but also the controller design. Two control schemes were developed: one in joint and the other in task space, with different trajectories. System simulations were run on Simulink (MATLAB) and the obtained results were discussed, with comments regarding fault situations for the specified control systems.

A pesquisa na área de robótica espacial lida com problemas exclusivos, acarretados pela natureza e características dinâmicas dos sistemas. Isso torna a modelagem uma área de extrema importância para garantir um desempenho satisfatório. A maior característica dos braços robóticos espaciais é que seu movimento perturba a espaçonave na qual está acoplado. Essa propriedade deve ser levada em consideração, especialmente no caso de robôs de base livre flutuante que não possuem controle de posição ou atitude na base. A maior destreza e flexibilidade de manipuladores de múltiplos braços faz com que sua pesquisa seja colocada em foco. Eles possuem maior possibilidade de lidar com cargas maiores e fornecer maior acurácia em tarefas como montagens, reparos, abastecimento, etc. Nesse contexto, o presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento do modelo de um manipulador espacial de base livre flutuante de dois braços. Esse modelo, então, foi aplicado no desenvolvimento de um sistema de controle. A metodologia sugerida facilita, não só a obtenção do modelo, como também a especificação de controladores. Dois esquemas de controle foram desenvolvidos: um no espaço da tarefa e outro no espaço das juntas, com diferentes especificações de trajetórias. A simulação do sistema foi realizada no ambiente Simulink (MATLAB) e os resultados são discutidos, indicando as situações de falha dos controladores especificados. / Space robotics research faces unique problems, which are mainly related to the intrinsic nature and dynamic characteristics of its systems. As a consequence, modelling becomes essential to guarantee the best system result. A important characteristic of space robotic arms is that their movements affect their bases position and attitude. This property must be taken into account, specially in the case of free floating space manipulators which have no control system for the base. High dexterity and flexibility of multi-arm manipulators cause their research to be a focus for the community. With higher loads and accuracy demands, they are more likely to suceed in tasks such as maintenance, assembly, refueling, among others. In that context, this thesis aims to develop a model for a dual-arm free-floating space manipulator. The model, then, is used in the design of a control system. The suggested methodology makes the process easier not only the modelling, but also the controller design. Two control schemes were developed: one in joint and the other in task space, with different trajectories. System simulations were run on Simulink (MATLAB) and the obtained results were discussed, with comments regarding fault situations for the specified control systems.