Neste trabalho, o estudo do controle de um manipulador robótico é abordado do ponto de vista da simulação computacional e da implementação prática do sistema de controle do robô, ora em contrução na Divisão de Engenharia Mecânica e Aeronáutica do ITA do ponto de vista da simulação, obtivemos o modelo dinâmico do manipulador robótico de seu sistema de acionamento. Diversas estratégias de controle foram consideradas, em particular estratégias adaptativas do tipo LPAC (Linear Perturbed Adaptive Control) e Torque Computado. A implementação do sistema de controle envolveu p desenvolvimento de software em tempo real na linguagem de programação "C", utilizando o hardware composto de microcomputador IBM-PC compatível e placas de aquisição AD/DA. É implementado em controlador PID adaptativo do tipo MRAC (Model Reference Adaptive Control). O Software desenvolvido pode ser utilizado no controle do robô completo com 3 graus de liberdade, assim que estiver completa a montagem mecânica do manipulador.

O objetivo deste trabalho é descrever o projeto, e implementação experimental, e o estuda da dinâmica para controle ativo de um Sistema robótico montado sobre uma estrutura flexível (FSMS). O sistema consiste de um manipulador cilíndrico de três graus de liberdade, e de uma viga flexível acoplada a sua extremidade. Um manipulador rígido de um grau de liberdade é acoplado à extremidade livre do elo flexível do macro manipulador. A modelagem dinâmica e a análise modal experimental no domínio da freqüência, são aplicadas para projetar o controle digital para o micro manipulador, com o objetivo de minimizar as vibrações mecânicas da estrutura flexível do macro manipulador, induzidas durante o movimento do micro manipulador.

O desbalanceamento de dados em experimentos está muitas vezes presente em diversas pesquisas nas mais variadas áreas do conhecimento. Embora existam muitas maneiras de análise de tais dados, além de diversos recursos computacionais já implementados em diversos softwares estatísticos, ainda perdura dúvidas entre os pesquisadores a respeito da opção de análise mais eficiente. A literatura fornece ao pesquisador direção na escolha da metodologia de análise a obter maior eficácia nos resultados de sua pesquisa, mas o número elevado de opções pode tornar a escolha difícil. Em se tratando de testes estatísticos, algumas das opções para se trabalhar com dados desbalanceados são os testes t e Wald-F, mas ainda resta ao pesquisador decidir entre as várias opções disponíveis nos pacotes, pois nem sempre as opções padrões são as mais indicadas. No presente trabalho foram realizadas simulações com diferentes cenários experimentais, utilizando-se o delineamento casualizado em blocos com um fator de tratamento em uma situação e o esquema de tratamentos em parcelas subdividas em outra, sendo comparados quatro métodos de cálculo do número aproximado de graus de liberdade (Containment, Residual, Satterthwaite e Kenward-Roger). Verificou-se que o método de Kenward-Roger controla de maneira mais eficiente a taxa de erro tipo I e não é inferior aos outros métodos com respeito ao poder do teste Wald-F. / The data imbalance in experiments is often present in several researches in various fields of knowledge. While there are many ways to analyze these data in addition to various computer resources already implemented in many statistical software, doubt still lingers among researchers about the most efficient analysis option. The literature provides the researcher direction in choosing the analysis methodology to get better in your search results, but the large number of options can make the difficult choice. When it comes to statistical tests, some of the options for working with unbalanced data are the tests t and Wald-F, but there is still the researcher to decide between the various options available in the packages because the defaults are not always the most suitable. This experiment was carried out simulations with different experimental scenarios, using the randomized block design with one factor in a situation treatment and treatment regimen subdivided parcels in another, and compared four methods of calculating the approximate number of degrees of freedom (Containment, Residual, Satterthwaite and Kenward-Roger). It has been found that the method of Kenward-Roger controls more efficiently the type I error rate and is not inferior to other methods with respect to the power of the test Wald-F.

Os modelos simplificados de veículos são importantes em fases iniciais do projeto de um veículo, quando muitas características geométricas ainda não estão definidas. No caso de ônibus com sistema de suspensão a ar, os modelos encontrados na literatura não levam em conta efeitos da válvula niveladora de altura. Dois modelos de um ônibus foram desenvolvidos: um modelo não linear de veículo com três graus de liberdade e um modelo em sistema multicorpos com 109 graus de liberdade. Os dois modelos possuem sistema de suspensão a ar com a modelagem termodinâmica do bolsão com a válvula niveladora de altura. As equações do modelo não linear de três graus de liberdade foram construídas utilizando o conceito de derivativos de estabilidade. Para a validação dos modelos, foram realizados ensaios experimentais com o veículo e as seguintes grandezas foram medidas: aceleração lateral, velocidade em guinada, velocidade lateral, ângulo de escorregamento do veículo e ângulo de rolamento. Os resultados obtidos com os modelos foram validados experimentalmente. O comportamento do ângulo de rolamento do veículo devido ao sistema de suspensão a ar foi reproduzido nos dois modelos. Foi desenvolvida uma interface gráfica dentro do ambiente ADAMS para a geração automática de modelos simplificados. Os dados do veículo são inseridos através de uma interface gráfica com caixas de diálogo. Modelos simplificados de veículos são utilizados no controle da dinâmica do veículo. Neste tipo de aplicação, as equações do modelo não linear de três graus de liberdade são resolvidas em tempo real e podem servir como um modelo de referência para sistemas adaptativos de controle. / Simplified vehicle models are very important at the initial stages of vehicle development when all geometric data are not yet available. In the case of a bus with an air suspension system, the models you find in the literature does not taken into account the control leveling valve effects. Two bus models were developed: a nonlinear three degrees of freedom model and a multibody model with 109 degrees of freedom. Both models have thermodynamic air suspension system model with control leveling valve. The three degrees of freedom equations were built using the stability derivative concept. In order to validate the models, experimental tests were carried out and the following variables were measured: lateral acceleration, yaw velocity, sideslip angle and roll angle. The model results were validated against actual data. The roll angle behavior due to air suspension system was reproduced in both models. A graphic user interface for developing simplified vehicle model, based on the nonlinear three degrees of freedom model equations, was built using the ADAMS interface. All the data necessary for the model are introduced via dialog boxes. Simplified vehicle models can be used in vehicle dynamics control. In this kind of application, the three degrees of freedom equations can be solved in real time simulation and can be used as a reference model in adaptive control system, for instance.

Este trabalho realiza uma investigação sobre técnicas experimentais para a determinação de Funções de Resposta em Freqüência (FRFs) angulares com aplicações em estruturas do tipo viga. Estas FRFs são definidas considerando-se como variável de saída o movimento angular (deslocamento, velocidade ou aceleração) exibido pela estrutura sob estudo quando a mesma é excitada por uma força linear ou um momento puro. Dada a grande dificuldade em se aplicar um momento puro à estrutura sob estudo, este trabalho utiliza como forma de excitação apenas esforços lineares que podem ser aplicados através de técnicas usuais de excitação em análise modal, tais como o excitador eletrodinâmico e o martelo impulsivo. Portanto as FRFs obtidas descrevem relações de saída e entrada do tipo Angular/Linear. Uma das técnicas utilizadas na determinação das FRFs angulares consiste na excitação de uma estrutura com um excitador eletrodinâmico e utilização de um corpo rígido na forma de um bloco T que é montado sobre a estrutura sob estudo. Dois acelerômetros lineares devem ser montados sobre o bloco T e a partir das duas acelerações lineares medidas buscam-se estimar um sinal proporcional à aceleração angular da estrutura no ponto de conexão. Outra técnica utiliza uma formulação via diferenças finitas, onde dois ou três acelerômetros (de acordo com a formulação de diferenças finitas utilizada) igualmente espaçados são montados diretamente sobre a estrutura sob estudo e são usados para se derivar à aceleração angular. Os resultados obtidos a partir destas técnicas são comparados com resultados obtidos a partir da utilização de um acelerômetro angular piezelétrico recentemente disponível no mercado. Também foram desenvolvidos modelos analíticos e computacionais via método dos elementos finitos a fim de se gerar subsídios adicionais para a análise dos resultados. Foram feitas várias constatações e dentre elas destacam-se resultados onde as FRFs angulares/lineares resultantes podem sofrer alterações significativas dependendo de como os dados experimentais são processados. / The present work aims to perform an investigation on experimental techniques for the determination of angular Frequency Response Functions (FRFs) in Modal Testing. Angular FRFs are those where the output variable is given by angular displacement, velocity or acceleration, whereas the input is given in terms of linear or angular quantities (a pure moment). Since the application of a pure moment as an excitation source still remains as a challenge, this work is focused in studying techniques to estimate angular/linear types of angular FRFs. One of these techniques consists of exciting the structure with a shaker and using a rigid T-block to measure the linear accelerations and then calculating the angular FRFs from these linear accelerations. Another technique employs finite differences formulations to get the angular motions. This technique uses the closely spaced accelerometers mounted directly to the structure under test, where at least two (according to the finite difference formula employed) accelerometers are used. The translational measurements are gathered and finite difference formulas are used to derive the necessary angular quantities. Additional tests are performed with an angular piezoelectric accelerometer recently available in the market in order to provide a comparison basis for the results obtained using the two techniques. The results are also compared whit theoretical models developed using analytical and Finite Element Formulations. Among all results obtained, it was understood that depending on the level of angular vibrations exhibited by the structure, and how the signals are processed, the resulting angular FRFs can suffer some significant changes

O desbalanceamento de dados em experimentos está muitas vezes presente em diversas pesquisas nas mais variadas áreas do conhecimento. Embora existam muitas maneiras de análise de tais dados, além de diversos recursos computacionais já implementados em diversos softwares estatísticos, ainda perdura dúvidas entre os pesquisadores a respeito da opção de análise mais eficiente. A literatura fornece ao pesquisador direção na escolha da metodologia de análise a obter maior eficácia nos resultados de sua pesquisa, mas o número elevado de opções pode tornar a escolha difícil. Em se tratando de testes estatísticos, algumas das opções para se trabalhar com dados desbalanceados são os testes t e Wald-F, mas ainda resta ao pesquisador decidir entre as várias opções disponíveis nos pacotes, pois nem sempre as opções padrões são as mais indicadas. No presente trabalho foram realizadas simulações com diferentes cenários experimentais, utilizando-se o delineamento casualizado em blocos com um fator de tratamento em uma situação e o esquema de tratamentos em parcelas subdividas em outra, sendo comparados quatro métodos de cálculo do número aproximado de graus de liberdade (Containment, Residual, Satterthwaite e Kenward-Roger). Verificou-se que o método de Kenward-Roger controla de maneira mais eficiente a taxa de erro tipo I e não é inferior aos outros métodos com respeito ao poder do teste Wald-F. / The data imbalance in experiments is often present in several researches in various fields of knowledge. While there are many ways to analyze these data in addition to various computer resources already implemented in many statistical software, doubt still lingers among researchers about the most efficient analysis option. The literature provides the researcher direction in choosing the analysis methodology to get better in your search results, but the large number of options can make the difficult choice. When it comes to statistical tests, some of the options for working with unbalanced data are the tests t and Wald-F, but there is still the researcher to decide between the various options available in the packages because the defaults are not always the most suitable. This experiment was carried out simulations with different experimental scenarios, using the randomized block design with one factor in a situation treatment and treatment regimen subdivided parcels in another, and compared four methods of calculating the approximate number of degrees of freedom (Containment, Residual, Satterthwaite and Kenward-Roger). It has been found that the method of Kenward-Roger controls more efficiently the type I error rate and is not inferior to other methods with respect to the power of the test Wald-F.

[pt] Atualmente está bem difundido o uso de novas modelagens matemáticas para o estudo do comportamento de micro e nano sistemas mecânicos e eléctricos. O problema de escala é notável quando o tamanho das moléculas, partículas, grãos ou cristais de um sólido é relativamente considerável em relação ao comprimento do microdispositivo. Nesses casos a teoria clássica dos meios contínuos não descreve apropriadamente a solicitação estrutural e é necessária uma abordagem mais geral através de teorias generalizadas não-clássicas que contém a elasticidade clássica como um caso particular delas, onde os parâmetros constitutivos que representam às partículas são desprezíveis. Quando os efeitos microestruturais são importantes, o comportamento não responde como um material homogêneo se não como um material homogêneo. Cem anos atrás os irmãos Cosserat desenvolveram uma teoria de grãos rígidos imersos dentro de um macromeio elástico; posteriormente Toupin, Mindlin e outros pesquisadores na década de 60 formularam a chamada teoria gradiente de deformações, que recentemente é um objeto de muitas investigações analíticas e experimentais. Na década de oitenta, Aifantis e colaboradores conseguiram desenvolver uma teoria de gradiente de deformações simplificada, baseada em só uma constante elástica adicional não-clássica representativa da energia de deformação volumétrica para caracterizar satisfatoriamente os padrões dos fenômenos não-clássicos. Beskos e colaboradores estenderam o campo de aplicações da proposta inicial de Aifantis e fizeram as primeira implementações de elementos de contorno 2D e 3D para análises de elasticidade gradiente estática, no domínio da frequência e a mecânica da fratura. Desde o tempo de Toupin e Mindlin, procura-se estabelecer uma base variacional da teoria e uma formulação consistente das condições de contorno cinemáticas e de equilíbrio, o que parece ter tido êxito com os recentes trabalhos de Amanatidou e Aravas. Esta tese apresenta a formulação do método híbrido de elementos de contorno e finitos na elasticidade gradiente desenvolvida por Dumont e Huamán decompondo o potencial de Hellinger-Reissner em dois princípios de trabalhos virtuais: o primeiro em deslocamentos virtuais e o segundo em forças virtuais. Com esta finalidade é considerado além dos parâmetros clássicos, o trabalho realizado pelas tensões, deformações, forças e deslocamentos não-clássicos. É apresentado o desenvoltimento das soluções fundamentais singulares e polinomiais atráves das equações diferenciais de sexta ordem obtidas da equação de equilíbrio em termos de deslocamento na elasticidade gradiente. É apresentada também a aplicaçõ do método híbrido de contorno para problemas de tensão axial unidimensional e flexão bidimensional de vigas. Finalmente mostra-se a aplicação numérica do método em elementos finitos, é verificado o patch test de elementos finitos de diferentes ordem e mostra-se também análises de convergência. / [en] The use of new mathematical modeling in the study of micro and Nano electro mechanical systems is currently becoming widespread. The scaling problem is apparent when the length of molecules, particles or grains immersed in the material is relatively important compared with the whole micro device dimension. Under this approach the classical theories of mechanics cannot describe suitably the structural requirement and it is necessary a more general outlook through non classical generalized theories which enclose the classical elasticity as a particular case where the non-classical constitutive parameters are negligible. When the microstructural effects are important, the material does not respond as a homogeneous but as a non-homogeneous one. A hundred years ago Cosserat brothers formulated a new theory of rigid grains which were embedded in an elastic macro medium; later Toupin, Mindlin along others researchers in 1960s developed a gradient strain theory which has been recently the source of many analystics and experimental investigations. In 1980s Ainfantis et al could develop a simplified strain gradient theory with just one additional non classical elastic constant which represents the volumetric elastic strain energy and characterized successfully the whole non classical pattern phenomenon. Beskos et al extended the treatment proposed initially by Aifantis and developed the first numerical applications for 2D and 3D boundary element methods and solved static as dynamic and crack problems. Since the times of Toupin and Mindlin it is looking for to establish a variational theory with a consistent cinematic and equilibrium boundary conditions, which seemed to have had success in the recent works of Amanatiodou and Aravas. This work presents the formulation of the hybrid boundary and finite element methods under the strain gradient scope which were developed by Dumont and Huamán through the versatile decomposition of the Hellinger-Reissner potential in two work principles: the displacements virtual work and the forces virtual work; both principles contain the virtual work performed by the non-classical magnitudes. Following, it is presented the complete development of singular and polynominal fundamental solutions abtained through the sixth order strain gradient differential equilibrium equations in terms of displacements. Next it is shown an application of the method to unidimensional truss element and bidimensional beam. Finally, it is presented a numerical application to strain gradient finite element, it is checked the patch tests to different elements orders and it is also shown a series of convergence analysis.

O Tiro com Arco é uma modalidade olímpica na qual os atletas exibem diversas estratégias de coordenação muscular na preparação do disparo da flecha, principalmente no período da liberação do clicker, tornando dificultosa a interpretação da coordenação de arqueiros no que tange à sua pontuação. Deste modo, algumas técnicas, como a Análise de Vetor Codificado e co-ativação/inibição recíproca, provenientes de abordagens de Controle Motor, podem ajudar-nos a desvendar quais parâmetros em comum que estes arqueiros utilizam quando atiram e sua relação com seu desempenho obtido durante o disparo sequencial de flechas. O objetivo do trabalho foi o de avaliar a coordenação muscular utilizada por arqueiros da seleção brasileira durante uma simulação qualificatória olímpica, através da técnica eletromiográfica. Participaram 11 arqueiros da seleção brasileira; idade: 25,2±4,9 anos, altura: 1,72±0,12m, peso: 68,6±11,8 kg, FITA score: 1258±43 pontos, Qualificação: 632±20 pontos, Flecha média: 8,7±0,3 pontos. A análise EMG foi dividida em 0,5s antes e 0,15s após a liberação do clicker. Foi utilizado o valor RMS deste sinal de doze músculos: no lado que traciona a corda (dominante) - FSD (Flexor Superficial dos dedos); ED (Extensor dos dedos); BBL (Bíceps Braquial); TBL (Tríceps Braquial Cabeça longa); GD (Grande Dorsal) PMC (Peitoral Maior Clavicular); TS (Trapézio Superior); SAD (Serrátil Anterior); RA (Reto Abdominal) e ML (Multífido Lombar). Lado não dominante (nD) DPnD (Deltóide Posterior); SAnD (Serrátil Anterior), no qual foram criados em 14 pares de análise (agonista-antagonista: FSD-ED; BBL-TBL; GD-PMC; TS-SAD; RA-ML; distal-proximal: FSD-BBL; FSD-TBL; ED-BBL; ED-TBL; e mistos: PMC-SAD; GD-TS; SAD-SAnD; SAnD-DPnD; GD-DPnD), para a análise dentro das técnicas de Co-ativação/Inibição Reciproca e Análise de Vetor Codificado. Nos resultados; oito pares (FSD-ED; BBL-TBL; TS-SAD; FSD-BBL; FSD-TBL; ED-TBL; SAD-SAnD; SAnD-DPnD) co-ativaram diferentemente na transição de blocos (p<0.05); e 12 (FSD-ED; BBL-TBL; GD-PMC; TS-SAD; FSD-BBL; FSD-TBL; ED-BBL; ED-TBL; PMC-SAD; SAD-SAnD; SAnD-DPnD; GD-DPnD) co-ativaram diferentemente na comparação do escore obtido (p<0.05). Em nove pares, os arqueiros, evidenciaram diferentes estratégias de inibição recíproca na transição de blocos (FSD-ED; BBL-TBL; TS-SAD; FSD-BBL; FSD-TBL; ED-BBL; ED-TBL; SAD-SAnD; SAnD-DPnD) (p<0.05); um (TS-SAD) na análise de flechas (p<0.05); e nove (FSD-ED; BBL-TBL; FSD-BBL; FSD-TBL; ED-BBL; ED-TBL; SAD-SAnD; SAnD-DPnD; GD-DPnD) na análise do escore. A análise de Vetor Codificado apresentou que, no total de flechas disparadas nove pares (FSD-ED; GD-PMC; FSD-BBL; FSD-TBL; ED-BBL; ED-TBL; PMC-SAD; SAD-SAnD; SAnD-DPnD) mudaram a moda de fase de coordenação na transição de ajustes posturais, enquanto no desempenho 11 pares (FSD-ED; BBL-TBL; GD-PMC; TS-SAD; FSD-BBL; FSD-TBL; ED-BBL; ED-TBL; PMC-SAD; SAD-SAnD; SAnD-DPnD) evidenciaram tais mudanças. As técnicas apresentadas no presente estudo revelaram parâmetros em comum associados com as sequências temporais de disparo de flechas e com os escores obtidos por arqueiros de elite, isto corrobora com a complexidade da análise do desempenho em atletas de alto rendimento, contudo também colocam a disposição técnicas que ajudam na filtragem e verificação desses parâmetros outrora divergentes / Archery is an Olympic sport in which the athletes exhibit several muscular coordination patterns in the arrow shooting, mainly in the clicker falls tempo, making difficult the interpretation of the coordination of archers in what concerns to their score. Thus, some techniques, such as Vector Coding and co-activation/reciprocal inhibition, from Motor Control approaches, can help us to discover what common patterns these archers use when firing and their relation to their obtained performance during the sequential firing of arrows. Aim: evaluate the muscular coordination used by archers of the Brazilian team during an Olympic qualifying simulation, using the electromyographic technique. Eleven archers of the Brazilian team participated; age: 25.2 ± 4.9 years, height: 1.72 ± 0.12m, weight: 68.6 ± 11.8 kg, FITA score: 1258 ± 43 points, Qualification: 632 ± 20 points, Mean arrow: 8.7 ± 0.3 points. The EMG analysis was divided in 0.5s before and 0.15s after the release of the clicker. The RMS value of this twelve-muscle signal was used: drawning arm (dominant side) - FDS (Flexor Digitorum Superficilis); ED (Extensor Digitorum); BB (Biceps Brachii); TBL (Triceps Brachii - Long Head); LD (Latissimus Dorsi) PMC (Pectoralis Major Clavicular Head); UT (Upper Trapezius); ASD (Anterior Serratus); RA (Rectus Abdominis) and LM (Lumbar Multifidus). Non-dominant side (nD) DPnD (Posterior deltoid) and ASnD (Anterior Serratus non-dominant side); pairs created (Agonist-Antagonist: FDS-ED, BBL-TBL, LD-PMC, UT-ASD, RA-LM; Distal-Proximal: FDS-BBL, FDS-TBL, ED-BBL, ED-TBL and the pairs glenohumeral-scapular: PMC-SAD, GD-TS, SAD-SAnD, SAnD-DPnD, GD-DPnD) for analysis of co-activation/reciprocal inhibition and Vector Coding. Results; eight pairs (FDS-ED, BB-TBL, UT-ASD, FDS-BB, FDS-TBL, ED-TBL, ASD-ASnD, ASnD-DPnD) coactivated differently in blocks transition (p<0.05); and 12 (FDS-ED, BB-TBL, LD-PMC, UT-ASD, FDS-BB, FDS-TBL, ED-BB, ED-TBL, PMC-ASD, ASD-ASnD, ASnD-DPnD, LD-DPnD) co-activated differently in the score comparison (p<0.05). Also, the archers displayed different strategies of reciprocal inhibition in the blocks transition (FDS-ED, BB-TBL, UT-ASD, FDS-BB, FDS-TBL, ED-BBL, ED-TBL, ASD-ASnD; ASnD-DPnD) (p<0.05); one (UT-ASD) in the arrow analysis (p<0.05); and nine (FDS-ED, BB-TBL, FDS-BBL, FDS-TBL, ED-BBL, ED-TBL, ASD-ASnD, ASnD-DPnD, LD-DPnD) in the score analysis. Nine Vector Coding pairs (FDS-BB, FDS-TBL, ED-BB, ED-TBL, PMC-ASD, ASD-ASnD, ASnD- DPnD) changed the coordination phase mode in postural adjustments transition, while 11 pairs (FDS-ED; BB-TBL; LD-PMC; UT-ASD; FDS-BB; FDS-TBL; ED-BB; ED-TBL, PMC-ASD, ASD-ASnD, ASnD-DPnD) showed such changes in score analysis. The techniques presented in the present study revealed common parameters associated with temporal shoot-out and scores obtained by elite archers, dispite the complexity of performance analysis in high-performance athletes