Orientadores: João Mauricio Rosario, Alvaro Geraldo Badan Palhares / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-23T15:19:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_NiltonCardosoda_D.pdf: 22567290 bytes, checksum: 98ea3275306d769d2bd139bc16d65d41 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Esta tese apresenta um estudo do processo de seleção de atuadores para juntas de manipuladores rígidos com n graus de liberdade, integrado à automatização da modelagem dinâmica utilizando as equações de Euler Lagrange. Os programas computacionais desenvolvidos foram implementados no ambiente do MATHEMATICA TM, que contém bibliotecas de funções básicas que agilizaram o desenvolvimento da programação. O enfoque principal deste trabalho concentra-se na seleção de atuadores considerando critérios dinâmicos, térmicos e cinemáticos. Este processo culmina com a especificação analítica ideal do motor e redutor para cada junta, conforme o tipo de acionamento (Direto, indireto reduzido e indireto não reduzido) e a carga atuaante sobre a junta durante a realização de uma tarefa previamente especificada para o manipulador desejado. A proposta do tema desta tese destaca-se porque modifica os parâmetros fisicos e geométricos da equação dinâmica utilizando dois procedimentos internos: a fusão dos parâmetros dos atuadores e dos elos, considerando-os como um objeto único, e a compatibilização do formato dos parâmetros fisicos com o formato exigido pelo ambiente de programação. Estes parâmetros dependem das operações típicas da seleção e redistribuição dos atuadores e das modificações dos tipos de acionamento das juntas que são aspectos inerentes das fases de projeto e redimensionamento de manipuladores. Finalmente, são apresentados os principais resultados das simulações mostrando o comportamento dinâmico a partir de perfis cinemáticos previamente estabelecidos para um manipulador planar cuja garra se desloca através de um segmento de reta, revelando as alterações da intensidade dos esforços para os diferentes posicionamentos dos atuadores, conforme os tipos de acionamento específicos / Abstract: This thesis is a study of the actuators selection process for joints of rigid manipulators with generic degrees of fTeedom, integrated into the automation of dynamic modeling using Euler-Lagrange equations. The program that executes these processes is based on the MATHEMATICA TM, which contains libraries that provide the development of the programation. The main focus of this work is on actuators selection, while considering the dynamics, thermics and kinematics criterion. This process culminates with the ideal analytic specification of the motor and reducer for each joint, according to the drive type: (direct, indirect reduced and indirect unreduced), and the load that acts on the joint during the execution of a task previously specified for desired manipulator. The proposal of this work theme destach because it modifies the physical and geometric parameters of the dynamic equation, using two intemal processes: the fusion of the actuators and links parameters considering them as a single object, and the compatibilization of physical parameters format with the one demanded by the programming environrnent. These parameters depend on typical operations such as selection and redistribution of the actuators and also on the modifications of joint drives, that are inherent aspects of the project phases and of the manipulators redimensioning. Finally, the main results of the simulations are presented showing the dynamic behavior to the cinematic profiles previously established for a planne manipulator, whose end-effector moves through a straight line segment, showing the alterations of the effort intensity for different actuators positioning, according to specific drives / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

A segurança alimentar é um tema que está ganhando importância a cada dia. A ocorrência de casos e surtos de doenças transmitidas por alimentos é grande e traz prejuízos tanto à saúde quanto à economia. O presente trabalho tem por objetivos levantar alguns aspectos da qualidade higiênico-sanitária e do padrão de consumo de alimentos na comunidade São Remo, São Paulo, Capital, no que se refere aos conhecimentos e hábitos higiênicos em relação aos alimentos. Foram colhidas amostras de alimentos para análise microbiologia e realizadas entrevistas com os moradores da Comunidade e com os comerciantes de alimentos da mesma área. Constatou-se a existência de alimentos com risco de intoxicação alimentar e a falta de informação aprofundada sobre os microrganismos e sobre como evitar sua multiplicação no ambiente da cozinha. Concluiu-se que há necessidade de treinamento dos comerciantes e da população priorizando a características da Comunidade e participação da população. / Food safety is a very serious issue and it is gaining more and more importance every day. The number of single cases and outbreaks of food borne diseases is high as are high the costs to health and economy generated by it. The aim of this study is to bring to light aspects of food-safety, hygiene as well as the standards of food consumed at São Remo Community, São Paulo, Capital. Samples of food were collected for microbiological analysis and interviews were carried out with inhabitants along with traders of the community. The survey not only found a real threat of food poisoning but also a deep lack of information about microorganisms and how to avoid their multiplication in a kitchen environment. It was concluded that training should be given to the population and to anyone somehow related to the food business. This training should priorize popular attendance and respect and understand the characteristics of the Community.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As DTAs (Doenças Transmitidas por Alimentos) são um problema de saúde pública, que ocasionam a redução da produtividade, além de poder levar a mortalidade do indivíduo. Registros epidemiológicos mostram que os serviços de alimentação contribuem para o alto índice de doenças transmitidas por alimentos e os manipuladores de alimentos são considerados a principal via de contaminação. Objetivou-se com a pesquisa avaliar o nível de conhecimento, atitudes e práticas em segurança alimentar, dos manipuladores de alimentos em Instituições Federais localizadas na Região Amazônica. A pesquisa foi delineada através de um questionário, composto de 20 questões fechadas, relativas ao conhecimento sobre boas práticas de manipulação, aplicado a 60 manipuladores de alimentos, antes e depois de palestras educativas, além de observações presencias e análises microbiológicas das mãos e cavidades bucais em 24 manipuladores, divididos pelas quatro Instituições, para identificação de bactérias contaminantes. O resultado do questionário, antes das palestras, foi da ordem de 78,83% de acertos, equivalendo a um resultado bom, apesar de que os itens referentes à lavagem das mãos e o reaproveitamento de alimentos contaminados tiveram índice de acertos entre 61,6% e 66,6%. Após as palestras educativas, este índice teve uma média total de 91,48%. Em contrapartida, no resultado microbiológico, foi constatado a presença das bactérias Escherichia coli e Staphylococcus aureus nos 4 grupos de estudo. Fato este, que reflete diretamente na não conformidade do conhecimento teórico com o prático, o que, de acordo com as observações presenciais, podem ser ocasionados pelos problemas de falta de material de higienização e de uma contínua capacitação dos manipuladores de alimentos. Neste contexto, espera-se que as informações coletadas sejam um marco inovador e decisório na área de segurança alimentar dos refeitórios e que as informações levantadas possam auxiliar nas ações de prevenção e controle das DTAs e consequentemente o seu impacto na saúde do consumidor / The DTAs (Foodborne Diseases) is a public health problem that cause reduced productivity, and can lead to death of the individual. Epidemiological records show that the food services contribute to the high incidence of foodborne illness and food handlers are considered the main route of contamination. The aim of this research was to evaluate the level of know ledge , attitudes and practices in food safety, food handlers in Federal Institutions located in the Amazon region .This research was designed through a questionnaire with 20 closed for knowledge on good practices for handling issues , applied to 60 food handlers before and after educational lectures , and presencias observations and microbiological analyzes of the hands and mouth cavities 24 handlers , divided by the four institutions for identification of bacterial contaminants . The result of the questionnaire before the lecture, was approximately 78,83 % accuracy , equivalent to a good result , although the items relating to hand washing and reuse of contaminated food had hit rate of 61,6 % and 66,6 % . After the educational lectures, this index had a total average of 91.48 %. In contrast, the microbiological results, it was found the presence of the bacteria Escherichia coli and Staphylococcus aureus in 4 study groups. A fact that is directly reflected in the non-conformity of theoretical knowledge with practical, which, according to the classroom observations, problems can be caused by lack of hygiene material and continuous training of food handlers. In this context, it is hoped that the information collected is an innovative decision-making and landmark in the area of food safety and lunchrooms that the information gathered can help in prevention and control of foodborne and consequently its impact on consumer health food.

La presente tesis desarrolla el diseño de un mecanismo robótico de dos grados de libertad para rehabilitación de miembro superior en usuarios con post-infarto cerebral como solución alternativa de rehabilitación al método convencional en mejorar la recuperación del miembro superior. El proyecto responde a un aumento de la población adulta que sufre de alguna discapacidad, el déficit de atención hospitalaria y de infraestructura adecuada en los centros de rehabilitación que generan secuelas en la vida del paciente por no haber sido atendido en el momento oportuno. En el presente documento se describe el mecanismo diseñado, el cual contempla realizar los movimientos de flexo/extensión con un rango de 0 º a 120 º y el de prono/supinación con un rango de 0 º a 90 º. El mecanismo se desarrolló para trabajar con órdenes de un interfaz cerebro computadora, pero puede adaptarse a otras formas de interacción debido a que recibe señales. El primer movimiento se realiza por transmisión de engranajes y el segundo por cable de acero. Además, el mecanismo está acoplado a una base que permite adaptar el diseño robótico a diferentes miembros superiores. El costo de diseño y de fabricación de este dispositivo está alrededor de los S/. 6,000. En el desarrollo de este trabajo se empleó la metodología de diseño de la norma alemana VDI 2206

Actualmente, el uso de robots en diferentes campos y ambientes se ha convertido en tema de investigación para profesionales relacionados al ámbito científico, ingenieros de distintas ramas y especialistas en temas sociales y culturales, dando paso a nuevos conceptos como la robótica de asistencia y/o social lo que nos revela nuevos tópicos y puntos de acción de la mecatrónica hoy en día. Esta nueva concepción de robótica permite que se utilice tecnología como apoyo a diferentes áreas entre las que se encuentran la medicina y el cuidado de la salud donde se necesita un grado mayor de innovación tecnológica especialmente en la automatización de procesos que forman parte de una cadena mayor de producción. Esta problemática sirve como punto de partida y motivación para el presente trabajo de tesis que plantea el desarrollo de un sistema compuesto por el robot industrial Baxter junto con algoritmos de visión por computadora para el reconocimiento de instrumental quirúrgico usados en ambientes hospitalarios específicamente en centrales de esterilización. Los principales objetivos de este sistema son: automatizar tareas recurrentes de manera eficiente en el menor tiempo posible, obtener y llevar control de los diversos materiales clasificados (cantidad, tipo, etc.) y aprovechar la capacidad de este robot para trabajar en conjunto con operarios o reemplazarlos según sea conveniente con el fin de evitar riesgos potenciales. El sistema planteado consiste en la implementación de algoritmos robustos de reconocimiento por imágenes en Python, el diseño de un actuador o gripper adaptado especialmente para el robot Baxter que permita un correcto manejo y traslado del material con el cual se tendrá contacto y el envío de los datos recolectados en el todo proceso a un servidor web local. Los resultados obtenidos incluyen el desarrollo de un sistema robusto compuesto por algoritmos de procesamiento de imágenes junto con un gripper mecánico de bajo costo impreso en 3D, así como pruebas de concepto de los puntos más relevantes que validen la lógica y efectividad del trabajo propuesto mediante simulaciones.

Miles de personas en el mundo son afectadas por enfermedades causantes de parálisis tales como esclerosis lateral amiotrófica, lesiones en la médula espinal y distrofia muscular. En los últimos años, investigadores han buscado desarrollar soluciones tecnológicas para asistir a estos pacientes. En el 2012, una mujer con tetraplejia, causada por un paro cerebral, fue capaz de acercar una botella a su boca y beber de ella, utilizando señales EEG invasivas [1]. Recientemente, en el 2016, ahora mediante sensores EEG no invasivos, se realizaron pruebas en 13 sujetos sanos para mover un brazo robot en dos dimensiones [2]. Buscando colaborar en el desarrollo de robots asistenciales, el presente trabajo propone el diseño e implementación de las funciones de 'agarre' y 'levante' en el brazo robot Kinova, donde las señales de activación provendrán de señales EEG y el algoritmo de traducción estará basados en modelos de deep learning. Los modelos de deep learning mencionados serán basados en la solución propuesta por Alex Barachant y Rafael Cycon para la clasificación de señales EEG [3]. El dataset que se utilizará para el entrenamiento se toma del repositorio WAY-EEG-GAL financiado por la unión europea [4]. A pesar de que las señales EEG corresponden a movimientos físicos reales, los cuales no pueden ser realizados por los pacientes con las enfermedades antes mencionadas, este trabajo busca brindar un aporte a la literatura médica e ingenieril y al avance de las aplicaciones de interfaz cerebro-computador. Adicionalmente, se busca proponer el método para evaluar el desempeño en una prueba experimental del algoritmo referido, lo cual no se ha abordado en la literatura presente hasta el momento.

En el presente trabajo se diseñó un prototipo de brazo robótica háptico teleoperado de 4 grados de libertad para la exploración marina hasta una profundidad máxima de 500m. Se diseñó el brazo robótica esclavo en un software de diseño, se analizó la estática y dinámica de dicho robot y se realizaron análisis de esfuerzos en los principales componentes. El robot tendrá un alcance máximo de 900mm y contará con sensores de posicionamiento y fuerza para el control de posición y fuerza. Además el brazo robótico contará con una cámara cerca al efector final con el motivo de tener una mejor visión para el operador. El trabajo incluye también el diseño del manipulador maestro que será controlado por el operador y que incluirá una realimentación de fuerza (force feedback). Se escogieron los motores y controladores indicados para el correcto funcionamiento del robot así como el tipo de comunicación que tendrá el robot con el computador. En el primer capítulo se presentará la problemática actual de los manipuladores robóticos submarinos, los cuales en su mayoría son hidráulicos y el costo de operación de dichos robots son altos. En el segundo capítulo se mencionarán los requerimientos físicos-mecánicos, requerimientos electrónicos y requerimientos de control del robot. Además se presentará el concepto de solución del sistema mecatrónico que será una alternativa de solución a la problemática presentada. En el tercer capítulo presentará el sistema mecatrónico completo. Se explicará el diagrama de funcionamiento del sistema mecatrónico, los sensores y actuadores presentes en el trabajo, planos de ensamble de los manipuladores, diagramas de circuitos y el diagrama de control del sistema mecatrónico. En el cuarto capítulo se presentará el presupuesto total del proyecto, el cual incluirá el presupuesto de los componentes mecánicos y electrónicos. Por último en el quinto capítulo se presentarán las conclusiones obtenidas del proyecto.

Los sistemas teleoperados siguen siendo un campo de investigación de vigente importancia en el mundo. Cuentan con diversas áreas de aplicación y por ello continuamente se desarrollan nuevos algoritmos de control con los que mejorar las prestaciones de telepresencia y estabilidad del sistema en conjunto. Sin embargo, existe la necesidad de probar la eficacia de esos algoritmos en entornos reales aparte de los simulados. La Pontificia Universidad Católica del Perú es una de las instituciones académicas que realiza investigaciones de ese tipo. En particular, la presente tesis busca contribuir a dicho trabajo mediante el diseño de una plataforma teleoperada de un GDL en la que implementar y probar nuevos algoritmos de control bilateral basados en la convergencia de estados. La estructura mecánica diseñada considera el uso de impresión 3D como tecnología para la fabricación de las piezas diseñadas. De esta manera, la plataforma será mucho más accesible para su posterior uso en trabajos de investigación que desarrollen nuevos algoritmos de control. El GDL se implementa a través de un motor brushless controlado por FOC para generar una posición angular más precisa. Finalmente, la dinámica de cada manipulador es linealizada para simular la convergencia de estados con un modelo del sistema y validar su funcionamiento en un entorno terrestre.

El desarrollo de varias tecnologías ha permitido que hoy en día los exoesqueletos robóticos sean una realidad, siendo actualmente usados en distintas áreas de trabajo; sin embargo, éstos aún presentan ciertas limitaciones, como por ejemplo, restringir el desplazamiento del usuario si éstos están fijos a soportes. Por otro lado, el tipo de trabajo que realiza el trabajador de construcción civil, como la carga y transporte de elementos de construcción, lo pone en una situación de predisposición a sufrir lesiones como fracturas, esguinces y diversos trastornos músculo-esqueléticos. El presente proyecto consiste en el diseño de un exoesqueleto de miembro superior que alivie el esfuerzo en el transporte de carga y disminuya los riesgos a la salud de los trabajadores de construcción civil. Se presenta una solución de un exoesqueleto pasivo que utiliza el mecanismo kickstart ratchet –mecanismo que permite el movimiento rotacional en tan sólo un sentido y que utiliza los dientes de engrane en las caras planas de los discos en contacto para distribuir el torque entre todos los dientes de la pieza-, para poder soportar la carga aplicada por largos períodos de tiempo sin la necesidad de un suministro eléctrico permanente. Este diseño es ergonómico y permite un uso continuo y prolongado, es seguro para el usuario, compacto y fácil de transportar, es autónomo y no limita del desplazamiento del usuario. Así mismo, previene lesiones musculo-esqueléticas a través de la corrección de la postura del usuario, distribuyendo la carga uniformemente en la posición óptima. Además, resulta en una alternativa más económica que el costo que implica una lesión músculo-esquelética debido a las horas-hombre perdidas, gasto en medicamentos, tiempo invertido en fisioterapia, hasta inclusive posibles demandas a la empresa responsable. Finalmente, se espera que gracias al uso del exoesqueleto robótico, el trabajador de construcción civil pueda aumentar su eficiencia laboral al ser capaz de cargar y transportar un mayor número de elementos en un mismo período de tiempo que si no contara con el exoesqueleto, puesto que presentaría menos cansancio.

En el presente documento de tesis se desarrolla un sistema de control para la manipulación y planificación de trayectorias de un robot de cinco grados de libertad. Este robot que ha sido fabricado por la Maestría de Ingeniería Mecatrónica de la Pontificia Universidad Católica del Perú, forma parte de un proyecto multidisciplinario que busca desarrollar un sistema robótico capaz de ser utilizado para pruebas dinámicas y cinemáticas en este área. En el mencionado proyecto se realizó el diseño mecánico correspondiente al brazo robótico, que incluyó el dimensionamiento y posterior fabricación de cada uno de los eslabones. En la parte electrónica, se dimensionó y adquirió motores con encoders que permitirían obtener señales de posición y dar movimiento a los eslabones. Con toda la información adquirida a través de los dimensionamientos y ensayos mecánico-eléctricos, se logró generar modelos matemáticos de función de transferencia de motores para el diseño del control discreto. Usando estas funciones de transferencia, se implementó un sistema de control distribuido basado en la implementación de un algoritmo PD que permite el control angular de los motores con 5 microcontroladores comunicados en protocolo I2C.Las referencias para cada control de lazo cerrado, son generadas desde una interfaz que tiene internamente un generador de referencias y enviadas por protocolo serial al microcontrolador maestro. Este generador tiene un funcionamiento basado en modelos cinemáticos que toma como principio los algoritmos de cinemática directa e inversa para la generación de trayectorias. Finalmente, el sistema es comandado por un usuario que podrá definir el punto final de la trayectoria del brazo en coordenadas X, Y, Z. Además, el usuario podrá realizar control individual de cada uno de los eslabones y observar los valores de posición X, Y, Z en tiempo real mediante gráficas y valores.