The basic planar cam mechanisms and link mechanisms are widely used in industrial automatic machines. In determining the design method and design procedure for the cam-link mechanism, the basic kinematic synthesis and motion curve generation method require effective design procedure and optimization method to determine the kinematic structure of the mechanism and its kinematic performance clearly. In order to determine the result of the multi-objective optimization problem for the cam-link mechanism, the genetic algorithm is defined as the problem solver and begins this dissertation. By considering the influences of the parameters in the evolving procedure and by defining the conditions of the parameters and variables properly, the best solutions of the multi-objective optimization problem can then be solved successfully. By comparing the curves for the motion synthesis of the cam-link mechanism, the existing motion functions with their kinematic characteristics used in cam mechanisms are introduced and the rational B-spline motion function is proposed. By using the genetic algorithm to approximate the motion curves that is combined with trigonometric functions, the flexibility of the rational B-spline is demonstrated. Furthermore, to minimize different kinematic characteristics of the single-objective minimization problems, these problems are also searched by using rational B-splines with genetic algorithm for having better results. For synthesizing different structures of cam-link mechanisms, first of all is to derive the kinematics of the two planar link mechanisms and four planar cam mechanisms and then the genetic algorithm is used here to find out the minimal cam dimension with the limits of the motion curves, the pressure angles, and the radius of curvatures. Then, the kinematic synthesis problem of the function generation slider-crank mechanisms as the slider starts at the toggle position is discussed. Through the analysis finds out that when using the traditional motion functions with acceleration continuity to synthesize the slider motion, the angular acceleration of the crank cannot be continuous. To achieve the acceleration continuity of the crank motion, the curve that contains the fourth derivatives of the displacement with respect to time are set to be zeros can fulfill the continuity requirement. Then using the structural synthesis design procedure, by following the input and output relations of the link mechanisms and cam mechanisms with design constraints to select the proper structures of the mechanisms. To apply the cam-link mechanism in real application, a machine containing a slider-crank mechanism as toggle mechanism is introduced. Through the design constraints of space and motion limits to find out the possible mechanism structure and define the dimensions and then analyze the kinematics and kinetostatics of the machine. By using the genetic algorithm to solve the multi-objective optimization problem, the parameters of the rational B-spline are adjusted to have optimal kinematics and minimal kinetostatics to reduce the contact stress and to improve the fatigue life of the cam follower. Due to the existing problem of the slider-crank mechanism that contains discontinuous acceleration at the toggle position, to prove the correctness of the theoretical results, the experimental tests are measured and verified with the theoretical results in high similarity. The results show that when the slider motion curves begin at the toggle position with boundary motion constraints up to fourth or more than fourth derivatives of the displacement with respect to time that are set to be zeros, the angular accelerations of the cranks are continuous. In summary, this dissertation provides suggestions of the kinematic characteristics for the designer to design cam-link mechanisms that contain a slider-crank mechanism as the toggle mechanism and design methods for the synthesis, analysis and experimental test of the simple function generation cam-link mechanism.

Um atuador planar de indução é um dispositivo baseado no mesmo princípio de funcionamento de um motor linear de indução, onde a interação de um campo magnético viajante produzido pelo primário do dispositivo com uma superfície de boa condutividade elétrica induz correntes parasitas que levam à produção de uma força de propulsão. O movimento planar sobre essa superfície é produzido através da movimentação linear em dois eixos ortogonais. Uma aplicação deste movimento é na propulsão de uma plataforma equipada com câmeras e sensores para a realização da inspeção em uma superfície metálica, que se beneficiaria da força normal que o motor planar de indução produz quando acionado sobre uma superfície ferromagnética para anexar a plataforma à superfície. Um modelo analítico que fornece equações para o campo elétrico e magnético é apresentado, e simulações numéricas baseadas no método dos elementos finitos são realizadas para avaliar o comportamento do dispositivo utilizando três tipos diferentes de superfícies como secundário: um secundário com duas camadas formadas por uma chapa de alumínio com outra de aço por baixo; apenas a chapa de alumínio; e apenas a chapa de aço. As distribuições de campo magnético calculadas por estes dois modelos teóricos mostram boa concordância entre si, e são utilizadas para calcular as forças de propulsão e normal produzidas pelo atuador. Medidas experimentais são realizadas em um protótipo de atuador planar de indução, e seus resultados são comparados com os resultados obtidos nos modelos teóricos, mostrando uma boa concordância e potencial para a aplicação do atuador planar de indução na inspeção de superfícies horizontais. / An induction planar actuator is a device that, based on the operating principle of a linear induction motor, in which the interaction between a travelling magnetic field produced by the primary of the device and a conducting surface generates eddy currents in the surface and leads to the generation of a thrust force. The device produces planar motion over this surface through movement on two orthogonal axis. An application of this movement is in a platform for the inspection of metallic surfaces, which is driven by the planar induction motor and equipped with cameras and sensors to inspect the surface. This application benefits from the normal force produced by the induction planar actuator operating over a ferromagnetic surface to attach the driving platform to it. An analytical model with equations for the electric and magnetic fields is presented, and numerical simulations based on the finite element method are carried out to assess the behaviour of the device using three different surfaces as secondary: a double-layered secondary formed by an aluminum plate over a steel plate; a aluminum only plate; and a single steel plate. The distributions for the magnetic field computed through these theoretical models show good agreement, and are employed to evaluate the thrust and normal forces produced by the planar induction actuator. Experimental measurements are made on a prototype of the device, and the results are compared to the results of the theoretical models, showing good agreement and potential in the application of the induction planar motor for the inspection of horizontal metallic surfaces.

Nesta dissertação foram investigadas as propriedades ópticas e estruturais em filmes ultrafinos e de um sistema de moléculas isoladas de poli (9,9 dioctilfluoreno) (PFO). As amostras poliméricas foram produzidas sobre substrato de quartzo empregando a técnica de spin-coating a partir de soluções de PFO em clorofórmio. Através desse método foi possível obter filmes extremamente finos e moléculas isoladas, com boas condições para o estudo de processos fotofísicos. Técnicas espectroscópicas, tais como, microscopia confocal de fluorescência (LSMC), espectroscopia de absorção UV/Vis, bem como espectroscopia de fotoluminescência foram utilizadas neste trabalho. Inicialmente, o método de preparação dos filmes através de sucessivas diluições foi avaliado pelos espectros de absorção mostrando que é possível obter informação da absorção molecular por medidas de absorbância em condições extremas de baixa diluição. Medidas de fotoluminescência a baixa temperatura de 5 K mostraram que a fase &#946; pode ser induzida em filmes ultrafinos de PFO em clorofórmio. Através da técnica de microscopia confocal foi realizada a sondagem de um pequeno conjunto molecular considerado neste trabalho como sistema de molécula isolada, no qual permitiu um melhor entendimento sobre os mecanismos associados à tensão e/ou a organização da cadeia polimérica (fase planar &#946; e fase não planar), induzida pelo substrato, que afeta fortemente as propriedades de emissão. Emissões foram resolvidas pela primeira vez em moléculas isoladas entre as energias da fase &#946; e da fase não planar que foram associadas a perturbações da estrutura planar por conformações primárias da cadeia, como dobras e torções distribuídas ao longo da cadeia. Além disso, moléculas isoladas de PFO sobre o substrato de quartzo possuem a estrutura da fase &#946; congelada à temperatura ambiente. Esta estrutura é perturbada pelas vibrações atômicas do substrato que alargam a linhas de emissão, sem quebrar a conformação ordenada rígida imposta pelo substrato. Além disso, foi possível comparar as propriedades como eficiência da emissão e migração do estado excitado entre filmes ultrafinos e em moléculas isoladas. / Optical and structural properties of ultrathin films and isolated molecules of poly (9,9 dioctylfluorene) (PFO) are investigated in this work. The polymeric films were produced on top of quartz substrate by spin-coating technique from PFO chloroform solutions having different dilutions. Through this method it was possible to obtain extremely thin films (<10 nm) and isolated molecules, with suitable quality that allowed the study of photophysical processes at molecular level. We employed three spectroscopic techniques to characterize such ultrathin films, namely, confocal fluorescence microscopy (LSMC), UV/Vis absorption spectroscopy and temperature dependent photoluminescence spectroscopy. The spincoated films were initially prepared though successive dilutions in PFO/CHCl3 solutions. We demonstrate that it is possible to obtain information of the molecular structure by using absorbance measurements under extreme conditions of low molecular dilution. Measurements of photoluminescence at low temperatures (5 K) showed that the phase &#946; may be induced in ultrathin films of PFO in chloroform. Using confocal microscopy we probed a small molecular assembly considered in this work as an isolated molecule system, which allowed to understand of mechanisms associated with stress and/or the organization of the polymer chain (phase planar &#946; and phase non-planar), induced by the substrate, which strongly affects the emission properties. Emissions in isolated molecules have been resolved for the first time between the energies of the &#946; phase and the amorphous phase that were associated to perturbations of the planar structure by primary chain conformations, such as folds and twists distributed along the chain. In addition, PFO isolated molecules have frozen &#946; phase structure at room temperature on the quartz substrate. This structure is disturbed by the atomic vibrations of the substrate that broaden the emission lines without breaking the ordered conformation imposed by the rigid substrate. Moreover, it was possible to compare the properties of the efficiency emission and excited state migration between ultrathin films and isolated molecules.

Submitted by Fernando Souza (fernandoafsou@gmail.com) on 2017-08-16T12:39:19Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 6585826 bytes, checksum: 7c4b9710f530b142defafd4f6be7d1a8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-16T12:39:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 6585826 bytes, checksum: 7c4b9710f530b142defafd4f6be7d1a8 (MD5) Previous issue date: 2016-02-19 / Abstract This paper aims to present a novel approach in planar RGB-D SLAM, here called Object Subtraction SLAM (OS-SLAM), using only low-cost RGB-D sensors such as the Microsoft Kinect. Our approach subtracts objects from the 3D environment and creates a clean 3D map projecting estimated planes without identified objects encountered along the mapping procedure aiming to increase accuracy. To validate our approach we performed four experiments, three in a real environment and one with an open dataset comparing them with other state-of-the-art algorithms. The algorithms were applied to a TurtleBot 2 platform which has a RGB-D sensor as its main sensor. The results demonstrated the efficiency on generated a clean and accurate map using the OS-SLAM algorithm. / Resumo Este trabalho tem como objetivo apresentar uma nova abordagem em RGB-D Planar SLAM, aqui chamada SLAM Baseado em Subtração de Objetos (OS-SLAM), utilizando apenas sensores RGB-D de baixo custo, como o Microsoft Kinect. Essa abordagem subtrai objetos do ambiente 3D e cria um mapa 3D limpo, projetando planos estimados sem os objetos identificados e encontrados ao longo do procedimento de mapeamento. Para validar esta abordagem, foram realizados quatro experimentos. Três deles em um ambiente real e um com um conjunto de dados abertos comparando-os com outros algoritmos do estado-da-arte. Os algoritmos foram aplicados a uma plataforma turtlebot 2, que tem um sensor RGB-D como seu sensor principal. Os resultados demonstraram a eficiência na geração de mapas limpos e precisos utilizando o algoritmo OS-SLAM

Um atuador planar de indução é um dispositivo baseado no mesmo princípio de funcionamento de um motor linear de indução, onde a interação de um campo magnético viajante produzido pelo primário do dispositivo com uma superfície de boa condutividade elétrica induz correntes parasitas que levam à produção de uma força de propulsão. O movimento planar sobre essa superfície é produzido através da movimentação linear em dois eixos ortogonais. Uma aplicação deste movimento é na propulsão de uma plataforma equipada com câmeras e sensores para a realização da inspeção em uma superfície metálica, que se beneficiaria da força normal que o motor planar de indução produz quando acionado sobre uma superfície ferromagnética para anexar a plataforma à superfície. Um modelo analítico que fornece equações para o campo elétrico e magnético é apresentado, e simulações numéricas baseadas no método dos elementos finitos são realizadas para avaliar o comportamento do dispositivo utilizando três tipos diferentes de superfícies como secundário: um secundário com duas camadas formadas por uma chapa de alumínio com outra de aço por baixo; apenas a chapa de alumínio; e apenas a chapa de aço. As distribuições de campo magnético calculadas por estes dois modelos teóricos mostram boa concordância entre si, e são utilizadas para calcular as forças de propulsão e normal produzidas pelo atuador. Medidas experimentais são realizadas em um protótipo de atuador planar de indução, e seus resultados são comparados com os resultados obtidos nos modelos teóricos, mostrando uma boa concordância e potencial para a aplicação do atuador planar de indução na inspeção de superfícies horizontais. / An induction planar actuator is a device that, based on the operating principle of a linear induction motor, in which the interaction between a travelling magnetic field produced by the primary of the device and a conducting surface generates eddy currents in the surface and leads to the generation of a thrust force. The device produces planar motion over this surface through movement on two orthogonal axis. An application of this movement is in a platform for the inspection of metallic surfaces, which is driven by the planar induction motor and equipped with cameras and sensors to inspect the surface. This application benefits from the normal force produced by the induction planar actuator operating over a ferromagnetic surface to attach the driving platform to it. An analytical model with equations for the electric and magnetic fields is presented, and numerical simulations based on the finite element method are carried out to assess the behaviour of the device using three different surfaces as secondary: a double-layered secondary formed by an aluminum plate over a steel plate; a aluminum only plate; and a single steel plate. The distributions for the magnetic field computed through these theoretical models show good agreement, and are employed to evaluate the thrust and normal forces produced by the planar induction actuator. Experimental measurements are made on a prototype of the device, and the results are compared to the results of the theoretical models, showing good agreement and potential in the application of the induction planar motor for the inspection of horizontal metallic surfaces.

Neste trabalho, estudamos as propriedades eletrônicas e estruturais de super-redes InP/In IND. 0.53 Ga IND. 0.47As dopadas fortemente com Si (densidade equivalente no bulk superior a 4.4 x 10 POT. 18cm POT. -3). O espectro de Fourier das oscilações de Shubnikov-de Haas apresenta um dubleto característico de elétrons que populam uma minibanda de energia, assim como uma freqüência de oscilação associada a elétrons confinados em uma camada superficial bidimensional (elétrons de Tamm). Verificamos que, para descrever o espectro de energia dos elétrons da minibanda, o modelo de Kronig-Penney é em geral suficiente porém, para descrever adequadamente os estados de Tamm é necessário recorrer a um cálculo auto-consistente completo. A boa resolução do dubleto associado aos elétrons que populam a minibanda de energia permitiu extrair as mobilidades quânticas dos elétrons associados aos hodógrafos extremais (\"cintura\" e \"pescoço\") da mini-superfície de Fermi. O tratamento de dados foi efetuado com a utilização de procedimentos especialmente desenvolvidos, que apresentam a vantagem de não necessitar da utilização de filtros de Fourier sofisticados. A detecção do estado de Tamm nas oscilações de Shubnikov-de Haas é inétida por se tratar de estados de Tamm degenerados. Por ser a mobilidade quântica dos elétrons de Tamm quase duas vezes maior do que a mesma mobilidade para os elétrons da minibanda, em campos magnéticos fracos as oscilações de Shubnikov-de Haas são dominadas pelos elétrons de Tamm, apesar da quantidade de elétrons de Tamm corresponder a apenas em torno de 10% do total de portadores livres em nossas amostras. As super-redes InP/In IND. 0.53 Ga IND. 0.47As:Si apresentam, também, grande redução de portadores livres com a diminuição do período das super-redes. A perda de portadores livres é de 60% quando o período é diminuído em 20%. Esta redução está correlacionada com a quantidade de átomos de ) dopantes que recai na camada interfacial de InAs IND. X P IND. 1-X que se forma quando InP é depositado sobre In IND. 0.53 Ga IND. 0.47As. Um estudo de um conjunto de 8 amostras nos permitiu estimar que a espessura da camada interfacial é de aproximadamente 20 ANGSTRONS. Os dados experimentais indicam que os átomos de Si que recaem nas camadas interfaciais, ao invés de formarem doadores rasos, formam centros profundos com energia de ativação superior a 50 meV. / In this work the electronic and structural properties of InP/In IND. 0.53 Ga IND. 0.47As superlattices heavily doped with Si (bulk equivalent density greater than 4.4 x 10 POT. 18cm POT. -3) were studied. The Fourier spectrum of the Shubnikov-de Haas oscillations presents a double peak characteristic of electrons which populate the first miniband of the energy spectrum, and an additional peak associated to electrons confined in a two-dimensional surface layer (Tamm electrons). We verified that the Kronig-Penney model is, in general, a good approximation to describe the energy spectrum of electrons in the miniband. However, to describe adequately the Tamm states, it is necessary to resort to a full self-consistent calculation of the energy levels in the effective mass approximation. The well-resolved doublet associated to the electrons in the miniband allowed us to extract the quantum mobilities associated to both extremal orbits of the Fermi mini-surface (belly and neck). The data analysis was done by using specially developed procedures, which have the advantage of not requiring the use of sophisticated Fourier filters. The detection of Tamm states throught Shubnikov-de Haas oscillations was done for the first time in superlattices in which the Tammm states are degenerate. On account of the fact that the quantum mobility of the Tamm electrons is about a factor of two greater than the quantum mobility of the miniband electrons, the Shubnikov-de Haas oscillations are dominated by electrons from the Tamm states, especially at weak magnetic fields, despite of the fact that the amount of Tamm electrons is only about 10% of the total amount of free carriers in our sample. The InP/In IND. 0.53 Ga IND. 0.47As:Si superlattices also display a strong reduction in the amount of free carriers when the period of the superlattice decreases. This reduction reaches 60% when the superlatticess period is decreased by only 20%. This reduction correlates with the amount of doping atoms that fall into the interfacial layer InAs IND. X P IND. 1-X which is formed when InP is grown on In IND. 0.53 Ga IND. 0.47As. A study of a set of 8 samples allowed us to estimate that the interfacial layer is approximately 20 ANGSTRONS thick. The experimental data indicate that the Si atoms which fall into the interfacial form deep levels with an activation energy larger than 50 meV.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The present dissertation aims to introduce the basic concepts of graph theory to explore the concept of planarity and present a beautiful theorem connected to this theme. Graph theory is a very effective tool for solving problems involving several areas of knowledge. Some of these problems are related to planarity of graphs. Thus, this work presents Kuratowski’s theorem, with the beauty of its demonstration, which provides a necessary and sufficient condition for a graph to be planar, observing if it contains a specific type of subgraph related to complete and split graphs. / A presente dissertaçãoo tem como objetivo introduzir os conceitos básicos da teoria dos grafos para explorar o conceito de planaridade e apresentar um belo teorema ligado a esse tema. A teoria dos grafos é uma ferramenta muito eficaz na resolução de problemas que envolvem diversas áreas de conhecimento. Alguns destes problemas estão relacionados `a planaridade de grafos. Dessa forma, este trabalho apresenta o teorema de Kuratowski, com a beleza de sua demonstra¸c˜ao, que fornece uma condição necessária e suficiente para um grafo ser planar, observando se o mesmo contém um tipo específico de subgrafo relacionado a grafos completos e bipartidos. / São Cristóvão, SE

[pt] A crescente demanda por dispositivos portáveis de tamanho e peso cada vez mais reduzidos vem estimulando a busca por materiais de alta constante dielétrica e baixas perdas na faixa de freqüência de microondas capazes de permitir a integração e miniaturização de circuitos. No presente trabalho foi realizado um estudo teórico e experimental sobre a utilização de filmes de alta constante dielétrica na fabricação de dispositivos passivos de microondas de tamanhos reduzidos. Foi feita uma análise no domínio da freqüência sobre a influência desses filmes nas características de diferentes configurações de linhas de transmissão planares com múltiplas camadas dielétricas. A partir dessa análise, foi escolhida a configuração, denominada aqui de QCPW (Quase-Coplanar Waveguide), que permite a realização prática de estruturas com diversos valores de impedância utilizando dimensões transversais confortáveis. Filmes espessos de compostos de titanato de cálcio e de titanato de magnésio depositados pelo método de screen-printing e filmes finos de titanato de estrôncio por RF Magnetron Sputtering foram fabricados e caracterizados. O método do ressoador linear CPW e da linha de transmissão CPW foram empregados para determinar o valor da constante dielétrica e da tangente de perdas desses filmes na faixa de freqüência de microondas e à temperatura ambiente. O método do ressoador linear CPW foi adaptado e aperfeiçoado para fornecer resultados satisfatórios para o caso dos filmes finos. Finalmente, foram projetados, analisados e fabricados, pela primeira vez, transformadores de impedância em linhas de transmissão (TLT) de tamanho reduzido e com resposta banda larga baseados na configuração QCPW utilizando filmes de alta constante dielétrica. / [en] The growing demand for portable devices with more reduced size and weight has stimulated the search for materials with high dielectric constant and low losses in the microwave frequency range allowing circuit integration and miniaturization. In this work, a theoretical and experimental study of the use of high dielectric constant films in the fabrication of microwave passive devices with reduced sizes has been made. A frequency domain analysis of the influence of these films on the characteristics of different configurations of multilayer transmission lines has been done. From this analysis, a configuration, called here as QCPW (Quasi-Coplanar Waveguide), that allows a practical implementation of structures with several values of impedance using comfortable transversal dimensions was chosen. Composite thick films of calcium titanate and magnesium titanate deposited by screen-printing and thin films of strontium titanate deposited by RF Magnetron Sputtering have been elaborated and characterized. CPW linear resonator method and CPW transmission line have been used to determinate the value of the dielectric constant and loss tangent of these films in the microwave frequency range at room temperature. The CPW linear resonator method was adapted and improved in order to provide satisfactory results for the case of thin films. Finally, for the first time, impedance transmission line transformers (TLT) with reduced size and wide-band response, based on the QCPW configuration using high dielectric constant films have been designed, analyzed, and fabricated.

We explore the problem of transforming plane triangulations using simultaneous diagonal flips. Wagner showed that any n-vertex plane triangulation can be transformed to any other plane triangulation on equal number of vertices using a finite sequence of diagonal flips. Later on it has been established that O(n) individual flips suffice to complete this transformation. Bose et al. showed that the transformation can also be done in 4 × ( 2 / log 54/53 + 2 / log 6/5 ) logn + 2 ≈ 327.1 log n simultaneous flips. This bound is asymptotically tight. We present two algorithms to improve the leading coefficient of this bound for transforming any plane triangulation into any other. The first of the two algorithms lowers this bound down to 4 × ( 2 / log 12/11 + 2 / log 9/7 ) logn + 2 ≈ 85.8 log n. By processing and preprocessing the interior and exterior of the triangulation’s Hamiltonian cycle parallelly in an interlaced fashion, we make further improvement of the algorithm from ≈ 327.1 log n down to 12 / log 6/5 logn + 2 ≈ 45.6 log n.

This thesis introduces lamina emergent mechanisms (LEMs) and presents components that can be used as building blocks to create LEMs capable of more complex motion. As the name suggests, lamina emergent mechanisms are fabricated out of planar materials (the lamina) but their motion is out of that plane (emergent). Lamina emergent mechanisms can provide benefits that include reduced manufacturing costs and minimal volume when in the planar state. The compact initial state of LEMs is beneficial in reducing shipping costs, especially in volume critical applications. LEMs also exhibit the potential benefits of compliant mechanisms, namely increased precision, reduced weight, reduced wear, and part count reduction. The LEM components presented in this thesis include flexible segments, fundamental mechanisms, and a new complaint joint, the lamina emergent torsional (LET) Joint. The flexible segments are developed through changes in geometry, boundary/loading conditions, and material. The fundamental mechanisms presented have motion similar to planar change-point four-bar and six-bar mechanisms, and spherical change-point mechanisms. The LET Joint is presented as a compliant joint suited for applications where large angular rotation is desired, but high off-axis stiffness is not as critical. The joint is introduced and the equations necessary for determining the force-deflection characteristics and stress are presented. Since the LET Joint can be fabricated from a single planar layer, it is well suited for macro and micro applications. Illustrative examples of the LET Joint are provided with devices fabricated from materials as diverse as steel, polypropylene, and polycrystalline silicon.