Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:33:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327697.pdf: 1528952 bytes, checksum: 797f06b75757c430f6254cfc4b6810da (MD5) Previous issue date: 2014 / A busca e exploração em ambientes desconhecidos é um problema fundamental da robótica móvel. Para a execução da exploração de um ambiente, desde o ato de mover-se até a construção de um mapa, existem diversos aspectos que, separadamente, constituem importantes temas de pesquisa. A utilização de sistemas multi-robôs pode fornecer diversas vantagens para a resolução desse tipo de problema, porém, adicionam novos desafios, como a coordenação dos múltiplos robôs e a distribuição de tarefas entre eles. Este trabalho apresenta um método de exploração de ambientes desconhecidos estruturados com múltiplos robôs, tratando das etapas de mapeamento e planejamento de trajetórias. Enquanto exploram o ambiente, os robôs interpretam informações sensoriais inserindo-as em um mapa topológico global único. Dados métricos são também coletados e incorporados ao mapa, facilitando a resolução de problemas como o de fechamento de loops. O método proposto utiliza o conceito de fronteiras para definir as tarefas do sistema e avalia a utilização de heurísticas na alocação das tarefas aos robôs. Uma abordagem desacoplada é utilizada para o planejamento de trajetória, na qual caminhos são calculados para cada robô e conflitos entre os mesmos são tratados em uma etapa posterior. Resultados experimentais validam a funcionalidade e eficiência do método proposto.<br> / Abstract : The search and exploration in unknown environments is a fundamental problem in mobile robotics. For the execution of the environment exploration, since the act of moving to the construction of a map, there are several aspects, which individually are important research topics. The use of multi-robot systems can provide several advantages for solving this type of problem, however, adds new challenges such as the coordination of multiple robots and the task distribution between them. This work presents a method of exploring unknown structured environments with multiple robots, dealing with the path planning and mapping stages. While exploring the environment, the robots interpret sensorial information inserting them into a single global topological map. Metric data are also collected and incorporated into the map, making easier the resolution of problems as the loop closing. The proposed method uses the concept of frontiers to define the tasks of the system and evaluates the use of heuristics to allocate tasks to the robots. A decoupled approach is used for path planning, in which paths are calculated for each robot and then conflicts between them are resolved. Experimental results validate the functionality and efficiency of the proposed method.

Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-02-16T14:44:02Z No. of bitstreams: 1 MarceloSantosLinder-Dissertacao.pdf: 972077 bytes, checksum: 8fef1457ff9c66a444c685e1fd829ef1 (MD5) / Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-03-14T20:12:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 MarceloSantosLinder-Dissertacao.pdf: 972077 bytes, checksum: 8fef1457ff9c66a444c685e1fd829ef1 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-14T20:12:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarceloSantosLinder-Dissertacao.pdf: 972077 bytes, checksum: 8fef1457ff9c66a444c685e1fd829ef1 (MD5) / Sistemas Multiagentes estão cada vez mais presentes em diversas aplicações como em missões espaciais com sistemas multirobôs, em simulações de confrontos militares, tráfego de veículos e pedestres. A identificação das interações entre agentes em um ambiente é uma atividade complexa, assim como analisar o comportamento inteligente que emerge a partir das interações entre os agentes. Contudo, obter um modelo comportamental de um sistema multiagente é necessário para que a partir deste se possa analisar o sistema. Partindo desta premissa, o presente trabalho, propôs, implementou e validou um método para obtenção do modelo comportamental de um sistema multiagente. Mais especificamente, para obtenção do modelo comportamental do time oponente, em uma partida de futebol entre equipes de robôs autônomos. Tal método baseia-se em através de uma análise dos dados obtidos por intermédio de visões globais do ambiente, classificar o estado do ambiente, identificando ações dos agentes sobre o ambiente e com base nestas informações gerar, simultaneamente, com o andamento das transformações do ambiente, um modelo comportamental de um grupo de agentes imerso no ambiente. Foi escolhido como formalismo para representação do modelo comportamental uma Rede de Petri, a qual descreve o comportamento do time adversário.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:33:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_675_.pdf: 3878369 bytes, checksum: ec70c28cdbe6ac0e117bddd68cb70097 (MD5) Previous issue date: 2003-10-16 / Este trabalho mostra a utilização da teoria de dinâmica de corpos rígidos e da teoria clássica controle para a execução da simulação computacional de robôs e mostra também a utilização da computação gráfica para a apresentação dos resultados da simulação através de uma animação em três dimensões do modelo geométrico do robô simulado. Este trabalho faz uso de teorias e ferramentas da física, matemática, automação e computação para a solução de um problema em robótica: simulação computacional de controle e dinâmica de robôs com apresentação dos resultados através de uma animação gráfica em três dimensões.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T17:52:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 97824.pdf: 2794552 bytes, checksum: ac138047b3f4f69c53da427c334c4be0 (MD5) Previous issue date: 1992 / O trabalho visa apresentar um estudo abordando os métodos para o cálculo da cinemática inversa de robôs manipuladores de cadeia aberta. A finalidade principal deste estudo foi a de se chegar a um método que fosse, ao mesmo tempo, genérico e eficiente, características básicas para a sua implementação num sistema computacional. A fim de se chegar a estas características, dividiu-se o trabalho em duas partes. A primeira parte envolveu um estudo comparativo teórico, com base nas propostas de vários autores. A segunda parte tratou de implementação de três métodos para se comprovar a eficiência em termos de precisão, estabilidade e velocidade. Tal comprovação foi obtida por meio de testes envolvendo tarefas variadas e diferentes tipos de robôs.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:51:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 341774.pdf: 2714503 bytes, checksum: d0b7cda5fa7440d5dd3c28f8269902d9 (MD5) Previous issue date: 2016 / Robôs são amplamente utilizados em fábricas, e novas aplicações no espaço, nos oceanos, nas indústrias nucleares e em outros campos estão sendo ativamente desenvolvidas. A criação de robôs autônomos que podem aprender a agir em ambientes imprevisíveis têm sido um objetivo de longa data da robótica, da inteligência artificial, e das ciências cognitivas.Um passo importante para a autonomia dos robôs é a necessidade de dotá-los com um certo nível de independência, a fim de enfrentar as mudanças rápidas no ambiente circundante; para obter robôs que operem fora de ambientes rigidamente estruturados, tais como centros de investigação ou instalações de universidades e sem precisar da supervisão de engenheiros ou especialistas, é necessário enfrentar diferentes desafios tecnológicos, entre eles, o desenvolvimento de estratégias que permitam que os robôs interajam com o ambiente. Neste contexto, quando um contacto físico com o ambiente é estabelecido, uma força específica precisa de ser exercida e esta força tem de ser controlada em relação ao processo a fim de evitar a sobrecarga ou danificar o manipulador ou os objetos a serem manipulados.O principal objetivo deste trabalho é apresentar novas metodologias desenvolvidas para determinar a máxima carga que um mecanismo ou manipulador planar pode aplicar ou suportar (capacidade de carga), sejam eles paralelos, seriais ou híbridos e com redundância ou não. A fim de resolver o problema da capacidade de carga, neste trabalho foram propostas duas novas abordagens com base no método do fator de escala clássico e nos métodos clássicos de otimização. Essas novas abordagens deram como resultado um novo método chamado de método de fator de escala modificado utilizado para resolver a capacidade de carga em manipuladores seriais planares e quatro modelos matemáticos para resolver o problema de capacidade de carga em manipuladores paralelos planares com um grau líquido de restrição igual três, quatro, cinco ou seis (CN = 3, CN = 4, CN = 5 ou CN = 6).<br> / Abstract : Robots are now widely used in factories, and new applications of robots in space, the oceans, nuclear industries, and other fields are being actively developed. Creating autonomous robots that can learn to act in unpredictable environments has been a long-standing goal of robotics, artificial intelligence, and cognitive sciences.An important step towards the autonomy of robots is the need to provide them with a certain level of independence in order to face quick changes in the environment surrounding them; to get robots operating outside rigidly structured environments, such as research centres or universities facilities and beyond the supervision of engineers or experts, it is necessary to face different technological challenges, amongst them, the development of strategies that allow robots to interact with the environment. In this context, when a physical contact with the the environment is established, a process-specific force need to be exerted and this force has to be controlled in relation to the particular process in order to prevent overloading or damaging the manipulator or the objects to be manipulated.The main objective of this work is to present new methodologies developed for determining the maximum wrench that can be applied or sustained (wrench capability) in planar mechanisms and manipulators, whether it be serial parallel or hybrid and with redundancy or not. In order to solve the wrench capability problem, in this work two new approaches were proposed based in the classic scaling factor method and in classical optimization methods. These new approaches gave as result a new method called the modified scaling factor method used to solve the wrench capability in planar serial manipulators and four mathematical closed-form solutions to solve the wrench capability problem in planar parallel manipulators with a net degree of constraint equal to three, four, five or six (CN = 3, CN = 4, CN = 5 ou CN = 6).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:55:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339484.pdf: 6014066 bytes, checksum: 1131478caedb447baf485224dddb6f06 (MD5) Previous issue date: 2016 / A diversidade de formas de representação de dados, ao longo do ciclo de desenvolvimento de um produto, tem criado a necessidade de uma linguagem comum, capaz de descrever seus dados de projeto, fabricação e medição. A norma ISO 14649, conhecida como padrão STEP-NC, nasceu como um esforço para a padronização do formato de troca de dados de produtos no âmbito da fabricação tipicamente por controle numérico computadorizado (CNC). Porém, apesar de haverem diversos trabalhos envolvendo a aplicação do padrão STEP-NC em máquinas CNC, há uma lacuna em métodos que permitam a aplicação do padrão STEP-NC na geração de programas para robôs industriais, os quais vêm sendo cada vez mais utilizados nas linhas de produção em empresas de manufatura, tanto em quantidade quanto em variedade. Este trabalho propõe um método aplicável a vários tipos de robôs industriais, o qual permite receber informações aderentes ao padrão STEP-NC e gerar as trajetórias para movimentar o robô, acelerando a sua integração na manufatura. O método utiliza o arquivo físico no formato STEP-NC para a usinagem de uma peça e, após as informações no arquivo serem interpretadas, gera-se a movimentação do robô mediante um algoritmo de cinemática inversa, considerando-se os parâmetros cinemáticos específicos de cada robô. O resultado é o conjunto dos pontos da trajetória expresso em função das juntas do robô e das coordenadas dos pontos acompanhadas da orientação do efetuador final. Com esses dados pode-se simular o processo usando-se diferentes softwares e, se necessário, esses dados podem ser traduzidos para a linguagem própria do fabricante do robô mediante pós-processadores. Para implementar o método proposto foi criado um sistema computacional na linguagem Java, o qual foi usado para gerar as trajetórias para a fabricação de duas peças prismáticas, tendo como entrada arquivos no formato STEP-NC. Essas trajetórias foram testadas em três robôs industriais com diferentes morfologias, em um ambiente virtual, comprovando-se a viabilidade da aplicação do método proposto. Este trabalho pretende contribuir para a sistematização da geração de trajetórias para robôs industriais, aderentes ao padrão STEP-NC, visando reduzir significativamente o tempo de programação de robôs, constituindo-se em um trabalho de interesse e utilidade tanto em aplicações industriais quanto no setor acadêmico.<br> / Abstract: The different forms of data representation, along the product development process, have created the need for a common language capable of describing the design, manufacturing, and measurement data. The ISO 14649 standard, known as the STEP-NC standard, began as an effort to standardize the product data exchange format within manufacturing typically by computerized numerical control (CNC). However, although there are several studies involving the application of the STEP-NC standard in CNC machines, there is a gap in methods for the application of STEP-NC standard in the generation of programs for industrial robots, which are being increasingly used in production lines in manufacturing companies, both in quantity and variety. This work proposes a method applicable to various types of industrial robots, which allows STEP-compliant information to be received and generates the path along which the robot should move, accelerating the setup and integration of robots in manufacturing. The method uses the physical file in STEP-NC format for machining a workpiece, and after the information in the file is interpreted, the movement of the robot is generated by means of an inverse kinematics algorithm, considering the specific kinematic parameters of each robot. The result is the set of points along the path expressed in terms of the robot joints and the coordinates of the points, together with the orientation of the end effector. With these data one can simulate the process using different pieces of software and, if necessary, these data can be translated into the language of the robot by postprocessors. In order to implement the proposed method a computer program was developed using the Java language, which was used to generate the paths to manufacture two prismatic parts, having as input the files in the STEP-NC format. These paths were tested on three industrial robots with different morphologies, in a virtual environment, confirming the feasibility of the proposed method. This work seeks to contribute to the systematization of path generation for industrial robots, compliant with the STEP-NC standard, in order to reduce significantly the robot programming time, which makes this work important for both industry and academia.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-05-08T18:42:16Z No. of bitstreams: 1 2017_EfrainAndresRodriguesGasca.pdf: 7286873 bytes, checksum: 71654086d3141b606ed57e10cf1ff3f4 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-06-05T20:47:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_EfrainAndresRodriguesGasca.pdf: 7286873 bytes, checksum: 71654086d3141b606ed57e10cf1ff3f4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-05T20:47:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_EfrainAndresRodriguesGasca.pdf: 7286873 bytes, checksum: 71654086d3141b606ed57e10cf1ff3f4 (MD5) Previous issue date: 2018-06-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / Esta dissertação trata do desenvolvimento de um robô com cinemática paralela Delta Linear para Manufatura Aditiva (AM-Additive Manufacturing) e a proposição de um modelo de informação para AM baseado no padrão STEP-NC. AM é considerada como uma tendência da Indústria 4.0, aportando grandes benefícios para o desenvolvimento de novos produtos, incluindo redução do tempo de lançamento ao mercado, liberdade de projeto para manufatura e reduções na cadeia de suprimentos. No entanto, ainda persistem sérios problemas sobre a cadeia digital da AM com o uso de antigos formatos para troca de dados. O formato STL (1987) tem sido usado como padrão “de fato" para troca de dados entre softwares de projeto 3D e sistemas de AM e da mesma forma, os controladores numéricos dos sistemas de AM ainda utilizam o padrão de código G (ISO 6983/1980). Porém esses formatos possuem inconvenientes que os tornam incompatíveis com a ideia de uma cadeia digital de alto nível para AM. O ISO 14649, conhecido como STEP-NC, é agora categorizado como a solução aos problemas de troca de dados em AM. Este trabalho explora o padrão STEP-NC para suportar uma cadeia digital de alto nível para AM. Um modelo de atividade de aplicação usando a nomenclatura IDEF0 e um modelo de referência de aplicação na linguagem EXPRESS são apresentados e o conceito de AM-layer-feature é introduzido para referenciar features de AM dentro do modelo EXPRESS. A arquitetura de uma plataforma de AM com controle STEP-NC indireto para implementação do novo modelo também é apresentada. Em paralelo a dissertação apresenta o projeto, análise cinemática e síntese dimensional de uma nova estrutura de robô paralelo Delta Linear com pares cinemáticos constituídos por 12 elos (3 hastes paralelas simples), 11 juntas rotacionais e 3 juntas prismáticas, diferindo da solução clássica constituída por 9 elos (3 hastes paralelas compostas), 12 juntas esféricas e 3 juntas prismáticas. A cinemática direta e inversa é apresentada, bem como um método de otimização baseada em algoritmos genéticos para determinar os valores mínimos para os parâmetros cinemáticos do robô em função de uma espaço de trabalho cilíndrico prescrito com 250 mm de diâmetro e uma altura de 300 mm. O robô Delta Linear baseado na nova estrutura foi construído e testado. Uma análise de capacidade e desvios geométricos foi realizada para três peças de teste com um resultado de desvio/erro de 0,208 mm dentro de um intervalo de confiança de 99,7 %. / This dissertation aims at the development of a delta robot with a new kinematic chain for application in Additive Manufacturing (AM) and the proposition of an information model for additive manufacturing STEP-NC. Additive Manufacturing is upheld as one mega-trend from new industrial landscape - Industry 4.0. Massive benefits are promised by AM for development of the new products including reduced time-to-launch, manufacturing design freedom and supply chain improvements. Nevertheless, serious problems persist on AM digital chain with the use of format old styles for data exchange. The STL (1987) format has been used as the “de facto”standard for data exchange between 3D-design softwares and AM systems. Similarly, numerical controllers of AM systems still use the G-code (ISO 6983/1980) standard. But they have drawbacks that make them incompatible with the idea of a high-level digital chain for AM. ISO 14649, known as STEP-NC, is now trusted as a solution for AM data exchange. This work explores the STEPNC standard to support the AM high-level digital chain and highlights the advantages of such a digital chain. An application activity model using the nomenclature IDEF0 and an application reference model in EXPRESS are presented. The concept of AM-layer-feature is introduced for referencing AM features within of the EXPRESS model. The architecture of a indirect STEP-NC AM platform for implementation of the new model also is presented. After this work presents the design, synthesis, and kinematic analysis of a new structure of the Linear Delta parallel robot with kinematic pairs consisting of 12 links (3 single parallel legs), 3 prismatic joints and 11 revolute joints, differing from the classical solution constituted by 9 links (3 pairs of parallel legs), 12 ball joints and 3 prismatic joints. Direct and inverse kinematics are presented, as well as a genetic algorithm-based optimization method to determine the kinematic pairs and the workspace pairs that the mechanism will have for its application in additive manufacturing using the Fused Deposition Modeling process. After the validation of the design of the new Linear Delta robot topology, which presents a cylindrical workspace with a 250 mm diameter and a 300 mm height, the Linear Delta robot was manufactured and tested. Capability and geometric deviations analysis of the machine were carried out for three test parts resulting in a 0.3 mm deviation/error within a confidence interval of 99.7%.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2012. / Submitted by Laura Conceição (laurinha.to@gmail.com) on 2014-11-21T16:02:58Z No. of bitstreams: 1 2012_EduardoDaSilvaAlves.pdf: 1163674 bytes, checksum: b0af202148e9c923db7b4988004cd154 (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2014-11-26T13:01:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_EduardoDaSilvaAlves.pdf: 1163674 bytes, checksum: b0af202148e9c923db7b4988004cd154 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-26T13:01:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_EduardoDaSilvaAlves.pdf: 1163674 bytes, checksum: b0af202148e9c923db7b4988004cd154 (MD5) / Mapeamento e localização simultâneos (SLAM, da sigla em inglês) é um dos assuntos mais pesquisados no campo da robótica. Este trabalho propõe uma abordagem de sistemas dinâmicos híbridos para tratar do problema de SLAM. Dentro desta perspectiva, desenvolve-se um modelomatemático para o problema de localização e mapeamento em grandes ambientes e propõe-se uma modificação no algoritmo do filtro híbrido IMM de forma a se alcançar um melhor desempenho durante o processo de estimação estocástica do vetor de estados do sistema. Este novo algoritmo, juntamente com a formulação mais tradicional FKE-SLAM e do filtro de partículas (FastSLAM), tem seu desempenho comparado por meio de dados de simulação. Sugere-se que a formulação apresentada neste trabalho pode superar os resultados disponíveis na literatura em termos de complexidade computacional. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Simultaneous localization and mapping (the acronym, SLAM) is one of the most interesting topics in the field of robotics. This paper proposes a hybrid dynamic systems approach to address the problem of SLAM. Within this perspective, it develops a mathematical model to the problem of localization and mapping and propose a modification in the hybrid filter IMM algorithm in order to achieve better performance during the estimation process. This new algorithm, together with the formulation EKF-SLAM and FastSLAM, is compared by means of simulation data. It is suggested that the formulation presented in this paper can overcome the results available in the literature in terms of computational complexity.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2006. / Submitted by Diogo Trindade Fóis (diogo_fois@hotmail.com) on 2009-10-30T15:05:56Z No. of bitstreams: 1 2006_Benedito Aloisio Nunes Campos.pdf: 2607017 bytes, checksum: 79251b8eee78911253451e3bbc665a71 (MD5) / Approved for entry into archive by Luanna Maia(luanna@bce.unb.br) on 2009-12-03T12:22:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_Benedito Aloisio Nunes Campos.pdf: 2607017 bytes, checksum: 79251b8eee78911253451e3bbc665a71 (MD5) / Made available in DSpace on 2009-12-03T12:22:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_Benedito Aloisio Nunes Campos.pdf: 2607017 bytes, checksum: 79251b8eee78911253451e3bbc665a71 (MD5) Previous issue date: 2006-12-13 / O presente trabalho tem como objetivo a construção de um protótipo de simulador para modelagem e calibração de robôs industriais, que seja robusto e didático, no sentido de subsidiar, em futuros trabalhos, o planejamento de suas trajetórias, programadas "off-line". A programação off-line oferece grande ganho de produtividade nos robôs industriais, uma vez em que o robô não precisa parar seu serviço em uma célula de manufatura, enquanto é programado. No entanto é necessário que seu modelo nominal esteja calibrado em relação a sua estrutura real, para que não ocorram desvios de posição e da trajetória desejada durante sua operação. Apesar de apresentados métodos gerais para a modelagem e calibração, o enfoque básico deste trabalho ocorre nos robôs industriais de juntas rotativas com graus de liberdade menores ou iguais a seis. A modelagem cinemática obedece às notações de Denavit Hartemberg, quando se tratam juntas ortogonais, e de Hayati, quando as mesmas são paralelas. As mudanças de referencial que ocorrem em cada elo do braço industrial, são obtidas a partir da multiplicação das consecutivas matrizes correspondentes às transformações homogêneas de uma junta para a próxima. Para calibração dos parâmetros do robô são adotados os algorítmos de Levenberg e Marquadt para solução de problemas de mínimos quadrados não-lineares. Esta solução se mostrou muito robusta e com baixo custo computacional, uma vez em que tem sua convergência bem mais rápida que os "Quasi-Newton Methods", que já foram muito usados na resolução de problemas similares. De posse dos valores calibrados dos parâmetros do robô, o seu modelo é refeito e um simulador de geração de trajetória pode ser implementado. Os algoritmos foram desenvolvidos no ambiente Matlab e Simulink. Esta escolha deve-se em grande parte pela capacidade didática que este ambiente tem, facilitando a futuros leitores deste trabalho a análise, reprodução e adequação do mesmo ás suas próprias necessidades. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The aim of the present work is to project and build a modeling and calibrating simulator system prototype for industrial robots, that must be robust and didactic, in order to subsidize, in future works, it’s path planing, programed offline. The offline programing offers a great improvement in the productivity of industrial robots, since the robot does not need to stop it´s own work in a manufacture cell, while is being programed. Nevertheless it is strongly recommended that it´s nominal model have already been calibratéd in relation to it´s own real structure, to avoid problems like deviation of it´s desired position and path during operation. Although general methods of modeling and calibrating is presented, the focous of this work lies on rotational joint robots with equal or less than six degrees of freedom. The kinematic modeling rules obey the Denavit-Hartemberg notation, for modeling ortogonal joints and Hayati notation for modeling parallel joints. The kinematic equations are obtained by multiplying consecutive linear aplications, wich is representing each change in the worldframe, that ocours in each elo of the industrial robot. For the robot parameter calibration it will be adopting the Levemberg Marquadt algorithm for non linear least squares problem solving. This solution have been seen like a very robust and cheap one, as its convegence is faster than the “Quasi-Newton Methods”, which has been large used in similar problems solving. Holding the calibratéd robot parameters, we are able to reshape its models, in order to built a path generator simulator. The algoritms were developed in Matlab and Simulik environment. This was done because this evironment tends to be very didactic, making easy to future readers to análise, reproduce and reshape this study as they need.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2013. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2013-08-14T12:57:54Z No. of bitstreams: 1 2013_SergioMessiasCruz.pdf: 7213334 bytes, checksum: 9b766d528b04c26ebdfe9d72d6924318 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-08-14T13:31:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_SergioMessiasCruz.pdf: 7213334 bytes, checksum: 9b766d528b04c26ebdfe9d72d6924318 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-08-14T13:31:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_SergioMessiasCruz.pdf: 7213334 bytes, checksum: 9b766d528b04c26ebdfe9d72d6924318 (MD5) / Este trabalho descreve uma arquitetura de hardware para a implementação de uma versão sequencial do Filtro de Kalman Estendido (EKF, do inglês Extended Kalman Filter). Devido ao fato de que o EKF é computacionalmente intensivo, comumente ele é implementado em plataformas baseadas em PC (do inglês Personal Computer) para ser empregado em robótica móvel. Para permitir o desenvolvimento de plataformas robóticas pequenas (por exemplo, aquelas re- quisitadas em robótica móvel) condições especí cas tais como tamanho pequeno, consumo baixo de potência e capacidade de aritmética em ponto utuante são exigidos, assim como projetos de arquiteturas de hardware especí cas e adequadas. Desta maneira, a arquitetura proposta foi projetada para tarefas de auto-localização, usando operadores de aritmética de ponto utuante (em precisão simples), permitindo a fusão de dados provenientes de diferentes sensores tais como ultrassom e ladar. O sistema foi adaptado para ser aplicado em uma plataforma recon gurável, apropriada para tarefas de pesquisa, e a mesma foi testada em uma plataforma robótica Pioneer 3AT (da Mobile Robots Inc.) a m de avaliar sua funcionalidade, usando seu sistema de sen- soriamento. Para comparar o desempenho do sistema, o mesmo foi implementado em um PC, assim como pela utilização de um microprocessador embarcado na FPGA (o Nios II, da Altera). Neste trabalho, várias métricas foram utilizadas a m de avaliar o desempenho e a aplicabilidade do sistema, medindo o consumo de recursos na FPGA e seu desempenho. Devido ao fato de que este trabalho só está implementando a fase de atualização do EKF, o sistema geral foi testado assumindo que o robô está parado em uma posição previamente conhecida. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work describes a hardware architecture for implementing a sequential approach of the Extended Kalman Filter (EKF) that is suitable for mobile robotics tasks, such as self-localization, mapping, and navigation problems, especially when FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) are used to execute this algorithm. Given that EKF is computationally intensive, commonly it is implemented in PC-based platforms to be employed on mobile robots. In order to allow the development of small robotic platforms (for instance those required in microrobotics area) speci c requirements such as small size, low-power, and oating-point arithmetic capability are demanded, as well as the design of speci c and suitable hardware architectures. Therefore, the proposed architecture has been achieved for self-localization task, using oating-point arithmetic operators (in simple precision), allowing the fusion of data coming from di erent sensors such as ultrasonic and laser range nder. The system has been adapted for achieving a recon gurable platform, suitable for research tasks, and the same has been tested in a Pioneer 3AT mobile robot platform (from Mobile Robots Inc.) for evaluating its functionality by using its local sensing system. In order to compare the performance of the system, the same localization technique has been implemented in a PC, as well as using an FPGA-embedded microprocessor (the Nios II from Altera Inc.) In this work several metrics have been used in order to evaluate the system performance and suitability, measuring both the FPGA resources consumption and performance. Given that in this work only the update phase of the EKF has been implemented the overall system has been tested assuming that the robot is stopped in a previously well-known position. ______________________________________________________________________________ RESUMEN / Este trabajo describe una arquitectura de hardware para la implementación de una versión secuencial del ltro de Kalman extendido (EKF del ingles Extended Kalman Filter). Debido al hecho de que el EKF es computacionalmente intensivo, típicamente es implementado en plataformas basadas en PC's (del ingles Personal Computer) para ser utilizado en robótica móvil. Para per- mitir el desarrollo de pequeñas plataformas robóticas(como las requeridas en robótica móvil) son exigidos condiciones especi cas como su pequeño tamaño, bajo consumo de potencia y capacidad de aritmética en punto otante, así como arquitecturas de hardware especi cas y adecuadas. De esta manera la arquitectura propuesta fue proyectada para tareas de auto-localización, usando operadores de aritmética de punto otante (en precisión simple), permitiendo la fusión de datos provenientes de diferentes sensores tales como ultrasonido y ladar. El sistema fue adaptado para aplicarlo en una plataforma recon gurable, apropiada para investigación, y la misma fue probada en una plataforma robótica denominada Pioneer 3AT (de la compañía Mobile Robots Inc.) utilizando el sistema de sensoramiento de este, con el propósito de validar su funcionalidad. Para comparar el desempeño del sistema, este fue implementado en un PC, así como en un microprocesador embarcado en una FPGA (Nios II, de Altera). En este trabajo, varias métricas fueron utilizadas con el propósito de validar el desempeño y la aplicabilidad del sistema, midiendo el consumo de recursos en la FPGA y su desempeño. Debido al hecho de que en el trabajo solo esta implementado la fase de actualizacion del EKF el sistema general fue probado asumiendo que el robot esta parado en una posición previamente conocida.