Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. 2005. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Faculdade de Ciencias e Tecnologia. Universidade de Coimbra

Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2013-12-13T16:55:53Z No. of bitstreams: 1 RafaelPerrone-dissertacao-versaoCD.pdf: 7060582 bytes, checksum: 99be0604b9e41728d0c378ce61861d85 (MD5) / Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2013-12-13T16:56:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 RafaelPerrone-dissertacao-versaoCD.pdf: 7060582 bytes, checksum: 99be0604b9e41728d0c378ce61861d85 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-12-13T16:56:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RafaelPerrone-dissertacao-versaoCD.pdf: 7060582 bytes, checksum: 99be0604b9e41728d0c378ce61861d85 (MD5) / O uso de câmeras aumenta a flexibilidade dos robôs. A visão permite que sistemas robóticos móveis operem em locais de onde se tem pouco ou nenhum conhecimento prévio. Sua aplicação também pode aumentar a confiabilidade e precisão das tarefas robóticas. A realimentação de informações visuais para controlar ou estabilizar a postura de robôs, chamado de controle servo visual ou servovisão, é uma das técnicas de controle baseada em visão. Classifica-se a servovisão em dois grupos: baseada em imagem, que define o erro no espaço da imagem; baseada em posição, que usa informações visuais para fazer uma reconstrução 3D, com o erro definido no espaço Euclidiano. Este trabalho apresenta uma avaliação do desempenho do controle servo visual baseado em imagem aplicado a veículos aéreos multirrotores. A abordagem baseada em imagem elimina a necessidade de reconstrução tridimensional com alto custo computacional presente na técnica baseada em posição. Outra vantagem é a reduzida sensibilidade a erros de calibração da câmera e ruídos na imagem quando comparada à baseada em posição. A servovisão clássica usa apenas um controlador proporcional constante. Tal abordagem clássica confere simplicidade ao sistema, porém tende a apresentar um elevado sinal de controle nos instantes iniciais do movimento, quando o erro é relativamente grande. O objetivo fundamental do trabalho aqui descrito é analisar abordagens que melhorem o desempenho da servovisão clássica mantendo sua complexidade relativamente baixa. Avaliaram-se duas alternativas: ganho variável e filtro fuzzy. Para comparar os três controladores (clássico, ganho variável e filtro fuzzy) realizaram-se experimentos simulados em dois cenários: primeiro, usando um sistema cinemático completamente atuado com seis graus de liberdade, para verificar a influência do controlador isoladamente; depois, usando um modelo dinâmico de um quadrirrotor para verificar o comportamento em situações próximas da aplicação real. Tanto o ganho variável quanto o filtro fuzzy demonstraram ser capazes de solucionar, ou amenizar, parte dos problemas do controlador clássico. Por fim, validaram-se os algoritmos em um veículo aéreo não tripulado de quatro rotores — o quadrirrotor. Verificou-se que as duas abordagens avaliadas apresentaram menor esforço de controle durante os instantes iniciais, enquanto o tempo de acomodação foi, também, menor. O desempenho em regime apresentou menor oscilação da orientação do robô com o ganho variável e ainda menor com o filtro fuzzy quando comparados à abordagem clássica, indicando que os dois controladores alternativos conseguem reduzir os efeitos das propriedades dinâmicas do veículo.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T09:10:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T01:13:56Z : No. of bitstreams: 1 161751.pdf: 3883973 bytes, checksum: 948fda20af3d3c334267264d7b49c937 (MD5) / Apresenta-se a sistemática básica para o projeto de um controlador de força para robôs manipuladores. Realiza-se uma comparação dos principais métodos de controle de força empregados nos robôs manipuladores, discutindo as vantagens e desvantagens de sua utilização. A comparação é feita através de simulações nas quais um manipulador com dois graus de liberdade realiza tarefas em contato com o meio. O modelo dinâmico do manipulador é obtido a partir dos dados do robô PUMA 560. O manipulador é considerado rígido, despreza-se a dinâmica elétrica dos motores e, com o propósito de obter um manipulador com dois graus de liberdade, considera-se que apenas o segundo e terceiro elos tem movimento. O meio possui uma rigidez conhecida e a superfície de contato está livre de atritos.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T04:15:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 279646.pdf: 1165986 bytes, checksum: d48b72a211e2a9aae500fa1920fd1754 (MD5) / As pesquisas em robótica móvel visam o estudo e o desenvolvimento de máquinas capazes de se locomover de forma autônoma ou semi-autônoma. Quando a locomoção se dá em ambientes ruidosos, não controlados ou desconhecidos, é necessário que o sistema de controle seja flexível para permitir a auto-adaptação, conforme se dá a interação do robô com o ambiente. Para tornar o sistema de controle de um robô móvel mais adaptável é necessário utilizar alguma técnica de aprendizado que permita que o sistema se modifique ao longo de sua execução. A robótica evolucionária objetiva o desenvolvimento de sistemas de controle adaptativos baseados em técnicas da computação evolucionária. A evolução embarcada faz com que o processo evolucionário ocorra sobre uma população de robôs móveis, isto é, acontece entre os indivíduos que fazem parte da população de robôs. Neste trabalho é apresentado o algoritmo da xPGD, uma Extensão do algoritmo da Programação Genética Distribuída, capaz de suportar a evolução do sistema de controle de uma população de robôs móveis. Também é apresentado o Sistema de Execução, Gerenciamento e Supervisão da xPGD (SEGS). Para avaliar o algoritmo da xPGD foram realizados três experimentos em ambientes simulados, que são: navegação livre de colisões, forageamento e empurrar uma caixa. A xPGD e o SEGS possuem, respectivamente, as seguintes características: i) estende o algoritmo da programação genética distribuída para suportar a evolução em uma população de robôs; ii) o processo evolucionário acontece de forma assíncrona entre os robôs da população; iii) é tolerante a falhas, pois permite a continuação do processo evolucionário mesmo que só reste um único robô na população de robôs; iv) guarda informações sobre os indivíduos mais aptos em memória; v) possui um ambiente de execução e gerenciamento independente do processo evolucionário.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T22:17:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 249956.pdf: 2388077 bytes, checksum: b3bf2c66f1c5f7a6667c231ec7a95080 (MD5) / Este trabalho trata da síntese de controladores para sistemas de visão 2D, multicritérios, por posicionamento, para um alvo móvel ou fixo, de uma câmera orientada num plano horizontal, montada sobre um robô móvel não-holonômico. A qualidade das informações fornecidas pelas câmera atuais possibilita a alimentação direta das malhas de controle com os dados visuais do ambiente. O modelo utilizado é o mesmo definido pelo formalismo de funções-tarefa, e utilizam a noção de torsor de iteração, permitindo assim ligar o movimento da câmera à variação dos índices visuais. O objetivo é propor leis de controle que permitam estabilizar a câmera através das informações bidimensionais vindas da imagem, levando em consideração as incertezas com relação à profundidade dos pontos do alvo, das restrições de visibilidade, e das limitações em amplitude das velocidades e acelerações da câmera. O método consiste em satisfazer uma condição de setor modificada, de tal forma que seja levada em conta a saturação da aceleração em malha fechada via um modelo politópico de incertezas. Desta forma são geradas condições construtivas sob a forma de Desigualdades Lineares Matriciais (LMIs). Deste modo, a resolução de problemas de otimização convexa permite maximizar a região de estabilidade associada, e determinar o ganho de realimentação de estados estabilizante. A técnica, primeiramente aplicada a um alvo fixo, é em seguida aplicada a um alvo móvel, considerando a velocidade desconhecida do alvo como uma perturbação limitada em energia. A seguir são apresentados vários resultados de simulação.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:47:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 324099.pdf: 5732433 bytes, checksum: b9c4abbe1446a88cb9ef389796fd3572 (MD5) Previous issue date: 2013 / A locomoção ágil de robôs com pernas em terrenos irregulares necessita que todas as tarefas - desde a geração/planejamento de trajetórias ao controle do movimento - interajam de maneira harmoniosa. As diferentes tarefas, por exemplo, a geração de trajetórias e as ações de controle, em geral, não podem gerar conflitos com relação ao movimento desejado. Nesta tese, propõe-se uma estrutura de controle reativa para locomoção de robôs quadrúpedes em terrenos irregulares. O objetivo de tal estrutura è fazer frente à problemas relacionados à locomoção em superfícies irregulares, ao erro de rastreamento de trajetória e a imprecisão da estimação de estados. A estrutura compreende a dois módulos principais: um relacionado a geração do movimento, e outro relacionado ao controle do movimento do robô. Para a geração do movimento propõe-se uma abordagem baseada em Geradores de Padrões Centrais, que geram referências no espaço da tarefa e podem ser modulados de acordo com a superfície do terreno. Para o controle do movimento propõe-se uma estratégia de controle baseado em projeção de espaço nulo e uma estratégia de controle para rejeição de distúrbios baseada no conceito de pontos de captura. As principais contribuições teóricas foram validadas em simulação e implementadas em um robô real. Ao final do documento, tais resultados são apresentados para demonstrar a efetividade da estrutura proposta.<br>

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-08-28T16:30:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347850.pdf: 10486126 bytes, checksum: 552f33f62f6464215c4b3a7ed17c3ccf (MD5) Previous issue date: 2017 / A interação de robôs pode se dar por meio da ação de forças estáticas, ou seja, quando não existem movimentos significativos entre o robô e o meio, ou dinâmica, quando o robô está em movimento mantendo o contato com o meio. Quando a movimentação é relativamente lenta, é possível considerar a interação como quase-estática, pois os efeitos dinâmicos podem ser desprezados. Nas tarefas em que se exige contato a baixas velocidades, especificações e estudos sobre a capacidade de gerar forças e momentos (ou simplesmente capacidade de força) de robôs tornam-se interessantes. Em muitos casos, durante a execução da tarefa, a capacidade de força pode estar abaixo das forças requeridas pela tarefa em algum ponto da trajetória, o que pode acarretar a ocorrência de danos materiais ou ferimentos em pessoas durante o processo. A capacidade de força nos robôs depende basicamente do potencial de geração torques, ou forças em seus atuadores de revolução ou prismáticos respectivamente e das direções das forças aplicadas. Neste sentido surge o conceito de forças isotrópicas, que consiste na máxima magnitude de força que um robô pode aplicar ou suportar em todas as direções de acordo com uma postura. O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de um método, para obtenção dos mapas da capacidade de forças isotrópicas em manipuladores seriais planares em condições estáticas ou quase-estáticas. O estudo será realizado utilizando robôs com estruturas cinemática do tipo 3R, 4R, 5R e 6R. O método proposto tem como resultado um mapa de indicação das maiores forças isotrópicas que podem ser exercidas dentro da área de trabalho do robô. Os resultados obtidos permitem alocar uma tarefa na região com maior capacidade de força isotrópica, garantindo que a força mínima requerida pela execução da tarefa seja atendida. Neste trabalho, a modelagem estática é realizada através da teoria de helicóides e do método de Davies. A capacidade de força isotrópica é calculada através do método denominado fator de escala modificado. O método proposto é estudado por meio de casos e validado comparando os resultados com os métodos pesquisados no referencial teórico. / Abstract: The interaction of robots can occur through the action of static forces, when there is no significant movement between the robot and the environment, or dynamics, when the robot is in motion while maintaining contact with the environment. When the movement is relatively slow, it is possible to consider the interaction as quasi-static, since the dynamic effects can be neglected. In tasks requiring contact at low speeds, specifications and studies on the robots ability to generate forces and moments (or simply force capability) become interesting. In many cases, during the execution of the task, the force capability may be below the forces required by the task at some point in the trajectory, which can lead to material damage or injury people during the process. The capability of force in the robots depends basically on the potential of generation of torques, or forces in their revolution or prismatic actuators, respectively and on the directions of the applied forces. In this sense arises the concept of isotropic forces, which consists of the maximum magnitude of force that a robot can apply or support in all directions according to a posture. The main objective of this work is the development of a method to obtain the isotropic forces maps for planar serial manipulators under static or quasi-static conditions. The study will be performed using robots with kinematic structures of 3R, 4R, 5R and 6R type. The proposed method results in a map indicating the greatest isotropic forces that can be exerted within the workspace of the robot. The obtained results allow to allocate a task in the region with greater capability of isotropic force, ensuring that the minimum force required for the execution of the task is met. In this work, static modeling is performed through the screw theory and the Davies method. The isotropic force capability is calculated using the method called the modified scale factor. The proposed method is will be applied to several cases studies and validated by comparing the results obtained from it with the methods found in the literature.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_2359_DissertacaoMestradoFlavioGarciaPereira.pdf: 1300795 bytes, checksum: f41976d75589785e2b4d760e330828a9 (MD5) Previous issue date: 2006-06-23 / Este trabalho trata da navegação de robôs móveis em ambientes semi-estruturados. Para isso, foram desenvolvidos controladores baseados na abordagem reativa. Os controladores implementados permitem que o robô navegue de forma segura entre dois pontos e por corredores, evitando os obstáculos que surgirem no seu caminho. São apresentados dois métodos de desvio de obstáculos, um tangencial e outro não tangencial. As informações sobre o ambiente de trabalho do robô são proporcionadas por um sensor de varredura laser instalado a bordo do robô móvel utilizado, o PIONEER 2-DX, da ActivMedia. Os controladores desenvolvidos são validados através de simulações e experimentos reais, sempre utilizando o robô móvel equipado com o sensor laser de varredura. Boa parte dos controladores aqui apresentados já foram apresentados em outros trabalhos, porém utilizando outros sensores para propiciar ao sistema de controle as informações sobre o ambiente. Neste sentido, a contribuição deste trabalho é explorar as vantagens de sua utilização com o sensor laser de varredura.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-09T03:16:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337440.pdf: 4264996 bytes, checksum: 70f324110d11cf54c66af8755abf73d4 (MD5) Previous issue date: 2015 / Em grupos de robôs móveis cooperativos, os chamados sistemas multi-robôs, a comunicação é um fator de extrema importância para a correta alocação e realização das tarefas. Essa comunicação é determinada diretamente pela disposição geográfica dos robôs uns em relação aos outros, a chamada topologia de comunicação. O controle da topologia de comunicação em um grupo de robôs permite que certas características da rede de comunicação sejam enfatizadas ou anuladas de acordo com a movimentação dos robôs que a compõem. Neste trabalho são apresentadas duas abordagens para controle de topologia em redes de robôs móveis, em função de quais propriedades dessas redes se deseja exaltar: o controle de topologia para a minimização da comunicação, que possibilita a redução do consumo de energia e da interferência causada pelos processos de comunicação; e o controle de topologia para a manutenção da conectividade, que garante condições para a não desconexão da rede, mesmo que esta esteja sob a influência de instabilidades. Através de um controle de conectividade baseado em consenso, a ação dos algoritmos de controle da topologia é aplicada aos robôs de maneira descentralizada, garantindo que as propriedades desejadas ocorram. São realizados simulações e testes com robôs reais, comprovando a eficiência dos algoritmos propostos em garantir as propriedades topológicas a eles associadas.<br> / Abstract : In cooperative robot systems, also known as multi-robot systems, the communication is an extremely important factor for the correct allocation and execution of the robot tasks. This communication is directly determined by the geographic position of the robots in relation each other, which is called communication topology. The topology control can be used to change aspects of the communication topology, allowing that some network characteristics are canceled or exalted, according with the robot's movement in the network. This work presents two approaches for topology control in mobile robot networks that ensure certain properties: the topology control for minimization of the communication, reducing the consumption of energy and the interference caused by radio communication; and the topology control for the connectivity maintenance, ensuring conditions for do not disconnection, even under unstable environments. Through of a connectivity control based on consensus, the action of topology control algorithms is applied to the robots in a decentralized way, ensuring the existence of the desired properties. Finally, are made simulations and tests with real robots, proving the efficiency of the proposed algorithms to ensure the functions assigned to them.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T13:07:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339483.pdf: 3226853 bytes, checksum: 507beaa085a551a98cab7f65de27159c (MD5) Previous issue date: 2015 / A falta de correção postural e de movimentação de pacientes acamados acarreta a eles e aos cuidadores uma série de complicações, inclusive quedas. A movimentação e a acomodação destes pacientes para exames regulares ou mesmo para a prática de atividades de higiene e alimentação também se tornam dificuldades. Escaras e complicações cardiovasculares são outros problemas que os acamados enfrentam devido à restrição da mobilidade. A solução aqui proposta é a utilização de um robô espacial atuado por cabos, o qual poderá ser facilmente manuseado e deslocado, proporcionando assim, maior autonomia e conforto aos pacientes necessitados e provocando significativas melhorias nas condições de trabalho dos profissionais da área da saúde. Os robôs atuados por cabos vêm despertando interesse nas últimas décadas e por serem estruturas paralelas são considerados descendentes da Plataforma de Stewart. A fim de apresentar o modelo do robô, a cinemática inversa analítica do mecanismo foi desenvolvida, obtendo assim o comprimento de cada cabo e as coordenadas do ponto de fixação de cada um à plataforma móvel, dada uma determinada posição e orientação. A partir destes da-dos foi possível analisar o modelo estático através do Método de Davies, a fim de avaliar os torques nos motores e as forças de tração nos cabos, fornecendo como variáveis de entrada algumas forças de interação com o meio que são conhecidas.<br> / Abstract: The lack of postural correction and handling of bedridden patients leads to a number of complications to themselves and to caregiver, including falls. The movement and accommodation of these patients for regular checkups or even to the practice of hygiene activities and eating also become difficulties. Scabs and cardiovascular complications are other problems that bedridden face due to restricted mobility. The solution proposed here is the use of a spatial cable-driven robot, which can be easily handled and moved around, thus providing greater autonomy and comfort to patients with needs and significant improvements in working conditions for health professionals. Robots actuated by cables have gained importance in recent decades and because they consist in parallel structures they are considered descendants of the Stewart Platform. In order to present the robot model, the mechanism?s analytical inverse kinematics has already been developed, thus obtaining the length of each cable and the attachment of each point on the mobile platform, given a certain posture and orientation. From these data it is possible to analyze the static model using the Davies method in order to evaluate the torque on the motors and tension in the cables.