Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2018-04-02T13:21:07Z No. of bitstreams: 1 PDF - Francinaldo Maciel de Brito.pdf: 22673476 bytes, checksum: 3cfb33db23d9a006bad944efc6d69145 (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2018-04-10T15:11:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - Francinaldo Maciel de Brito.pdf: 22673476 bytes, checksum: 3cfb33db23d9a006bad944efc6d69145 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-10T15:11:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Francinaldo Maciel de Brito.pdf: 22673476 bytes, checksum: 3cfb33db23d9a006bad944efc6d69145 (MD5) Previous issue date: 2016-12-20 / The teaching of physics has been the object of study of several researchers who seek to propose methodological actions, in order to favor the teaching-learning process of their concepts. In this context, the use of technology in the classroom becomes an ally for the achievement of such a goal. Among the various technological resources today. The present research highlights the use of Fischertechnik robotics kits in physics teaching, in basic education schools, proposing the development of didactic materials. Our research is qualitative in nature and seeks the investigative practice focused on Physics teaching, focusing on the problematic experimental approach from the robotics kit, particularly the Fischertechnik kit stations. The material that we propose seeks to favor a practice that promotes the investigative posture by the students. Based on the reflections of Delizoicov (2005), our research is linked to the educational practice that wishes to take the students from a position of passivity and to place them in the central role of the discussion, thus, we select themes that refer to subjects of great social relevance: And the principle of energy conservation. Our study was systematized in three stages: the first stage of the research consisted of a bibliographic review; The second was the elaboration of our didactic proposal; The third step concerns the empirical study of this research, which consisted in applying the proposal to a class of the first year of high School Nenzinha Cunha Lima, located in the city of Campina Grande / PB. We believe that our research can collaborate with the Physics classes in basic education, since we propose a didactic material of Pedagogical orientation for teachers of this discipline to work on the theme energy and conservation principle from Fischertechnik robotics kits. / O ensino de Física vem sendo objeto de estudo de diversos pesquisadores que buscam propor ações metodológicas, a fim de favorecer o processo de ensino-aprendizagem de seus conceitos. Nesse contexto, o uso de tecnologia em sala de aula torna-se um aliado para o alcance de tal objetivo. Entre os diversos recursos tecnológicos atuais. A presente pesquisa destaca o uso de kits de robótica da Fischertechnik no ensino de Física, em escolas da educação básica, propondo o desenvolvimento de materiais didáticos. A nossa pesquisa é de natureza qualitativa e busca a prática investigativa voltada ao ensino de Física, com foco na abordagem experimental problematizadora a partir do kit de robótica, particularmente, as estações do kit da Fischertechnik. O material que propomos busca favorecer uma prática que promova a postura investigativa por parte dos educandos. Baseada nas reflexões de Delizoicov (2005), nossa pesquisa está ligada à prática educacional que deseja tirar os estudantes de uma posição de passividade e colocá-los no papel central da discussão, assim, selecionamos temas que se remetem a assuntos de grande relevância social: energia e o princípio de conservação da energia. O nosso estudo foi sistematizado em três etapas: a primeira etapa da pesquisa consistiu na revisão bibliográfica; a segunda consistiu na elaboração de nossa proposta didática; a terceira etapa diz respeito ao estudo empírico dessa investigação, que consistiu na aplicação da proposta em uma turma do primeiro ano do ensino médio da Escola Cidadã Integral Nenzinha Cunha Lima, localizada na cidade de Campina Grande/PB. Acreditamos que nossa pesquisa pode colaborar com as aulas de Física na educação básica, uma vez que propomos um material didático de orientação Pedagógica para professores dessa disciplina trabalhar o tema energia e princípio de conservação a partir dos Kits de robótica da Fischertechnik.

A definição de abordagens de teste de software no contexto de sistemas embarcados críticos é de fundamental importância para a melhoria de qualidade desses sistemas. Este projeto de mestrado concentra-se essencialmente na área de robôs móveis que são sistemas críticos. O mapeamento das técnicas de teste dos programas tradicionais para sistemas robóticos móveis não é trivial, pois é necessário considerar as características inerentes a esses sistemas, as quais incluem comunicação, sincronização, não determinismo e paralelismo. Esses sistemas são formados por diferentes componentes, como sensores, atuadores e softwares de controle, os quais se comunicam, em geral, por meio de troca de mensagens. Nesse sentido, este projeto visa aproveitar a experiência adquirida pelo grupo de pesquisa do ICMC/USP com a proposição de critérios e ferramentas de teste para programas concorrentes, para o contexto de teste de integração de sistemas robóticos móveis. Assim, neste estudo é apresentado um comparativo sobre as similaridades e diferenças presentes em programas concorrentes e sistemas robóticos móveis com objetivo de auxiliar na adaptação dos critérios de teste. Dois estudos de caso foram conduzidos nos quais os critérios propostos para programas concorrentes foram aplicados a sistemas robóticos desenvolvidos em ROS. Como resultados, observou-se os critérios de teste são capazes de testar adequadamente aspectos de comunicação e sincronização de sistemas robóticos, contribuindo com a qualidade desses sistemas. / The definition of software testing approaches for the context of critical embedded systems is of fundamental importance for the quality improvement of these systems. This masters project focuses primarily in mobile robot area that are critical systems. The mapping of traditional testing techniques for robotic mobile systems is not trivial, because it is necessary to consider the characteristics of these systems, which include communication, synchronization, non-determinism and parallelism. These systems present different components such as sensors, actuators and control software, which communicate, usually by exchanging messages. In this sense, this project aims to use on the experience gained by the research group of the ICMC/USP with the of the concurrent program testing criteria for the integration testing of the mobile robotic systems. In this study we present a comparison of the similarities and differences present in concurrent programs and mobile robotic systems in order to assist in adapting the testing criteria. Two case studies were conducted in which the proposed concurrent program testing criteri were applied to robotic systems developed in ROS. As a result, there was the testing criteria are able to properly testing aspects of communication and synchronization of robotic systems, contributing to the quality of these systems.

Este trabalho apresentou uma análise comparativa de algumas técnicas de correlações locais baseadas em intensidade luminosa, as quais são: Soma das Diferenças Absolutas, Soma dos Quadrados das Diferenças, Correlação Cruzada Normalizada, Transformada Rank e Transformada Censo. Para as comparações foram adotadas imagens estéreos disponíveis em repositórios de universidades e suas variantes com a inclusão de ruído e variação de intensidade luminosa. Após a implementação dos algoritmos escolhidos e a comparação de seus resultados, foi obtido que a Transformada Censo é um dos métodos com os piores resultados apresentando grande quantidade de correlações erradas. Foram apresentadas modificações para melhorar a performance desse método e os resultados obtidos foram melhores. / This work presents a comparative analysis of some local area intensity based correlation algorithm, which are: Sum of Absolute Differences, Sum of Squared Differences, Normalized Cross-Correlation, Rank Transform and Census Transform. For the tests stereo data sets are adopted. These data sets are available at universities websites and their variants with the inclusion of noise and variation of luminosity are created. After implementing the chosen algorithms a comparison were performed and the Census Transform was one of the methods that got the worst results showing large quantity of false correlations. On this work was presented some modifications to improve the performance of the Census Transform and the results obtained were better than the original Census Transform.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Industrial robots today are widely used in industrial processes, whether in assembly processes or product quality verification processes. The task of the robotic manipulator is then seek to position the tool in the desired position with the smallest error as possible, this is done by using control techniques. Despite the existence of modern techniques of control, fixed earnings drivers are still the most industrially used because of its simplicity. Controller with adjustable gains typically require a training period, which makes replacement of this something expensive from the industrial point of view. This paper presents a comparison between classical control techniques, such as proportional integral derivative control, and adjustable gains techniques, set by gain scheduling and fuzzy logic, from the point of they are easy and quick implementation in the field industrial and it is not necessary to adjust the gains to all new desired trajectory. The results show that the adjusted fuzzy controller has a greater ability to adjust to different paths without modification of parameters when compared to other techniques, besides presenting a tolerance to external disturbances and changes in system dynamics. / RobÃs industriais hoje em dia sÃo amplamente utilizados em processos industriais, sejam em processos de montagem ou processos de verificaÃÃo de qualidade de produtos. A tarefa do manipulador robÃtico Ã, entÃo, buscar posicionar a ferramenta na posiÃÃo desejada com o menor erro possÃvel, isto à feito atravÃs do uso de tÃcnicas de controle. Apesar da existÃncia de tÃcnicas modernas de controle, os controladores de ganhos fixos ainda sÃo os mais utilizados industrialmente devido a sua simplicidade. Controladores de ganhos ajustÃveis normalmente necessitam de um perÃodo de treinamento do controlador ou de dados da dinÃmica do sistema para o seu projeto, o que torna a substituiÃÃo de controladores deste tipo algo dispendioso do ponto de vista industrial. Este trabalho apresenta uma comparaÃÃo entre tÃcnicas de controle clÃssicas, tal como o controle proporcional integral derivativo, e tÃcnicas de ganhos ajustÃveis de fÃcil implementaÃÃo, ajuste por escalonamento dos ganhos e por lÃgica fuzzy, partindo do ponto que sejam fÃceis e de rÃpida implementaÃÃo no ramo industrial e que nÃo seja necessÃrio ajustar os ganhos a toda nova trajetÃria desejada. Os resultados mostram que o controlador ajustado por fuzzy tem uma maior capacidade de se ajustar a diferentes trajetÃrias sem necessidade de modificaÃÃes de parÃmetros quando comparado as outras tÃcnicas, alÃm de apresentar uma tolerÃncia a perturbaÃÃes externas e modificaÃÃes na dinÃmica do sistema.

Cada vez mais empilhadeiras robóticas são utilizadas para a tarefa de transporte em indústrias e armazéns. O gerenciamento dessas empilhadeiras é a chave para um sistema de transporte eficiente visando maximizar sua taxa de transferência. Um dos principais problemas na operação desses sistemas é a decisão de roteamento das empilhadeiras dentro dos depósitos. Este trabalho propõe um algoritmo de roteamento com a capacidade de realizar a otimização das rotas em tempo-real. Na computação da rota são considerados o desvio de obstáculos, as dimensões e as propriedades físicas das empilhadeiras, pois uma trajetória calculada deste ponto de referência está livre de colisões durante a execução do roteamento. Para realizar os testes foram utilizados os softwares Player/Stage, os quais permitem que simulações do funcionamento do sistema de roteamento sejam realizadas antes que os algoritmos sejam testados em robôs reais. Através dos testes simulados, analisou-se a capacidade de locomoção das empilhadeiras referente ao calculo da melhor rota no ambiente proposto, com o intuito de melhorar o ganho de performance no planejamento de trajetória. / Forklift robots have been increasingly used in transport tasks in industries and warehouses. The key to an efficient transport system is held by a sound management of these forklifts that aim to maximize the transference rate. One of the main problems faced by the transportation systems is routing decision for forklifts within warehouse. The present paper proposes a routing algorithm to calculate optimal routes in real time. Therefore, its computation takes into account obstacle avoidance, the dimension and physical properties of the forklifts, since the calculated path regarding the routing is conflict-free. Simulations were carried out using the software Player/Stage before the algorithms were tested in a real robot. Simulated tests were analyzed in order to observe the locomotion ability of forklifts regarding calculation of the best route in the environment proposed to improve the trajectory planning performance will be assessed.

Este trabalho apresenta uma proposta desenvolvida em uma escola da Rede Municipal de Ensino de Porto Alegre que faz uso do recurso LEGO® nas aulas de matemática. O texto busca responder às seguintes perguntas: É possível utilizar a robótica educacional (LEGO® Mindstorms®) como recurso de ensino de Matemática nos anos finais do Ensino Fundamental? Como? Utilizou-se o estudo de caso como metodologia de pesquisa. As atividades visando a integração dos conceitos matemáticos e a robótica educacional foram elaboradas e implementadas à luz das teorias de Seymour Papert e Gèrard Vergnaud. O ambiente de aprendizagem e a Teoria dos Campos Conceituais também forneceram suporte para a análise dos dados. São mencionadas outras pesquisas referentes ao tema Robótica Educacional e suas contribuições para o atual trabalho. Como resultados observou-se um maior envolvimento dos estudantes nos estudos de matemática e robótica, a aceitação do erro como uma estratégia na busca de soluções de problemas de matemática e robótica e o desenvolvimento de estratégias para organizar-se em grupos de trabalho. / This dissertation presents a proposal developed in a school from Rede Municipal de Ensino de Porto Alegre that makes use of LEGO® in math classes. The text tries to answer the following questions: Is it possible to utilize the educational robotic (LEGO® Mindstorms®) as a resource for teaching Mathematics in the final years of elementary school? How? It was utilized the study of case as a research methodology. The activities targeting the integration of mathematics concepts and educational robotic were elaborated and implemented in lights of Seymour Papert’s and Gèrard Vergnaud’s theory. The learning environment and the Conceptual Fields Theory also provided support for the analysis of the data. Other researches relative to the Educational Robotic theme are mentioned and their contribution to the actual dissertation. As results could be observed a greater involvement of students in the studies of mathematics and robotic, the acceptation of the error as a strategy to find the solutions of mathematic and robotic problems, the development of strategies to organize groups of work.

Este trabalho aborda o desenvolvimento da estrutura da base e do sistema de acionamento, transmissão e controle do 1º grau de liberdade de um robô cilíndrico de 5 graus de liberdade acionado pneumaticamente. A base é construída com alumínio estruturado de elevada rigidez, o que confere a sua estrutura mecânica baixas deformações em situações de operação do robô. Além de constituir a estrutura de apoio do manipulador, a base serve de repositório para diversos componentes de sensoriamento e comando dos diversos graus de liberdade do robô e ainda apresenta elementos estruturais que são utilizados como acumuladores de ar comprimido que servem para atenuar as flutuações de pressão nos atuadores pneumáticos. O 1º grau de liberdade do robô, de acordo com a concepção de um robô cilíndrico, é relativo ao giro do conjunto de elos do manipulador em torno do eixo vertical. O seu movimento é comandado por um atuador pneumático linear acoplado a um eixo rotativo por uma correia sincronizadora. O controlador proposto é baseado na técnica de realimentação de estados com alocação de polos e compensa a variação do momento de inércia do manipulador devida ao movimento do robô. Este esquema é baseado em um modelo matemático parametrizado que provê continuamente o valor de massa equivalente acoplada ao primeiro grau de atuador de liberdade. Assim, a cada ciclo de controle, os ganhos do controlador são recalculados a partir do valor atual da massa equivalente, visando a compensar sua variação. São apresentados resultados experimentais e discussões sobre o cálculo da massa equivalente e desempenho do controlador no seguimento de trajetória. / This work deals with the design of the base frame, drive, transmission and control systems used in the first degree of freedom of a pneumatically actuated cylindrical robot with five degrees of freedom. The base is constructed with high stiffness aluminum parts, which achieve low mechanical deformation in operational working conditions. Furthermore, the base structure in used as sensor and pneumatic components compartment and comprises aluminum structural elements that are used as accumulators compressed air used for reducing the pressure fluctuations on the pneumatic actuators operation. The first degree of freedom, according to the usual design of a cylindrical robot, is relative to the rotation of the manipulator arm around its vertical axis. This degree of freedom is controlled by a linear pneumatic actuator coupled to a rotary axis mechanism by an industrial synchronous belt. The proposed controller is based on the state feedback technique with pole location and compensates the variation of the moment of inertia of the manipulator due to the motion of the robot. This scheme is based on a parameterized mathematical model that continuously provides the equivalent mass value coupled to the first degree of freedom actuator. So, in each control cycle, the controller gains are recalculated on the basis of the equivalent mass, compensating its variation. Results of experiments and discussions about the equivalent mass calculation and controller performance are presented.

Este trabalho consiste na elaboração de uma estratégia para a geração de trajetórias otimizadas para um robô cilíndrico de cinco graus de liberdade acionado pneumaticamente. Como resultado da aplicação do método desenvolvido obtêm-se as trajetórias no espaço das juntas que resultam no movimento adequado do efetuador do robô, de acordo com algum critério de otimização. Para a obtenção das trajetórias das juntas do robô a partir de uma dada trajetória desejada para o efetuador, resolveu-se o problema de cinemática inversa por meio de uma abordagem algébrica. Para a geração de trajetórias entre os pontos no espaço de trabalho do robô propõe-se a utilização de um algoritmo de aproximação de pontos através de splines compostas por polinômios de sétimo grau. Essa escolha garante a continuidade da função de posição, bem como de suas três primeiras derivadas, sendo essa uma condição necessária para a implantação de importantes leis e estratégias de controle (como, por exemplo, a estratégia em cascata, utilizada com sucesso no controle de sistemas servopneumáticos). O método proposto para a geração de splines possibilita, através do ajuste de parâmetros em função da exigência de cada aplicação, a obtenção de curvas no espaço das juntas com valores otimizados de jerk, aceleração ou velocidade. Para aplicação na geração de trajetórias para o robô, a interpolação dos pontos é realizada no espaço dos atuadores a fim de fornecer ao controlador as curvas de referência para posição, velocidade, aceleração e jerk. Para a demonstração da aplicação do método no seguimento de trajetórias, são utilizadas como referência curvas tridimensionais cujos valores numéricos são comparados com os resultados fornecidos a partir da metodologia proposta. Assim, uma vez calculadas as trajetórias em cada uma das juntas através da cinemática inversa, utiliza-se as transformações homogêneas da cinemática direta do robô, obtidas a partir do método de Denavit-Hartenberg, para obter a trajetória do efetuador e verificar a funcionalidade do modelo resultante. / This work consists of developing a strategy to generate optimized trajectories for a cylindrical robot with five degrees of freedom which is actuated pneumatically. As a result of the application of the developed method, trajectories in joint space are obtained and result in the proper motion of the robot’s end-effector according to a given optimizing criteria. In order to obtain the trajectories of the robot’s joints from a given desired trajectory for the end-effector, the problem of inverse kinematics was solved by an algebraic approach. To generate trajectories between points in the robot’s workspace it was proposed the use of an algorithm for approximation of points through splines composed by seventh degrees polynomials. This choice ensures the continuity of the position function as well as its first three derivatives. It is a necessary condition for the implementation of important laws and control strategies (for example, the cascade strategy which is successfully used in servo-pneumatic control systems). The proposed method to generate splines allows, through the adjustment of parameters taking into account the requirements of each application, the obtainment of curves in the joint space with optimized values of jerk, acceleration and speed. In order to apply the method in the generation of trajectories for the robot, the interpolation of the points is performed in the space of the actuators with the purpose of providing the controller reference curves for position, speed, acceleration and jerk. To demonstrate the application of the method in trajectory tracking, three-dimensional curves are used and their numerical values are compared with the results provided by the proposed methodology. Therefore, once the calculated trajectory in each joint through inverse kinematics is obtained, homogeneous transformations of the direct kinematics of the robot, obtained by Denavit-Hartenberg’s method, are employed to find out the trajectory of the end-effector and verify the functionality of the resulting model.

Orientadores: Helder Anibal Hermini, Jose Manoel Balthazar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T08:25:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paracencio_LuisGustavodeMello_M.pdf: 4796765 bytes, checksum: 995f6c689cb11d91ba0a846b33152415 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: A partir de considerações de dinâmica não-linear aplicada à robótica, foi desenvolvida a montagem experimental de um manipulador de dois graus de liberdade em que à primeira junta é atuada e a segunda é sub-atuada. Para tal, foram estabelecidos os objetivos para a concepção do protótipo gerado. A montagem experimental foi realizada a partir do desenvolvimento de manipuladores de dois graus de liberdade, considerados rígidos, podendo ser futuramente estendidos a outros graus de liberdade com alguma flexibilidade. A partir dos resultados apresentados, puderam ser verificadas as vantagens e desvantagens da utilização das arquiteturas de controladores aplicadas ao comando de mecanismos robóticos / Abstract: From reasons of applied nonlinear dynamics to robotics, it was developed an experimental setting of manipulator of two degrees of freedom where to the first joint is acted and second is sub-acted. The objectives had been established for the conception of the generated archetype. The experiment was carried through the development of manipulators of two degrees of freedom considered rigid. It can be extended to other degrees of freedom with some flexibility in future. The advantages and disadvantages of the use of architectures of controllers could be identified for applied to the command of mechanisms robotics / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Helder Anibal Hermini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T10:05:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Filippo_ThaisRaquelMartins_M.pdf: 2231528 bytes, checksum: 9b77de85b3c42da8cc3f8d4854ac9569 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho foram desenvolvidas metodologias necessárias para a implementação de órteses ativas de membros inferiores, aplicáveis em servo-assistência de processos fisioterápicos de reabilitação. Para viabilizar e concretizar os objetivos propostos foram elaborados estudos anatômicos e cinesiológicos da locomoção humana, enfocando em especial os membros inferiores, que foram analisados a partir de experimentos de antropometria aplicada, através de instrumentação dedicada. A partir dos resultados obtidos foi elaborado o modelo geométrico de uma órtese de membro inferior, do qual foi desenvolvida a modelagem cinemática visando a futura aplicação de controle cinemático direto. Baseando-se nos parâmetros obtidos de simulações computacionais geradas a partir da aplicação da modelagem cinemática foram dimensionados os parâmetros do dispositivo eletro-mecânico sendo que a ativação dos atuadores das articulações foi gerenciada por um microcontrolador dedicado, sendo que o algoritmo de controle relevou a seqüência da marcha e os respectivos parâmetros cinemáticos inerentes a este processo / Abstract: In this work necessary methodologies were developed for the implementation of active orthosis of lower limbs, applicable in servant-assistance of physiotherapies processes of rehabilitation. To make possible and to materialize the considered objectives, anatomical and kinesiology¿s studies of human locomotion had been elaborated, focusing in lower limbs that had been analyzed from experiments of applied anthropometry with dedicated instrumentation. With the results, a geometric model of lower limbs orthosis was elaborated and a kinematics model was developed aiming future application in direct kinematics¿ control. Based on the outputs of computational simulations of the kinematics model, the electromechanical device was selected. The actuators of the joints were managed by a dedicated microcontroller and an algorithm controlled the sequence of the march and the kinematics parameters to this process / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica