FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Sistemas de navegaÃÃo autÃnomos devem ser capazes de definir uma seqÃÃncia de aÃÃes a serem tomadas por robÃs mÃveis, dotados de um conjunto limitado de sensores, quando expostos a um ambiente externo suposto desconhecido e tendo que atender simultaneamente a um elenco de objetivos previamente especificados. O interesse cientÃfico no estudo de sistemas de navegaÃÃo em ambientes desconhecidos e sujeitos ao atendimento de mÃltiplos objetivos à motivado basicamente pelo seu evidente potencial em aplicaÃÃes industriais e pelo fato de demandarem a implementaÃÃo de estratÃgias de soluÃÃes complexas. Este trabalho apresenta a modelagem de um sistema de navegaÃÃo para robÃs moveis por meio de Redes de Petri Coloridas. O modelo apresentado consegue simular vÃrias situaÃÃes, tais como a representaÃÃo do mundo em volta do robÃ, interaÃÃo com o ambiente, planejamento de trajetÃria, localizaÃÃo do robà e anÃlise das baterias, bem como servir de base para implementaÃÃo em um robà mÃvel real e otimizaÃÃo do sistema. / Systems of autonomous navigation must be able to define a sequence of actions to be taken bymobile robots endowed with a set of limited sensors, while exposed to an unknown environment and having to serve simultaneously a set of objectives previously specified. The scientific interest in the study of systems of navigation in unknown environment which are subject of serving to several objectives is motivated basically by its evident potential in industrial applications and by the fact of demanding the implementation of complex solutions strategies. This research presents the modeling of a navigation system for mobile robots through coloured Petri nets. The model presented here can simulate several situations, such as: the representation of the world around the robot, interaction with the environment, trajectory planning, robot location, battery analysis, as well as how to serve as a basis for implementation in a real mobile robot and optimization of the system.

Esta dissertaÃÃo apresenta o desenvolvimento de um veÃculo aÃreo nÃo tripulado do tipo quadrirotor, o seu modelo dinÃmico, alÃm das simulaÃÃes e dos testes de um controlador PID embarcado para estabilizaÃÃo (movimentaÃÃo na direÃÃo vertical) da estrutura projetada. Este veÃculo à caracterizado por ter quatro motores que sÃo responsÃveis pela geraÃÃo do movimento da plataforma. O objetivo deste trabalho à mostrar o desenvolvimento (projeto e construÃÃo) de uma estrutura do tipo quadrirotor, detalhar cada componente utilizado para a construÃÃo mecÃnica da plataforma, apresentar o modelo matemÃtico do quadrirotor baseado no formalismo de Newton-Euler, os sensores utilizados para navegaÃÃo, os mÃdulos usados para comunicaÃÃo sem fio com um computador e o projeto do sistema microcontrolado utilizado para o controlador PID, usado para estabilizaÃÃo, e o acionamento dos motores, bem como a simulaÃÃo do controlador PID clÃssico e uma variaÃÃo do controlador PID em ambiente SimulinkÂ/Matlab e os testes realizados na estrutura desenvolvida. / This dissertation presents the development of an unmanned aerial vehicle of the type quadrirotor, its dynamic model, besides the simulations and tests of a PID controller for embedded stabilization (motion in the vertical direction) of the projected structure. This vehicle is characterized by having four motors which are responsible for generating the movement of the platform. The objective of this work is to show the development (design and construction) of a type structure quadrirotor, detailing each component used for the mechanical construction of the platform, presenting the mathematical model of quadrirotor based on Newton-Euler formalism, the sensors used for navigation the modules used for wireless communication with a computer and a microcontroller system project used for the PID controller, used for stabilization, and driving the motors, as well as the simulation of the classical PID controller and a variation of the PID controller in environment SimulinkÂ/Matlab and the tests in the developed structure.

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.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Family farming is an important generator of employment, income and food for the country, despite having a smaller area for its development, family farming has an important participation in national agricultural production and, the high cost of the agricultural mechanization, these farmers excluded from the agricultural mechanization process. Faced with such exclusion, use the evolution of technology systems most widely applied, such as Robotics, can meet effectively the needs for labor of farmers, and the trend is that the various sectors of agriculture which today are held by conventional way, be replaced by standalone devices. The objective of this work is to develop a robotic device (RIRRIG), able to interact in a three-dimensional plane, with a system of actuators, sensors and controllers in order to carry out irrigation in greenhouses. Provided with computer intelligence, the robot performs individual irrigation of plants in greenhouses, based on the reference evapotranspiration, leading to the terminal plant tool, which in turn, applies in each pot a given blade. Made the field data collection and analyzing the data, it was found that there was no statistical difference between means for manual irrigation and robotics in the development of agronomic variables of stem height, stem diameter and number of leaves, it being possible It is concluded that the robotic irrigation promoted a lower coefficient of variation and a lower standard deviation in the samples. It is important the fact that robotics when applied to agriculture, it is presented as an option to complement or manpower replacement for agricultural management, as it requires minimum operator intervention for operation, thereby depriving workers of activities stressful, repetitive and risky to health. It is important to highlight its importance in the rationalization of water resources to apply only the amount of water required by the plant and as technological innovation applied to the Brazilian semiarid region. / A agricultura familiar à uma importante geradora de ocupaÃÃo, renda e alimento para o paÃs, mesmo possuindo uma menor Ãrea para o seu desenvolvimento, a agricultura familiar tem papel fundamental na produÃÃo agrÃcola nacional e, pelo alto custo de que a mecanizaÃÃo agrÃcola exige, esses agricultores sÃo excluÃdos do processo de mecanizaÃÃo agrÃcola. Diante de tal exclusÃo, usufruir da evoluÃÃo dos sistemas de tecnologia mais aplicados atualmente, como a robÃtica, podem suprir de maneira eficaz as carÃncias por mÃo de obra dos agricultores familiares, e, a tendÃncia à que os diversos setores da agricultura que hoje sÃo realizados de maneira convencional, sejam substituÃdos por dispositivos autÃnomos. O objetivo deste trabalho à desenvolver um dispositivo robÃtico, (RIRRIG), capaz de interagir em um plano tridimensional, dotado de um sistema de atuadores, sensores e controladores com o intuito de realizar a irrigaÃÃo em estufas agrÃcolas. Provido de inteligÃncia computacional, o robà realiza a irrigaÃÃo individual de plantas em estufas, baseado na evapotranspiraÃÃo de referÃncia, conduzindo atà a planta a ferramenta terminal, que por sua vez, aplica em cada vaso uma determinada lÃmina. Realizadas as coletas de dados em campo e analisando-se os dados, constatou-se que nÃo houve diferenÃa estatÃstica entre mÃdias para a irrigaÃÃo manual e robÃtica no desenvolvimento das variÃveis agronÃmicas de altura de caule, diÃmetro de caule e nÃmero de folhas, podendo-se concluir que a irrigaÃÃo robotizada promoveu um menor coeficiente de variaÃÃo e um menor desvio padrÃo nas amostras coletadas. à relevante o fato que a robÃtica, quando aplicada à agricultura, apresenta-se como uma opÃÃo na complementaÃÃo ou substituiÃÃo da mÃo de obra para o manejo agrÃcola, pois necessita da mÃnima intervenÃÃo do operador para entrar em operaÃÃo, retirando assim os trabalhadores das atividades desgastantes, repetitivas e que oferecem risco à saÃde. à importante destacar sua importÃncia na racionalizaÃÃo do recurso hÃdrico por aplicar somente a quantidade de agua requerida pela planta e como inovaÃÃo tecnolÃgica aplicada ao semiÃrido brasileiro.

nÃo hà / Este trabalho à resultado de duas experiÃncias na Ãrea Educacional. A primeira como Professor de MatemÃtica, entre 2010 e 2013, na Escola Municipal Josà Ramos Torres de Melo, em Fortaleza/CE, das turmas de 6 ao 9 ano do Ensino Fundamental 2, utilizando como ferramenta pedagÃgica em algumas de minhas aulas a RobÃtica Educativa, onde os conteÃdos matemÃticos vistos em sala de aula eram utilizados na prÃtica, nas montagens e programaÃÃes dos robÃs. A segunda experiÃncia foi como Colaborador do Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas AnÃsio Teixeira (INEP), entre 2010 atà os dias atuais, atuando como Elaborador e Revisor de Itens para composiÃÃo das AvaliaÃÃes de Larga Escala que compÃem o Sistema de AvaliaÃÃes da EducaÃÃo BÃsica - SAEB, tais como o Exame Nacional do Ensino MÃdio (ENEM), Prova Brasil que à aplicada em escolas pÃblicas brasileiras no 5 e 9 ano do Ensino Fundamental e 3 ano do Ensino MÃdio e por fim, o Exame Nacional para CertificaÃÃo de CompetÃncias de Jovens e Adultos (ENCCEJA) voltada para Jovens e Adultos Brasileiros, que nÃo tiveram a oportunidade de concluir a EducaÃÃo BÃsica na idade certa, tanto no Brasil quanto em outros paÃses. Todos esses exames citados sÃo formulados e baseados em um Modelo EstatÃstico chamado de Teoria de Resposta ao Item (TRI) cujos itens questÃes) sÃo construÃdos segundo uma Matriz de referÃncia baseada em CompetÃncias e Habilidades. Cada um desses exames tem a sua prÃpria Matriz composta por descritores. Por exemplo, a Matriz de ReferÃncia para o 9 ano do Ensino Fundamental, possui atualmente 37 descritores, divididos em 4 campos do conhecimento, denominados temas, a saber, Tema I - EspaÃo e Forma, Tema II - Grandezas e Medidas, Tema III - NÃmeros e OperaÃÃes/ Ãlgebra e FunÃÃes e Tema IV - Tratamento da InformaÃÃo. No geral, cada uma dessas Matrizes avaliam as CompetÃncias e Habilidades que o aluno deveria ter adquirido no final de cada ciclo, ou seja, um aluno de 9 ano serà inferido sobre as CompetÃncias e Habilidades que deveriam ter sido desenvolvidas durante o ciclo de 4 anos que compÃem o Ensino Fundamental 2. A robÃtica educativa, como instrumento de aprendizagem, ajuda o aluno no desenvolvimento de competÃncias e habilidades contidas nessas matrizes de referÃncia como tambÃm outras que sÃo importantes para o jovem e futuro cidadÃo do sÃculo XXI, tanto no mundo do trabalho, quanto nas suas relaÃÃes pessoais. Para isso faremos uma anÃlise das montagens, das programaÃÃes e das situaÃÃes problemas que sÃo colocadas para alguns robÃs, para as sÃries de 6 ao 9 ano, verificando quais competÃncias e habilidades estÃo envolvidas para realizaÃÃo destas atividades, fazendo assim um paralelo com os descritos presentes na Matriz de ReferÃncia do 9 ano para a Prova Brasil. Mostrando dessa maneira que o uso da RobÃtica no Ensino da MatemÃtica auxilia, fomenta e potencializa o desenvolvimento de competÃncias e habilidades matemÃticas. / This work is the result of two experiments in educational area. The first Professor of Mathematics from 2010 to 1013, at the Municipal School Josà Ramos Torres de Melo, in Fortaleza / CE, the classes from 6th to 9th grade of elementary 2 Teaching, using as a pedagogical tool in some of my classes at Educational Robotics where the mathematical contents seen in the classroom were used in practice, in assemblies and programming of robots. The second experience was as Contributor of the National Institute of Studies and Research Teixeira ( INEP ) , from 2010 to the present day , acting as winemaker and Chartered Items for composition of Large Scale Reviews that make up the System of Basic Education Reviews - Saeb, such as the National High School Exam ( ESMS ), Brazil proof that is applied in Brazilian public schools in the 5th and 9th grades of elementary school and 3rd year of high school and finally the National Certification Examination for skills for Youth and Adults ( ENCCEJA ) facing Brazilian Youth and Adults who have not had the opportunity to complete basic education at the right age, both in Brazil and in other countries. All these imaging techniques are formulated and based on a statistical model called Item Response Theory (IRT) whose items (questions) are constructed according to a matrix based reference Skills and Abilities. Each of these tests has its own matrix composed of descriptors. For example, the Matrix Model for the 9th year of elementary school, currently has 37 descriptors, divided into 4 fields of knowledge, called themes, namely, Theme I - Space and Shape, Theme II - Quantities and Measurements, Theme III - Numbers and Operations / Algebra and Functions and Theme IV - Treatment Information. Overall, each of these matrices assess the skills and abilities that students should have acquired by the end of each cycle, ie, a student of 9th class will be inferred about the Skills and Abilities that should have been developed during the course of 4 years that make up the elementary school 2 . This paper attempts to show that the use of robotics as a tool for learning, helps students to develop skills and abilities contained in these reference matrices as well as others that are important to the young and future citizen of the twenty-first century, both in the world of work, as in their personal relationships. For this we will make an analysis of assemblies of programming problems and situations that are put for some robots, for grades 6th to 9th grade, checking which skills and abilities are involved in carrying out these activities, thus making a parallel with the Mother gifts described in Reference 9 th year. Thus showing that the use of robotics in Mathematics assists and encourages the development of skills and math skills.

nÃo hà / In this dissertation it is reported the results of a comprehensive comparative study involving six local models applied to the task of learning the inverse kinematics of three redundant robotic arm (planar, PUMA 560 and Motoman HP6). The evaluated algorithms are the following ones: radial basis functions network (RBFN), local model network (LMN), SOMbased local linear mapping (LLM), local linear mapping over k-winners (K-SOM), local weighted regression (LWR) and counter propagation (CP). Each algorithm is evaluated with respect to its accuracy in estimating the joint angles given the cartesian coordinates which comprise end-effector trajectories within the robot workspace. A comprehensive evaluation of the performances of the aforementioned algorithms is carried out based on correlation analysis of the residuals. Finally, hypothesis testing procedures are also executed in order to verifying if there are significant differences in performance among the best algorithms. / Nesta dissertaÃÃo sÃo reportados os resultados de um amplo estudo comparativo envolvendo seis modelos locais aplicados à tarefa de aproximaÃÃo do modelo cinemÃtico inverso de 3 robÃs manipuladores (planar, PUMA 560 e Motoman HP6). Os modelos avaliados sÃo os seguintes: rede de funÃÃes de base radial (RBFN), rede de modelos locais (LMN), mapeamento linear local baseado em SOM (LLM), mapeamento linear local usando K vencedores (KSOM), regressÃo local ponderada (LWR) e rede counterpropagation (CP). Estes algoritmos sÃo avaliados quanto à acurÃcia na estimaÃÃo dos Ãngulos das juntas dos robÃs manipuladores em experimentos envolvendo a geraÃÃo de vÃrios tipos de trajetÃrias no espaÃo de trabalho dos referidos robÃs. Uma avaliaÃÃo abrangente do desempenho de cada algoritmo à feita com base na anÃlise dos resÃduos e testes de hipÃteses sÃo realizados para verificar a semelhanÃa estatistica entre os desempenhos dos melhores algoritmos.

This paper proposes the position control of an articulated manipulator of two degrees of freedom driven by induction motors with a controller in the current loop. The work includes the mechanical modeling of the handler that will be developed from the direct and inverse kinematics and position control of induction motors operating system and uncoupled allocated in the manipulator. Thus, we developed two strategies for control of manipulators with two degrees of freedom, one using the scheme for field-oriented vector control and other means of indirect sliding mode control (Sliding-Mode Control - SMC). These control strategies are applied to current loop of induction motors that drive the manipulator. The parameters of the position controller of manipulator are taken into account in calculating the controller parameters of the current control loop, in order to obtain satisfactory results in the positioning the degrees of freedom. In addition, we performed a comparative study between the indirect field-oriented vector control and sliding mode control applied to the current loop. The advantage of the SMC compared to the indirect field-oriented vector control due to the first had in its control law, developed in this thesis, the use of position degree of freedom manipulator applied directly in the control law, while the second acted only as a disturbed rejection controller for the position loop. The Proportional-Integral (PI) was used in the position and speed loops for both current control algorithms to provide a standard for comparison between. For the purpose of implementing the control system individually for each engine and motors coupled to the manipulator used a digital signal processor. / O presente trabalho propÃe o controle de posiÃÃo de um manipulador articulado de dois graus de liberdade acionado a partir de motores de induÃÃo trifÃsicos com um controlador na malha de corrente. O trabalho contempla a modelagem mecÃnica do manipulador que serà desenvolvida a partir das cinemÃticas direta e inversa e o controle de posiÃÃo dos motores de induÃÃo atuando desacoplados do sistema e alocados no manipulador. Deste modo, foram desenvolvidas duas estratÃgias de controle de manipuladores com dois graus de liberdade, uma utilizando o esquema por controle vetorial de campo orientado indireto e outra atravÃs de controle por modos deslizantes (Sliding Mode Control â SMC). Estas estratÃgias de controle sÃo aplicadas a malha de corrente dos motores de induÃÃo que acionam o manipulador. Os parÃmetros do controlador de posiÃÃo dos manipuladores sÃo levados em consideraÃÃo no cÃlculo dos parÃmetros do controlador da malha de controle de corrente, de modo a se obter resultados satisfatÃrios no posicionamento dos graus de liberdade. AlÃm disso, foi realizado um estudo comparativo entre o controle vetorial de campo orientado indireto e o controle de modos deslizantes aplicado na malha de corrente. A vantagem do SMC em relaÃÃo ao controle vetorial de campo orientado indireto deveu-se a que o primeiro possuÃa em sua lei de controle desenvolvida nesta tese a utilizaÃÃo direta da posiÃÃo do grau de liberdade do manipulador, enquanto que o segundo atuava somente como um controlador com rejeiÃÃo ao distÃrbio. O controlador Proporcional-Integral (PI) foi utilizado nas malhas de posiÃÃo e velocidade de modo a fornecer um padrÃo de comparaÃÃo confiÃvel entre os controladores de corrente. Com a finalidade de implementar o sistema de controle de cada motor individualmente e dos motores acoplados ao manipulador utilizou-se um processador digital de sinais.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Este trabalho investiga o grau de influÃncia que a inclusÃo de mecanismos de memÃria de curta duraÃÃo (MCD) exercem sobre o desempenho de classificadores neurais quando aplicados em tarefas de navegaÃÃo de robÃs. Em particular, trata da navegaÃÃo do tipo Wall Following. Para este fim, quatro conhecidas arquiteturas neurais (Perceptron LogÃstico, Perceptron Multicamadas, Mistura de Especialistas e rede de Elman) sÃo usadas com o intuito de associar diferentes padrÃes de leituras sensoriais com quatro classes de aÃÃes prÃ-determinadas. Todas as etapas dos experimentos - aquisiÃÃo dos dados, seleÃÃo e treinamento das arquiteturas em simulador, alÃm da execuÃÃo das mesmas em robà mÃvel real (SCITOS G5) - sÃo escritas em detalhes. Os resultados obtidos sugerem que a tarefa de seguir paredes, formulada como um problema de classificaÃÃo de padrÃes, à nÃo-linearmente separÃvel, resultado este que favorece a rede MLP quando os classificadores sÃo treinados sem MCD. Contudo, se mecanismos de MCD sÃo usados, entÃo atà mesmo uma rede linear à capaz de executar a tarefa de interesse com sucesso / This work reports results of an investigation on the degree of influence that the inclusion of short-term memory mechanisms has on the performance of neural classifiers when applied to robot navigation tasks. In particular, we deal with the well-known strategy of navigating by âwall-followingâ. For this purpose, four neural architectures (Logistic Perceptron, Multilayer Perceptron, Mixture of Experts and Elman network) are used to associate different sensory input patterns with four predetermined action categories. All stages of the experiments - data acquisition, selection and training of the architectures in a simulator and their execution on a real mobile robot - are described. The obtained results suggest that the wall-following task, formulated as a pattern classification problem, is nonlinearly separable, a result that favors the MLP network if no memory of input patterns are taken into account. If short-term memory mechanisms are used, then even a linear network is able to perform the same task successfully