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Análise do desempenho e da dinâmica de robôs omnidireccionais de três e quatro rodas

Hélder Filipe Pinto de Oliveira January 2008 (has links)
As aplicações de robôs omnidireccionais são cada vez mais comuns nos últimos anos, devido à grande vantagem de mobilidade quando comparados com outros tipos de robôs. A utilização deste tipo de robôs aparece em larga escala nas competições robóticas em todo o mundo, onde o desempenho das plataformas robóticas é bastante crítico.Em situações de alto desempenho, a disponibilidade de um modelo dinâmico preciso torna-se muito importante. É essa a motivação para este trabalho, onde se procuram modelos e respectivos algoritmos para estimação dos seus parâmetros. Uma vez testados os modelos e validados através da comparação com ensaios reais, é possível analisar o desempenho e comportamento das plataformas robóticas.O desempenho dos robôs pode ser avaliado, analisando vários factores como a velocidade, aceleração e consumo. Tipicamente as configurações omnidireccionais passam pelo uso de três ou quatro rodas. A comparação do desempenho das duas configurações não tem sido alvo de grande investigação, merecendo desta forma um estudo aprofundado.No decorrer deste trabalho foi possível verificar, usando os mesmos motores, que os robôs de quatro rodas apresentam maior atrito, maior velocidade, maior aceleração, maior consumo e maior complexidade quando comparados com os de três rodas. / Omni-directional robots are increasingly popular due to its improved mobility when compared with more traditional robots. Their usage is more prominent in many robotic competitions where performance is critical.To achieve a high level of performance it is very important the availability of a good dynamical model for the robot. That motivates this work where are sought models and the procedures to estimate its parameters. Once the models are validated through real data they can be used to compare the performance of different configurations.Each robot's performance can be evaluated in terms of maximum speed, acceleration and power consumption. Typical omni-directional configurations use three or four wheels. The relative advantages of each configuration are therefore evaluated using a reconfigurable robot.For robots with the same kind of motors was found that a four wheel configuration presents more friction, higher maximum speed, power consumption and complexity when compared with the three wheel case.
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Robot line formation

Vasconcelos, Francisco Porto Guerra e January 2009 (has links)
Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Faculty of the Graduate School. University of Maryland. 2009
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Clever robot

Sobreira, Héber Miguel Plácido January 2009 (has links)
Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Automação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009
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Implementação em VHDL de uma biblioteca parametrizável de operadores aritméticos em ponto flutuante para ser usada em problemas de robótica

Sánchez Gómez, Diego Felipe 11 December 2009 (has links)
Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2009. / Submitted by Jaqueline Ferreira de Souza (jaquefs.braz@gmail.com) on 2011-05-14T01:19:11Z No. of bitstreams: 1 2009_DiegoFelipeSanchezGomez.pdf: 2188113 bytes, checksum: 622edaf8645ed9722543df0b5a4baadd (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Ferreira de Souza(jaquefs.braz@gmail.com) on 2011-05-14T01:20:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_DiegoFelipeSanchezGomez.pdf: 2188113 bytes, checksum: 622edaf8645ed9722543df0b5a4baadd (MD5) / Made available in DSpace on 2011-05-14T01:20:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_DiegoFelipeSanchezGomez.pdf: 2188113 bytes, checksum: 622edaf8645ed9722543df0b5a4baadd (MD5) / Este trabalho descreve a implementação em FPGA de uma biblioteca parametrizável em ponto flutuante abrangendo operadores aritméticos e trigonométricos comumente encontrados em aplicações robóticas (a saber, soma, subtração, divisão, raiz quadrada, seno, cosseno e arco-tangente). A biblioteca é parametrizável pelo tamanho da palavra (expoente e mantissa) para o conjunto de operadores. Esta biblioteca foi usada na implementação hardware da cinemática direta de um robô manipulador de configuração esférica com cinco graus de liberdade. No intuito de gerar automaticamente o código VHDL dos operadores em ponto flutuante para diferentes tamanhos de palavra, definida pelo usuário, uma ferramenta CAD foi desenvolvida em MATLAB. Em este contexto, são usados algoritmos baseados em Goldschmidt e Newton-Raphson para calcular as operações de divisão e raiz quadrada. Um análise entre os parâmetros consumo de recursos, consumo de multiplicadores embebidos do FPGA e aspetos relacionados à latência e precisão, para as duas arquiteturas (Goldschmidt e Newton-Raphson), permite escolher a melhor arquitetura para uma aplicação especifica. Para ambas implementações são obtidas altas vazões (Mresultados/s). A análise mostra uma vantagem da arquitetura Newton-Raphson sobre a arquitetura Goldschmidt. Para o cálculo das funções transcendentais são implementadas duas arquiteturas baseada em CORDIC e expansão em séries de Taylor. Similarmente ao caso da divisão e raiz quadrada, é feito uma análise entre os parâmetros consumo de recursos, consumo de multiplicadores embebidos do FPGA, latência e precisão. A análise mostrou que a arquitetura baseada em expansão em séries de Taylor apresentou um melhor desempenho para o cálculo das funções seno e cosseno. Porém, a arquitetura CORDIC apresenta um melhor desempenho para o cálculo da função arco-tangente. Para validar os circuitos propostos, varias simulações usando MATLAB foram desenvolvidas (os resultados são usados como um estimador estático dos operadores em ponto flutuante). Os resultados do erro quadrático médio (MSE) mostram uma adequada precisão dos operadores implementados. Finalmente, no intuito de validar a funcionalidade do conjunto de operadores, foi desenvolvida uma arquitetura hardware para o cálculo da cinemática direta de um robô manipulador de configuração esférica com cinco graus de liberdade. A arquitetura proposta foi concebida usando uma abordagem de planejamento por restrição de tempo e área. Em este caso, as unidades de ponto flutuante foram usadas, 8 unidades para o cálculo de funções transcendentais (seno e cosseno), e 4 multiplicadores e 2 unidades de soma/subtração para o cálculo de operações aritméticas. Os resultados de síntese mostram que a arquitetura proposta é viável em famílias de FPGAs modernas, nas quais há uma abundancia de elementos lógicos disponíveis. Todos os cálculos foram executados com sucesso e também validados usando os resultados em MATLAB como um estimador estatístico. O tempo de processamento da arquitetura hardware foi comparada com o mesmo modelo cinemático em software, usando um processador hard PowerPC (embebido na FPGA) e uma implementação em MATLAB executada em um processador AMD Atlhon Dual-Core de 2,1GHz. O tempo de cálculo da cinemática direta implementada em hardware é 0,67μs (relógio de 100MHz), considerando a mesma formulação implementada em software usando um processador PowerPC necessita 1,61ms, executada no mesmo dispositivo FPGA e com o mesmo relógio. Adicionalmente, a implementação em MATLAB gasta 0,013ms (relógio de 2.1GHz). _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work describes an FPGA implementation of a parameterizable floating-point library including arithmetic and trigonometric operators commonly found in robotic applications (namely, addition, subtraction, division, square root, sine, cosine and arctangent). The library is parameterizable by word length (exponent and mantissa) for the set of operators. This library was used in the hardware implementation of a direct kinematics for a robot manipulator with a spherical topology with five degrees of freedom. In order to generate automatically the VHDL code of the floating point operators for different word length representations, which are defined by the designer, a CAD tool were developed in MATLAB. In this context, algorithms based on Goldschmidt and Newton-Raphson has been implemented for calculating both division and square root operators. A tradeoff analysis among the area cost, FPGA embedded multipliers consumption and aspects related to the latency and precision, for both developed architectures (Goldschmidt and Newton- Raphson), allows the choice of the better architecture for a specific application. High throughputs (Mresults/s) are achieved for both implementations. The trade-off analysis shows advantages of the Newton-Raphson over the Goldschmidt architecture. For computing the transcendental functions two architectures based on CORDIC and Taylor series expansion were implemented. Similarly to the case of the division and square root, a tradeoff analysis among the area cost, FPGA embedded multipliers consumption, latency and precision issues has been developed. The trade-off analysis shows that the architecture based on Taylor series expansion presents a better performance for computing sin a cosine functions. However, the CORDIC architecture presents a better performance for computing the arctangent function. For validating the proposed circuits, several simulations were performed using the MATLAB (these results are used as a statistical estimator of the implemented floating point operators). The Mean Square Error (MSE) results have demonstrated the suitability the precision of the implemented operators. Finally, in order to validate the functionality of the set of operators, a hardware architecture for computing the direct kinematics for a robot manipulator with a spherical topology with five degrees of freedom was developed. The proposed architecture was designed using a time and area constrained scheduling approach. In this case, cores in floating poitn were used, 8 cores for computing transcendental functions (sine and cosine), 4 multiplier and 2 addition/subtraction cores for computing the arithmetic operations. Synthesis results show that the proposed architecture is feasible for modern FPGAs families, in which there are plenty of logic elements available. The overall computations were successfully performed and also validated using the MATLAB results as a statistical estimator. The processing time of the hardware architecture was compared with the same kinematics model implemented in software, using both a hard PowerPC processor (embedded in the FPGA) and a MATLAB implementation running in an AMD Atlhon Dual-Core at 2.1GHz processor. The computation time to implement the direct kinematics in hardware is 0.67μs (clock of 100MHz), whereas the same formulation implemented in software using a PowerPC processor needs 1.61ms, running in the same FPGA device and with the same clock. Additionally, the MATLAB implementation spends 0.013ms (clock of 2.1GHz).
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Implementación de middleware ros para robot de servicio

Hevia Koch, Pablo Alejandro January 2012 (has links)
Ingeniero Civil Electricista / El objetivo del presente trabajo de memoria consiste en implementar el middleware ROS en el robot de servicio Bender, así como implementar un sistema de navegación con soporte para SLAM online, e integrar dicho sistema junto con los módulos preexistentes del robot, al tiempo de actualizarlos a una nueva versión de URBI. Este proyecto es parte del trabajo de mejora continua realizado con el robot Bender, del Laboratorio de Robótica del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile y enmarcado dentro de la participación de este robot en el campeonato mundial de robótica Robocup, en su categoría Robocup@Home. Tras una presentación del contexto y antecedentes respecto a las características del middleware, se procedió a implementar un sistema de navegación en base al middleware ROS utilizando el algoritmo de SLAM Online GMapping. Para esto, se implementan diversos módulos ROS: control de la base robótica, publicación de odometría, manejo de marcos de referencia, generación de mapas de costos, módulo SLAM, lecturas del sensor láser, planificador de rutas local y global, teleoperación, servidor de mapas de entorno y localización. Implementados los módulos de navegación en ROS, se procedió a actualizar los módulos UObjects existentes a URBI 2.7.4 y finalmente a integrar el sistema ROS con el sistema URBI, ambos residentes en computadores diferentes y bajo distintos sistemas operativos. Finalizado el desarrollo del sistema y su integración, se realizaron diversas pruebas para verificar el módulo de navegación desarrollado en base a ROS, así como la integración de éste a los módulos preexistentes basados en URBI que fueron actualizados y la comunicación entre ambos componentes. En base a estas pruebas, se verifica que el trabajo realizado cumple a cabalidad los objetivos planteados, tanto al cumplir las necesidades de navegación (evasión de obstáculos, planificación dinámica de rutas, SLAM online), como al mantener las funcionalidades preexistentes e integrar los sistemas antiguos dentro de la nueva configuración del sistema.
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Estudo e implementação de um algoritmo de localização baseado na correspondência de mapas

Gouveia, Manuel Carlos Monteiro January 2009 (has links)
Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Automação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009
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Robô com unidade principal de processamento implementada em FPGAs

Reis, Manuel Luís Campos January 2009 (has links)
Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009
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Controlo e cooperação de robôs móveis autónomos omnidireccionais

Conceição, André Gustavo Scolari January 2007 (has links)
Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2007
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Protótipo de um robô móvel de baixo custo para uso interdisciplinar em cursos superiores de Engenharia e Computação

Silva, Sergio Ricardo Xavier da 13 September 2011 (has links)
Submitted by Diogo Barreiros (diogo.barreiros@ufba.br) on 2017-02-09T18:12:58Z No. of bitstreams: 1 Protótipo de um Robô Móvel de Baixo Custo para uso Interdisciplinar em cursos superiores de Engen_0.pdf: 14279186 bytes, checksum: d37d30b93b1e424aa3133d4a879fa2bf (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-02-10T12:28:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Protótipo de um Robô Móvel de Baixo Custo para uso Interdisciplinar em cursos superiores de Engen_0.pdf: 14279186 bytes, checksum: d37d30b93b1e424aa3133d4a879fa2bf (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-10T12:28:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Protótipo de um Robô Móvel de Baixo Custo para uso Interdisciplinar em cursos superiores de Engen_0.pdf: 14279186 bytes, checksum: d37d30b93b1e424aa3133d4a879fa2bf (MD5) / Atualmente é crescente o uso de novas tecnologias para auxiliar o processo de ensino e aprendizagem em diversas partes do mundo. Neste contexto, a Robótica Educacional tem mostrado notáveis progressos em diversos contextos educacionais. Apesar da utilidade e da versatilidade dessa ferramenta educacional, ela ainda não é utilizada em larga escala em nosso país. O presente trabalho descreve o projeto e a implementação de um kit de robótica educacional de baixo custo voltado às Universidades brasileiras, em especial, aos cursos de engenharia e computação. Para alcançar tais objetivos, foram realizados estudos comparativos entre diferentes kits robóticos comercializados no mercado no intuito de mensurar os custos associados e avaliar os recursos de hardware e software necessários ao desenvolvimento do projeto para uso efetivo em sala de aula. A análise desses requisitos norteou a concepção e o desenvolvimento do kit de robótica educacional denominado Tesla. Este trabalho fornece uma descrição completa de todos os componentes de hardware e software e um manual passo a passo acerca da construção e programação do robô Tesla
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Graphslam algorithm implementation for solving simultaneous localization and mapping

Curotto Molina, Franco Andreas January 2016 (has links)
Ingeniero Civil Eléctrico / SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) es el problema de estimar la posición de un robot (u otro agente), y simultáneamente, generar un mapa de su entorno. Es considerado un concepto clave en la robótica móvil, y fundamental para alcanzar sistemas verdaderamente autónomos. Entre las muchas soluciones que se han propuesto para resolver SLAM, los métodos basados en grafos han adquirido gran interés por parte de los investigadores en los últimos años. Estas soluciones presentan varias ventajas, como la habilidad de manejar grandes cantidades de datos, y conseguir la trayectoria completa del robot, en vez de solo la última posición. Una implementación particular de este método es el algoritmo GraphSLAM, presentado por primera vez por Thrun y Montemerlo en 2006. En esta memoria, el algoritmo GraphSLAM es implementado para resolver el problema de SLAM en el caso de dos dimensiones. En objetivo principal de esta memoria es proveer de una solución de SLAM ampliamente aceptada para la realización de pruebas comparativas con nuevos algoritmos de SLAM. La implementación usa el framework g2o como herramienta para la optimización de mínimos cuadrados no lineales. La implementación de GraphSLAM es capaz de resolver SLAM con asociación de datos conocida y desconocida. Esto significa que, incluso cuando el robot no tiene conocimiento del origen de las mediciones, éste puede asociar las mediciones a los estados correspondientes, mediante el uso de estimación probabilística. El algoritmo también usa un método basado en kernel para la estimación robusta ante outliers. Para mejorar el tiempo de cómputo del algoritmo, varias estrategias fueron diseñadas para verificar las asociaciones y ejecutar el algoritmo de manera eficiente. La implementación final se probó con datos simulados y reales, en el caso de asociación conocida y desconocida. El algoritmo fue exitoso en todas las pruebas, siendo capaz de estimar la trayectoria del robot y el mapa del entorno con un error pequeño. Las principales ventajas del algoritmo son su alta precisión, y su alto grado de configuración dado por la selección de parámetros. Las mayores desventajas son el tiempo de cómputo del algoritmo cuando la cantidad de datos es alta, y su incapacidad de eliminar falsos positivos. Finalmente, como trabajo futuro, se sugieren modificaciones para aumentar la velocidad de convergencia, y para eliminar falsos positivos.

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