Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2016.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Automação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

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

Ingeniero Civil Electricista / El trabajo desarrollado tiene la finalidad de encontrar una nueva herramienta para desarrollar la toma de decisiones por parte de un robot que juega fútbol. En el transcurso de los avances en robótica, han sido muchos los intentos por encontrar una técnica de programación que permita emular el comportamiento humano en su mayor complejidad. Mientras más complejas sean las acciones, es más difícil generar un comportamiento, debido a que se necesita disponer de la plataforma que sea capaz de entregar las herramientas necesarias para ello. El lenguaje de programación XABSL utiliza el concepto de la máquina de estados finita para desarrollar un comportamiento. Establece archivos donde se pueden crear los comportamientos y los símbolos por separados y anexarlos al software del robot. Además existe un editor para este lenguaje que muestra el grafo de estados y la jerarquía de estos, lo cual facilita el diseño. El desarrollo del comportamiento del jugador (Striker) comprende buscar la pelota, ir hacia la pelota, alinearse y patearla. Se diseña una máquina de estados que a su vez llama a otras para realizar cada una de las etapas mencionadas. Para utilizar el potencial de desarrollo de esta herramienta, se trabaja en el control de los sonares, seleccionando el modo de operación y la creación de los símbolos para realizar las transiciones en la máquina de estados para la evasión. Con la mejora realizada en la adquisición de datos de los sonares y la calibración de estos para su funcionamiento, mejora la respuesta ante la aparición de obstáculos. Por otro lado el comportamiento de evasión, recibe como parámetro de entrada la posición de la pelota para ejecutar la transición de estados, lo cual es un aspecto importante que se presenta en XABSL. Patear la pelota constituye una máquina de estados con los tipos de golpes a realizar sin necesidad de establecer transiciones entre ellos. Además el jugador reduce las colisiones con las mejoras en el control de los sonares y la decisión de evadir considerando la información de la pelota.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Eléctrica / Ingeniero Civil Eléctrico / El uso de Conjuntos Aleatorios Finitos (RFS por su sigla en inglés) tiene varias ventajas respecto de los métodos tradicionales basados en vectores. Entre ellas están el incluir las estadísticas de detección del sensor y la eliminación de las heurísticas tanto para la asociación de datos como para la inicialización y eliminación de objetos en mapa. Para obtener los beneficios de los estimadores basados en RFS en el problema de Construcción de Mapas y Localización Simultanea (SLAM por su acrónimo en inglés), las estadísticas de detección y falsa alarma del extractor de características deben ser modeladas y utilizadas en cada actualización del mapa. Esta Tesis presenta técnicas para obtener estas estadísticas en el caso de características semánticas extraídas de mediciones láser. Además se concentra en la extracción de objetos cilíndricos, como pilares, árboles y postes de luz, en ambientes exteriores. Las estadísticas de detección obtenidas son utilizadas dentro de una solución a SLAM basada en RFS, conocida como Rao-Blackwellized (RB)-probability hypothesis density (PHD)-SLAM, y el algoritmo multiple hypothesis (MH)-factored solution to SLAM (FastSLAM), solución a SLAM basada en vectores. El desempeño de cada algoritmo al usar estas estadísticas es comparado con el de utilizar estadísticas constantes. Los resultados muestran las ventajas de modelar las estadísticas de detección, particularmente en el caso del paradigma RFS. En particular, el error en las estimaciones del mapa, medido utilizando la distancia optimal sub- pattern assignment (OSPA) a un mapa ground truth generado de forma independiente, disminuye en un 13% en el caso de MH-FastSLAM y en un 13% para RB-PHD-SLAM al modelar las estadísticas de detección. A pesar de que no se tiene un ground truth para la trayectoria del robot, se evalúan las trayectorias visualmente, encontradose estimaciones superiores para el método propuesto. Por lo tanto, se concluye que el modelamiento de las estadísticas de detección es de gran importancia al implementar una aplicación de SLAM.

Resumo: Em geral, estruturas espaciais e manipuladores robóticos leves têm uma característica similar e inerente que é a flexibilidade. Esta característica torna a dinâmica do sistema muito mais complexa e com maiores dificuldades para a análise de estabilidade e controle. Então, braços robóticos bastantes leves, com velocidade elevada e potencia limitada devem considerar o controle de vibração causada pela flexibilidade. Por este motivo, uma estratégia de controle é desejada não somente para o controle do modo rígido mas também que seja capaz de controlar os modos de vibração do braço robótico flexível. Também, redes neurais artificiais (RNA) são identificadas como uma subespecialidade de inteligência artificial. Constituem atualmente uma teoria para o estudo de fenômenos complexos e representam uma nova ferramenta na tecnologia de processamento de informação, por possuírem características como processamento paralelo, capacidade de aprendizagem, mapeamento não-linear e capacidade de generalização. Assim, neste estudo utilizam-se RNA na identificação e controle do braço robótico com elos flexíveis. Esta tese apresenta a modelagem dinâmica de braços robóticos com elos flexíveis, 1D no plano horizontal e 2D no plano vertical com ação da gravidade, respectivamente. Modelos dinâmicos reduzidos são obtidos pelo formalismo de Newton-Euler, e utiliza-se o método dos elementos finitos (MEF) na discretização dos deslocamentos elásticos baseado na teoria elementar da viga. Além disso, duas estratégias de controle têm sido desenvolvidas com a finalidade de eliminar as vibrações devido à flexibilidade do braço robótico com elos flexíveis. Primeiro, utilizase um controlador neural feedforward (NFF) na obtenção da dinâmica inversa do braço robótico flexível e o calculo do torque da junta. E segundo, para obter precisão no posicionamento... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Generally, space structures and lightweight robotic manipulator have an inherent and similar characteristic that is the flexibility. This character complicates the dynamics of this system and presents challenging problems in stability and control. Then, robotic arms to have high-speed movement with small power and less weight require control of vibration caused by flexibility. For this end, control strategy is desired not only to be able to control the motion of the rigid mode, but also to be able to control the vibration modes of the flexible robotic arms. Also, artificial neural networks (ANN) are identified as a subspecialty of artificial intelligence, constitute nowadays one theory of complex phenomena studies and represent a new tool for information process technology, through its characteristics like parallel process, learning capability, non linear mapping and generalization capability. So, in this study ANN are used to the identification and control of robotic arm with flexible links. This these presents the dynamic modeling of robotic arms with flexible links, 1D in horizontal plane and 2D in vertical plane with gravitational effects, respectively. Reduced dynamical models are obtained through the Newton-Euler formalism, and the finite elements method (FEM) is used in the elastic displacement discretization based on elementary beam theory. Moreover, two control strategies have been developed for suppressing the vibrations due to the flexibility of the robotic arm with flexible links. First, it is used a feedforward neural controller (NFF) which find the dynamic inverse of the arm to compute the joint torque. And second, to obtain positioning accuracy in the end effectors it is used a feedforward + feedback neural controller (NFF+FB) which compensate the gravity effects and others perturbations. The results obtained use the MATLAB - SIMULINK® package for dynamical systems simulation.

Actualmente en el Perú el uso de la tecnología para la educación se ha dado con tecnología importada de manera específica para el área de Ciencia, Tecnología y Ambiente (CTA). La problemática de esta situación es que son tecnologías que muchas veces no toman en cuenta la realidad de la educación en el país y esto puede influir en los bajos o lentos resultados que saltan a la vista sobre la mejora en la educación peruana. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo de tesis es el desarrollo de un módulo electrónico para la enseñanza del área de ciencia, tecnología y ambiente en la educación secundaria peruana que permita incrementar el interés en ingeniería de los adolescentes de los tres últimos años de educación secundaria a través del estudio y uso de subsistemas electrónicos. Para alcanzar el objetivo se trabajó en evaluar las distintas tecnologías utilizadas alrededor del mundo para la robótica educativa, que pueden ser de apoyo en el aula o como herramientas para las competencias de robótica y se encontró varios logros obtenidos en otros países como Uruguay con el “Proyecto Butiá”, en Argentina con el robot “Múltiplo” y los avances en este tema en Europa y Iberoamérica. Para el desarrollo del módulo electrónico educativo de este trabajo de tesis se tomaron tres etapas: primero, una de aprendizaje básico de electrónica; segundo, un diseño de un módulo electrónico general; y la implementación de tres proyectos aplicativos. Los resultados obtenidos se basaron en el desarrollo de un Taller de Electrónica a 12 alumnos de 3er, 4to y 5to grado de educación secundaria del IEP San Martín de Porres en el periodo educativo 2014, y se comprobó la hipótesis planteada en este trabajo, que pruebe que el rendimiento educativo en CTA de los alumnos del colegio San Martin de Porres está en función de su desempeño en un Taller de Electrónica, donde diseñan e implementan un módulo de electrónica. Así lo muestran los resultados del mejor rendimiento de los alumnos en el curso de CTA comparando datos de notas del 2013 y 2014, donde se incrementó la nota media de 15.42 a 16.92 en un rango de 1 a 20 y una desviación estándar que disminuyo de un valor de 1.31 a 0.79. Finalmente, la conclusión más importante es que un Taller de Electrónica para estudiantes de 3er, 4to y 5to grado de educación secundaria del IEP San Martín de Porres de año lectivo 2014, donde la implementación del Módulo electrónico para la enseñanza de temas relacionados a la electrónica influyó positivamente en el interés en el área de Ciencia Tecnología y Ambiente porque incorporó un aprendizaje activo a través del uso de herramientas electrónicas de fácil acceso. / Tesis

Made available in DSpace on 2019-03-30T00:08:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2016-05-27 / The EducationalRoboticsfieldinvolvesoperatingpracticesandprototypingofrobots in ordertocreate a learningscenarioableenablestudentstoconstructtheirownknowledgeanddeveloplogicalreasoning, oncethatthestudents design, programand build theirrobots. Integratingtheseconceptstoconstructionism, whichisbasedontheconstructionofknowledgefrom a concrete action, thisworkaimstoinvestigatetheinfluenceoftheintegrationofthesetwofieldsonthelearningprocessofthehighereducationand high schoolstudents. The aimistoawaken in thestudent a creativethought, systematicreasoningandcollaborativework, as well as establishingofknowledge in a playfulmanner, fromcontentstudied in theclassroom. Toanalyzetheproposedlearningenvironment, the performance ofstudentstocarry out thetasksdefinedbythedocent, andtheapplicationofquestionnairesbeforeandaftereachpracticewereconsidered. Afteranalyzingthe data, it becameclearthatthe use ofEducationalRoboticsintegratedwiththeConstructionismisaninnovative tool, motivatinganddynamizing in theprocessofteachingandlearning, pointing out that its use ispropelling for theconstructionofknowledge. Keywords: EducationalRobotics, Constructivism, Teaching, Learning, Knowledge. / A área da Robótica Educacional envolve práticas de operação e fabricação de robôs com o intuito de criar um cenário de aprendizagem capaz de possibilitar aos alunos construírem o próprio conhecimento e desenvolver o raciocínio lógico, uma vez que que os alunos projetam, programam e constroem os seus robôs. Integrando estes conceitos ao Construcionismo, que é baseado na construção do conhecimento a partir de uma ação concreta, este trabalho busca investigar a influência da integração destas duas áreas sobre o processo de aprendizagem de alunos do ensino superior e médio. O objetivo é despertar no aluno um pensamento criativo, raciocínio sistemático e trabalho colaborativo, bem como a fixação do conhecimento, de forma lúdica, do conteúdo estudado em sala de aula. Para analisar o ambiente de aprendizado proposto, os desempenhos dos alunos para realizar as tarefas definidas pelo docente foram avaliados, bem como a aplicação de questionários antes e depois de cada prática. Após análise dos dados, ficou evidente que a utilização da Robótica Educacional integrada com o Construcionismo é uma ferramenta inovadora, motivadora e dinamizadora no processo de ensino e aprendizagem, ressaltando que a sua utilização é propulsora para a construção do conhecimento. Palavras-chave: Robótica Educacional, Construcionismo, Ensino, Aprendizagem, Conhecimento.

Made available in DSpace on 2019-03-30T00:23:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2017-11-29 / Cerebral palsy is an injury caused, in most cases, by the lack of oxygenation of the brain cells, occurring during the gestation period, at the time of delivery or after birth, still in the process of maturing the child's brain (up to 3 years of age), thus affecting motor function directly. There are several conventional treatments for the rehabilitation of these patients, often tiring and costly, thus causing disinterest in the continuity of treatment. In this sense, a study on the influence of the legomindstorm robot, as an alternative and complementary tool to the conventional treatment, on the motor coordination, the cognition, the memory and the attention level of the children, is proposed in this work in order to complement the activities performed in the Neuropsychomotor Rehabilitation program of the Occupational Therapy Nucleus of NAMI / UNIFOR. The interaction between the child and the robot occurs through a remote control application installed on a smartphone. In order to validate the proposed method, five children were submitted to sessions of activities with the robot for two months, monitoring the level of concentration in each activity through a brain wave sensor. During the activities, the children presented different levels of performance and evolution, being possible to verify a stimulation related to the motor and cognitive coordination, related to the level of attention. In addition, health professionals and responsible family members completed a questionnaire to assess the advantages and disadvantages of the proposed approach, making the application very promising and, consequently, accelerating the evolution of the clinical picture of each child. Therefore, it can be concluded that playful treatment using legomindstorm robot is an effective and very promising alternative and complementary tool for the rehabilitation of children with cerebral palsy. Keywords: Robotics. Lego. Remote Control. Cerebral palsy. Rehabilitation. Motor limitations. Brain stimulation. Cognitive stimulation. Motor stimulation. Functional activities. / Paralisia cerebral é uma lesão provocada, na maioria dos casos, pela falta de oxigenação das células cerebrais, ocorrida durante o período da gestação, no momento do parto ou após o nascimento, ainda no processo de amadurecimento do cérebro da criança (até 3 anos de idade), afetando, desse modo, diretamente a função motora. Existem diversos tratamentos convencionais para a reabilitação destes pacientes, sendo estes muitas vezes cansativos e onerosos, o que causa desinteresse na continuidade do tratamento. Neste sentido, é proposto, neste trabalho, um estudo sobre a influência do robô legomindstorm, como uma ferramenta alternativa e complementar ao tratamento convencional sobre a coordenação motora, a cognição, a memória e o nível de atenção das crianças, de modo a complementar as atividades realizadas no programa Reabilitação Neuropsicomotora do Núcleo de Terapia Ocupacional do NAMI/UNIFOR. A interação entre a criança e o robô ocorre por meio de um aplicativo de controle remoto instalado em um smartphone. Para validar o método proposto, cinco crianças foram submetidas às sessões de atividades com o robô durante dois meses, neste período, foi monitorado o nível de concentração em cada atividade através de um sensor de ondas cerebrais. Durante as atividades, as crianças apresentaram diferentes níveis de desempenho e evolução, sendo possível constatar uma estimulação relacionada à coordenação motora e cognitiva, relacionada ao nível de atenção. Além do mais, profissionais da área da saúde e familiares responsáveis preencheram um questionário para avaliar as vantagens e as desvantagens da abordagem proposta, tornando a aplicação bastante promissora e, consequentemente, acelerando a evolução do quadro clínico de cada criança. Portanto, pode-se concluir que o tratamento lúdico usando robô legomindstorm é uma ferramenta alternativa e complementar eficaz e bastante promissora para a reabilitação de crianças com paralisia cerebral. Palavras-chave: Robótica. Lego. Controle remoto. Paralisia cerebral. Reabilitação. Limitações motoras. Estimulação cerebral. Estimulação cognitiva. Estimulação motora. Atividades funcionais.

Submitted by FERNANDA DA SILVA VON PORSTER (fdsvporster@univates.br) on 2018-01-05T12:03:18Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) 2017MauricioVeigadaSilva.pdf: 2130317 bytes, checksum: 63113b7d541b003447783600865728ad (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Lisboa Monteiro (monteiro@univates.br) on 2018-01-05T17:55:20Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) 2017MauricioVeigadaSilva.pdf: 2130317 bytes, checksum: 63113b7d541b003447783600865728ad (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-05T17:55:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) 2017MauricioVeigadaSilva.pdf: 2130317 bytes, checksum: 63113b7d541b003447783600865728ad (MD5) Previous issue date: 2018-01 / Esta dissertação aborda o uso de atividades de robótica como recurso tecnológico para a exploração de conceitos relacionados à transferência de calor no ensino médio. O problema que embasou a pesquisa foi: Quais as implicações do uso de atividades de robótica na exploração de conceitos relacionados à transferência de calor em uma turma da 2ª série do Ensino Médio de uma escola privada? O estudo foi realizado em uma escola privada do município de Vilhena, Rondônia, tendo, como participantes, vinte e três estudantes da 2ª série do Ensino Médio. Os objetivos específicos propostos na pesquisa visaram a explorar conceitos de Física relacionados à transferência de calor na prática fazendo o uso de atividades de robótica; desenvolver uma prática pedagógica, fazendo o uso de atividades de robótica, com alunos da 2ª série do Ensino Médio que envolva conceitos relacionados à transferência de calor e analisar como as atividades desenvolvidas durante a prática pedagógica podem contribuir na compreensão de conceitos relacionados à transferência de calor. A pesquisa é de natureza qualitativa. Para levantamento dos dados foram utilizados um questionário estruturado, questionamentos durante a intervenção pedagógica, observações feitas em um diário de campo, e por fim, fotos e filmagens. Os dados analisados apontaram que: a) os estudantes evidenciaram, no questionário estruturado, antes da intervenção pedagógica, a dificuldade de diferenciar calor e temperatura, pois muitos estudantes relataram que ambos os conceitos eram sinônimos; b) o material utilizado durante a prática pedagógica desenvolvida com os alunos contribuiu para que houvesse exploração e enriquecimento dos conceitos relacionados à transferência de calor como na percepção da diferença entre as três maneiras em que o calor pode ser transferido, além de sua relação com o cotidiano; c) os estudantes, diante da proposta apresentada, estavam ansiosos e predispostos a explorar conceitos relacionados à transferência de calor com a utilização de atividades de robótica; d) as análises de cada atividade, assim como os questionamentos e as discussões durante cada etapa entre aluno e aluno e aluno e pesquisador apontaram que o uso da robótica em sala de aula pode ser um recurso tecnológico para auxiliar na exploração de conceitos relacionados à transferência de calor. / This dissertation addresses the use of Robotics activities as technology resource for the exploration of concepts related to heat transfer in high school. The problem that served the survey was: what are the implications of using Robotics activities in exploration of concepts related to the transfer of heat in a second grade class from high school to a private school? The study was conducted in a private school in the municipality of Vilhena, Rondônia, having, as participants, twenty-three students in the second grade of high school. The specific objectives proposed in the research aimed to explore physics concepts related to heat transfer in practice making use of Robotics activities; develop a pedagogical practice, making the use of Robotics activities with students in the second grade of high school involving concepts related to heat transfer and analyze how the activities developed during the teaching practice can contribute to the understanding of concepts related to heat transfer. The research is qualitative in nature. Survey data were used to a structured questionnaire, questions during educational intervention, observations made in a field journal, and finally, photos and footage. The data analyzed showed that: a) the students showed, the structured questionnaire, before educational intervention the difficulty to differentiate heat and temperature, because many students reported that both concepts were synonymous; b) the material used during the pedagogical practice developed with students contributed to exploration and enrichment of the concepts related to heat transfer as the perception of the difference between the three ways that heat can be transferred, as well as your relationship with the everyday; c) students in the proposal, were eager and predisposed to explore concepts related to the transfer of heat through the use of Robotics activities; d) analyses of each activity, as well as the questions and discussions during each step between student and student and student and researcher pointed out that the use of Robotics in the classroom can be a technological resource to assist in the exploration of concepts related to heat transfer.