Este trabalho aborda o problema do controle dinâmico de robôs testando e comparando o desempenho de três diferentes controladores desenvolvidos para o manipulador robótico da Divisão de Engenharia Mecânica-Aeronáutica do ITA (Robô ITA-IEMP), a saber: um controlador IJC (Independent Joint Control) tradicional utilizando algoritmo PID, um controlador utilizando a técnica do torque computado e um controlador utilizando redes neurais artificiais. Inicialmente as três estratégias foram simuladas em computador utilizando um modelo dinâmico do Robô ITA-IEMP derivado simbolicamente a partir da Formulação de Lagrange-Euler. Uma vez feita a simulação, estas foram implementadas computacionalmente de forma a executarmos o controle em tempo real do manipulador. São apresentados os resultados das simulações computacionais e da operação em tempo real do manipulador para cada uma das estratégias desenvolvidas. De forma a integrar as implementações computacionais destas técnicas de controle e também as diferentes rotinas para geração de trajetórias desenvolvidas, foi implementada uma interface gráfica amigável com o auxílio do pacote CXL.

O objetivo principal deste trabalho é o estudo do comportamento dinâmico de um manipulador robótico de três graus de liberdade posicional. O estudo dinâmico focaliza o modelamento teórico e experimental do sistema de acionamento robótico. A tecnica de modelamento por grafos de ligação "bond-graph" é caracterizada completamente pela fonte de flexibilidade devido a elasticidade da transmissão mecânica e da compliância do acionamento com juntas robóticas flexíveis. Gera-se um modelo generalizado que contém as flexibilidades dos acionamentos, conectadas com a dinâmica de multi-corpos rígidos. Concluindo este estudo, um experimento foi montado, no qual inclui três graus de liberdade do manipulador robótico com acionamento por servomotores "brushless". Um microcomputador PC-AT compatível foi interfaceado com o CAMAC (IEEE-583) para executar as funções de excitação do sistema de digitalização de sinais transduzidos. Um programa de acionamento utiliza conversores programáveis A/D e D/A do padrão CAMAC foi aplicado no processamento digital dos sinais e estudos de identificação através do modelamento por séries temporais dos processos AR, MA e ARMA.

A utilização da programação "off-line" para robôs é reconhecidamente um procedimento útil em automação industrial, uma vez que possibilita o desenvolvimento de novos programas e a realização de testes de configurações no "workspace" do robô sem comprometimento do tempo de sua utilização, realizando-se conseqüentemente, tarefas de baixo custo, e tempo reduzido. A programação off-line necessita que haja a correspondência dos dados geométricos entre o modelo "off-line" obtido em CAD e o espaço de trabalho do manipulador real. Para que isso ocorra, é preciso fazer a calibração da interface robô-CAD, de maneira a garantir correspondência entre software (modelo CAD/programa off-line) e máquina (manipulador/espaço de trabalho). Atualmente esta calibração é feita de maneira "ad hoc", não sistematizada, acarretando uma carga de trabalho adicional para o operador. Como uma solução alternativa a esse problema, é proposto neste trabalho um procedimento para a calibração desta interface, de maneira a validar os resultados obtidos na programação "off-line", tornando o procedimento menos dependente da intervenção do operador. Este procedimento foi elaborado visando a sua utilização na programação "off-line" de robôs em nível de tarefa, cujo objetivo é aumentar o grau de "inteligência" dos robôs, principalmente em aplicações de montagem. Uma montagem experimental para validação dos resultados foi implementada utilizando o manipulador PUMA 560 da Unimation e o aplicativo CAD, AutoCAD. Os resultados obtidos mostraram que o procedimento proposto pode ser usado com sucesso em aplicações industriais.

Em aplicações de Aprendizagem por Reforço tais como a navegação de robôs autônomos, o uso de opções (macro-operadores) no lugar de ações de baixo nível tem sido considerado como um meio para produzir convergência mais rápida e uma exploração mais significativa do espaço de estados.Esta dissertação apresenta um estudo sobre a utilização de opções em Aprendizagem por Reforço com o objetivo de encontrar formas para acelerar o processo de aprendizagem. São abordados dois tipos de opções, opções OP e OS. Uma opção OP corresponde a uma política de ações que depende de todos os estados visitados durante a execução da opção, sendo que uma política de ações mapeia uma ação para cada estado do ambiente. O segundo tipo de opções, cuja proposta é uma das principais contribuições do trabalho, corresponde a uma seqüência fixa de ações, que depende exclusivamente do estado em que a opção foi disparada. O desempenho das opções OP e OS foi comparado através da realização de experimentos com o simulador do robô móvel Khepera usando-se o algoritmo de aprendizagem Q-Learning. Também foram realizados experimentos com as opções OP e uma adaptação do método de Campos Potenciais, no qual cada opção OP corresponde a um mapeamento de ações que podem aproximar o agente do seu alvo ou fazer com que o mesmo desvie de obstáculos. Para finalizar os estudos, algumas técnicas conhecidas na literatura que possibilitam melhoras na aprendizagem com opções OP, tais como o Término Melhorado e a utilização de Hierarquias foram aplicadas às opções OS. A primeira técnica possibilita que a execução de uma opção seja interrompida sempre que isto pareça ser melhor que ir até o final da mesma e a utilização de hierarquias permite uma categorização de comportamentos, fazendo a chamada de determinados comportamentos apenas quando estes forem necessários. Os resultados desta última fase experimental também são relatados na dissertação.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de medição baseado em visão computacional, que consiga se comunicar com um manipulador robótico e, por meio das medidas realizadas, possa orientar o robô manipulador de forma a posicionar um objeto de geometria qualquer em uma posição alvo. Para tanto foram utilizadas câmeras industriais e dois tipos de análise no mesmo sistema. A primeira se baseia em uma análise metrológica individual de cada câmera, tendo por base sua calibração e análise de alvos conhecidos, fixos aos objetos que se deseja posicionar, assim como a identificação de algumas características do objeto. A segunda análise se baseia no trabalho em conjunto de, pelo menos, duas câmeras, que geram uma análise, em visão estéreo, do ambiente de trabalha do manipulador robótico. Para verificação e testes dos procedimentos propostos foi utilizado um robô manipulador industrial antropomorfo de seis graus de liberdade, sistemas de metrologia externos, tais como Laser Radar e iGPS e chapas retas e curvas. Os resultados obtidos foram analisados e considerados como adequados para atender os requisitos de uma montagem de equipamentos de grande porte. Os resultados obtidos pela implementação aqui proposta mostram que um sistema de visão pode ter precisão e exatidão inferior a 1 mm para volumes entre 125 e 300 m. E que é possível usar a informação desse tipo de sistema para orientar e movimentar um manipulador robótico antropomórfico por meio de protocolos de uso industrial.

As doenças cerebrovasculares, incluindo o acidente vascular encefálico (AVE), são a segunda causa de morte no mundo, e o principal causador das incapacidades na população adulta. Devido à reorganização cortical, quanto mais precoce a reabilitação é realizada, melhores são os resultados. Desta forma, novos tratamentos e soluções tecnológicas foram desenvolvidos para enfrentar os desafios da reabilitação pós AVE, por exemplo, aumento da intensidade e duração da terapia incluindo manipulação externa, treinamento do movimento bilateral, e reabilitação robótica. Os dispositivos robóticos possibilitam a realização de tarefas específicas repetidas vezes, de forma controlada e confiável, fator determinante para a facilitação da reorganização cortical, com aumento da habilidade motora e melhora do desempenho das atividades funcionais. O objetivo principal deste trabalho foi verificar a adequação e usabilidade da Plataforma Robótica de Reabilitação de Tornozelo - PRRT em indivíduos que precisam de reabilitação de tornozelo decorrente de sequela de AVE, a fim de realizar eventuais ajustes antes que o equipamento seja incorporado na prática clínica. A metodologia consistiu em verificar a adequação ergonômica e técnica do equipamento, e avaliar a satisfação do usuário após o seu uso por meio de questionário. O aparelho foi avaliado tanto em pacientes com déficit motor de hemiparesia, como em indivíduos sem deficiências. Os resultados experimentais mostram que o equipamento é adequado como um recurso auxiliar na avaliação da amplitude de movimento articular do tornozelo e da força muscular, beneficiando os terapeutas na avaliação dos ganhos reais obtidos com as terapias. A partir das respostas ao questionário, verifica-se que os indivíduos sentiram-se satisfeitos com o recurso. Portanto, conclui-se que a PRRT é um recurso auxiliar promissor no tratamento do tornozelo de indivíduos que sofreram lesão neurológica, podendo trazer benefícios em relação à amplitude de movimento e ganho de força, além de proporcionar uma terapia prazerosa e estimulante aos pacientes. / Cerebrovascular diseases, including stroke, are the second leading cause of death worldwide and the leading cause of disability in the adult population. Due to cortical reorganization, the earlier rehabilitation is performed, the better the results. In this way, new treatments and technological solutions were developed to meet the challenges of rehabilitation after stroke, for example, increase of intensity and duration of therapy including external manipulation, bilateral movement training, and rehabilitation robotics. Robotic devices allow performing specific tasks repeatedly in a controlled and reliable way, a key factor for cortical reorganization, with increase of motor skills and improvement of functional activities performance. The main objective of this work was to verify the adequacy and usability of the Robotic Platform for Ankle Rehabilitation in post-stroke patients who need ankle rehabilitation, in order to make any necessary adjustments before the equipment be incorporated into clinical practice. The methodology consisted in verifying ergonomic and technical adequacy, and evaluates user satisfaction after use through a questionnaire. The device was evaluated in patients with motor deficit of hemiparesis, as well as in individuals without disabilities. Experimental results show the proposed equipment is suitable as an auxiliary resource in evaluating the range of motion and muscle strength of the ankle, assisting therapists in the evaluation of real gains obtained with the therapies. From the questionnaire responses, the individuals said they were satisfied with the resource. Therefore, it is concluded that the PRRT is a promising auxiliary resource in the treatment of individuals who have suffered neurological damage, bringing benefits with relation to range of motion and muscle strength, as well as providing pleasurable and stimulating therapy to patients.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento dos algoritmos de controle de um robô móvel autônomo para coleta de lixo. O objetivo do robô é coletar latas de refrigerante espalhadas pelo chão. O sistema de navegação do robô foi implementado utilizando a arquitetura denominada \"Motor-Schema\". Essa arquitetura fornece um método para projetar comportamentos primitivos que atuam em forma paralela para realizar ações robóticas inteligentes em resposta aos estímulos do ambiente. O sistema de controle apresentado foi constituído por vários comportamentos primitivos que, coordenados, permitiram ao robô explorar de forma segura um ambiente desconhecido, detectar e coletar o lixo e levá-lo num depósito determinado. Os algoritmos desenvolvidos foram testados utilizando uma ferramenta de simulação 2D denominada Player/Stage. Os resultados obtidos mostraram que a solução apresentada é adequada para resolver a aplicação robótica de coleta de lixo. / This work presents the control system for an autonomous mobile robot for soda can collection. The navigation system is implemented using a reactive architecture called \"Motor-Schema\". This architecture provides a methodology to design primitive behaviors that can act in a distributed and parallel manner to yield intelligent robotic actions in response to environmental stimuli. The control system is composed of several primitive behaviors, which enable the robot explore an unknown environment, detect and collect the soda cans and navigate toward a soda can reservoir. The algorithms are tested using Player/Stage, a software for 2D simulation. The results show that the solution is suitable for soda can collection.

Os algoritmos de navegação, para robôs móveis, baseados em células, ainda são de alto custo computacional. Depois de uma pesquisa dentre os algoritmos disponivéis, realizando comparações de desempenho entre salas e corredores chegou-se a um algoritmo que além de ótimo era altamente usado dentro do universo da robótico. Este algoritmo, baseado em Campos Potenciais, usado para desvio de obstáculos e planejamento de caminhos locais, foi implementado em hardware reconfigurável usando uma FPGA Altera. Comparações entre este hardware reconfigurável e processadores de propósito geral foram realizadas para concluir o trabalho.

En la medicina de rehabilitación, los mecanismos paralelos del tipo plataforma de Stewart-Gough están siendo usados para la rehabilitación de tobillo de pacientes con discapacidad. El movimiento de la plataforma debe simular o seguir, de manera precisa, a los movimientos de un tobillo al querer caminar o ponerse de pie. Por lo tanto, como parte de un proyecto que tiene como finalidad recrear la trayectoria recorrida por el conjunto tobillo-pie durante la marcha, este trabajo de tesis se enfoca en el diseño e implementación del sistema de control de la cinemática de una plataforma Stewart-Gough. Para lograr posicionar de manera exacta y precisa la plataforma en una posición y orientación dada, primero, fue necesario hallar un modelo aproximando de los actuadores de la plataforma. Con los modelos hallados se simuló el comportamiento de los actuadores, y al comparar los resultados de estas simulaciones con los datos reales se obtuvieron errores menores al 1%. El control diseñado para cada actuador se basa en una topología de lazo con retroalimentación negativa, cuyo algoritmo de control es un PID (proporcional – integral - derivativo). Sin embargo, dado que los modelos obtenidos no eran lineales, no era posible usar técnicas de sintonización para algoritmos PID convencionales. Por lo cual fue necesario derivar una ecuación que relaciona los parámetros del algoritmo con el tiempo de establecimiento deseado y el modelo de los actuadores. Finalmente, con el sistema de control implementado el microprocesador XS1-L1, de procesamiento multi-hilo, se logró obtener errores dentro del rango de movimiento de un tobillo (3% en una marcha normal, y tiempos de establecimiento para cada actuador con error ± 0.5 segundos con respecto al tiempo deseado. / Tesis

Orientador: Victor Orlando Gamarra Rosado / Banca: Mauro Hugo Mathias / Banca: Messias Borges Silva / Banca: Rosinei Batista Ribeiro / Banca: Luis Carlos Paschoarelli / Resumo: A utilização de autômatos tem se tornado um dos objetivos da indústria brasileira e, para tanto, faz-se necessário um estudo detalhado sobre a instalação e o uso dos robôs, considerando os aspectos ergonômicos e de segurança como parâmetros relevantes para as inserções desses equipamentos nas linhas de produção. Parte da região do Vale do Paraíba, delimitada pelos municípios de Porto Real, no estado do Rio de Janeiro e Taubaté, no estado de São Paulo, foi escolhida como alvo de estudo, por reunir considerável número de indústrias com características de produção e transformação automotiva. É mister comentar que o setor automotivo e de autopeças é reconhecido mundialmente como um dos principais na implantação de robôs em suas linhas de produção. Além do aspecto técnico, a região é relevante por sua localização geográfica e seu desenvolvimento econômico. O método empregado para conhecer a realidade da célula robótica foi a Apreciação Ergonômica do Sistema Homem-Tarefa-Máquina - SHTM, capaz de orientar os estudos. Para quantificar e qualificar os impactos sobre o componente humano foram utilizadas as seguintes ferramentas: Índice de Intensidade de Moore e Garg (1995) e a Avaliação Rápida dos Membros Superiores - RULA de McAtamney e Corlett (1993). O método e as ferramentas destacaram vários problemas explícitos de prejuízo aos operadores, como as: inadequações posturais, sobrecargas, freqüência e ritmos de execução de tarefas acima do limite adequado, excesso de deslocamentos, entre outros fatores. Tais constatações reforçam a suspeita sobre a ocorrência de falhas provenientes da ausência de estudos ergonômicos na instalação das células robóticas. O estudo também identificou problemas durante o processo de manutenção do autômato na célula robótica, momento em que, geralmente... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The automats has become an important Brazilian industry objective, in that way it is necessary do specific studies about the actual installation and use on industrial robots considering ergonomic and safe parameters that organize this equipment at the production lines. A part of the Vale do Paraíba region limited by two cities, Porto Real, Rio de Janeiro state and Taubaté, São Paulo state was chosen for this study for presents an automotive industry production favorable to receive automated machine like a robot. Economical development and good geographic position are main aspects to this region reinforce the proposal. Ergonomic Appreciation of the Man-Task-System-Machine - MTSM was the method used to study the choose system. To qualify and quantify the impact related to the man, during his work, was applied two different instruments: Index of Intensity - Moore and Garg (1995) and the Rapid Upper Limb Assessement - RULA - McAtamney and Corlett (1993). The results of Ergonomic Appreciation detach some inadequacies as: chemical contamination, postural deviation, over lift, rhythm and frequency above the limit, excess of movements and others disturbs may cause problems to the operators. The presence of such kind of ergonomic problems reinforces the suspicion about cells robotics installation that may be failing by the absence of ergonomic studies. This study also permitted to notice some industry easiness some accident aspects that occur specially with automat during a cell robot installation process, moment that a different professional teams works together creating a new relationship. It can be said that the human being valorization, the study of the real work and the harmonization between the ergonomics and the several sciences commonly used by the industries they are fundamental to control the risk characteristic... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor