A principal forma de transporte de petróleo e derivados, entre outras substâncias, são os dutos, e um dos processos críticos relacionados é a sua inspeção periódica, que é necessária e obrigatória, de alto custo devido à sua complexidade, e que na maioria das vezes são realizadas manualmente, em procedimentos demorados, pouco confiáveis e insalubres devido ao meio e aos riscos a que o trabalhador é exposto. Este trabalho tem o objetivo de testar diversas aplicações e situações de um sistema de inspeção de dutos robótico desenvolvido. O interesse de observação foi a praticidade e facilidade de montagem e desmontagem do equipamento sobre a tubulação, a agilidade dos graus de liberdade propostos para o sistema, a flexibilidade do equipamento para utilização de diferentes métodos de inspeção, a rapidez e confiabilidade dos resultados de inspeção por ultrassom para varredura de espessuras em busca de corrosão generalizada interna de uma tubulação e a capacidade de precisão e resolução desta inspeção por ultrassom. Para abordar estes pontos, foram realizados uma série de testes, inicialmente para verificação do bom funcionamento dos graus de liberdade do sistema, e posteriormente com métodos diferenciados de inspeção, como testes para medição geométrica externa de uma tubulação, testes com sistemas de ultrassom embarcado em laboratório e em campo com diferentes malhas de inspeção e com um ou múltiplos cabeçotes, e para diferentes tubulações e formatos de redução de espessuras de parede na tubulação. / The main way for transporting petroleum and substances alike is through ducts, and one of the most critic processes involved is the periodic inspection, wich is necessary and mandatory, with a high cost due to its complexity, and, in most cases, done manually in long time consuming procedures and with little reliability and high risk for the workers involved. This work is intended to test various situations of a robotic inspection system developed. The observation interest was the practicity and easiness of assembling and disassembling the equipment on the pipes, the agility of degrees of freedom proposed for the system, the flexibility of the equipment for the use in different methods of inspection, the quickness and reliability of the results by ultrasound for scanning different thicknesses of a duct in search of "generalized internal corrosion" and the level of precision and resolution of this ultrasound scan. To approach this topics, a series of test were conducted, at first to check if the degrees of freedom of the system were working as intended and afterwards with different methods of inspection, such as external geometric measurements of the pipes, tests with onboard ultrasound systems in lab and on the field with different inspection grades and with one or multiple ultrasound sensors, and for different kinds of pipes and thickness reduction shapes of the pipe's walls.

Nos últimos anos, observamos o alvorecer de uma grande quantidade de aplicações que utilizam robôs autônomos. Para que um robô seja considerado verdadeiramente autônomo, é primordial que ele possua a capacidade de aprender sobre o ambiente no qual opera. Métodos de SLAM (Localização e Mapeamento Simultâneos) constroem um mapa do ambiente por onde o robô trafega ao mesmo tempo em que estimam a trajetória correta do robô. No entanto, para obter um mapa completo do ambiente de forma autônoma é preciso guiar o robô por todo o ambiente, o que é feito no problema de exploração. Câmeras são sensores baratos que podem ser utilizadas para a construção de mapas 3D. Porém, o problema de exploração em mapas gerados por métodos de SLAM monocular, i.e. que extraem informações de uma única câmera, ainda é um problema em aberto, pois tais métodos geram mapas esparsos ou semi-densos, que são inadequados para navegação e exploração. Para tal situação, é necessário desenvolver métodos de exploração capazes de lidar com a limitação das câmeras e com a falta de informação nos mapas gerados por SLAMs monoculares. Propõe-se uma estratégia de exploração que utilize mapas volumétricos locais, gerados através das linhas de visão, permitindo que o robô navegue em segurança. Nestes mapas locais, são definidos objetivos que levem o robô a explorar o ambiente desviando de obstáculos. A abordagem proposta visa responder a questão fundamental em exploração: "Para onde ir?". Além disso, busca determinar corretamente quando o ambiente está suficientemente explorado e a exploração deve parar. A abordagem proposta é avaliada através de experimentos em um ambiente simples (i.e. apenas uma sala) e em um ambiente compostos por diversas salas. / In recent years, we have seen the dawn of a large number of applications that use autonomous robots. For a robot to be considered truly autonomous, it is primordial that it has the ability to learn about the environment in which it operates. SLAM (Simultaneous Location and Mapping) methods build a map of the environment while estimating the robot’s correct trajectory. However, to autonomously obtain a complete map of the environment, it is necessary to guide the robot throughout the environment, which is done in the exploration problem. Cameras are inexpensive sensors that can be used for building 3D maps. However, the exploration problem in maps generated by monocular SLAM methods (i.e. that extract information from a single camera) is still an open problem, since such methods generate sparse or semi-dense maps that are ill-suitable for navigation and exploration. For such a situation, it is necessary to develop exploration methods capable of dealing with the limitation of the cameras and the lack of information in the maps generated by monocular SLAMs. We proposes an exploration strategy that uses local volumetric maps, generated using the lines of sight, allowing the robot to safely navigate. In these local maps, objectives are defined to lead the robot to explore the environment while avoiding obstacles. The proposed approach aims to answer the fundamental question in exploration: "Where to go?". In addition, it seeks to determine correctly when the environment is sufficiently explored and the exploration must stop. The effectiveness of the proposed approach is evaluated in experiments on single and multi-room environments.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo simplificado dos membros inferiores de um robô bípede, composto basicamente por uma cintura, dois fêmures, duas tíbias e dois pés. A estrutura mecânica do modelo em questão, possui seis graus de liberdade e tem as dimensões aproximadas de um ser humano de estrutura mediana. Seu sistema de controle e de geração de trajetórias é desenvolvido utilizando funcionalidades disponíveis no Robot Operating System (ROS), porém ao contrário da maioria dos controladores existentes no ROS, este projeto propõe implementar um pacote contendo um controlador multivariável (multi-input, multi-output (MIMO)), utilizando a técnica de controle por torque calculado. Para a geração de trajetórias das pernas do robô, implementam-se três tipos diferentes de geração, a interpolação linear, cubica e de quinto grau. Para os testes de validação do sistema de controle e de geração de trajetórias utiliza-se o simulador Gazebo. / This work presents the development of a simplified model of a biped robot’s lower limbs, composed basically by the waist, two femurs, two tibia and two feet. The model’s mechanical structure has six degree of freedom and its dimensions are comparable to a human being’s body. Its control and trajectory generation systems are developed making use of some features available in the Robot Operation System (ROS) tool. However, contrary to most of the controllers offered by ROS, this project suggests the implementation of a new package, including a MIMO (multi-input multi-output) controller, making use of the calculated torque technique. As for the trajectory generation system, three different methodologies are applied of the interpolation: linear, cubic and polynomial quintic. To validate both control and trajectory generation systems, the Gazebo simulator is used.

Tese (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2014. / Submitted by Jaqueline Ferreira de Souza (jaquefs.braz@gmail.com) on 2014-11-20T13:50:20Z No. of bitstreams: 1 2014_GerardoAntonioIdroboPizo.pdf: 6784604 bytes, checksum: 2ee3508e39bb9d91e5949040ad7fae12 (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2014-11-26T11:03:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_GerardoAntonioIdroboPizo.pdf: 6784604 bytes, checksum: 2ee3508e39bb9d91e5949040ad7fae12 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-26T11:03:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_GerardoAntonioIdroboPizo.pdf: 6784604 bytes, checksum: 2ee3508e39bb9d91e5949040ad7fae12 (MD5) / O processo de Reconstrução 3D de objetos a partir de imagens de profundidade compreende três fases: a) aquisição, na qual a superfície do objeto é digitalizada a partir de vários pontos de vista, gerando um conjunto de imagens de profundidade; b) registro, no qual uma transformação rígida M deve ser estimada para posicionar as imagens, par a par, em um único referencial; e c) combinação ou “matching”, na qual redundâncias entre vistas registradas são tratadas para construir um modelo 3D completo único. Na etapa de registro distinguem-se ainda duas etapas: pré-alinhamento e alinhamento fino. Na primeira, uma aproximação inicial de registro é estimada através da extração de pontos característicos correspondentes de duas imagens que ocupem a mesma posição no espaço do objeto e do cálculo de uma transformação rígida de forma que a distância quadrática entre os pares de pontos característicos correspondentes seja minimizada. Na segunda etapa, iterações são aplicadas sobre a transformação obtida para que os erros de alinhamento sejam minimizados. A fase de alinhamento fino é um problema resolvido, muito diferente da etapa de pré-alinhamento, cujo problema é o desconhecimento da correspondência entre as regiões de sobreposição; por tal motivo, a solução mais usual é escolher pontos que tenham alguma característica que os distingam do resto. Nesta tese propôs-se uma metodologia que está baseada na segmentação/reconstrução de imagens de profundidade fazendo uso da técnica de detecção de bordas aliada à técnica de agrupamento usando dizimação de malhas. A partir das bordas propõe-se um descritor de propriedades invariantes sob transformações de similaridade que incluem transformações de rotação, translação e escala uniforme como também robusto a ruído. Através do descritor proposto, são extraídos pontos correspondentes de ambas as imagens, e gera-se como valor de saída uma assinatura que se relaciona diretamente ao ponto considerando a disposição geométrica de sua vizinhança. A assinatura resultante atribui um rótulo ao ponto na imagem de profundidade, o que permite que, no processo de busca, seja aumentada a eficiência de correspondências, facilitando a identificação de possíveis zonas de sobreposição e reduzindo a ambiguidade no processo de busca. Odescritor foi avaliado com diferentes imagens e seus resultados foram comparados com os de outros autores com as mesmas imagens. Para verificar a validade das transformações candidatas, cada uma delas passa por um alinhamento fino, em que se avalia os erros de ajuste entre as duas imagens de profundidade através do algoritmo ICP (iterative closest point). A transformação que alinha o maior número de pontos é considerada a solução. Destaca-se que a principal contribuição deste trabalho é o desenvolvimento de uma técnica de pré-alinhamento e de sua integração com uma técnica de alinhamento fino, definindo de forma geral uma metodologia completa para registro e reconstrução de modelos tridimensionais de superfícies que tenham variação de curvatura suave em uma vizinhança, a partir de curvas de contorno 3D de variações geométricas nesta superfície. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The process of reconstruction of 3D objects from range images consists of three steps: a) acquisition, in which the surface of the object is scanned from various points of view, generating n depth images; b) registration, in which a rigid transformation M must be estimated to locate images, pair by pair, in a single framework; c) matching, in which redundancies between registered views are processed to construct a single complete 3D model. Registration is further distinguished in two stages: pre-alignment and fine alignment. First, an initial approximation of the register is estimated by extracting the corresponding feature points from the two images that occupy the same position in the object space and the computation of a rigid transformation M so that the squared distance between pairs of corresponding feature points is minimized. In the second step, iterations are applied to the transformation obtained for alignment errors to be minimized. The fine alignment stage is a solved problem, very differently from the pre-alignment step, whose problem is the lack of correspondence between the overlap regions; therefore, the most common solution is to choose points that have some characteristics that distinguish them from the rest. This thesis proposes a methodology that is based on segmentation / reconstruction of depth images making use of an edge detection technique combined with a clustering technique using mesh decimation edges. From the edges it is proposed a descriptor which is invariant to similarity transformations including rotation, translation and uniform scale as also robust to noise. Through the proposed descriptor, n corresponding points from the two images are extracted, and a signature value is generated as output that is related directly to the point considering the geometrical distribution of its neighborhood. The resulting signature assigns a label to the point in the depth image, which allows that in the search process the efficiency of the correspondences is increased, facilitating the identification of possible areas of overlapping and reducing the ambiguity in the search process. The descriptor was evaluated with different images and their results were compared with those of other authors that used the same images. To verify the validity of the candidate transformations, each of which passes through a fine alignment, in which the fitting errors are evaluated between the two depth images by the ICP (iterative closest point) algorithm. The transformation that aligns the largest number of points is considered the solution. It is noteworthy that the main contribution of this work is the development of a technique for pre-alignment and its integration with a fine alignment technique, defining a complete methodology for registration and reconstruction of three-dimensional surface models, with smooth curvature variation in a neighborhood, from the curves of 3D contours. _______________________________________________________________________________ RESUMEN / El proceso de Reconstrucción 3D de objetos a partir de imágenes de profundidad comprende tres fases: a) adquisición, en la cual la superficie del objeto es digitalizada a partir de varios puntos de vista, generando un conjunto de imágenes de profundidad. b) registro, en la cual una transformación rígida M debe ser estimada para posicionar las imágenes, par a par, en un único marco referencial. c) combinación o “matching”, en la cual redundancias entre vistas registradas son tratadas para construir un modelo 3D completo único. En la etapa de registro se distinguen dos etapas: pre-alineamiento y alineamiento fino. En la primera, una aproximación inicial de registro es estimada a través da extracción de puntos característicos correspondientes en las dos imágenes, que ocupen la misma posición en el espacio del objeto y el cálculo de una transformación rígida M de forma que la distancia cuadrada entre los pares de puntos característicos correspondientes sea minimizada. En la segunda etapa, iteraciones son aplicadas sobre la transformación obtenida para que los errores de alineamiento sean minimizados. La fase de alineamiento fino es un problema resuelto, muy diferente a la etapa de pre-alineamiento, cuyo problema es el desconocimiento de la correspondencia entre las regiones de sobre posición; por tal motivo, la solución más usual es escoger puntos que tengan alguna característica que los distingan del resto. La fase de alineamiento fino es un problema resuelto, muy diferente a la etapa de pre-alineamiento, cuyo problema es el desconocimiento de la correspondencia entre las regiones de sobre posición; por tal motivo, la solución más usual es escoger puntos que tengan alguna característica que los distingan del resto. La propuesta deste trabajo es contribuir en la búsqueda de una solución más eficaz, tratando de superar inconvenientes que hacen que otros métodos fallen. En esta tesis se plantea una metodología que está basada en la segmentación/reconstrucción de imágenes de profundidad, utilizando la técnica de detección de bordas aliada a la técnica de agrupamiento de mallas. A partir de las bordas se propuso un descriptor de propiedades invariantes sobre transformaciones de semejanza que incluye transformaciones de rotación, translación y escala uniforme como también robusto al ruido. A través del descriptor propuesto, son extraídos puntos correspondientes de las dos imágenes, generando como valor de salida un código que lo relaciona directamente al punto considerando la disposición geométrica de su vecindad. El código resultante atribuye una etiqueta al punto de la imagen de profundidad, lo que permite que en el proceso de búsqueda, sea aumentada la eficiencia de correspondencias, facilitando la identificación de posibles zonas de superposición y reduciendo la ambigüedad en el proceso de búsqueda. El descriptor fue evaluado con diferentes imágenes y sus resultados fueron comparados con los resultados de otros autores usando las mismas imágenes. Para verificar la validad de las transformaciones candidatas, cada una de ellas pasó por un alineamiento fino, en que se evalúa los errores de ajuste entre las dos imágenes de profundidad a través del algoritmo ICP (iterative closest point). La transformación que alinee el mayor número de puntos es considerada la solución. Se destaca que la principal contribución deste trabajo es el desenvolvimiento de una técnica de pre-alineamiento y su integración con una técnica de alineamiento fino, definiendo de forma general una metodología completa para el registro y reconstrucción de modelos tridimensionales de superficies, con variación de curvatura suave en una vecindad, a partir de curvas de contornos 3D de variaciones geométricas en esta superfície.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2012. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2013-04-16T13:52:59Z No. of bitstreams: 1 2012_DanielMauricioMunozArboleda.pdf: 4781553 bytes, checksum: 37ddc6232fd3ef1235c5c3c3ea447b43 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-05-09T12:40:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_DanielMauricioMunozArboleda.pdf: 4781553 bytes, checksum: 37ddc6232fd3ef1235c5c3c3ea447b43 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-05-09T12:40:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_DanielMauricioMunozArboleda.pdf: 4781553 bytes, checksum: 37ddc6232fd3ef1235c5c3c3ea447b43 (MD5) / Este trabalho apresenta um estudo da implementação em FPGAs (Field Programma- ble Gate Array) de algoritmos de otimização bioinspirados baseados em inteligência de enxames, voltados principalmente para aplicações embarcadas. Nos problemas de otimização embarcada, a dimensionalidade (número de variáveis de decisão) é relativa- mente pequena (algumas dezenas), por em, os problemas devem ser resolvidos em uma escala de tempo desde os milissegundos até alguns segundos. A abordagem utilizada está baseada em uma representação aritmética de ponto utuante e no uso de operações de fácil implementação em FPGAs, permitindo explorar o paralelismo intrínseco dos algoritmos por inteligência de enxames, visando obter ganhos de desempenho em termos do tempo de execução e da qualidade da solução. Foram exploradas as arquiteturas de hardware dos algoritmos PSO (Particle Swarm Optimization), ABC (Arti cial Bee Colony), FA (Fire y Algorithm) e SFLA (Shu ed Frog Leaping Algorithm), assim como de algumas variantes propostas para os mesmos. Estudos de consumo de recursos para diferente número de partículas paralelas e dimensionalidade dos problemas foram realizados no intuito veri car a aplicabilidade dos algoritmos em arquiteturas reconguráveis. Adicionalmente, a qualidade das soluções obtidas pelas arquiteturas propostas foi validada usando problemas de teste tipo benchmark. Os algoritmos estudados foram implementados no processador de software embarcado MicroBlaze e em um PC de escritório, permitindo, assim, realizar comparações do tempo de execução entre as implementações de hardware e software. Finalmente, uma solucão de hardware foi proposta para a solução de um problema de otimização embarcada, onde é realizado o treinamento online de um controlador neural de um robô móvel de pequeno porte. Os resultados experimentais mostram que a implementação em FPGAs dos algoritmos por intelig^encia de enxames é viável em termos de consumo de recursos de hardware. Foram obtidos fatores de acelera ca~o de tr^es ordens de magnitude em comparação com a implementação software no MicroBlaze e de 3.6 vezes em comparação com a solução no PC de escritório. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work presents a study of the FPGA (Field Programmable Gate Array) implementation of swarm intelligence optimization algorithms, applied to embedded optimization systems. In embedded optimization problems the dimensionality (problem size) is smaller than in conventional ones; however, the problems must be solved at millisecond/second time-scales. The approach presented in this work is based on the oating-point arithmetic repre sentation as well as on operations that can be easily implemented on FPGAs, allowing the intrinsic parallelism of the swarm intelligence based algorithms to be explored in order to improve the execution time and the quality of the solutions. Hardware architectures of the PSO (Particle Swarm Optimization), ABC (Arti cial Bee Colony), FA (Fire y Algorithm) and SFLA (Shu ed Frog Leaping Algorithm) algorithms, as well as some proposed modi cations, were mapped on FPGAs. The cost in logic area of the proposed architectures was estimated for di erent swarm sizes and problem sizes in order to validate the applicability of the algorithms for recon gurable architectures. In addition, the quality of the solutions obtained by the proposed architectures was validated using two unimodal and two multimodal bechmarks test problems. The algorithms were also implemented on two software processors, the MicroBlaze embedded processor and a conventional Desktop solution, allowing for comparisons of the execution time between the hardware and software implementations. Finally, a hardware solution was proposed for solving the online training process of a neural network controller of a small mobile robot. The experimental results demonstrate that the FPGA implementation of the swarm intelligence algorithms is feasible in terms of the hardware resources consumption. Speed-up factors of three orders of magnitude and 3.6 times were achieved in compa- rison with the MicroBlaze and the Desktop solutions, respectively.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2018-04-05T13:01:19Z No. of bitstreams: 1 PDF - Ailton Diniz de Oliveira.pdf: 23791094 bytes, checksum: 0b985ce73367c2c05ba649e21b21eb20 (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2018-04-10T15:09:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - Ailton Diniz de Oliveira.pdf: 23791094 bytes, checksum: 0b985ce73367c2c05ba649e21b21eb20 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-10T15:09:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Ailton Diniz de Oliveira.pdf: 23791094 bytes, checksum: 0b985ce73367c2c05ba649e21b21eb20 (MD5) Previous issue date: 2017-07-05 / This dissertation aims to research on robotics use in teaching duties. The study was conducted in the year 2016, in the State School Rubens Dutra Segundo, situated in the district of Catolé de Boa Vista, Campina Grande-PB. With the participation of students from class 1st year of high school.We applied some robotics activities in the classroom, and problematized during the following classes. We discussed the assembly and manipulation of a lift truck relating to programming concepts functions. During data collection, we used the idea of constructionism of SAYMOR PARPET, by allowing the investigation of how the subject thinks, perceives and acts. To analyze the experience, we use the daily behavior of students in classes of mathematics related to robotics. After this experience emerged are three categories in this research: Learning Mathematics functions through technology, Motivation and Socialization. Starting the first category we see that robotics and technology associated with the curriculum potentiated conceptual understanding of math functions as well, they instigated the curiosity of students in science (mathematics) and technology. The second category motivation was found by the interest and satisfaction shown by the students resulting in a change of position as to the value of their knowledge and sharing of experiences. The third was evidenced by the proposed working group, since it enables students to work together, perform duties that need to exercise cooperation and collaboration, thus enhancing socialization. The development of this research reaffirms that the learning of science and, in particular mathematics can be pleasurable when experimentation and there held the knowledge going to have meaning for the student. / Esta dissertação teve o objetivo analisar aspectos relacionados ao ensino de de funções no 1º ano do ensino medio por meio da robotica. O estudo foi realizado no ano de 2016/2017, na Escola Estadual Rubens Dutra Segundo, situado nos Distrito de Catolé de Boa Vista, Campina Grande-PB, com a participação dos alunos das turmas de 1º ano do Ensino Médio. Aplicamos algumas atividades de Robótica em sala de aula e problematizamos durante as aulas subsequentes. Discutimos sobre a montagem e a manipulação de uma empilhadeira e relacionamos à programação com conceitos de funções. Durante a coleta dos dados, utilizamos as ideias do Construcionismo de Saymor Parpet, por possibilitar averiguar como o sujeito pensa, percebe e age a partir de determinadas situações. Para analisar a experiência vivida, baseamo-nos no comportamento diário dos alunos nas aulas de Matemática relacionado à Robótica. Depois dessa experiência, emergiram se algumas categorias, três se destacaram das demais: aprendizagem de funções matemáticas por meio do uso da tecnologia, motivação e socialização. A partir da primeira, observamos que a Robótica e a tecnologia, associadas ao currículo, potencializaram a compreensão das funções matemáticas e instigaram a curiosidade dos alunos pela ciência (Matemática) e pela tecnologia. A categoria „motivação‟ se verificou pelo interesse e pela satisfação demonstrados pelos alunos, o que resultou em uma mudança de postura quanto à valorização de seus conhecimentos e ao compartilhamento das experiências vividas. A terceira foi evidenciada pela proposta de se trabalhar em grupo, uma vez que possibilita que os alunos trabalhem em conjunto, e exerçam funções por meio das quais possam exercitar a cooperação e a colaboração e potencializar a socialização. Desta forma concluímos que esta pesquisa, reafirmar que a aprendizagem das ciências e, em particular, da Matemática pode ser prazerosa quando a experimentação é realizada de forma bem planejada. Assim, o conhecimento passa a ter significados para o aluno.

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.

Esta tese tem por objetivo estudar a precisão de uma nova estrutura robótica para operações de fresamento, em substituição às convencionais maquinas-ferramentas seriais, especialmente as fresadoras e os centros de usinagem CNC. A estrutura proposta está baseada no conceito da cinemática paralela, tendo a análise da precisão sido realizada em função do mapeamento dos erros de posicionamento da ferramenta de corte dentro do espaço de trabalho disponível, durante operação de fresamento de acabamento, aplicando modelagem matemática. A motivação está na busca por altos desempenhos e as estruturas robóticas paralelas possuem diversas vantagens perante as estruturas seriais: construção modular, massa reduzida, altas velocidades/acelerações. Por outro lado, há ainda problemas a serem solucionados, como: garantia da precisão, otimização do espaço de trabalho e redução/eliminação de singularidades. A metodologia aplicada no desenvolvimento deste trabalho compreende quatro etapas: a proposta de uma nova estrutura robótica desenvolvida a partir de métodos de síntese existentes; o desenvolvimento de modelos matemáticos para caracterizar o seu comportamento cinemático; a identificação das fontes de erro que influenciam no desvio de posição da ferramenta; a elaboração de modelos matemáticos e algorítmos computacionais para analisar o grau de influência de cada fonte de erro identificada. Desenvolvemos uma estrutura robótica de topologia assimétrica 2UPS+PRP, com as seguintes características: mobilidade 3 com três translações no espaço, reduzido número de componentes e movimento na direção z independente dos movimentos nas direções x e y. Apresentamos os algoritmos computacionais para mapear os erros cinemáticos, geométricos e elásticos através da discretização do espaço de trabalho disponível, baseado nas matrizes Jacobianas e no princípio do trabalho virtual. Com relação aos mapeamentos dos desvios de posição da ferramenta obtidos, chegamos a algumas conclusões. Os maiores erros cinemáticos ocorreram quando as imprecisões impostas aos dois membros motores laterais tinham sinais contrários. Os erros geométricos com tolerâncias dimensionais na classe de trabalho IT5, foram os mais relevantes dentre os erros considerados. Os erros elásticos, considerando forças de usinagem de acabamento, foram os menos relevantes entre os erros considerados, sendo expressiva a influência da rigidez das juntas universais e esféricas. A utilização do princípio do trabalho virtual, com parâmetros de rigidez concentrados, mostrou ser eficaz e eficiente, comparado ao SMA (análise da matriz estrutural) e ao FEM (método dos elementos finitos), devido ao menor trabalho para o desenvolvimento da sua formulação e ao tempo computacional reduzido para o seu processamento. / This thesis has the purpose to study the precision of a new robotic structure for milling operations, in substitution to the conventional serial machine-tools, specialy the CNC milling machines and cutting centers. The proposed structure is based on the parallel kinematics concept and the precision analysis was realized, applying mathematical models, to obtain the positioning errors mapping of the cutting tool in the available workspace, during finishing milling operations. The motivation is on the search higher performances and the parallel robotic structures have several advantages to the serial structures: modular construction, lightness, high velocities/acelerations. Otherwise, there are still problems to be solved, like: guaranty of precision, workspace optimization and reduction/elimination of singularities. The methodology applied for the development of this work involves four steps: the proposal of a new robotic structure developed using existing synthesis methods; the development of mathematical models to characterize its kinematic behavior; the error sources identification that influences the deviation of the tool position; the elaboration of mathematical models and computer algorithms to analyse the influence level of each identified error source. We developed one assymmetric robotic structure 2UPS+PRP, with the following characteristics: mobility 3 with three translations in the space, reduced number of componentes and displacement in z direction independent from the displacents in the x and y directions. We presented the computer algorithms to map the kinematic, geometric and elastic errors, throw the discretization of the available workspace, based on the Jacobian matrices and the virtual work principle. With regard to the tool position deviation mappings obtained, we reach to some conclusions. The major kinematic errors occurred when the imprecisions imposed to the two lateral actuatores had opposed signals. The geometric errors with dimensional tolerances in the IT5 work class, were the more relevant among the considered errors. The elastic errors, considering finishing manufacturing forces, were the less relevent among the considered errors, being expressive the influence of the rigidity of the universal and spherical jounts. The utilization of the virtual work principle and concentrated rigidity parameters, showed to be efficacious and efficient, compared to the SMA (astructural matrice analisis) and the FEM (finite elements methode), because of the minor work to develop its formulations end the reduced computer time to its prosecution.

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.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo simplificado dos membros inferiores de um robô bípede, composto basicamente por uma cintura, dois fêmures, duas tíbias e dois pés. A estrutura mecânica do modelo em questão, possui seis graus de liberdade e tem as dimensões aproximadas de um ser humano de estrutura mediana. Seu sistema de controle e de geração de trajetórias é desenvolvido utilizando funcionalidades disponíveis no Robot Operating System (ROS), porém ao contrário da maioria dos controladores existentes no ROS, este projeto propõe implementar um pacote contendo um controlador multivariável (multi-input, multi-output (MIMO)), utilizando a técnica de controle por torque calculado. Para a geração de trajetórias das pernas do robô, implementam-se três tipos diferentes de geração, a interpolação linear, cubica e de quinto grau. Para os testes de validação do sistema de controle e de geração de trajetórias utiliza-se o simulador Gazebo. / This work presents the development of a simplified model of a biped robot’s lower limbs, composed basically by the waist, two femurs, two tibia and two feet. The model’s mechanical structure has six degree of freedom and its dimensions are comparable to a human being’s body. Its control and trajectory generation systems are developed making use of some features available in the Robot Operation System (ROS) tool. However, contrary to most of the controllers offered by ROS, this project suggests the implementation of a new package, including a MIMO (multi-input multi-output) controller, making use of the calculated torque technique. As for the trajectory generation system, three different methodologies are applied of the interpolation: linear, cubic and polynomial quintic. To validate both control and trajectory generation systems, the Gazebo simulator is used.