CAPES; CNPq / Neste trabalho é apresentado a modelagem e controle de um manipulador robótico com características flexíveis tanto nas juntas como nos elos. A modelagem matemática é obtida através da formulação de Lagrange. Na estratégia de controle são considerados como atuadores os motores CC (Corrente Contínua) e atuadores classificados como materiais inteligentes como a Liga de Memória de Forma (LMF) e freio Magneto-Reológico (MR-Break). O controle SDRE (State Dependent Ricatti Equation) é utilizado como a lei de controle com base nas técnicas de controle ótimo para sistemas dinâmicos não lineares. Para demonstrar a eficiência e estabilidade do controle são apresentadas simulações numéricas considerando duas configurações distintas: a primeira demonstra o controle do manipulador robótico com dois elos rígidos, duas juntas flexíveis e utilizando controle de torque no elo do manipulador através de atuador MR. A segunda configuração trata do controle de um sistema com três elos, sendo um deles flexível, dois rígido e duas das juntas flexíveis, utilizam-se como atuadores os motores CC dos elos e um atuador LMF acoplado na viga flexível. Com o objetivo de validação o controle de posição através de motor CC e a influencia do eixo flexível na dinâmica do sistema um protótipo de manipulador com dois elos rígidos e duas juntas flexíveis foi confeccionado. Resultados numéricos e experimentais demonstraram a eficiência do controle de posicionamento dos elos através do controle SDRE e a influencia do eixo flexível na dinâmica do manipulador robótico. / This work presents the modeling and control of robotic manipulators with flexible characteristics, both joints as in the links. The mechanical model is obtained by Lagrangian formulation. Control strategy is considered as actuators DC motors (Direct Current) and actuators classified as smart materials such as shape memory alloy (SMA) and Magnetorheological brake (MR). The law of implemented control is based on optimal control techniques for dynamic systems, this control is given the name of SDRE control (State Dependent Ricatti Equation). To demonstrate the efficiency and control the stability of the numerical simulations are presented in three systems: the first demonstrates control of a robotic manipulator with two hard links, two flexible joints and adding torque control in the manipulator of the link through actuator MR. The second case concerns the control of a system with three links, one being flexible, rigid and two of two flexible joints, is used as actuators DC motors of the links and a coupled SMA actuator to the flexible beam. Aiming to validating the control position by DC motor and the influence of the flexible shaft in system dynamics a manipulator prototype with two rigid links and two flexible joints was made. Numerical and experimental results demonstrated the links positioning control efficiency through SDRE control and the influence of the flexible shaft in the dynamics of robotic manipulator.

Esta tese de doutorado trata do desenvolvimento de um robô cilíndrico com cinco graus de liberdade acionado pneumaticamente. Devido às dificuldades de controle ocasionadas pelas altas não-linearidades intrínsecas à tecnologia pneumática, relacionadas principalmente à compressibilidade do ar e ao atrito, existem poucos robôs com esse tipo de acionamento. Seu estudo justifica-se, porém, pela aplicabilidade de sistemas pneumáticos em ambientes classificados ou que necessitem de tecnologia limpa, além de possibilidades de aplicação, devido à sua alta resiliência, em atividades que exijam proximidade ou contato com seres humanos ou outros robôs. Além disso, a possibilidade de obtenção de sistemas pneumáticos a custos reduzidos pode viabilizar sua aplicação para realização de operações de manipulação de objetos de pequeno porte em ambiente fabril, principalmente em situações de insalubridade ou em casos de necessidade de realização de tarefas repetitivas. O estudo contempla a proposição e aplicação de uma técnica de controle não linear baseada na conhecida lei do Torque Calculado, largamente aplicada ao controle de robôs manipuladores, diferenciando-se da sua estrutura tradicional pelo acréscimo de um esquema para compensação explícita do atrito aplicado aos cinco subsistemas de atuação. É demonstrado através dos resultados de simulações e de experimentos realizados em um protótipo projetado e construído no âmbito do presente trabalho, que, devido às características construtivas dos atuadores, a compensação explícita do atrito é de grande importância para a obtenção de resultados adequados na tarefa de seguimento de trajetória. Os resultados da aplicação do controlador proposto, operando em regime de seguimento de uma trajetória contínua, indicam que a estratégia de controle do Torque Calculado, em conjunto com o esquema de compensação do atrito, leva o sistema a uma redução dos erros de seguimento de trajetória em posição. / This thesis presents the development of a cylindrical robot with five degrees of freedom pneumatically actuated. Because of the difficulties in control tasks caused by intrinsic high nonlinear behavior of this technology, mainly related to the air compressibility and friction, exist only few robots with this actuation technology. This study is justified by the applicability of pneumatic systems in classified rooms or environments that need clean technology that due to resilience allows the applications that require, close proximity or contact with humans or other robots. Moreover, the possibility of obtaining pneumatic systems at reduced costs can make possible its application for accomplishment of manipulation of small objects in industrial environment, especially in situations of unhealthy work or in cases that need to perform repetitive operations. This study include the proposition and application of a nonlinear control technique based of widely known law of Torque Calculated, extensively applied on control of the manipulator robots, differentiating itself from its traditional structure by the addition of an explicit scheme for friction compensation, applied to the five actuators of the robot. It is demonstrated by results of simulations and experiments on the robot prototype designed and built, as part of this work, which, due to the constructive characteristics of the actuators, the explicit compensation of friction is very important to achieve appropriate results in a task of trajectory tracking. The results of application of the proposed controller, operating under continuous trajectory tracking indicate that the control strategy of Torque Calculated together with the friction compensation scheme leads the system to a reduction of the position tracking errors.

Localização e Mapeamento Simultâneos (SLAM) é uma das tarefas mais difíceis em robótica móvel, uma vez que existe uma dependência mútua entre a estimativa da localização do robô e a construção do mapa de ambiente. As estratégias de SLAM mais bem sucedidas focam na construção de um mapa métrico probabilístico empregando técnicas de filtragem Bayesiana. Embora tais métodos permitam a construção de soluções localmente consistentes e coerentes, o SLAM continua sendo um problema crítico em operações em ambientes grandes. Para contornar esta limitação, muitas estratégias dividem o ambiente em pequenas regiões, e formulam o problema de SLAM como uma combinação de múltiplos submapas métricos precisos associados em um mapa topológico. Este trabalho propõe um método de SLAM baseado nos algoritmos DP-SLAM (Distributed Particle SLAM) e SegSlam (Segmented SLAM). SegSLAM é um algoritmo que cria múltiplos submapas para cada região do ambiente, e posteriormente constrói o mapa global selecionando combinações de submapas. Por sua vez, DP-SLAM é um algoritmo de filtro de particulas Rao-Blackwellized que utiliza uma representação distribuída eficiente dos mapas das partículas, juntamente com a árvore de ascendência das partículas. A característica distribuída destas estruturas é favorável para a combinação de diferentes segmentos de mapa localmente precisos, o que aumenta a diversidade de soluções. O algoritmo proposto nesta dissertação, chamado SDP-SLAM, segmenta e combina diferentes hipóteses de trajetórias do robô, a fim de reconstruir o mapa do ambiente. Nossas principais contribuições são o desenvolvimento de novas estratégias para o casamento de submapas e para a estimativa de boas combinações de submapas. O SDP-SLAM foi avaliado através de experimentos realizados por um robô móvel operando em ambientes reais e simulados. / Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) is one of the most difficult tasks in mobile robotics, since there is a mutual dependency between the estimation of the robot pose and the construction of the environment map. Most successful strategies in SLAM focus in building a probabilistic metric map employing Bayesian filtering techniques. While these methods allow the construction of consistent and coherent local solutions, the SLAM remains a critical problem in operations within large environments. To circumvent this limitation, many strategies divide the environment in small regions, and formulate the SLAM problem as a combination of multiple precise metric submaps associated in a topological map. This work proposes a SLAM method based on the Distributed Particle SLAM (DPSLAM) and the Segmented SLAM (SegSLAM) algorithms. SegSLAM is an algorithm that generates multiple submaps for every region of the environment, and then build the global map by selecting combinations of submaps. DP-SLAM is a Rao-Blackwellized particle filter algorithm that uses an efficient distributed representation of the particles maps associated with an ancestry tree of the particles. The distributed characteristic of these structures favors the combination of locally accurate map segments, that can increase the diversity of global level solutions. The algorithm proposed in this dissertation, called SDP-SLAM, segments and combines different hypotheses of robot trajectories to reconstruct the environment map. Our main contributions are the development of novel strategies for the matching of submaps and for the estimation of good submaps combinations. SDP-SLAM was evaluated through experiments performed by a mobile robot operating in real and simulated environments.

Este trabalho apresenta e discute uma proposta de estratégia inédita para o problema de aprendizado de regras através de Sistemas Classificadores, aplicado à robótica móvel, utilizando um robô NOMAD 200. Esta estratégia tem como base, teorias de Algoritmos Genéticos e de Sistemas Classificadores, que são os paradigmas constituintes do núcleo da arquitetura implementada para o controle do robô. O aspecto diferencial desta abordagem é a inspiração em Algoritmos Genéticos com Idades, para permitir o uso e controle de uma população de tamanho variável. O sistema foi modelado observando-se características físicas do robô NOMAD 200 e sendo constituído por módulos de gerenciamento de memória, reprodução, controle da população e execução. A memória se apresenta como uma base de regras de produção; o módulo de reprodução incorpora um AG tradicional, com operadores de seleção, cruzamento e mutação; o controle populacional permite o uso de população de tamanho variável, através do de índices de usabilidade e similaridade das regras com as situações confrontadas pelo robô; por fim, o módulo de execução é responsável pela interação do robô com o ambiente, realizando leitura dos sensores e ações pelos atuadores e, quando necessário, ativar funções de segurança para preservar a integridade física do robô. Para dar sustentabilidade à proposta, esta foi validada através de vários experimentos, realizados em ambientes simulados e em um ambiente real, com um robô NOMAD 200, em diferentes cenários. Os ambientes testados variam desde ambientes esparsos até labirintos com obstáculos e paredes ortogonais entre si. Para cada experimento são apresentados os resultados e respectiva análise de dados. Foram realizadas análises criteriosas no comportamento da população, observando seu crescimento e idade média, bem como os eventos ocorridos no processo de aprendizado, para certificar as características a que se propõe esta abordagem. A principal contribuição deste trabalho é o uso da "IDADE" e II"CSABILIDADE" em um sistema baseado em SC. A usabilidade substitui o atributo de energia e respectivos cálculos do SC tradicional, no processo de escolha das regras, simplificando a implementação. Além disso, pode ser utilizado como índice de ajuste, para que possam ser usadas técnicas convencionais de seleção. A idade é responsável por preservar ou eliminar os indivíduos da população, através de estratégias de penalização e recompensa, possibilitando manter uma população de regras de tamanho variável, permitindo, ainda, manter a diversidade genética na população e evitar a sua homogenização, bem como isentar o modelador do sistema da definição destes parâmetros. / In this work, we propose a new strategy to the problem of learning rules in a Evolutionary System that is applied for mobile robotics using a NOMAD 200 robot. This strategy is based on Genetic AIgoriths and Classifier Systems theories, which are the paradigms of the implemented architecture core for robot controI. The unique feature of this approach is the inspiration on Genetic AIgorithms with Ages. This feature allows the algorithm to make use of a controlled variable size population. The system was designed respecting the physical features of the ~OMAD 200 robot. It is composed by modules of memory, reproduction, populational control and execution. The memory is the base for production rules. The reproduction module is a conventional GA, with operators for selection, crossover and mutation. The population control allows the use of a variable size population, based on the usability and the similarity of the rules on the situations presented to the robot. Finally, the execution module is responsable for the interaction between the robot and the environment, making the sensors reading and action application from the actuators and, if necessary, activating the security functions to preserve the physical integrity of the robot. To give support to the proposal, it was validated through several experiments, performed both in a simulated environment and in a real NOMAD 200 robot, in several cenarios. The environments used in the experiments ranged from open spaces to labyrinths with obstacles and ortogonal walls. Vle present the results and data analysis for each one of the experiments. AIso, the population behavior is analysed, by the observation of his growing and average age and the events occurred during the learning process, to confirm the features of these approach. The main contribution of this work is the use of "AGE"and ""CSABILITY"in a CS based system. The usability replaces the strength attribute and respective calculations necessary in the process of choosing rules in traditional CS. Because of this change, our solution is simpler to implement than traditional CS systems. Besides that, the usability can be used as fitness value, making possible the use of conventional selection techniques. The Age is responsible for the decision of to preserve or to elliminate individuaIs from the population. The choose of individuaIs is done by a penalty and reward strategy, which permits a variable size population of rules with genetic diversity and avoid the population's homogenization. The use of the age for decision making aIso preserves the system developer from the task of defining these parameters.

Em um futuro próximo, “dispositivos inteligentes” serão massivamente empregados em campos de batalha. Essa já é uma realidade, porém, o número de dispositivos utilizados em campos de batalha tende a aumentar em ordens de magnitude. As redes de comunicação de dados serão essenciais para transmitir os dados que esses dispositivos coletam e transformá-los em informações valiosas utilizadas como suporte à atuação humana. O suporte à tomada de decisão, ou mesmo níveis de autonomia, permitindo que estes dispositivos coordenem outros dispositivos, exigem comunicação contínua. Desafios relacionados à comunicação surgirão devido à dinamicidade do ambiente. A configuração da rede deve refletir decisões superiores automaticamente. A grande escala das redes conectando os altos escalões, tropas, veículos e sensores, aliada à falta de padronização dos dispositivos, tornará a integração destes desafiadora. Em um ambiente tão heterogêneo, muitos protocolos e tecnologias coexistirão. As redes de campo de batalha são um elemento de suma importância nas operações militares modernas e conceito de guerra centrada em rede é uma tendência sem volta e influencia desde os altos escalões até o controle de tropas Embora estudos tenham sido realizados nessa área, a maioria deles aborda redes estratégicas de alto nível e portanto não levam em conta as “redes táticas de última milha” (TEN), que compreendem dispositivos de comunicação com recursos limitados, como sensores ou ainda pequenos veículos aéreos não tripulados. Em uma tentativa de preencher esta lacuna, esse trabalho propõe uma arquitetura que combina conceitos dos paradigmas de redes definidas por software (SDN) juntamente com redes tolerantes à atraso/disrupçoes (DTN), para aplicação em redes táticas de última milha. O uso de SDN em cenários com nodos móveis é avaliado considerando uma aplicação de vigilância que utiliza streaming de vídeo e medidas de Qualidade de Experiência (QoE) de usuário são coletadas. Com base nos resultados obtidos, uma aplicação em conjunto dos conceitos de SDN e DTN é proposta, além disso abordamos a escolha do nodo que atuará como controlador SDN na rede. Os experimentos foram executados utilizando um emulador de redes. Apesar de pesquisas adicionais serem necessárias – considerado requisitos de segurança, por exemplo – os resultados foram promissores e demonstram a aplicabilidade destes conceitos no cenários das TENs. / The future battlefield tends to be populated by a plethora of “intelligent things”. In some ways, this is already a reality, but in future battlefields, the number of deployed things should be orders of magnitude higher. Networked communication is essential to take real advantage of the deployed devices on the battlefield, and to transform the data collected by them into information valuable for the human warfighters. Support for human decision making and even a level of autonomy, allowing devices to coordinate and interact with each other to execute their activities in a collaborative way require continuous communication. Challenges regarding communication will arise from the high dynamics of the environment. The network adaption and management should occur autonomously, and it should reflect upper-level decisions. The large scale of the network connecting high-level echelons, troops on the field, and sensors of many types, beside the lack of communication standards turn the integration of the devices more challenging. In such a heterogeneous environment, many protocols and communication technologies coexist. This way, battlefield networks is an element of paramount importance in modern military operations Additionally, a change of paradigm regarding levels of autonomy and cooperation between humans and machines is in course and the concept of network-centric warfare is a no way back trend. Although new studies have been carried out in this area, most of these concern higher-level strategic networks, with abundant resources. Thus, these studies fail to take into account the “last-mile Tactical Edge Network (TEN) level,” which comprises resource constrained communication devices carried by troopers, sensor nodes deployed on the field or small unmanned aerial vehicles. In an attempt to fill this gap, this work proposes an architecture combining concepts from software-defined networking (SDN) paradigm and the delay-tolerant approach to support applications in the last-mile TEN. First, the use of SDN in dynamic scenarios regarding node positioning is evaluated through a surveillance application using video streaming and Quality of Experience (QoE) measures are captured on the video player. We also explore the election of nodes to act as SDN Controllers in the TEN environment. The experiments use emulator for SDN with support to wireless networks. Further investigation is required, for example, considering security requirements, however the results are promising and demonstrate the applicability of this architecture in the TEN network scenario.

La robótica pasiva logra el movimiento de los robots utilizando solamente la fuerza de gravedad y es el concepto clave para comprender la orientación de este trabajo de título. Esta rama de investigación se origina del estudio biológico de los movimientos humanos, que busca principalmente, perfeccionar la robótica aplicada a los mismos, y, por otro lado, aumentar la eficiencia energética de los robots activos. El objetivo es diseñar un robot bípedo pasivo con rodillas que sirva de base para el diseño de un robot activo más eficiente. En primera instancia, se opta por diseñar uno sin rodillas, desde el cual se extrapola el diseño final. La creación de ambos requiere etapas de investigación, de modelación, de implementación en programa, de simulación y de construcción; esta última queda fuera del alcance de este trabajo. La etapa de simulación tiene por objetivo comprobar que el robot camina. Para ambos dieños, sin rodillas o de piernas rígidas y con rodillas, se dan a conocer los fundamentos teóricos extraídos de diferentes estudios relacionados con la robótica pasiva. Para el diseño del robot de piernas rígidas, los resultados derivan de las soluciones de la formulación matemática del modelo y de las simulaciones. Se logra una caminata de 10 pasos, cuyos parámetros se asemejan a los encontrados analíticamente. En el caso con rodillas, se plantean un bosquejo y la modelación matemática del mismo; sin embargo, la resolución de las ecuaciones no se lleva a cabo. Después de implementar en el programa el modelo con rodillas propuesto, se perfecciona el diseño usando ensayo y error, de lo cual se obtiene una caminata de 17 pasos. En ambos casos el programa utilizado para simular es Solidworks y los resultados numéricos se obtienen con Maple. Las caminatas tienen consumo bajo de energía de 0.257 y 0.137 [ J Kg m /( ) ⋅ ] para el robot con y sin rodillas, respectivamente. Si bien lo logrado requiere perfeccionamiento y mejoras en estabilidad, se considera que las caminatas obtenidas son un buen resultado para un primer diseño. Luego, junto con explicar algunos detalles del diseño, se analiza la influencia de algunos parámetros en la estabilidad y los resultados, por ejemplo: la relación entre masas, el roce, ciertas dimensiones, entre otros. Además, se discute sobre las caídas del robot y se presenta el desarrollo de las soluciones a éstas, donde destaca un mecanismo de bloqueo para la rodilla. Con el logro del objetivo planteado, se sustenta que es posible crear una máquina pasiva que camine semejante a los humanos a la cual se le pueda agregar un sistema de control actuado. El principal desafío hallado es pasar de un modelo plano a uno tridimensional funcional; esto se resuelve agregando una oscilación al modelo plano. Se concluye que el principal obstáculo para obtener la caminata del robot pasivo es la falta de coordinación de las oscilaciones que generan los pasos; en el trabajo esto se resuelve modificando con precisión el pie del robot, asegurando la amplitud de los movimientos con resortes y asignando correctas condiciones iniciales. Por otro lado, el roce juega un papel fundamental para la obtención de una caminata continua. Una simplificación interesante es que el conjunto de condiciones iniciales necesarias para producir la caminata pueden ser reducidas a sólo un impulso. Si bien la robótica pasiva ha sido investigada por varios científicos, en nuestro país constituye un estudio pionero. El diseño alcanzado puede ser mejorado en gran medida y no pretende ser un modelo acabado, sino que incentivar su desarrollo. Como trabajo futuro se propone construirlo (actualmente en realización) agregando las modificaciones sugeridas en esta memoria y resolver las ecuaciones del robot con rodillas. Además, junto con la idea de complementar el robot pasivo con un enfoque activo, se propone agregar brazos, torso y cabeza para completar sus características antropomórficas.

Submitted by Lara Oliveira (lara@ufersa.edu.br) on 2017-04-24T20:52:37Z No. of bitstreams: 1 DiegoSP_DISSERT.pdf: 9492386 bytes, checksum: 183575844339dfc0054cdb879dbb8dd8 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2017-04-26T12:13:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DiegoSP_DISSERT.pdf: 9492386 bytes, checksum: 183575844339dfc0054cdb879dbb8dd8 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2017-04-26T12:16:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DiegoSP_DISSERT.pdf: 9492386 bytes, checksum: 183575844339dfc0054cdb879dbb8dd8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-26T12:16:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiegoSP_DISSERT.pdf: 9492386 bytes, checksum: 183575844339dfc0054cdb879dbb8dd8 (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / This work about the implementation of an ad hoc communication architecture for a Cellbots team as infrastructure to allow the use of cloud computing. Cellbots are robots that have a financial low cost because they use smarthphones as a central control unit and require few electronic components for their construction. The goal is to expand the horizons of applications for these devices through an architecture that enables communication between robots, allowing them to work as a team, cooperatively, like a Multi-Robot System (MRS), performing di erent tasks, such as searching objects. Another objective of the proposed architecture is to provide the Cellbots the use of resources from cloud computing, treated in the literature as Cloud Robotics.The expected results is to increase the overall capacity of system processing, to enable knowledge sharing and increase automia battery of robots by reduction spending on local processing information. It is proposed a clone based approach in order to achieve the benefits cited with the Cloud Robotics tecnology. The Rapyuta framework was used to instanciete clones and setting up their parameters. To provide communication between robots of the team was adopted the AODV(Ad Hoc On-Demand Distance Vector) protocol. At the end manuscrit some experiments are show to validade the proposed architecture / Este trabalho retrata a implementação de uma arquitetura de comunicação Ad Hoc para uma equipe de CellBots como infraestrutura para utilização de computação na nuvem. CellBots são robôs que fazem uso de smarthphones como computador controlador aliados a dispositivos eletrônicos simples e de baixo custo.Oobjetivo é expandir os horizontes de aplicações para estes dispositvos robóticos através da formação de um MRS (Multi-Robot System) permitindo que eles possam trabalhar de forma cooperativa na conclusão das mais diversas tarefas. Além disso, é empregado o modelo de CR (Cloud Robotic) baseado em Clones para facultar a utilização de recursos oriundos da computação na nuvem através de robôs clone instanciados sob demanda, permitindo aumentar a capacidade global de processamento do MRS, viabilizar o compartilhamento de conhecimento, garantir uma maior automia para as baterias dos robôs através da redução dos gastos com o processamento local de informações, dentre outros benefícios. Na comunicação dentro do MRS foi adotado o protocolo AODV (Ad Hoc On-Demand Distance Vector) e para prover os clones na nuvem foi escolhida a plataforma Rapyuta. Para validação foram feitos testes de RTT (Round Trip Time) em variados cenários. A arquitetura sagrou-se viável tanto para comunicação dentro do MRS quanto para comunicação dos robôs com a nuvem / 2017-04-24

Submitted by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2018-06-12T22:29:21Z No. of bitstreams: 1 JoséEBJ_DISSERT.pdf: 2413760 bytes, checksum: 9e1e30bba305a819e199ef6a4c820dc9 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2018-06-18T16:55:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 JoséEBJ_DISSERT.pdf: 2413760 bytes, checksum: 9e1e30bba305a819e199ef6a4c820dc9 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2018-06-18T16:56:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 JoséEBJ_DISSERT.pdf: 2413760 bytes, checksum: 9e1e30bba305a819e199ef6a4c820dc9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-18T16:57:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JoséEBJ_DISSERT.pdf: 2413760 bytes, checksum: 9e1e30bba305a819e199ef6a4c820dc9 (MD5) Previous issue date: 2018-03-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In an empirical way, it can be seen that technologies applied to education are increasingly present in educational institutions, especially the presence of educational robotics. Educational robotics consists of an educational technology that proposes to make the teaching and learning process more effective, using theoretical knowledge that is applied in practice. One of the major reasons for the presence of robotics is its advantage of being able to work in any area, making use of the interdisciplinary approach. It has been used by several professional in the educational area, as a teaching tool aimed at solving low school performance and avoidance. But for this, it is necessary to carry out a complete planning with the methodology to be followed. In this context, the objective of this paper is to propose a development of educational robotics combined with software engineering, in this case using agile software methodology as a teaching tool for the development of robotics. In this way, analyzes were performed in both robotics and agile methodology, based on this, it was identified that the most appropriate methodology for application of this development is Extreme Programming (XP). Based on this, the methodology developed was applied in a public school with first year students of high school. Thus, to validate this development of XP, two case studies were elaborated. After the accomplishment of this work, it was verified that it is possible to use XP as a teaching methodology for robotics producing results such as: the development of logical reasoning and the development of computational thinking / De modo empírico, percebe-se que as tecnologias aplicadas à educação estão cada vez mais presentes nas instituições de ensino, de modo especial, verifica-se também a presença da robótica educacional. A robótica educacional consiste em uma tecnologia da educação que propõe tornar o processo de ensino e aprendizagem mais eficaz, para isso, utiliza-se de conhecimentos teóricos que são aplicados na prática. Um dos maiores motivos da presença da robótica na educação é a sua vantagem de poder trabalhar em qualquer área, fazendo uso da abordagem interdisciplinar. A mesma tem sido utilizada por vários profissionais da área educacional, como uma ferramenta de ensino em que visa à solução para o baixo rendimento escolar e evasão. Mas para isso, é necessário a realização de todo um planejamento junto à metodologia a ser seguida. Diante deste contexto, o objetivo deste trabalho é propor um desenvolvimento da robótica educacional combinado com a engenharia de software, neste caso utilizando a metodologia ágil de software como uma ferramenta de ensino para o desenvolvimento da robótica. Deste modo, foram realizadas análises tanto na robótica como na metodologia ágil, com base nisso, identificou-se que a metodologia mais adequada para aplicação deste desenvolvimento é o Extreme Programming (XP). Com base nisso, a metodologia desenvolvida foi aplicada em uma escola pública com alunos do primeiro ano do ensino médio. Sendo assim, para validar este desenvolvimento do XP, foi elaborado dois estudos de casos. Após a realização desse trabalho, foi constatado que é possível utilizar o XP como uma metodologia de ensino para a robótica produzindo resultados como: o desenvolvimento do raciocínio lógico e o desenvolvimento do pensamento computacional / 2018-06-12

Actualmente, los vehículos guiados de forma autónoma (AGV) son ampliamente utilizados en diversas aplicaciones industriales, razón por la cual el diseño e implementación de estrategias de control para estos sistemas es de vital importancia para responder a las exigencias de seguridad, productividad y eficiencia que se requieren en los ámbitos en los que se desempeñan estos vehículos. Aunque las variables de interés a supervisar en un AGV son variadas, destacan dos de ellas que es necesario controlar en todo vehículo autónomo: (i) la velocidad y (ii) la dirección. Diferentes estrategias de control se han explorado e implementado para llevar a cabo la supervisión de la velocidad y la dirección de un AGV, sobresaliendo entre ellas el control difuso. El objetivo general de este trabajo, enmarcado en el proyecto de Automatización de Vehículos y Maquinaria Minera Móvil del Centro Avanzado de Tecnología para la Minería (AMTC), es diseñar e implementar controladores difusos desacoplados para controlar la velocidad y dirección de un vehículo de escala real, en particular un Volkswagen® Tiguan. En el caso del controlador de velocidad, el diseño considera dos variables de entrada, el error de velocidad y la integral del error de velocidad, y una única salida que manipula la apertura de los pedales de aceleración y freno. El signo de la salida determina cual actuador es el que se activa frente a determinadas condiciones de velocidad. El diseño de los conjuntos difusos y la base de reglas del controlador apuntan a minimizar el uso del freno, evitar la alternancia entre el uso de los pedales, permitir controlar adecuadamente la velocidad del vehículo en un amplio rango de velocidades. Por otra parte, el diseño del controlador difuso de la dirección establece como variables de entrada el error del ángulo de las ruedas y la variación de dicho ángulo, y como variable de salida la variación del ángulo del volante. Los conjuntos difusos y la base de reglas de este controlador fueron diseñados con el fin de emular y mejorar el tiempo de respuesta de un conductor humano. Ambos controladores se validaron y evaluaron a nivel de simulación en un ambiente Matlab®- Simulink, obteniéndose resultados satisfactorios en todos los casos estudiados que involucraron pruebas con referencias de velocidad y ángulo de la ruedas basadas en escalones y rampas a fin de emular distintos tipos de conducción. De igual forma, los controladores difusos se mostraron robustos frente a perturbaciones, en particular aquellas asociadas a ruido en las referencias o en la retroalimentación. Se concluye de los resultados obtenidos en este trabajo que el control difuso constituye una estrategia de control efectiva para supervisar adecuadamente la velocidad y la dirección de un AGV, obteniéndose controladores robustos y capaces de cumplir adecuadamente con los requerimientos de tiempo de estabilización y sobrenivel máximo impuestos, a nivel de simulación. De igual forma, debido a la flexibilidad de la herramienta de control utilizada, se puede establecer que en una aplicación para un ambiente no simulado es posible obtener resultados similares a los conseguidos en este trabajo, realizando las modificaciones necesarias a los controladores diseñados, según las condiciones de operación del sistema de escala real.

Com o intuito de utilizar uma rede com protocolo IP para a implementação de malhas fechadas de controle, este trabalho propõe-se a realizar um estudo da operação de um sistema de controle dinâmico distribuído, comparando-o com a operação de um sistema de controle local convencional. Em geral, a decisão de projetar uma arquitetura de controle distribuído é feita baseada na simplicidade, na redução dos custos e confiabilidade; portanto, um diferencial bastante importante é a utilização da rede IP. O objetivo de uma rede de controle não é transmitir dados digitais, mas dados analógicos amostrados. Assim, métricas usuais em redes de computadores, como quantidade de dados e taxa de transferências, tornam-se secundárias em uma rede de controle. São propostas técnicas para tratar os pacotes que sofrem atrasos e recuperar o desempenho do sistema de controle através da rede IP. A chave para este método é realizar a estimação do conteúdo dos pacotes que sofrem atrasos com base no modelo dinâmico do sistema, mantendo o sistema com um nível adequado de desempenho. O sistema considerado é o controle de um manipulador antropomórfico com dois braços e uma cabeça de visão estéreo totalizando 18 juntas. Os resultados obtidos mostram que se pode recuperar boa parte do desempenho do sistema. / ln order to enable the use of IP networks to implement closed-Ioop control systems, this work compares a distributed control system to its conventional counterpart, which is based on local controI. Usually the option for a distributed control architecture is motivated by simplicity, cost reduction and reliability, hence the use of an IP network. The goal of a control network is not to transmit pure digital data, but to transmit digitized control and sensor signals. Therefore, metrics common in computer networks, such as amount of transfered data and transfer rates, become of little importance. This work proposes a method to compensate for the delays imposed to network packets and to recover the control system performance. The key for this method is to estimate the contents of delayed network packets based on the system dymanic modeI. The example system is an antropormorphic robot with two arms and a stereo vision head. Results show that the system performance can be recovered.