Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 parte1.pdf: 1731249 bytes, checksum: b526d4df9a40f0fe59df8d314c9314af (MD5) Previous issue date: 2009-10-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objective of this thesis was to model and control in real time a planar manipulator robot with two degrees of freedom (2-DOF), comprising a rotational and a prismatic link. The rotational link is an aluminum U-channel activated by a motor-reducer DC. The prismatic link comprises a double-acting pneumatic cylinder and a pass-through rod fixed inside the U-channel and activated by a 5-way electropneumatic proportional valve with three positions. A 10 turn potentiometer senses the angular position of the rotational link, and a potentiometric ruler senses its linear position of the prismatic link. The mathematical model that represents the manipulator robot, whose parameters are estimated in real time by the recursive least squares (RLS) method, is obtained as a function of the inputs fed into the manipulator and its measured outputs, considering the coupling between the links, based on a structure predefined for this purpose. After modeling the system, self-adjustable adaptive controls of generalized minimum variance (GMV) are designed and implemented, which control the position of the manipulator robot according to trajectories specified for the two links. Lastly, the estimated and experimental responses of the system are presented and compared, considering its links operating in uncoupled and coupled mode under the action of the designed controls. / A presente tese tem como objetivo o modelamento e controle em tempo real de um robô manipulador de dois graus de liberdade planar, constituído de um elo rotacional e outro prismático. O elo rotacional é um perfil U em alumínio e tem como atuador um motor-redutor de corrente contínua. O elo prismático é composto por um cilindro pneumático de dupla ação e haste passante, fixado no interior do perfil U e tem como atuador uma válvula eletropneumática proporcional de cinco vias e três posições. O sensoriamento de posição angular do elo rotacional é realizado por meio de um potenciômetro de dez voltas, e o de posição linear do elo prismático é realizado através de uma régua potenciométrica. É obtido o modelo matemático representativo do robô manipulador cujos parâmetros são estimados em tempo real pelo método dos mínimos quadrados recursivo (MQR), em função de entradas impostas ao manipulador e das saídas obtidas considerando o acoplamento entre os elos, a partir de uma estrutura pré-definida para este fim. De posse do modelo do sistema, controladores adaptativos de variância mínima generalizado (GMV) auto-ajustáveis são projetados e implementados visando o controle de posição do robô manipulador, conforme trajetórias especificadas para ambos os elos. Resultados de simulações e experimentais dos modelos estimados e respostas do sistema, considerando seus elos operando de forma desacoplada e acoplada sob a ação dos controladores, são apresentados e comparados.

Made available in DSpace on 2015-05-08T15:00:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1093320 bytes, checksum: 07f20751ca5cce640d3cc39761829b03 (MD5) Previous issue date: 2010-08-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objective of this work is to model and to control in real-time two links of a cartesian electropneumatic manipulator robot with three degrees of freedom (3DOF). The manipulative robot basically consists of three proportional eletropneumatic valves and three pneumatic cylinders, and their parameters are identified in real-time by the Recursive Least Squares (RLS) method. In the possession of the system s model, adaptive of Dahlin Minimum Variance (DMV) are planned and implemented aiming the position control of the manipulative robot s effecter organ. Finally, experimental results are presented, as a way to assess the manipulative robot s performance. / O objetivo do presente trabalho é modelar e controlar em tempo real dois elos de um robô manipulador eletropneumático de três graus de liberdade (3GDL) cartesiano. O robô manipulador é constituído basicamente por três válvulas eletropneumáticas proporcionais e por três cilindros pneumáticos, e seus parâmetros são identificados em tempo real pelo algoritmo dos Mínimos Quadrados Recursivos (MQR). De posse do modelo do sistema, controladores adaptativos de Dahlin-Variância Mínima (DMV) são projetados e implementados visando o controle de posição do órgão efetuador do robô manipulador. Finalizando, são apresentados resultados experimentais, como avaliação do desempenho obtido pelo robô manipulador.

Made available in DSpace on 2015-05-08T15:00:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1708281 bytes, checksum: 415dd2aa16def4aa6286d61c1482fef0 (MD5) Previous issue date: 2010-12-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a design of adaptive controllers for cartesian electropneumatic manipulator robot with three degrees of freedom (3DOF) cartesian. The manipulator is basically composed of three valves and three electro-pneumatic cylinders. It use the estimator of the recursive least squares (RLS) to obtain the representative model of the links of the manipulator robot. The model is used in the design of adaptive controllers Dahlin Minimum Variance (DMV) with the criterion of Favier and Hassani for position control of links robot. The experimental results are presented, as well as evaluation of the achieved performance by the manipulator robot. / Este trabalho apresenta um projeto de controladores adaptativos para um robô manipulador eletropneumático de três graus de liberdade (3GDL) cartesiano. O robô manipulador é composto basicamente por três válvulas eletropneumáticas e três cilindros pneumáticos. É utilizado o estimador dos mínimos quadrados recursivos (MQR) para a obtenção do modelo representativo dos elos do robô manipulador. O modelo obtido é utilizado no projeto dos controladores adaptativos Dahlin Variância Mínima (DMV) com o critério de Favier e Hassani para o controle de posição dos elos do robô. Os resultados experimentais são apresentados, assim como a avaliação do desempenho obtido pelo robô manipulador.

O ensino da Física está fundamentalmente baseado na resolução de problemas. A experimentação tem também se tornado um elemento presente nas situações de aprendizagem. Mesmo assim, o estudo da Física é um campo rico para o desenvolvimento de concepções prévias. Observa-se que o ensino de certos conceitos de Física (como força de atrito, gravidade e movimento) a partir das metodologias tradicionais (baseadas na conceituação, exemplificação e resolução de problemas) parece não garantir que certas concepções prévias sejam corrigidas. Diversos estudos têm demonstrado que concepções prévias podem se estabilizar ao longo dos anos e se tornar persistentes a tal ponto que mesmo após diversos anos de estudo, os estudantes chegam aos cursos universitários com tais concepções. Materiais concretos, que permitam aos estudantes construir, testar e confrontar teorias são uma abordagem indicada para complementar o ensino, buscando desestabilizar concepções prévias. Diversos materiais podem ser úteis nesse processo (brinquedos, sucata e outros). Idealmente, materiais pedagógicos são mais apropriados, destacando-se materiais robóticos educativos. Kits educacionais de Robótica lembram um brinquedo, mas quando integrados aos conteúdos curriculares, colocam o estudante como construtor de sua aprendizagem, repensando seus conceitos preexistentes. Situado nessa problemática, o presente estudo descreve o desenvolvimento e experimentação de um jogo didático destinado ao ensino de conceitos de Física, fazendo uso de materiais robóticos. Kit de Robótica Lego MINDSTORMS foram utilizados na realização das atividades. A primeira atividade teve por objetivo identificar concepções prévias sobre os conceitos de força de atrito, gravidade e movimento. A partir das concepções identificadas foi desenvolvido um jogo de equipes composto por diversas etapas. Cada etapa teve por objetivo testar certas concepções e promover a aprendizagem. Os experimentos foram realizados com um grupo amostral de 11 estudantes (inicialmente do 5º e no ano seguinte do 6º ano do Ensino Fundamental) em uma escola da rede privada. A escolha por estudantes do Ensino Fundamental foi movida pela necessidade de avaliar tanto as concepções prévias quanto as contribuições do trabalho antes do ensino formal dos conceitos de Física trabalhados. Considera-se que a contribuição do presente trabalho está em elaborar situações de aprendizagem que incluam materiais robóticos e uma metodologia fundamentada em jogos de equipe em nível de Ensino Fundamental. A análise dos resultados, observações e respostas dos estudantes permitiu verificar que os estudantes foram ativos durante todo o processo de desenvolvimento das atividades propostas. Pela forma como interagiram com os materiais, os estudantes foram criativos nas construções que visavam a produção do conhecimento. Comparando-se as concepções dos estudantes antes e após o jogo, há evidências de que houve evolução, pois eles conseguiram se apropriar dos conceitos em torno dos temas, aspecto que pode revelar a ocorrência de uma aprendizagem. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2016-07-25T12:05:22Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Roseli Fornaza.pdf: 5357709 bytes, checksum: 26deef4b19bf77c98185efb936c823e0 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-25T12:05:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Roseli Fornaza.pdf: 5357709 bytes, checksum: 26deef4b19bf77c98185efb936c823e0 (MD5) Previous issue date: 2016-07-25 / Teaching Physics is fundamentally based on problem solving. Experimentation has become a present element in such learning situations. Still, Physics is a rich field for the development of misconceptions. It is observed that teaching certain concepts in Physics (such as Force, Gravity and Friction) from traditional methodologies (based on conceptualization, building examples and solving problems) seems not to ensure that certain misconceptions be corrected. Several studies have shown that misconceptions may become stable over the years and persist to the point that even after several years of study, learners arrive at the university courses with such conceptions. Concrete materials, which allow learners to build, test and confront theories are one approach indicated to complement teaching, seeking to destabilize misconceptions. Several materials can be useful in this process (toys, scrap, etc.). Ideally, pedagogical materials are most appropriated, such as educational robotics components. Educational Robot kits seem a toy, but when integrated to curricular contents, they place the learners as a constructor of his/her learning, rethinking pre-existant concepts. Situated in this problem context, the present study describes the development and experimentation of a didactic game to assist Physics teaching. Educational Robot Kits from LEGO MINDSTORMS were used in the accomplishment of the activities. The first activity had the objective of discovering learners misconceptions about friction, Gravity and Movement. From this point on, it has been developed a collaborative game made of three stages. Each stage has the objective of testing certain conceptions and promoting the learning. The experiments were accomplished with a group of eleven students (from elementary level) in a private school. The choice of elementary school students was driven by the need to evaluate both the preconceptions as the contributions of the work before the formal teaching of Physics concepts started. It is assumed that the contribution of this work is to draw up learning situations that include robotics material and a methodology based on collaborative games in elementary school level. Results, observations and students answers have allowed to attest that students were active during the experiment. Comparing initial and final conceptions it is possible to attest that there was evidence of learning.

Localização e Mapeamento Simultâneos (SLAM), fundamental para robôs dotados de verdadeira autonomia, é um dos problemas mais difíceis na Robótica e consiste em estimar a posição de um robô que está se movendo em um ambiente desconhecido, enquanto incrementalmente constrói-se o mapa de tal ambiente. Provavelmente o requisito mais importante para localização e mapeamento adequados seja um preciso reconhecimento de local, isto é, determinar se um robô estava no mesmo lugar em diferentes ocasiões apenas analizando as observações feitas pelo robô em cada ocasião. A maioria das abordagens da literatura são boas quando se utilizam sensores altamente expressivos, como câmeras, ou quando o robô está situado em ambientes com pouco ambiguidade. No entanto, este não é o caso, por exemplo, quando o robô equipado apenas com sensores de alcance está em ambientes internos estruturados altamente ambíguos. Uma boa estratégia deve ser capaz de lidar com tais ambientes, lidar com ruídos e erros nas observações e, especialmente, ser capaz de modelar o ambiente e estimar o estado do robô de forma eficiente. Nossa proposta consiste em traduzir sequências de medições de laser em uma representação de texto eficiente e compacta, para então lidar com o problema de reconhecimento de local usando técnicas de processamento lingüísticos. Nós traduzimos as medições dos sensores em valores simples computados através de um novo modelo de observação baseado em estimativas de densidade de kernel chamado de Densidade de Espaço Livre (FSD). Estes valores são quantificados permitindo a divisão do ambiente em regiões contíguas de densidade homogênea, como corredores e cantos. Regiões são representadas de forma compacta por simples palavras descrevendo o valor de densidade espacial, o tamanho e a variação da orientação daquela região. No final, as cadeias de palavras compõem um texto, no qual se buscam casamentos de n-gramas (isto é, sequências de palavras). Nossa técnica também é aplicada com sucesso em alguns cenários de operação de longo-prazo, onde devemos lidar com objetos semi-estáticos (i.e. que se movem ocasionalmente, como portas e mobílias). Todas as abordagens foram avaliadas em cenários simulados e reais obtendo-se bons resultados. / Simultaneous Localization and Mapping (SLAM), fundamental for building robots with true autonomy, is one of the most difficult problems in Robotics and consists of estimating the position of a robot that is moving in an unknown environment while incrementally building the map of such environment. Arguably the most crucial requirement to obtain proper localization and mapping is precise place recognition, that is, determining if the robot is at the same place in different occasions just by looking at the observations taken by the robot. Most approaches in literature are good when using highly expressive sensors such as cameras or when the robot is situated in low ambiguous environments. However this is not the case, for instance, using robots equipped only with range-finder sensors in highly ambiguous indoor structured environments. A good SLAM strategy must be able to handle these scenarios, deal with noise and observation errors, and, especially, model the environment and estimate the robot state in an efficient way. Our proposal in this work is to translate sequences of raw laser measurements into an efficient and compact text representation and deal with the place recognition problem using linguistic processing techniques. First, we translate raw sensor measurements into simple observation values computed through a novel observation model based on kernel-density estimation called Free-Space Density (FSD). These values are quantized into significant classes allowing the division of the environment into contiguous regions of homogeneous spatial density, such as corridors and corners. Regions are represented in a compact form by simple words composed of three syllables – the value of spatial density, the size and the variation of orientation of that region. At the end, the chains of words associated to all observations made by the robot compose a text, in which we search for matches of n-grams (i.e. sequences of words), which is a popular technique from shallow linguistic processing. The technique is also successfully applied in some scenarios of long-term operation, where we must deal with semi-static objects (i.e. that can move occasionally, such as doors and furniture). All approaches were evaluated in simulated and real scenarios obtaining good results.

Robôs verdadeiramente autônomos devem conhecer o ambiente para executar tarefas complexas. Em ambientes desconhecidos o robô deve concorrentemente construir o mapa do ambiente e se localizar usando sensores proprioceptivos e exteroceptivos imprecisos. Isto é problemático, uma vez que o mapa parcial e possivelmente incorreto do ambiente será usado para corrigir erros de localização. Este problema importante da robótica móvel é conhecido como Localização e Mapeamento Simultâneos (SLAM). Quando um robô autonomamente executa o algoritmo de SLAM concorrentemente com uma estratégia de exploração, o problema passa a se chamar SLAM Ativo ou Exploração Integrada. Um dos principais desafios por trás destes problemas é o tratamento de fechamento de ciclos. Ao atravessar regiões desconhecidas ou ambientes esparsos, a pose do robô e o mapa podem não ser propriamente corrigidos por falta de informação. Quando isto acontece, as incertezas da posição do robô e do mapa aumentam, podendo levar a erros irrecuperáveis. Por outro lado, quando o ciclo é fechado corretamente, estas incertezas diminuem consideravelmente. Portanto, a escolha do caminho para explorar o ambiente pode drasticamente melhorar ou degradar a qualidade do mapeamento e da localização. Uma técnica bem conhecida de exploração de ambientes é a adaptação do problema de valor de contorno (BVP) para a equação de Laplace e condições de contorno de Dirichlet. Apesar de ser fácil de implementar, resultando em trajetórias de exploração suaves, esta técnica não endereça cuidadosamente erros de SLAM, uma vez que ela segue a descida do gradiente, o que pode não possibilitar revisitas, uma limitação crucial para o SLAM Ativo. Mesmo sendo uma técnica de exploração gulosa e direcionada a fronteiras, consideramos que a flexibilidade do BVP e condições de contorno de Dirichlet ainda são pouco exploradas. Nossa proposta é modificar o algoritmo de Exploração por BVP para executar comportamentos complexos, tais como revisitas e, em particular, fechamentos de ciclo. Apresentamos duas novas abordagens: a primeira faz uso de uma condição de contorno direcionada pelo tempo combinada a distorções de potencial para gerar comportamentos de fechamento de ciclo, além de um potencial que nunca cessa de existir, mesmo após o ambiente ter sido completamente explorado; a segunda, propicia o fechamento de ciclos aproveitando a propagação do potencial em regiões desconhecidas, através de um par dinâmico de condições de contorno que funcionam como obstáculos e objetivos virtuais. Ambas abordagens aproveitam o Esqueleto de Voronoi do ambiente para reduzir o custo computacional do algoritmo. Testes em ambientes reais e simulados usando o robô Pioneer 3DX mostram que as técnicas apresentadas apresetam melhores resultados quando comparadas a técnicas concorrentes. / Truly autonomous robots must know the environment in order to execute complex tasks. In unknown environments, the robot must construct a map and localize itself using noisy proprioceptive and exteroceptive sensors. This is problematic, since the partial and possibly inaccurate map of the environment will be used to correct localization errors. This important problem of mobile robotics is known as Simultaneous Localization and Mapping (SLAM). When a robot autonomously execute a SLAM algorithm concurrently with an exploration strategy, this problem is called Active SLAM or Integrated Exploration. One of the main challenges behind both these problems is the treatment of loop closures. While the robot traverses unknown regions or sparse environments, the robot pose and the map may not be properly corrected due to lack of information. When this happens, the uncertainties about the map and the robot pose increase, which may lead to unrecoverable SLAM errors. On the other hand, when a loop is closed successfully, these uncertainties drastically decrease. Therefore, path chosen to explore the environment can considerably improve or degrade the quality of both localization and mapping. One well known way to explore the environment is the adaptation of the Boundary Value Problem (BVP) for the Laplace Equation and Dirichlet boundary conditions. Even though it is easy to implement, resulting in smooth exploration trajectories, it does not carefully address SLAM errors, since it follows a gradient decent which not always allows revisits, a crucial limitation for Active SLAM. Despite being a greedy frontier driven exploration strategy, we consider the flexibility of the BVP and Dirichlet boundary conditions still under-explored for Active SLAM. Our proposal is to modify the BVP Exploration algorithm to execute complex exploration behaviors, such as revisits and, in particular, loop-closures. We present two new approaches: the first makes use of a time driven boundary value condition together with potential distortions to generate loop closing behaviors and a potential field that never ceases to exist, even after the exploration ends; the second enables loop closure behaviors with BVP by taking advantage of potential propagation in unknown space generated by a pair of dynamic boundary conditions functioning as virtual walls and goals. Both approaches take advantage of a local optimization that uses the Voronoi Skeleton to reduce the computational cost of the algorithm. Tests in real and simulated environments using a Pioneer 3DX show that the proposed approaches present better results when compared with competing approaches.

Este trabalho apresenta uma proposta desenvolvida em uma escola da Rede Municipal de Ensino de Porto Alegre que faz uso do recurso LEGO® nas aulas de matemática. O texto busca responder às seguintes perguntas: É possível utilizar a robótica educacional (LEGO® Mindstorms®) como recurso de ensino de Matemática nos anos finais do Ensino Fundamental? Como? Utilizou-se o estudo de caso como metodologia de pesquisa. As atividades visando a integração dos conceitos matemáticos e a robótica educacional foram elaboradas e implementadas à luz das teorias de Seymour Papert e Gèrard Vergnaud. O ambiente de aprendizagem e a Teoria dos Campos Conceituais também forneceram suporte para a análise dos dados. São mencionadas outras pesquisas referentes ao tema Robótica Educacional e suas contribuições para o atual trabalho. Como resultados observou-se um maior envolvimento dos estudantes nos estudos de matemática e robótica, a aceitação do erro como uma estratégia na busca de soluções de problemas de matemática e robótica e o desenvolvimento de estratégias para organizar-se em grupos de trabalho. / This dissertation presents a proposal developed in a school from Rede Municipal de Ensino de Porto Alegre that makes use of LEGO® in math classes. The text tries to answer the following questions: Is it possible to utilize the educational robotic (LEGO® Mindstorms®) as a resource for teaching Mathematics in the final years of elementary school? How? It was utilized the study of case as a research methodology. The activities targeting the integration of mathematics concepts and educational robotic were elaborated and implemented in lights of Seymour Papert’s and Gèrard Vergnaud’s theory. The learning environment and the Conceptual Fields Theory also provided support for the analysis of the data. Other researches relative to the Educational Robotic theme are mentioned and their contribution to the actual dissertation. As results could be observed a greater involvement of students in the studies of mathematics and robotic, the acceptation of the error as a strategy to find the solutions of mathematic and robotic problems, the development of strategies to organize groups of work.

Este trabalho aborda o desenvolvimento da estrutura da base e do sistema de acionamento, transmissão e controle do 1º grau de liberdade de um robô cilíndrico de 5 graus de liberdade acionado pneumaticamente. A base é construída com alumínio estruturado de elevada rigidez, o que confere a sua estrutura mecânica baixas deformações em situações de operação do robô. Além de constituir a estrutura de apoio do manipulador, a base serve de repositório para diversos componentes de sensoriamento e comando dos diversos graus de liberdade do robô e ainda apresenta elementos estruturais que são utilizados como acumuladores de ar comprimido que servem para atenuar as flutuações de pressão nos atuadores pneumáticos. O 1º grau de liberdade do robô, de acordo com a concepção de um robô cilíndrico, é relativo ao giro do conjunto de elos do manipulador em torno do eixo vertical. O seu movimento é comandado por um atuador pneumático linear acoplado a um eixo rotativo por uma correia sincronizadora. O controlador proposto é baseado na técnica de realimentação de estados com alocação de polos e compensa a variação do momento de inércia do manipulador devida ao movimento do robô. Este esquema é baseado em um modelo matemático parametrizado que provê continuamente o valor de massa equivalente acoplada ao primeiro grau de atuador de liberdade. Assim, a cada ciclo de controle, os ganhos do controlador são recalculados a partir do valor atual da massa equivalente, visando a compensar sua variação. São apresentados resultados experimentais e discussões sobre o cálculo da massa equivalente e desempenho do controlador no seguimento de trajetória. / This work deals with the design of the base frame, drive, transmission and control systems used in the first degree of freedom of a pneumatically actuated cylindrical robot with five degrees of freedom. The base is constructed with high stiffness aluminum parts, which achieve low mechanical deformation in operational working conditions. Furthermore, the base structure in used as sensor and pneumatic components compartment and comprises aluminum structural elements that are used as accumulators compressed air used for reducing the pressure fluctuations on the pneumatic actuators operation. The first degree of freedom, according to the usual design of a cylindrical robot, is relative to the rotation of the manipulator arm around its vertical axis. This degree of freedom is controlled by a linear pneumatic actuator coupled to a rotary axis mechanism by an industrial synchronous belt. The proposed controller is based on the state feedback technique with pole location and compensates the variation of the moment of inertia of the manipulator due to the motion of the robot. This scheme is based on a parameterized mathematical model that continuously provides the equivalent mass value coupled to the first degree of freedom actuator. So, in each control cycle, the controller gains are recalculated on the basis of the equivalent mass, compensating its variation. Results of experiments and discussions about the equivalent mass calculation and controller performance are presented.

Este trabalho consiste na elaboração de uma estratégia para a geração de trajetórias otimizadas para um robô cilíndrico de cinco graus de liberdade acionado pneumaticamente. Como resultado da aplicação do método desenvolvido obtêm-se as trajetórias no espaço das juntas que resultam no movimento adequado do efetuador do robô, de acordo com algum critério de otimização. Para a obtenção das trajetórias das juntas do robô a partir de uma dada trajetória desejada para o efetuador, resolveu-se o problema de cinemática inversa por meio de uma abordagem algébrica. Para a geração de trajetórias entre os pontos no espaço de trabalho do robô propõe-se a utilização de um algoritmo de aproximação de pontos através de splines compostas por polinômios de sétimo grau. Essa escolha garante a continuidade da função de posição, bem como de suas três primeiras derivadas, sendo essa uma condição necessária para a implantação de importantes leis e estratégias de controle (como, por exemplo, a estratégia em cascata, utilizada com sucesso no controle de sistemas servopneumáticos). O método proposto para a geração de splines possibilita, através do ajuste de parâmetros em função da exigência de cada aplicação, a obtenção de curvas no espaço das juntas com valores otimizados de jerk, aceleração ou velocidade. Para aplicação na geração de trajetórias para o robô, a interpolação dos pontos é realizada no espaço dos atuadores a fim de fornecer ao controlador as curvas de referência para posição, velocidade, aceleração e jerk. Para a demonstração da aplicação do método no seguimento de trajetórias, são utilizadas como referência curvas tridimensionais cujos valores numéricos são comparados com os resultados fornecidos a partir da metodologia proposta. Assim, uma vez calculadas as trajetórias em cada uma das juntas através da cinemática inversa, utiliza-se as transformações homogêneas da cinemática direta do robô, obtidas a partir do método de Denavit-Hartenberg, para obter a trajetória do efetuador e verificar a funcionalidade do modelo resultante. / This work consists of developing a strategy to generate optimized trajectories for a cylindrical robot with five degrees of freedom which is actuated pneumatically. As a result of the application of the developed method, trajectories in joint space are obtained and result in the proper motion of the robot’s end-effector according to a given optimizing criteria. In order to obtain the trajectories of the robot’s joints from a given desired trajectory for the end-effector, the problem of inverse kinematics was solved by an algebraic approach. To generate trajectories between points in the robot’s workspace it was proposed the use of an algorithm for approximation of points through splines composed by seventh degrees polynomials. This choice ensures the continuity of the position function as well as its first three derivatives. It is a necessary condition for the implementation of important laws and control strategies (for example, the cascade strategy which is successfully used in servo-pneumatic control systems). The proposed method to generate splines allows, through the adjustment of parameters taking into account the requirements of each application, the obtainment of curves in the joint space with optimized values of jerk, acceleration and speed. In order to apply the method in the generation of trajectories for the robot, the interpolation of the points is performed in the space of the actuators with the purpose of providing the controller reference curves for position, speed, acceleration and jerk. To demonstrate the application of the method in trajectory tracking, three-dimensional curves are used and their numerical values are compared with the results provided by the proposed methodology. Therefore, once the calculated trajectory in each joint through inverse kinematics is obtained, homogeneous transformations of the direct kinematics of the robot, obtained by Denavit-Hartenberg’s method, are employed to find out the trajectory of the end-effector and verify the functionality of the resulting model.

Sistemas embarcados, em especial aqueles utilizados em robótica, apresentam, em sua estrutura, uma multiplicidade de dispositivos que resultam em uma arquitetura bastante heterogênea e bem distribuída. Para auxiliar na resolução dessa complexidade inerente, este trabalho resgata os conceitos de frameworks, buscando na sua integração e modelo conceitual, desenvolver um conjunto de ferramentas que gerencia a mediação entre sistemas embarcados e demais aplicações de software, fornecendo bibliotecas e componentes reutilizáveis para aplicações na robótica. Propõe-se utilizar framework e middleware de sistemas open-source para integração entre a plataforma de software e hardware. Um dos objetivos do projeto é criar um framework multi-plataforma com diferentes tipos de serviços para o de desenvolvimento de aplicações no campo da robótica. O projeto tem como estudo de caso sistemas embarcados aplicados em robótica móvel e tecnologia assistiva. / Embedded systems, especially those used in robotics, present in its structure, a plurality of devices that result in a very heterogeneous and well distributed architecture. To help resolve this inherent complexity, the work rescues the concepts of frameworks, seeking their integration and conceptual model, develop a set of tools that manage to mediate between embedded systems and other of software applications, providing reusable libraries and components for applications in robotics. It is proposed to use framework and middleware systems open source for integration between the platform software and hardware. One of the project objectives is to create a multi-platform framework with different types of services, considering the programming and compatibility with hardware for the development of applications in the field of robotics. The project’s case study developing embedded applied in mobile and Assistive Technology robotics.