Orientador: Eleri Cardozo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-26T06:38:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Olivi_LeonardoRocha_D.pdf: 17712423 bytes, checksum: a9b0ec521405e93735844f7ce8b3b968 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A mobilidade é uma competência humana extremamente valiosa, e pode ser perdida por diversas razões, tais como traumas na coluna vertebral, acidentes vasculares cerebrais, dentre outras. Algumas tecnologias desenvolvidas para as áreas médicas, como eletroencefalografia e eletromiografia, podem ser empregadas no desenvolvimento de Interfaces Humano-Máquina (Human-Machine Interface, ou, HMI) com o objetivo de permitir que pessoas com capacidades motoras severamente comprometidas possam comunicar e operar os mais diversos equipamentos. Assim, esses usuários podem conduzir robôs móveis por meio de uma HMI adaptada para suas capacidades motoras e cognitivas. Entretanto, essas interfaces apresentam erros na identificação da ação pretendida pelo usuário, os quais comprometem sobremaneira a experiência desse usuário na interação com o mundo exterior. Para o caso dos robôs móveis assistivos, o conceito de controle compartilhado (shared control) foi concebido para compensar as taxas de erros das HMIs, e a responsabilidade pela navegação do robô é dividida entre o usuário e um sistema supervisor automático. As abordagens mais populares na literatura comutam poucos modos de comportamentos específicos para situações individualizadas, como passagens estreitas e desvio de obstáculos. Esta tese propõe uma nova técnica de controle compartilhado, denominada de navegação assistida por campos vetoriais, a qual não possui modos de operação chaveados, evitando quaisquer instabilidades e abrangendo as configurações do ambiente de maneira ilimitada, além de minimizar significativamente os erros gerados pelas HMIs e facilitar a navegação do usuário. Os campos vetoriais oferecem as navegações manual e autônoma, ampliando a interação do usuário com o ambiente. Nessa nova técnica, o sistema de controle embarcado irá executar a ação identificada pela HMI em função dos estados do robô e do ambiente, com o objetivo de maximizar a segurança e capacidade de controle do usuário. Os resultados mostrados neste trabalho evidenciam uma nova forma de tratar o problema, obtendo ganhos significativos com relação ao estado da arte, com baixa complexidade computacional, alta flexibilidade a ambientes e usuários e otimização efetiva de erros, contribuindo para a recuperação da mobilidade dos usuários / Abstract: Human mobility is an extremely valued skill that can be lost due to various reasons, such as spinal cord injuries, strokes, amputations, among others. Technologies developed for the medical areas, such as electroencephalography and electromyography, can be employed in the development of Human-Machine Interfaces (HMI) with the objective of allowing people with severe mobility impairments to communicate and to operate a wide range of equipments. Therefore, these users are allowed to conduct assistive robots allow through a HMI designed according to the user's mobility and cognitive skills. However, these interfaces still present low performance in the correct identification of the intended action by the user, which severely compromise the experience of the user when interacting with external world. In the specific case of assistive mobile robots, a shared control concept was developed in order to compensate the high error rates produced by the HMIs, where the responsibility for the navigation of the mobile robot is shared among the user and an autonomous supervisor system. The mainly approaches shown in literature switch a few modes of specific behavior for individualized situations, such as narrow corridors and obstacle avoidance. This work presents a novel shared control technique, named assistive navigation by vector fields, which does not employ switching modes, avoiding any instabilities and covering the unlimited environment configurations, significantly minimizing the HMI errors, facilitating the user's navigation. The vector fields offer both manual and autonomous navigation, increasing the user's interaction with the environment. In this novel technique, the embedded control system incorporates the HMI command with the robot and environment states, aiming the maximization of user's security and control capabilities. Results shown a novel manner for treating the problem, obtaining substantial gains over the state of art works, with low computational complexity, high flexibility concerning environments and users and effective optimization of errors, contributing for the user's mobility retrieval / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: José Raimundo de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-23T02:36:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_MiltonFelipeSouza_M.pdf: 3219713 bytes, checksum: c54c1e303b8b3f5087f884140423e2a6 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho analisa as possibilidades de arquiteturas de hardware buscando encontrar uma plataforma de desenvolvimento escalável e possível de se adaptar a diferentes estruturas mecânicas de veículos móveis. Esta plataforma deve ainda ter sensores suficientes para permitir comportamentos autônomos ao veículo. Para isto, de forma a entender melhor o conceito de autonomia, primeiramente foram analisadas as capacidades mentais humanas. Das capacidades estudadas foram escolhidas as capacidades de sensação, percepção, orientação e cognição como capacidades relacionadas ao hardware quando implantadas em veículos móveis artificialmente. Em seguida cada uma destas quatro capacidades mentais foi analisada a fundo buscando métodos e sistemas para solucionar estes problemas. Foram analisadas também as possibilidades de topologias em rede de forma a conectar os módulos individuais e propostos critérios de escolha dos módulos e topologias do sistema. Após todas estas análises exaustivas, onde somente as partes mais importantes foram incluídas neste trabalho, foi escolhida a topologia de barramento serial com arbitração em hardware para permitir modularidade, escalabilidade e confiabilidade. Como barramento elétrico foi escolhido o barramento CAN (Controller Area Network) que juntamente com diversos módulos especificados neste trabalho resultam na plataforma que foi chamada "Sistema Autônomo Completo". Com base neste sistema, foram propostos como resultados duas simplificações: uma baseada em veículos que operam no solo (bidimensional) e outra para veículos que operam em ambientes tridimensionais como o ar ou a água. Buscando um enfoque educacional foi proposta uma sequência de implantação do sistema autônomo completo e alguns estudos de casos estão apresentados. Com este trabalho foi possível estruturar e criar uma sequência de desenvolvimento de um veículo móvel robótico em fases que podem ser facilmente seguidas por escolas ou empresas / Abstract: This work analyzes hardware architectures of embedded systems, searching for a development platform of mobile robots. This platform must be scalable and easily adaptable to several types of mechanical designs of mobile vehicles. And it must have enough sensors in order to reach autonomous performance. For better understanding concepts of autonomy, the human brain capacities were studied. From the studied capacities, sensation, perception, representation and orientation were chosen. These four capacities were chosen as related with hardware implementations if artificially designed for mobile vehicles. Network topologies for connecting modules of independent methods for the artificial brain capabilities mentioned were also analyzed. For choosing the best proposal, some criteria were defined for the modules and system topologies. After this analysis, where only the most important parts were included, a topology was chosen. The chosen topology is the serial bus with hardware arbitration. The chosen electrical bus was the CANbus, which together with the other modules specified in this work resulted in the platform called "Full Autonomous Vehicle". Based on this system platform, simplifications were proposed: one focused on vehicles with two-dimensional movements, and other focused on vehicles with three-dimensional movements. Searching for an educational point-of-view, an implementation sequence was proposed for the full autonomous vehicle and some cases were studied. With this work was possible to organize and create a development sequence of a robotic mobile vehicle divided by phases. These phases can be easily followed by schools and companies / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Júnior / Tese (doutorado) ¿ Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T05:30:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_CleudianeSoares_D.pdf: 7841295 bytes, checksum: d8155a33f6d6f937b47fa5f75c225efe (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Sistemas automatizados vêm sendo desenvolvidos e empregados a fim de melhorar a qualidade de medição, minimizar custo e o tempo empregados nas inspeções industriais. Este trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema automatizado para medições de tensões utilizando ultrassom. Nele estão detalhadas as características técnicas, os componentes necessários, as vantagens e as dificuldades do sistema. Tal sistema permite a avaliação do componente com tempo reduzido, baixo custo e confiabilidade. A metodologia proposta utiliza o efeito acustoelástico com ondas longitudinais criticamente refratadas (Lcr) para determinar a tensão no material. Foi projetado e construído o protótipo de um robô capaz de permitir rapidez e objetividade ao processo de medição, além de se adaptar a diâmetro de dutos, em uma ampla faixa. Os resultados obtidos para o tempo de percurso das ondas Lcr foram comparados com outros métodos de obtenção da tensão: analítico teórico, método de elementos finitos, extensometria e calculado usando o tempo de percurso das ondas Lcr. Os resultados finais da tese mostram que o dispositivo automatizado pode ser empregado na avaliação de tensões em dutos petrolíferos, atingindo o objetivo principal do trabalho, representando um avanço e contribuindo para o aprimoramento das técnicas de inspeção e monitoramento da saúde estrutural de componentes / Abstract: Automated systems have been developed and used to improve the measurement quality, minimizing cost and time employed in industrial inspection. This thesis describes the development of an automated system for measuring stress using ultrasound. The technical features and the necessary components of the system are detailed, as well its advantages and difficulties of implementation. Such a system allows the evaluation of the component with short time, low cost and reliability. The proposed methodology uses the acoustoelastic effect with critically refracted longitudinal waves (Lcr) to determine the stress in the material. It was designed and built a prototype robot that can provide speed and objectivity to the measurement process and adaptation to a wide range of duct diameters. The results for the travel time of the Lcr waves were compared with other methods of obtaining the stress: analytical theory, finite element method, strain gages and calculated using the travel time of the Lcr waves. The final results of the thesis show that the device can be used in automated assessment of stress in oil pipelines, reaching the main objective, representing a breakthrough and contributing to the improvement of technical inspection and health monitoring of structural components / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutora em Engenharia Mecânica

Orientador: Eleri Cardozo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-23T13:04:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Feliciano_GuilhermedeOliveira_M.pdf: 2077722 bytes, checksum: 5dd4458ac834821b2bacb4160ad55aee (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The Abstract is available with the full electronic document / Mestrado / Engenharia de Computação / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Paulo Augusto Valente Ferreira, Samuel Siqueira Bueno / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-23T20:27:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_RenatoJose_M.pdf: 2887206 bytes, checksum: cfdb6978d48e6f68b3ae81fad838d7ed (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Esta dissertação tem como escopo o tema de localização de um veículo terrestre que evolui em ambiente externo. O trabalho consiste no desenvolvimento de técnicas de percepção sensorial capazes de fornecer estimativas de pose (posição e orientação), aspecto fundamental para toda tarefa de navegação robótica. Sucintamente, os enfoques abordados utilizam-se de diferentes classes de sensores como encoders, lasers, GPS e suas combinações, de maneira a minimizar as incertezas intrínsecas de cada sensor. A principal contribuição do trabalho está em uma nova formulação de odometria por otimização, bem como suas extensões para a estimação concomitante de polarizações. É apresentado também um esquema de estimação determinística de poses em batelada no contexto da fusão odometria-GPS, além da definição de mapeamentos por funções suaves que viabilizam o uso de medidas de orientação descontínuas. As metodologias são formuladas, avaliadas em simulação e validadas experimentalmente com a plataforma robótica do projeto VERO (Veículo Robótico de Exterior) do CTI Renato Archer / Abstract: This dissertation addresses the problem of localizing a ground vehicle that navigates in an outdoor environment. The work consists in the development of sensorial perception and odometry techniques capable of furnishing pose estimates (position and attitude), a fundamental aspect of any robotic navigation task. In short, we focus on exploring different sensor classes, such as encoders, lasers, GPSs, and their combinations, in order to minimize the intrinsic uncertainties of each sensor. The main contribution of the work is a new odometry formulation and its extension for simultaneous bias estimation. We also present a deterministic batch estimation framework for the odometry-GPS fusion, as well as the definition of mappings by smooth functions of the orientation state component that allow the use of discontinuous heading measures. Methodologies are formulated, analysed in simulation and experimentaly validated using the VERO ("VEículo RObótico de Exterior", in Portuguese) robotic platform / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: João Maurício Rosário / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-18T23:31:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 UribeQuevedo_AlvaroJoffre_D.pdf: 5699887 bytes, checksum: 23d16c57af099708603714932e6a2431 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho propõe o desenvolvimento de um dispositivo para membro inferior de baixo custo e aberto, integrado a um ambiente virtual como ferramentas para complementar o processo de reabilitação. As pesquisas realizadas na área da movimentação assistida para pessoas utilizando robôs e na área da realidade virtual têm permitido grandes avanços no desenvolvimento de hardware e software, resultando em ferramentas de alto impacto social nos processos de terapia. O desenvolvimento do dispositivo proposto está fundamentado no estudo de conceitos biomecânicos, cinemáticos e dinâmicos que permitam a assistência de movimentação proporcionando um ambiente seguro, controlado, supervisionado e com monitoramento do usuário. A metodologia proposta para atingir o desenvolvimento desse sistema, toma como fundamento a análise biomecânica do membro inferior humano e suas relações antropométricas para assim propor a solução para o problema cinemático e de geração das trajetórias com a finalidade de definir o modelo mecatrônico que responda de acordo com movimentos padronizados do membro inferior. A partir desta informação, o modelo dinâmico permite dimensionar o sistema mecânico e de acionamento para aperfeiçoar o projeto mecatrônico. Para o desenvolvimento do ambiente virtual e fornecer uma experiência interativa do tipo perambulador foram utilizadas interfaces 3D para usuário. Para capturar os movimentos de rotação, aceleração e posição de membro inferior, uma destas interfaces utiliza acelerômetros, enquanto a outra utiliza processamento de imagens com a finalidade de permitir ao usuário avançar no ambiente virtual utilizando os movimentos do membro inferior, que ao mesmo tempo permitam teleoperar o protótipo do dispositivo para membro inferior com deficiência parcial desenvolvido / Abstract: This work proposes the development of a low cost open architecture lower member assisting device, integrated to a virtual environment as tools for complementing rehabilitation. Research done in the robotic assisting motion field and virtual reality in rehabilitation have led to the development of related hardware and software, resulting in the development of highly social impact solutions in therapy processes. The development of the proposed device takes as foundation the study of the lower member biomechanics, kinematics and dynamics that allow the development of the proposed solution for its application in assisting motion while offering a secure and monitored environment for the user. The followed methodology for developing the proposed system is based on the lower member biomechanics analysis through its anthropometric relations for solving the kinematics problem along with the motion generation. These analyses allow defining a suitable mechatronics design for assisting the lower member motions which is optimized using the dynamic model for tuning the actuation and mechanical systems. For the development of the virtual environment and to offer a perambulador interaction, two different 3D user interfaces were used, one using accelerometers for collecting the user data, and the other one using depth maps. The acquired motion information allows the user to interact with the virtual environment through its lower member motions thus, encouraging him to execute sequences while navigating the virtual world, while teleoperating the lower member with partial impairment developed device / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Eurípedes Guilherme de Oliveira Nóbrega / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T08:14:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Diniz_WendellFioravantedaSilva_M.pdf: 9463256 bytes, checksum: 22904c4d85179e589b6a43dd655dc3ca (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Desde o início da História e particularmente da Revolução Industrial, o homem tem buscado substituir ou complementar sua força de trabalho com dispositivos e máquinas capazes de ampliar a capacidade produtiva ou resolver tarefas para as quais o emprego de força humana não é satisfatório ou é perigoso. Esta necessidade impulsionou, no último século, o desenvolvimento de dispositivos robóticos, que foram se tornando cada vez mais complexos, à medida que a tecnologia avançava. No entanto, quanto mais complexos, mais difícil se torna sua operação. Reduzir a complexidade de operação destes dispositivos sem comprometer sua eficácia é um objetivo desejável e que tem impulsionado significativos esforços de pesquisa ultimamente. Neste trabalho, estudam-se duas tecnologias diferentes que podem ser aplicadas de forma complementar para tornar a operação de dispositivos robóticos mais simplificada. A área de Interfaces Naturais estuda a criação de mecanismos de operação baseados nas formas naturais de interação entre os seres humanos e os computadores, como gestos e fala, visando diminuir a curva de aprendizado para a operação de sistemas complexos, tornando esta uma tarefa intuitiva. A Realidade Aumentada tem entre seus objetivos ampliar o conhecimento sobre uma certa situação ao apresentar a um usuário informações adicionais fornecidas por instrumentação. Para isso, faz uso de técnicas de Computação Gráfica. Também permite criar situações simuladas para avaliar o comportamento de sistemas, ou treinamento para a operação destes sistemas de maneira virtual. Neste trabalho, montou-se um experimento em que um braço robótico será acionado de forma natural, através de gestos do usuário, em um ambiente de Realidade Aumentada. Como transdutor para a captura do movimento do usuário, foi o usado o sensor Kinect¿, que é um equipamento disponível comercialmente com custo relativamente baixo. Foi desenvolvida uma arquitetura que permite o acionamento da plataforma robótica de forma remota, através de comunicação em rede / Abstract: Since the beginning of History and particularly of the Industrial Revolution, human beings have sought to replace or supplement their workforce with devices and machines, in order to expand their productive capacity or to solve tasks for which the use of human power is not satisfactory or it is dangerous. This need pushed the development of robotic devices in the last century, which have become increasingly complex as technology advances. However, the more complex it is, more difficult its operation becomes. Reducing these devices operational complexity without compromising its effectiveness is a desirable goal that has driven significant research efforts lately. In this work, two different technologies are studied which can be applied in a complementary way to simplify robotic operation. The area of Natural Interfaces studies the creation of software mechanisms, based on natural forms of interaction between humans and computers, such as gestures and speech, in order to reduce the learning curve for the operation of complex systems, making it more intuitive. Augmented Reality has among its objectives to expand the knowledge about certain situations, presenting to the user additional instrumentation provided information. To accomplish this objective, Augmented Reality makes use of Computer Graphics techniques. It also allows the creation of simulated scenarios to evaluate the behavior of systems, or for virtually training the operators of these systems. In this work, an experiment was set up in which a robotic arm is activated through user gestures in an Augmented Reality environment. As a low cost commercially available equipment, the Kinect¿ sensor is adopted to capture the user's movement. An architecture was developed and tested with auspicious results, implementing the proposed natural interface to interpret the human gestures and to provoke the respective remote activation of the robotic platform through network communication / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Alvaro Geraldo Badan Palhares, Marconi Kolm Madrid / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-01T07:48:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cerqueira_JesdeJesusFiais_D.pdf: 2269581 bytes, checksum: ddb0c9b18b513ff1d3095a8d61d0e51d (MD5) Previous issue date: 2001 / Doutorado

Orientadores : Marconi K. Madrid, J. Reginaldo H. Carvalho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-02T00:47:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SilveiraFilho_GeraldoFigueiredoda_M.pdf: 8023500 bytes, checksum: 11850839474e305545cbb0b28afbce55 (MD5) Previous issue date: 2002 / Mestrado

Orientador: Mauro Sergio Miskulin / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-02T19:28:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Chella_MarcoTulio_M.pdf: 19076426 bytes, checksum: de9042b546fb9da5e7bd6350422ccac6 (MD5) Previous issue date: 2002 / Mestrado