Determinadas peças cilíndricas internas exigem inspeção via súbito por dificuldades inerentes à peça ou de acesso a essas dimensões. O trabalho com esse tipo de instrumento exige operador especializado e em geral são medições demoradas e com alto nível de incerteza potencializada quando se trata de produção de médios e grandes lotes. Sabe-se que a medição acurada com baixos níveis de incerteza associada a tempos econômicos de inspeção são decisivos para o aumento da qualidade e produtividade da empresa, já que o conhecimento das dimensões é essencial para assegurar, que os componentes produzidos através dos diversos processos de manufatura estejam dentro das especificações. Este trabalho tem por objetivo apresentar o desenvolvimento de um sistema automatizado para a medição de diâmetros internos que simule a medição via comparador de diâmetros. Um robô industrial foi empregado como manipulador de transdutores de deslocamento do tipo LVDT e, substitui o operador humano. Para a realização das medidas, foi desenvolvido um programa computacional em linguagem Delphi, o que proporcionou a comunicação entre o microcomputador, LVDT e o sistema de controle do robô através de uma placa de aquisição do tipo AD/DA. Os valores medidos foram comparados com padrões metrológicos pertinentes. Os resultados foram efetivos e comprovaram a eficácia do sistema de medição proposto tanto técnica como economicamente. / Certain internal cylindrical surfaces require diameter inspection by means of bore gauges due to either shape-inherent difficulties or poor access to the measuring point. Measurements with such instruments, which call for skilled operator, are generally long and may present high uncertainty levels when inspecting mid-size or large part batches. Accurate measurements with low associated uncertainty and cost-effective inspection time are decisive to quality and productivity improvement, since dimensional information is essential to ensure that parts produced by several manufacturing processes lie within specifications. This work aims to present the development of an automated and dedicated diameter measuring system that simulates bore gauge inspection. An industrial robot, which was employed to manipulate inductive type displacement probes, replaces the human operator. In order to achieve measurements, a Delphi language object-oriented algorithm was developed to provide communication among displacement probes, a microcomputer and the robot control system, by means of an AD/DA acquisition board. Measured values were compared to pertinent metrological standards. The results were consistent and demonstrated the efficiency of the proposed measuring system, both technically and economically.

Tese de mestrado. Engenharia Eletrotécnica e Computadores. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

A Robótica tem avançando significativamente nas últimas décadas, chegando a apresentar produtos comerciais, como robôs aspiradores de pó e quadricópteros. Com a integração cada vez maior de robôs em nossa sociedade, mostra-se necessário o desenvolvimento de métodos de interação entre pessoas e robôs para gerenciar o convívio e trabalho mútuo. Existem alguns trabalhos na literatura que consideram o posicionamento socialmente aceitável de um robô, acompanhando um indivíduo, mas não consideram o caso de uma equipe de robôs navegando com uma pessoa considerando aspectos de proxêmica. Nesta tese, são propostas várias estratégias de acompanhamento de um humano por um time de robôs social, que são bioinspiradas por serem baseadas em técnicas de inteligencia coletiva e comportamento social. Experimentos simulados são apresentados visando comparar as técnicas propostas em diversos cenários, destacando-se as vantagens e desvantagens de cada uma delas. Experimentos reais permitiram uma análise da percepção das pessoas em interagir com um ou mais robôs, demonstrando que nenhuma diferença na impressão dos indivíduos foi encontrada. / The field of Robotics have been advancing significantly on the last few decades, presenting commercial products like vacuum cleaning robots and autonomous quadcopter drones. With the increasing presence of robots in our routine, it is necessary to develop human-robot interaction schemes to manage their relationship. Works that deal with a single robot doing a socially acceptable human following behavior are available, but do not consider cases where a robot team walks with a human In this thesis, it is presented a solution for social navigation between a human and a robot team combining socially aware human following techniques with a multirobot escorting method, generating four bioinspired navigation strategies based on collective intelligence and social behavior. Experiments comparing these four strategies on a simulated environment in various scenarios highlighted advantages and disadvantages of each strategy. Moreover, an experiment with real robots was made to investigate the difference on perception of people when interacting with one or three robots, and no difference was found.

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2940644 bytes, checksum: 1b1c6c2e9969d935855932e2f2a1e436 (MD5) Previous issue date: 2013-12-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a development and implementation of control adaptive techniques for a planar manipulator robot with two degrees of freedom, formed a rotational and a prismatic link. The rotational link is made up of a branch long U-shaped aluminum activated by a motor-reducer DC, its angular position is sensed by a ten turn potentiometer. The prismatic link is a double-acting pneumatic cylinder with a single rod fixed inside the branch U-shaped being triggered by an electropneumatic proportional valve, where linear position is given by a potentiometric ruler. Using the recursive least squares (RLS) estimator is obtained the mathematic model that represents each robot link so as uncoupled, then is designed and implemented an adaptive controller Proportional Derivative (PD-control) by pole placement to obtain the positions of the robot manipulator links. The experimental results are presented, as well as evaluation of the system response under the action of controllers implemented / Este trabalho apresenta o desenvolvimento e implementação de técnicas de controle adaptativo para um robô manipulador de dois graus de liberdade planar formado por um elo rotacional e outro prismático. O elo rotacional é composto por um ramo extenso em formato de U em alumínio acionado por um moto-redutor de corrente contínua, cujo sensoriamento da sua posição angular é realizado por um potenciômetro de dez voltas. O elo prismático é um cilindro pneumático de dupla ação com haste simples fixada na parte interna do ramo em U sendo acionado por uma válvula eletropneumática proporcional, onde sua posição linear é dada através de uma régua potenciométrica. Através do estimador dos mínimos quadrados recursivos (MQR) é obtido o modelo matemático representativo para cada elo do robô de forma desacoplada e em seguida é projetado e implementado um controlador adaptativo proporcional derivativo (PD) via alocação de polos para obter o controle de posição dos elos do robô manipulador. Os resultados experimentais são apresentados, assim como a avaliação da resposta do sistema sob a ação dos controladores implementados

A análise da marcha humana é um dos principais recursos que podem ser utilizados no estudo e tratamento de patologias que envolvem o aparelho locomotor. O presente trabalho visa o projeto e a construção de um robô bípede antropomórfico para ser, juntamente com um laboratório de marcha, uma ferramenta de auxílio aos profissionais da saúde na análise da marcha humana. O robô construído é capaz de reproduzir, de uma forma assistida, padrões de marcha reais, cujos dados são previamente adquiridos por um laboratório de marcha. As características dimensionais e cinemáticas desse robô são semelhantes às de um corpo humano. Dessa forma, a escolha das dimensões dos membros do robô e das faixas de movimentação de suas articulações foi baseada em dados provenientes de corpos humanos. Além disso, para garantir uma semelhança ainda maior com o corpo humano, um mecanismo paralelo foi selecionado para ser o responsável pelos movimentos das articulações do tornozelo e do quadril. Um sistema de sensoriamento barato, baseado em sensores de inclinação e de contato, foi desenvolvido para avaliar a reprodução da marcha humana por parte do robô. Agora, para acionar o robô, servo motores controlados por sinais PWM foram utilizados. Esse trabalho também apresenta o desenvolvimento de um modelo dinâmico tridimensional do robô que considera a sua interação com o solo. / The analysis of the human gait is one of the main resources that can be used in studies and treatment of pathologies which involve the locomotor system. The goal of this research is to design and to build an anthropomorphic biped robot to be used as a tool that could help health professionals to study the human gait. Once built, the robot can reproduce in an assisted way, real gait patterns based on datas that were previously acquired by a gait laboratory. The dimensionals and kinematics traits of this robot are alike to the human body. Therefore the choice of the limb dimensions from the robot and the bustle ranges of its articulations were based on datas originated in human bodies. Beyond this and to guarantee a great similarity to the human body a parallel mechanism was selected to be the responsible for the articulations movements of the ankle and hip. A cheap sensor system based on tilt and contact sensors was developed to evaluate the reproduction of the human gait by the robot. To operate the robot servo-motors controlled by PWM signals were used. This study also presents the development of a three-dimensional dynamic model of the robot that considers its interaction with the ground.

O presente trabalho visa à modelagem e ao controle ótimo de um robô quadrúpede autônomo. Devido a variações na topologia e nos graus de liberdade do robô ao longo do seu movimento, duas abordagens diferentes de modelagem foram consideradas: na primeira, foi considerado o robô com pelo menos duas pernas suportando seu corpo ou plataforma e, na segunda, considerou-se o modelo de uma perna no ar. Em ambos os casos, apresentou-se a solução dos problemas cinemáticos de posição direta e inversa por meio da parametrização de Denavit-Hartenberg. Analisaram-se também os problemas cinemáticos de velocidade e suas singularidades através da Matriz Jacobiana, e ainda obtiveram-se os modelos dinâmicos do sistema utilizando-se o Principio do Trabalho Virtual e o método iterativo de Newton-Euler para a plataforma e as pernas, respectivamente. A partir destes modelos dinâmicos, desenvolveu-se um algoritmo de otimização das perdas de energia elétrica dos motores das juntas. Neste sentido, utilizou-se a estratégia do controle independente por junta. Estratégia esta que, junto com a discretização no tempo do modelo do sistema, permitiu transformar o problema inicial de otimização para cada junta em outro de Programação Quadrática bem mais simples de ser resolvido. Depois de resolver estes problemas, para levar em conta as interações entre as dinâmicas das várias juntas, procedeu-se à busca de um ponto fixo ou mínimo global que caracterizasse a energia total gasta no movimento do sistema. Finalmente, realizada a demonstração e a análise de convergência do algoritmo, este foi testado no controle da andadura (gait) do robô Kamambaré. Como resultado do teste, observou-se o bom desempenho da formulação e a viabilidade de sua implementação em sistemas reais. / The present work aims the modeling and optimal control of an autonomous quadruped robot. Due to variations in the topology and the degree of freedom of the robot during its motion, two different modeling approaches were considered: firstly, the robot was considered with at least two legs supporting its body or platform and, second one, was considered the model of a leg in the air. In both cases, was presented the solution of the direct and inverse kinematic problem of position through the Denavit-Hartenberg parameterization. Were analyzed also, the kinematic problem of speed and the singularities through the Jacobian matrix, and was also obtained the dynamic model of the system using the Principle of Virtual Work or the dAlembert method and the iterative Newton-Euler method for the platform and legs, respectively. From these two dynamic model, were developed an algorithm for optimizing the power losses of the motors that driven the joints. In this sense, was used the strategy of independent control for each joint. Such a strategy, along with the discretization in time of the system model, has helped to change the initial optimization problem for each joint in a Quadratic Programming Problem, more simpler to solve. After solving these problems, and to take into account the interactions between the dynamics of various joints, was proceeded to search for a fixed point or a global minimum that would characterize the total energy spent in moving for the system. Finally, held the demonstration and analysis of convergence of the algorithm was tested in the control of gait of the Kamambaré robot. As a result of the test, we observed the good performance of the formulation and the feasibility of its implementation in real systems.

Há mais de uma década os robôs paralelos têm atraído a atenção das comunidades acadêmica e industrial devido às suas vantagens potenciais sobre as arquiteturas predominantes - as seriais. Dentre estas vantagens, pode-se citar a leveza, as elevadas velocidades e acelerações e a capacidade de carga. A aplicação industrial mais promissora para estas arquiteturas alternativas de robôs são as operações \"pega-e-põe\", necessárias nas indústrias alimentícia, farmacêutica e de componentes eletrônicos. Neste trabalho apresenta-se um robô paralelo, concebido com a finalidade de realizar operações \"pega-e-põe\" no espaço bidimensional (plano). O objetivo principal é a análise dinâmica deste mecanismo, empregando o método de Kane, para a determinação dos torques dos atuadores e das forças de reação, causados pelo efeito dinâmico de sua movimentação, quando a garra esteja sujeita a esforços externos e realizando uma trajetória retilínea ou circular em movimento uniforme ou uniformemente variado. Para tanto, desenvolveu-se nesta dissertação a análise cinemática do robô, um estudo de possíveis trajetórias para a garra, o levantamento do espaço de trabalho, bem como a análise dinâmica correspondente. Incluiu-se também diversas simulações para caracterizar melhor suas propriedades. / For over a decade parallel robots have attracted the interest from academic and industrial communities due to their potential advantages over the predominant serial architecture. Among these advantages are the lighter weight and higher speeds, accelerations, and load capacity. The most promising industrial application for these alternative architectures are the pick-and-place operations, which are needed in food, pharmaceutical and electronics industries. We show here a parallel robot designed to perform pick-and-place operations in two dimensions , i.e., on a plane. The main goal is the dynamical analysis of this mechanism by means of the Kane method. We determine the torques of the actuators and the reaction forces caused by the dynamical effects of its movement, when its end-effector is subject to external load. The cases of uniform and accelerated movements, with either straight or circular trajectory, are considered. Therefore, in this dissertation we present the kinematics analysis of the robot, an analysis of possible end-effector trajectories, the workspace development, and the corresponding dynamical analysis. A few simulations are also included to better describe its properties.

Nesta dissertação é realizado um estudo comparativo entre controladores robustos projetados para sistemas lineares em espaço de estado sujeitos a incertezas paramétricas. O objetivo é resolver problemas de acompanhamento de trajetória de robôs. O estudo é realizado em um robô móvel com tração diferencial e em um quadricóptero. Para tal, é aplicado um Regulador Linear Quadrático Robusto no qual engloba em uma estrutura unificada todos os parâmetros de incerteza de entrada e saída de maneira recursiva, útil em aplicações em tempo real. A fim de demonstrar a eficiência do Regulador Robusto, resultados de simulações e de experimentos são empregados comparando-o com controle Η∞ não linear via teoria dos jogos e com um controle Proporcional-Derivativo mais torque calculado. / This work provides a comparative study between robust controllers for linear statespace systems subject to parametric uncertainties to solve trajectory tracking problems. The study is developed in a mobile robot with differential traction and in a quadricopter. A Robust Linear Quadratic Regulator is applied, which encompasses in a unified framework all input and output uncertain parameters, useful in online applications. In order to show the effectiveness of the robust regulator, simulations and experiments results allow the comparison with nonlinear Η∞ control via game theory and with a Proportional- Derivative control plus computed torque.

Historicamente, o termo robô teve sua origem associada à forma humana e também ao seu comportamento. O ser humano desenvolveu, ao longo de seu processo evolutivo, capacidades mentais superiores como a memória, a linguagem, a vontade, entre outras. Tais faculdades permitem-lhe comparar informações obtidas do ambiente e de seus semelhantes com suas recordações e deliberar ações, ou realizar comunicações por meio de linguagens simbólicas, muitas vezes ambíguas. A área da cooperação robótica concentra estudos sobre a interação entre robôs e tem apresentado soluções para o controle adaptativo que, em sua maioria, dota os agentes robóticos de capacidades reativas a estímulos do ambiente. Porém, quando a interação envolve robô e humano, nota-se que as abordagens publicadas colocam apenas o ser humano no papel deliberativo. Essa solução mostra-se limitada, principalmente quando se busca por novas formas de interação que permitam um sistema robótico colaborar efetivamente com humanos e até tutorar o aprendizado destes. Com intuito de contribuir com a solução desse problema, é proposta e apresentada uma nova abordagem de controle, baseada em arquitetura distribuída e que permite a deliberação de comportamentos cooperativos e colaborativos. Além disso, o novo modelo de arquitetura permite operar multi-agentes distribuídos e, com isso, partes distintas de um robô manipulador. Para se validar a aplicabilidade do modelo, apresenta-se o sistema Scara3D, uma interface gráfica que representa o gerador do ambiente virtual, a camada mais baixa do contexto global da arquitetura. Os testes do ambiente virtual envolveram a tele-operação do robô, e seus resultados comprovam a integração e a comunicação entre os contextos global e local da arquitetura. Para que os agentes robóticos e humanos decidam e deliberem ações durante tarefas colaborativas, eles devem compartilhar um mesmo modelo mental dos elementos envolvidos nesse ambiente. A estratégia adotada consiste da representação por meio de uma linguagem simbólica, restrita e não-ambígua, capaz de ser compreendida por humanos e interpretada por computadores. Nesse sentido, as regras do ambiente colaborativo robô-humano são então definidas e descritas nos termos da L-Forum, uma linguagem para abstração de ambientes colaborativos. Um estudo de caso que envolve a colaboração robô-humano em um jogo da velha é descrito em detalhes, assim como o projeto e o desenvolvimento do hardware e do software que o operam. Os testes realizados descrevem situações que demandam do robô a seleção e a aplicação de regras diferentes, e seus resultados validam o processo de deliberação de comportamentos pelo sistema. Conclui-se, portanto, que o uso de regras colaborativas oferece um nível extra de abstração ao sistema, e o torna mais flexível e adaptável em ambientes compartilhados por seres humanos. / Historically, the term robot was originally associated to the human form and also to his behavior. The human being, during its evolutionary process, has developed high level mental abilities such as memory, language, will, among others. Such features allow him to compare information obtained from the environment and from his peers with their memories and deliberate actions or communications by means of a symbolic language, often ambiguous. The research area of robotics cooperation focuses on the interaction among robots and has presented solutions for the adaptive control that, in most cases, provides the robotic agents with reactive capabilities in response to environmental stimuli. However, when the interaction involves robot and human, the approaches that are available in the literature, assign the deliberative role only to the human. This is a constrained solution, especially when looking for new interaction forms that allow a robotic system to effectively collaborate with humans and to tutor the learning of them. Aiming to contribute to the solution of this problem is proposed and presented a new control approach based on distributed architecture that allows the deliberation of cooperative and collaborative behavior. Moreover, the new architecture model allows the interoperation of distributed multi-agents, and thus, distinct parts of a robot manipulator. The presented Scara3D system is used to validate the applicability of the model. The Scara3D is a graphical interface that represents the generator of the virtual environment, the bottom most layer of the global context of architecture. The tests of virtual environment involved the robot teleoperation, and its results prove the integration and communication between local and global contexts of architecture. For the robotic agents and humans decide and deliberate actions during collaborative tasks, they must share the same mental model of the elements involved in this environment. The adopted strategy consists of representation by means of a symbolic language, restricted and non-ambiguous, understandable by humans and interpretable by computers. In this sense, the rules of human-robot collaborative environment are then defined and described in terms of L-Forum, a language that allows abstracting collaborative environments. A case study involving human-robot cooperation in a tic-tac-toe is described in detail, as well as design and development of hardware and software that operate it. The tests describe situations that require the robot selection and application of different rules, and their results validate the process of behavior deliberation by the system. Therefore it is possible to conclude that the collaborative rules usage provides an extra abstraction level to the system, and makes it more flexible and adaptive in environments shared by humans.