Orientador: Joao Mauricio Rosario / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T16:00:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Passos_WlamirdeAlmeida_M.pdf: 6622683 bytes, checksum: 09020aa002fe289905bdd3821461cf35 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Durante os últimos anos tem ocorrido uma grande evolução tecnológica na área de sistemas embarcados, abrangendo inovações tanto em hardware como em software. Tais inovações permitem o desenvolvimento de novas metodologias de projeto que levem em conta a facilidade de futuras modificações, modernizações e expansões do sistema projetado. Este trabalho apresenta um estudo de novas ferramentas de projeto para sistemas baseados em lógica reconfigurável. A principal motivação deste trabalho é a apresentação de ferramentas para prototipagem rápida baseadas em computação reconfigurável para implementação de protótipos de sistemas Embarcados. Será abordada a evolução deste tipo de tecnologia bem como os softwares de desenvolvimento disponíveis. Será também abordado um estudo de caso na área de Acionamento e Controle de Sistemas Mecatrônicos bem como a sua implementação e teste utilizando-se a técnica HIL - Hardware In the Loo / Abstract: In the last years, there has been a great technologic evolution in the embedded systems area, covering innovations both in hardware and software. Those innovations allow the development of new project methodologies that considers the facility of future modifications, upgrades and expansions for the system. This work shows a study about new design tools made for systems based on reconfigurable computation. The main motivation of this work is the presentation of tools for fast prototyping based on prototyping seeking the implementation of prototypes of embedded systems. It will be discussed the evolution of this type of technology as well as the available development software. It will be also discussed a case study on mechatronic control system as well as it¿s implementation and tests using Hardware In the Loop (HIL) techniques / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: João Maurício Rosário, Didier Dumur / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia / Made available in DSpace on 2018-08-20T08:06:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LaraMolina_FabianAndres_D.pdf: 6567422 bytes, checksum: 5d5531b99af8de161a3f8f390bcac8cf (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este trabalho visa o desenvolvimento, síntese e aplicação de um controlador baseado em controle preditivo generalizado para rastreamento de trajetórias de robôs paralelos. A finalidade é melhorar o desempenho dinâmico do robô paralelo através do desenvolvimento de controladores avançados que considerem características do robô tais como não-linearidades da dinâmica, incertezas paramétricas e distúrbios externos. Inicialmente é revisada a formulação do modelo dinâmico do robô paralelo que envolve: modelo geométrico, cinemático e dinâmico. À continuação é realizado o projeto dos controladores de posição no espaço das juntas: controladores de torque computado com PID na forma RST, controlador preditivo generalizado e robustificação com os parâmetros de Youla. A seguir, a dinâmica do robô paralelo e os controladores desenvolvidos são simulados no ambiente MATLAB/Simulink. Finalmente, é realizada a implementação experimental e validação dos controladores no robô Orthoglide no laboratório de robótica do IRCCyN, École Centrale de Nantes. O controlador preditivo generalizado robustificado melhora a resposta dinâmica em relação ao controlador de torque computado que tem sido amplamente utilizado nesta classe de robôs. Os resultados obtidos através da implementação experimental da lei de controle preditiva robustificada no robô Orthoglide e testes experimentais indicam que o desempenho dinâmico do robô é melhorado em termos das seguintes caraterísticas: precisão no rastreamento de trajetórias típicas para usinagem no espaço de trabalho, estas trajetórias são executadas com diferentes acelerações máximas; robustez a variação dos parâmetros do robô tais como mudança da carga na plataforma móvel, obtendo desta forma uma melhor regulação; e finalmente, atenuação do efeito do ruído de medição nos sensores no sinal de controle dos atuadores durante a execução de um movimento. Os resultados experimentais mostraram que o controlador preditivo generalizado robustificado aplicado no robô Orthoglide é eficiente frente as incertezas paramétricas e restrições no domínio do tempo, melhorando assim o desempenho dinâmico do robô com um custo computacional equivalente ao controle de torque computado / Abstract: This thesis addresses the development and application of a controller based on generalized predictive control to track a desired trajectory using parallel robots. The main purpose of this thesis is to improve the dynamical behavior with an advanced controller which considers the proper characteristics of the parallel robot such as no linear dynamics, parameters uncertainties and external disturbances. This work is divided into four parts. A first part formulates the complete dynamical model of the parallel robot, considering the geometrical, kinematic and dynamic modelling. Then, the joint space control is performed for the parallel robot using the computed torque controller in the RST form and the robustified generalized predictive control via Youla parameterization. A third part shows the simulation of the dynamic of the robot with the controllers in MATLAB/Simulink to establish a comparison between controllers. Finally, the controllers are implemented in the prototype and some experiments are performed on the Orthoglide robot at the laboratory of robotics, IRCCyN, Ecole Centrale de Nantes to assess the dynamic performance of the controllers. The experimental results show that the robustification of the generalized predictive control against parametric uncertainties including time domain constraints improves the dynamical behavior of the parallel robots. The experimental results shows that the the robustified generalized predictive control enhances the dynamic performance of is in terms of: tracking accuracy of trajectories used in milling process; robustness to parameters variation such as payload changing (on the end effector), therefore, a better regulation is obtained; and finally, attenuation of noise due to sensor measurement in control. Additionally, the robustification of the generalized predictive control applied on the Orthoglide robot improves the dynamical behavior compared to controllers widely used in parallel robots such as computed torque control with and equivalent computational cost / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

[pt] Robótica coletiva de enxame é uma abordagem para o controle de sistemas robóticos multi-agentes baseada em insetos sociais e outros sistemas naturais que apresentam características de auto-organização e emergência, com aplicações disruptivas em robótica e inúmeras possibilidades de expansão em outras áreas. Porém, sendo um campo relativamente novo existem poucas plataformas experimentais para seu estudo, e as existentes são, em sua maioria, especialmente desenvolvidas para tarefas e algoritmos específicos. Uma plataforma de estudos genérica para o estudo de sistemas robóticos coletivos é, por si só, uma tarefa tecnológica não trivial além de ser um recurso valioso para um centro de pesquisas interessado em realizar experimentos no assunto. Neste trabalho dois importantes algoritmos de controle colaborativo multi-robôs foram estudados: busca do melhor caminho e transporte coletivo. Uma análise completa dos mecanismos biológicos, dos modelos lógicos e do desenvolvimento dos algoritmos é apresentada. Para realizar os experimentos uma plataforma genérica foi desenvolvida baseada nos robôs móveis “iRobot Create”. Sensores virtuais são implementados em através de um sistema de visão computacional combinado com um simulador em tempo real. O sistema de sensores virtuais permite a incorporação de sensores ideais no sistema experimental, incluindo modelos mais complexos de sensores reais, incluindo a possibilidade da adição de ruído simulador nas leituras. Esta abordagem permite também a utilização de sensores para detecção de objetos virtuais, criados pelo simulador, como paredes virtuais e feromônios virtuais. Cada robô possui um sistema eletrônico embarcado especialmente desenvolvido baseado em micro controlador ARM. A eletrônica adicionada é responsável por receber as leituras dos sensores virtuais através de um link de radio em um protocolo customizado e calcular, localmente, o comportamento do robô. Os algoritmos são implementados na linguagem de alto nível Lua. Mesmo com as leituras dos sensores virtuais sendo transmitidas de um sistema centralizado é importante ressaltar que todo o algoritmo de inteligência é executado localmente por cada agente. As versões modificadas e adaptadas dos algoritmos estudados na plataforma com sensores virtuais foram analisadas, juntamente com suas limitações, e se mostraram compatíveis com os resultados esperados e acessíveis na literatura que utiliza sistemas experimentais mais específicos e mais dispendiosos. Portanto a plataforma desenvolvida se mostra capaz como ferramenta para experimentos em controle de sistemas robóticos multi-agentes com baixo custo de implementação, além da inclusão, através do mecanismo de sensores virtuais, de sensores ainda em desenvolvimento ou comercialmente indisponíveis. / [en] Swarm robotics is an approach to multi-robot control based on social insects and other natural systems, which shows self-organization and emergent characteristics, with disruptive applications on robotics and possibilities in a variety of areas. But, being a relatively new field of research, there are few experimental platforms to its study, and most of them are crafted for very specific tasks and algorithms. A general study platform of swarm robotics, by itself, is a non-trivial technological deed and also a very valuable asset to a research center willing to run experiments on the topic. In this work, two important algorithms in multi-robot collaborative control strategies are studied: path finding and collective transport. A complete analysis of the biological mechanisms, models and computer abstractions that resulted in the development of those algorithms is shown. To perform the multi-robot experiments, several “iRobot Create” mobile robots are employed. Virtual sensors and virtual walls are implemented in real time in the experimental system through cameras and especially developed computer vision software. Virtual sensors allow the incorporation of ideal sensors in the experimental system, including complete models of real sensors, with the possibility of adding virtual noise to the measurements. This approach also allows the use of sensors to detect virtually created objects, such as virtual walls or virtual pheromones. Each physical robot has a customized embedded system, based on the ARM microprocessor, which receives the virtual sensors readings through a radio link in an also customized protocol. The behavior of each autonomous agent is locally calculated using the high-level programming language Lua. Even though the virtual sensor readings are transmitted from an external centralized computer system, all behaviors are locally and independently calculated by each agent. The adaptations of the studied algorithms to the platform with virtual sensors are analyzed, along with its limitations. It is shown that the experimental results using virtual sensors are coherent with results from the literature using very specialized and expensive robot/sensor setups. Therefore, the developed platform is able to experimentally study new control strategies and swarm algorithms with a low setup cost, including the possibility of virtually incorporating sensors that are still under development or not yet commercially available.

[pt] Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um controle híbrido de um robô do tipo humanoide Atlas em regime de locomoção estática para a frente. Nos experimentos faz-se uso do ambiente de simulação Gazebo, que permite uma modelagem precisa do robô. O sistema desenvolvido é composto pela modelagem da mecânica do robô, incluindo as equações da dinâmica que permitem o controle das juntas por torque computado, e pela determinação das posições que as juntas devem assumir. Isto é realizado por agentes que utilizam o algoritmo de aprendizado por reforço Q-Learning aproximado para planejar a locomoção do robô. A definição do espaço de estados, que compõe cada agente, difere da cartesiana tradicional e é baseada no conceito de pontos cardeais para estabelecer as direções a serem seguidas até o objetivo e para evitar obstáculos. Esta definição permite o uso de um ambiente simulado reduzido para treinamento, fornecendo aos agentes um conhecimento prévio à aplicação no ambiente real e facilitando, em consequência, a convergência para uma ação dita ótima em poucas iterações. Utilizam-se, no total, três agentes: um para controlar o deslocamento do centro de massa enquanto as duas pernas estão apoiadas ao chão, e outros dois para manter o centro de massa dentro de uma área de tolerância de cada um dos pés na situação em que o robô estiver apoiado com apenas um dos pés no chão. O controle híbrido foi também concebido para reduzir as chances de queda do robô durante a caminhada mediante o uso de uma série de restrições, tanto pelo aprendizado por reforço como pelo modelo da cinemática do robô. A abordagem proposta permite um treinamento eficiente em poucas iterações, produz bons resultados e assegura a integridade do robô. / [en] This dissertation presents the development of a hybrid control for an Atlas humanoid robot moving forward in a static locomotion regime. The Gazebo simulation environment used in the experiments allows a precise modeling of the robot. The developed system consists of the robot mechanics modeling, including dynamical equations that allow the control of joints by computed-torque and the determination of positions the joints should take. This is accomplished by agents that make use of the approximate Q-Learning reinforcement learning algorithm to plan the robot s locomotion. The definition of the state space that makes up each agent differs from the traditional cartesian one and is based on the concept of cardinal points to establish the directions to be followed to the goal and avoid obstacles. This allows the use of a reduced simulated environment for training, providing the agents with prior knowledge to the application in a real environment and facilitating, as a result, convergence to a so-called optimal action in few iterations. Three agents are used: one to control the center of mass displacement when the two legs are poised on the floor and other two for keeping the center of mass within a tolerance range of each of the legs when only one foot is on the ground. In order to reduce the chance of the robot falling down while walking the hybrid control employs a number of constraints, both in the reinforcement learning part and in the robot kinematics model. The proposed approach allows an effective training in few iterations, achieves good results and ensures the integrity of the robot.

[pt] Ao mesmo tempo em que a autonomia de robôs pessoais e domésticos aumenta, cresce a necessidade de interação dos mesmos com o ambiente. A interação mais básica de um robô com o ambiente é feita pela percepção deste e sua navegação. Para uma série de aplicações não é prático prover modelos geométricos válidos do ambiente a um robô antes de seu uso. O robô necessita, então, criar estes modelos enquanto se movimenta e percebe o meio em que está inserido através de sensores. Ao mesmo tempo é necessário minimizar a complexidade requerida quanto a hardware e sensores utilizados. No presente trabalho, um algoritmo iterativo baseado em entropia é proposto para planejar uma estratégia de exploração visual, permitindo a construção eficaz de um modelo em grafo do ambiente. O algoritmo se baseia na determinação da informação presente em sub-regiões de uma imagem panorâmica 2-D da localização atual do robô obtida com uma câmera fixa sobre o mesmo. Utilizando a métrica de entropia baseada na Teoria da Informação de Shannon, o algoritmo determina nós potenciais para os quais deve se prosseguir a exploração. Através de procedimento de Visual Tracking, em conjunto com a técnica SIFT (Scale Invariant Feature Transform), o algoritmo auxilia a navegação do robô para cada nó novo, onde o processo é repetido. Um procedimento baseado em transformações invariáveis a determinadas variações espaciais (desenvolvidas a partir de Fourier e Mellin) é utilizado para auxiliar o processo de guiar o robô para nós já conhecidos. Também é proposto um método baseado na técnica SIFT. Os processos relativos à obtenção de imagens, avaliação, criação do grafo, e prosseguimento dos passos citados continua até que o robô tenha mapeado o ambiente com nível pré-especificado de detalhes. O conjunto de nós e imagens obtidos são combinados de modo a se criar um modelo em grafo do ambiente. Seguindo os caminhos, nó a nó, um robô pode navegar pelo ambiente já explorado. O método é particularmente adequado para ambientes planos. As componentes do algoritmo proposto foram desenvolvidas e testadas no presente trabalho. Resultados experimentais mostrando a eficácia dos métodos propostos são apresentados. / [en] As the autonomy of personal service robotic systems increases so has their need to interact with their environment. The most basic interaction a robotic agent may have with its environment is to sense and navigate through it. For many applications it is not usually practical to provide robots in advance with valid geometric models of their environment. The robot will need to create these models by moving around and sensing the environment, while minimizing the complexity of the required sensing hardware. This work proposes an entropy-based iterative algorithm to plan the robot´s visual exploration strategy, enabling it to most efficiently build a graph model of its environment. The algorithm is based on determining the information present in sub-regions of a 2- D panoramic image of the environment from the robot´s current location using a single camera fixed on the mobile robot. Using a metric based on Shannon s information theory, the algorithm determines potential locations of nodes from which to further image the environment. Using a Visual Tracking process based on SIFT (Scale Invariant Feature Transform), the algorithm helps navigate the robot to each new node, where the imaging process is repeated. An invariant transform (based on Fourier and Mellin) and tracking process is used to guide the robot back to a previous node. Also, an SIFT based method is proposed to accomplish such task. This imaging, evaluation, branching and retracing its steps continues until the robot has mapped the environment to a pre-specified level of detail. The set of nodes and the images taken at each node are combined into a graph to model the environment. By tracing its path from node to node, a service robot can navigate around its environment. This method is particularly well suited for flat-floored environments. The components of the proposed algorithm were developed and tested. Experimental results show the effectiveness of the proposed methods.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-08-30Bitstream added on 2014-06-13T20:47:24Z : No. of bitstreams: 1 ribeiro_jms_me_ilha.pdf: 1485185 bytes, checksum: 5ab0628a95f1aed7502862f70ee550ce (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta três novas estratégias de controle discreto. O enfoque principal do trabalho foi dado ao Controle Discreto com Modos Deslizantes (CDMD) aplicados em sistemas que possuem atraso no processamento do sinal de controle. As novas estratégias de controle objetivam a elaboração de leis de fácil implementação prática e que ao mesmo tempo sejam robustas a incertezas da planta. Uma característica destas novas abordagens para controle discreto com atraso no tempo é a utilização de um Controle com Modos Deslizantes sem a necessidade de predição do sinal de controle. Os métodos de projeto propostos podem ser aplicados no controle de plantas estáveis ou instáveis com atraso no sinal de controle. Uma das estratégias foi elaborada para realizar controle apenas em sistemas discretos que não possuem atraso no sinal de controle, enquanto que as demais são utilizadas para controle em sistemas com atraso. São apresentadas simulações e resultados de implementações práticas, sobre uma planta estável de Controle Automático da Geração (CAG) e sobre um Sistema Pêndulo Invertido, que caracteriza bem uma planta instável. Os resultados comprovam a eficácia dos novos controladores. / This work presents three new strategies of discrete-time control. The main focus of the work was given to the Sliding Mode Control (SMC) applied in systems that present delay in the processing of the control sign. The new control strategies provide laws of control of easy practical implementation and that at the same time are robust to uncertainties of the plant. A characteristic of these new approaches, for discrete-time control with delay-time, is the use of a Sliding Mode Control without the need of prediction of the control signal. The proposed design methods can be applied in the control of stable or unstable plants, with delay in the control signal. One of the strategies was elaborated to accomplish control just in discrete-time system without delay-time in the control sign, while the others are used for control in systems with delay-time. Simulations and experimental results are shown on a stable plant of Automatic Generation Control (AGC) and on Inverted Pendulum System, that is an unstable plant. The results prove the controllers' effectiveness.

Orientador: Nobuo Oki / Banca: Alexandre Cesar Rodrigues da Silva / Banca: José Raimundo de Oliveira / Resumo: Neste trabalho descreve-se um Software de comando para o acionamento de um braço mecânico do robô SCORBOT ER - III. O software desenvolvido tem a capacidade de controlar e monitorar o robô remotamente em tempo real através da Rede Mundial de Computadores (WWW), utilizando bibliotecas de JAVA como: métodos nativos (JNI - JAVA Native Interface), Invocação de Métodos Remotos (RMI - Remote Method Invocation), Conectividade com Banco de Dados JAVA (JDBC - JAVA Database Connecvity) e JMF (JAVA Media Frameworks) com o Protocolo de Tempo Real - RTP (Real Time Protocol). Para controle do robô, o circuito de controle originalmente desenvolvido pelo fabricante, foi reprojetado utilizando-se o ambiente Max+Plus II da Altera e a conexão entre Robô e o PC é feita através de um dispositivo lógico programável tipo FPGA, que recebe os comandos provenientes da Porta Paralela do PC, o monitoramento através de câmeras digitais do tipo WEBCAM conectadas em uma Porta do tipo USB. / Abstract: This work describes the development of a Software for the control of a mechanical arm type SCORBOT ER - III. This software has the capacity to control and to monitor the robot remotely in real time through the World Wide Web (WWW), using libraries of JAVA as: native methods (JNI-JAVA Native Interface), Invocation of Remote Methods (RMI - Remote Method Invocation), Connecvity with database JAVA (JDBC - JAVA Database Connecvity) and JMF (JAVA Media Frameworks) with the Protocol of Real Time - RTP (Real Time Protocol). The robot control circuit was redesigned using the Altera Max+Plus II environment and the connection between the robot and personal computer was made by the Parallel Port and digital cameras of the type WEBCAM, connected USB port. / Mestre

Orientador: José Paulo Fernandes Garcia / Banca: Marcelo Carvalho M. Teixeira / Banca: Edvaldo Assunção / Banca: Fuad Kassab Junior / Banca: Marco Henrique Terra / Resumo: Este trabalho apresenta três novas estratégias de controle discreto. O enfoque principal do trabalho foi dado ao Controle Discreto com Modos Deslizantes (CDMD) aplicados em sistemas que possuem atraso no processamento do sinal de controle. As novas estratégias de controle objetivam a elaboração de leis de fácil implementação prática e que ao mesmo tempo sejam robustas a incertezas da planta. Uma característica destas novas abordagens para controle discreto com atraso no tempo é a utilização de um Controle com Modos Deslizantes sem a necessidade de predição do sinal de controle. Os métodos de projeto propostos podem ser aplicados no controle de plantas estáveis ou instáveis com atraso no sinal de controle. Uma das estratégias foi elaborada para realizar controle apenas em sistemas discretos que não possuem atraso no sinal de controle, enquanto que as demais são utilizadas para controle em sistemas com atraso. São apresentadas simulações e resultados de implementações práticas, sobre uma planta estável de Controle Automático da Geração (CAG) e sobre um Sistema Pêndulo Invertido, que caracteriza bem uma planta instável. Os resultados comprovam a eficácia dos novos controladores. / Abstract: This work presents three new strategies of discrete-time control. The main focus of the work was given to the Sliding Mode Control (SMC) applied in systems that present delay in the processing of the control sign. The new control strategies provide laws of control of easy practical implementation and that at the same time are robust to uncertainties of the plant. A characteristic of these new approaches, for discrete-time control with delay-time, is the use of a Sliding Mode Control without the need of prediction of the control signal. The proposed design methods can be applied in the control of stable or unstable plants, with delay in the control signal. One of the strategies was elaborated to accomplish control just in discrete-time system without delay-time in the control sign, while the others are used for control in systems with delay-time. Simulations and experimental results are shown on a stable plant of Automatic Generation Control (AGC) and on Inverted Pendulum System, that is an unstable plant. The results prove the controllers' effectiveness. / Doutor

Orientadores: Helder Anibal Hermini, Paulo R. G. Kurka / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-10T05:53:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mendes_EduardoFelippeAguiar_M.pdf: 4299696 bytes, checksum: d73355f383b74bd0e49b3bc2473e5b6b (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho visou o estudo de manipuladores à semelhança do membro superior humano. Após o estudo do membro superior humano e dos robôs antropomórficos disponíveis tanto na industria quanto no meio acadêmico, utilizaram-se teorias de modelagem geométrica, cinemática direta e cinemática inversa para realizar o modelo de um manipulador robótico antropomórfico. A partir desse modelo desenvolveu-se um software em LabVIEW de Cinemática Direta e Cinemática Inversa de operação em tempo real. Com a intenção de verificar os acionadores mais apropriados disponíveis atualmente, um estudo de músculos artificiais se seguiu, onde se observou a maior viabilidade do músculo artificial de SMA ativado eletricamente. Um protótipo de junta acionada por músculos artificiais foi desenvolvido e controlado via computador. Como resultado deste trabalho conclui-se que há ainda muito para ser desenvolvido na área de manipuladores antropomórficos, principalmente no que diz respeito aos músculos artificiais / Abstract: This work sought the study of manipulators to the similarity of the human superior member. After the study of human superior member, and of anthropomorphics robotics available in the industries and in the academic middle, it was used theories of geometric modelling, direct kinematics modelling and inverse kinematics modelling to make the model of a anthropomorphic robotic manipulator. With that model it grew a software in LabVIEW of real time Direct Kinematics and Inverse Kinematics. With the intention of verifying the available most appropriate actuators, a study of artificial muscles was proceeded, where the largest viability of the artificial muscle of SMA activated electrically was observed. A joint prototype actuated by artificial muscles was developed and controlled through computer. As a result of this work it is ended that there is still a lot to be developed in the area of anthropomorphic manipulators, mainly in what it concerns the artificial muscles / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Fernando Jose Von Zuben, Mauricio Fernandes Figueiredo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-06T19:35:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Michelan_Roberto_M.pdf: 4495515 bytes, checksum: aed72feefc89070579190e862ea0f740 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A concepção de sistemas autônomos de navegação para robôs móveis, havendo múltiplos objetivos simultâneos a serem atendidos, como a coleta de lixo com manutenção da integridade, requer a adoção de técnicas refinadas de coordenação de módulos de comportamento elementar. Modelos de redes imunológicas artificiais podem então ser empregados na proposição de um controlador concebido com base em um processo de mapeamento dinâmico. Os anticorpos da rede são responsáveis pelos módulos de comportamento elementar, na forma de regras do tipo <condição>-<ação>, e as conexões são responsáveis pelos mecanismos de estímulo e supressão entre os anticorpos. A rede iniciará uma resposta imunológica sempre que lhe forem apresentados os antígenos. Estes antígenos representam a situação atual capturada pelos sensores do robô. A dinâmica da rede é baseada no nível de concentração dos anticorpos, definida com base na interação dos anticorpos e dos anticorpos com os antígenos. De acordo com o nível de concentração, um anticorpo é escolhido para definir a ação do robô. Um processo evolutivo é então responsável por definir um padrão de conexões para a rede imunológica, a partir de uma população de redes candidatas, capaz de maximizar o atendimento dos objetivos durante a navegação. Resulta então um sistema híbrido que tem a rede imunológica como responsável por introduzir um processo dinâmico de tomada de decisão e tem agora a computação evolutiva como responsável por definir a estrutura da rede. Para que fosse possível avaliar os controladores (redes imunológicas) a cada geração do processo evolutivo, um ambiente virtual foi desenvolvido para simulação computacional, com base nas características do problema de navegação. As redes imunológicas obtidas através do processo evolutivo foram analisadas e testadas em novas situações, apresentando capacidade de coordenação em tarefas simples e complexas. Os experimentos preliminares com um robô real do tipo Khepera II indicaram a eficácia da ferramenta de navegação / Abstract: The design of an autonomous navigation system for mobile robots, with simultaneous objectives to be satisfied, as garbage collection with maintenance of integrity, requires refined coordination mechanisms to deal with modules of elementary behavior. Models of artificial immune networks can then be applied to produce a controller based on dynamic mapping. The antibodies of the immune network are responsible for the modules of elementary behavior, in the form of <condition>-<action> rules, and the connections are responsible for the mechanisms of stimulation and suppression of antibodies. The network will always start an immune response when antigens are presented. These antigens represent the current output of the robot sensors. The network dynamics is based on the levels of antibody concentration, provided by interaction among antibodies, and among antibodies and antigens. Based on its concentration level, an antibody is chosen to define the robot action. An evolutionary process is then used to define the connection pattern of the immune network, from a population of candidate networks, capable of maximizing the objectives during navigation. As a consequence, a hybrid system is conceived, with an immune network implementing a dynamic process of decision-making, and an evolutionary algorithm defining the network structure. To be able to evaluate the controllers (immune networks) at each iteration of the evolutionary process, a virtual environment was developed for computer simulation, based on the characteristics of the navigation problem. The immune networks obtained by evolution were analyzed and tested in new situations and presented coordination capability in simple and complex tasks. The preliminary experiments on a real Khepera II robot indicated the efficacy of the navigation tool / Mestrado / Engenharia de Computação / Mestre em Engenharia Elétrica