Orientador: Norian Marranghello / Banca: Evandro Luís Linhari Rodrigues / Banca: Alexandre César Rodrigues da Silva / Resumo: A utilização de robôs móveis mostra-se importante em atividades onde a atuação do ser humano é difícil ou perigosa. A exploração em locais de difícil acesso, como por exemplo em operações de resgate e em missões espaciais, é uma situação onde robôs móveis são frequentemente utilizados para evitar exposição dos especialistas humanos a situações de riscos. Na agricultura, robôs móveis são utilizados em tarefas de cultivo e na aplicação de agrotóxicos em quantidades mínimas para reduzir a poluição do meio ambiente. Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um sistema para controlar a navegação de um robô móvel autônomo por caminhos em plantações. O controle da direção do robô é realizado com base em imagens das trilhas as quais, após um processamento prévio, para extração de características, são submetidas a máquinas de vetores de suporte, para a definição da rota a ser seguida. O objetivo do projeto no qual este trabalho se insere é o controle do robô em tempo real, para tanto, o sistema foi implementado em hardware para mostrar que o ganho de desempenho pode ser melhor em relação à execução em software. Neste trabalho, relata-se a implementação de uma máquina de vetores de suporte a qual apresentou uma precisão em torno de 93% da rota adequada / Abstract: The use of mobile robots turns out to be interesting in activities where the actions of human beings is difficult or dangerous. The exploration in areas of difficult access, such as in rescue operations and in space missions, is a situation where mobile robots are often used to avoid exposure of human experts to risky situations. In agriculture, mobile robots are used in tasks of cultivation and application of pesticides in minute quantities to reduce environmental pollution. In this paper we present the development of a system to control an autonomous mobile robot navigation through tracks in plantations. Track images are used to control robot direction by preprocessing them to extract image features, and then submitting such characteristic features to a support vector machine to find out the most appropriate route. As the overall goal of the project to which this work is connected is the robot control in real time, the system was embedded onto a hardware platform to show that the performance gain can be better if compared to execution in software. However, in this paper we report the software implementation of a support vector machine, which presented around 93% accuracy in predicting the appropriate route / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-08-02Bitstream added on 2014-06-13T19:38:55Z : No. of bitstreams: 1 jodas_ds_me_sjrp.pdf: 1056058 bytes, checksum: eb5f8e6ec063430577edbf081cc017c4 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A utilização de robôs móveis mostra-se importante em atividades onde a atuação do ser humano é difícil ou perigosa. A exploração em locais de difícil acesso, como por exemplo em operações de resgate e em missões espaciais, é uma situação onde robôs móveis são frequentemente utilizados para evitar exposição dos especialistas humanos a situações de riscos. Na agricultura, robôs móveis são utilizados em tarefas de cultivo e na aplicação de agrotóxicos em quantidades mínimas para reduzir a poluição do meio ambiente. Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um sistema para controlar a navegação de um robô móvel autônomo por caminhos em plantações. O controle da direção do robô é realizado com base em imagens das trilhas as quais, após um processamento prévio, para extração de características, são submetidas a máquinas de vetores de suporte, para a definição da rota a ser seguida. O objetivo do projeto no qual este trabalho se insere é o controle do robô em tempo real, para tanto, o sistema foi implementado em hardware para mostrar que o ganho de desempenho pode ser melhor em relação à execução em software. Neste trabalho, relata-se a implementação de uma máquina de vetores de suporte a qual apresentou uma precisão em torno de 93% da rota adequada / The use of mobile robots turns out to be interesting in activities where the actions of human beings is difficult or dangerous. The exploration in areas of difficult access, such as in rescue operations and in space missions, is a situation where mobile robots are often used to avoid exposure of human experts to risky situations. In agriculture, mobile robots are used in tasks of cultivation and application of pesticides in minute quantities to reduce environmental pollution. In this paper we present the development of a system to control an autonomous mobile robot navigation through tracks in plantations. Track images are used to control robot direction by preprocessing them to extract image features, and then submitting such characteristic features to a support vector machine to find out the most appropriate route. As the overall goal of the project to which this work is connected is the robot control in real time, the system was embedded onto a hardware platform to show that the performance gain can be better if compared to execution in software. However, in this paper we report the software implementation of a support vector machine, which presented around 93% accuracy in predicting the appropriate route

Orientador: Marconi Kolm Madrid / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-10T09:28:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Monteiro_DionneCavalcante_D.pdf: 1351119 bytes, checksum: e13d3adc10bf45c4ea22d6ef1b5a7117 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Neste trabalho os algoritmos genéticos e as redes neurais artificiais, técnicas de inteligência artificial, são empregadas para algumas das tarefas que podem ser realizadas por um braço de robô. Inicialmente os algoritmos genéticos são empregados para o controle de trajetória de um robô em um espaço de trabalho que possui a presença de um obstáculo. Operações como crossover e mutação são apresentadas, principalmente por estar-se tratando de trajetórias que são formadas por segmentos de retas. As redes neurais artificiais são testadas no controle direto de dois processos reais usados como paradigma: uma mesa XY e um pêndulo invertido acionado. Para tais processos, é utilizada uma estrutura bastante simplificada, onde a rede neural artificial fornece um ganho para o controlador proporcional que calcula o sinal de controle a ser aplicado. O erro do processo serve para treinar a rede neural sem ser considerado nenhum tipo de treinamento anterior, ou seja, todo o controle neural é executado em tempo real, além disso, uma função determina a taxa de aprendizagem do algoritmo back-propagation em função dos erro existentes nas malhas de controle dos processos. Como existem diversas variáveis para tais controladores neurais, foi também considerado que não existia a possibilidade de se definir o melhor controlador para um determinado processo. Para resolver tal problema, um algoritmo genético foi utilizado para designar qual o melhor controlador para um determinado espaço de trabalho no qual o número de neurônios das camadas de entrada e escondida, constantes de configuração do controlador, e a topologia da rede são otimizados dentro do espaço considerado pelo algoritmo. Todos os resultados importantes obtidos são mostrados, visando mostrar que as técnicas de inteligência artificial podem ser aplicadas à robótica com a vantagem de diminuir, principalmente, o tempo de planejamento de tarefas, tais como: planejamento de trajetória, rastreamento de trajetória, e projeto de controladores eficientes / Abstract: In this work genetic algorithms and artificial neural networks are used for robot arm tasks. Initially, the genetic algorithms are employed to control the trajectory of a robot arm in a limited workspace with an obstacle. Operations like crossover and mutation are presented to manipulate trajectories determined by line segments. Artificial neural networks are tested to control two realtime processes: a XY-Table and an inverted pendulum. For these processes, it is used a simple structured control where the neural network provides a gain to the proportional control, generating a control signal to the processes. The process error is used for training a neural network, without any kind of off-line training, i.e., the training of the neural network is in realtime. Also, a function determines the learning rate of the back-propagation algorithms as a function of the errors of the process control. Since the neural controller have multiple variables, it was not possible to define an optimal controller for the processes. To solve this problem, a genetic algorithm was used to determine the best neural controller in the workspace used, where the number of neurons in the input and hidden layers, constants to configure the neural controller and the network topology are optimized. The results obtained show that artificial intelligent techniques can be applied to robotics reducing the time of task planning, like: trajectory planning, track planning and the project of efficient controllers / Doutorado / Engenharia de Computação / Doutor em Engenharia Elétrica

[pt] O uso de robôs móveis para monitorar locais inacessíveis vem se tornando cada vez mais comum. Essas operações podem ser autônomas ou tripuladas e quando são feitas em terrenos irregulares é preciso garantir segurança na missão, pois muitas das vezes o resgate se torna inviável. O robô estudado nesta dissertação terá dificuldades para locomoção em certas localidades, como por exemplo: derrapagem em regiões alagadas, vencer atoleiro em regiões pantanosas e de brejos e capotagem nas regiões que apresentam aclives e declives. Diante deste quadro de problemas apresentados, garantir a estabilidade nas regiões de ladeiras é de grande valor nas operações, sejam elas tele-operadas ou autônomas. Visando contribuir para o sucesso da locomoção do robô, esta dissertação apresenta uma técnica de controle de estabilidade de um robô móvel para sensoreamento remoto em terrenos irregulares, incluindo projeto, simulação e construção de um protótipo funcional. Este controle visa garantir que as rodas do veículo não descolem do terreno, através da atuação nas forças de atrito entre as rodas e o solo variando os torques nos seus motores. / [en] The use of mobile robots to monitor non-accessible environments has become increasingly common in the recent years. These tasks can be either autonomous, remote-controlled, or passenger-operated. When performed in rough terrain, it is necessary to guarantee mission safety, since many times it is impossible to send a rescue party for recovery. The hybrid environmental robot presented in this thesis is a mobile robot that will face very challenging conditions, avoiding e.g. slippage in wet terrain, becoming trapped in muddy soil, and tipping over in regions with high slopes. Therefore, it is a challenging task to guarantee robot stability under such circumstances, either in autonomous or operated tasks. This thesis presents a stability control methodology for a mobile robot to perform remote sensing tasks in rough terrain. The model-based technique guarantees wheel-ground contact at all times, acting individually at the wheel motors to control the traction/friction forces. This work also addresses the design, simulation and construction aspects of a functional prototype of a mobile robot to validate the proposed approach.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T16:46:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T19:05:52Z : No. of bitstreams: 1 153197.pdf: 37503010 bytes, checksum: 7071c8230ef8fb598c64ed0bad9ba552 (MD5) / Este trabalho trata do problema do planejamento e programação de trajetórias em manipuladores servo controlados, com ênfase no uso das técnicas de projeto e de manufatura auxiliadas por computador (CAD/CAM). A proposição consiste em usar a informação geométrica do contorno do produto, obtida a partir da modelagem de superfícies bi-paramétricas em sistemas CAD, em procedimentos de planejamento de trajetórias. Estes procedimentos, desenvolvidos e integrados, fazem uso de formulações de curvas e superfícies "B-splines". A meta principal do trabalho é efetuar a análise e a programação de atividades de robôs industriais em processos de fabricação que envolvam um movimento contínuo do efetuador, tais como a pintura, o polimento, o desbaste e a soldagem.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-16T23:56:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T22:19:52Z : No. of bitstreams: 1 138758.pdf: 2535550 bytes, checksum: f1d3ad3ad8233c7050ab3025681b2f06 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-24T22:34:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 282116.pdf: 1408618 bytes, checksum: 4372b7147b1b464d2db3250f00d05d2f (MD5) / Este trabalho apresenta a aplicação da abordagem modular local da teoria de controle supervisório no controle de um sistema de veículos auto-guiados. Nesta abordagem busca-se alcançar um conjunto de supervisores não bloqueantes e minimamente restritivos que proíbem a ocorrência das seqüências de eventos indesejáveis no sistema. São discutidos os processos de síntese e implementação dos supervisores, os quais envolvem soluções que visam gerenciar o tráfego dos veículos, gerenciar a bateria dos veículos e coordenar a interação entre os pontos de transferências de materiais e os veículos. A solução de controle apresentada é feita para uma bancada experimental de um sistema com dois AGVs e duas estações de transferência de materiais, embora a solução possa ser generalizada para sistemas de maior porte. A etapa de implementação dos supervisores também é abrangida. O controle é implementado através de uma estrutura hierárquica de três níveis que objetiva manter as características propostas pela teoria de controle supervisório. Para avaliar a correção do controlador, foi desenvolvido um ambiente gráfico de emulação que permite prever as respostas das ações de controle dos supervisores através de animações gráficas. Constatou-se pela emulação que a abordagem aplicada realiza o controle do sistema sem a ocorrência de bloqueios e mantém a flexibilidade operacional.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T07:02:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 285841.pdf: 6104469 bytes, checksum: 6b8eca3d32dba7f1f30b781220949f4d (MD5) / Atualmente os robôs são majoritariamente empregados em operações que não impõem restrições ao movimento de seus efetuadores. É o caso das tarefas envolvendo manipulação de materiais, pintura e soldagem. Na presença de restrições, como nas tarefas de usinagem, seu emprego é bem reduzido, decorrente das limitações científico-tecnológicas ainda existentes. Neste caso, além de realizar um movimento com restrição, o robô aplicará uma força originada pelo corte do material. O robô deverá ser capaz de realizar a remoção do material, dentro das especificações de projeto, sem que a força aplicada ultrapasse os limites físicos da ferramenta e do robô. Buscando atender a estas exigências operacionais, desenvolve-se neste trabalho um modelo matemático de caráter inédito, representativo das forças de interação que se manifestam entre o robô e o meio, que, trabalhando em conjunto com algumas estratégias de controle pré-selecionadas, garanta o cumprimento da tarefa requisitada. O modelo matemático desenvolvido é válido para uma diversidade de ferramentas cortantes que possuam as três componentes ortogonais de força definidas no espaço cartesiano. Como exemplos destas ferramentas têm-se o rebolo, a fresa de disco de dentes retos e a fresa de topo com haste cilíndrica, todas consideradas ao longo do texto no intuito de auxiliar no desenvolvimento do modelo. Os objetivos desta tese são a síntese deste modelo, assim como das estratégias de controle de rigidez e por impedância, além da análise de estabilidade do sistema em malha fechada com cada uma destas estratégias de controle. / Nowadays the robots are currently employed in operations that do not impose constraints to the displacement of their end effectors. It is the case of tasks involving material handling, painting and welding. In the presence of constraints, such as those on machining tasks, they are rarely used, because of the still existing scientific-technological limitations. In this case, in addition to performing a constrained displacement, the robot will apply a force originated by the cut of the material. The robot should be able to perform the removal of material, within the design specifications, without allowing the applied force to exceed the physical limits of the tool and the robot. Looking to meet these operational demands, a novel mathematical model, representative of the interaction forces that arise between the robot and the environment, is developed, which, working in conjunction with some pre-selected control strategies, ensures the achievement of the requested task. The mathematical model developed is valid for a diversity of cutting tools that have the three orthogonal components of force defined in Cartesian space. As examples of these tools one has the grinding wheel, the peripheral mill and the endmill with cylindrical shank, all considered throughout the text in order to assist in the development of the model. The goals of this thesis are the synthesis of this model, as well as the control strategies of compliance and impedance, beyond the stability analysis of the closed loop system with each of these control strategies.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T15:34:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 295944.pdf: 2359934 bytes, checksum: ecce190e290f9d356762c00f5af6f63a (MD5) / O aumento da complexidade das tarefas de robôs industriais e a expansão da utilização de robôs de serviço requerem o aprofundamento de estudos sobre a interação de robôs com o meio. Esta interação pode ser estática, quando não existe movimento relativo do robô com o meio, ou dinâmica, quando existe movimento relativo do robô em relação ao meio, mas o contato é mantido durante esta movimentação. Quando a movimentação é lenta, é possível considerar a interação como quase-estática, pois os efeitos dinâmicos podem ser desprezados. Na execução de determinadas tarefas, os robôs industriais e os robôs de serviço podem ser levados ao limite de sua capacidade de força-momento. Se a capacidade de força-momento do robô é excedida, danos materiais e ferimentos em pessoas podem ocorrer durante a execução de uma tarefa. A capacidade de força-momento de um robô depende dos torques em seus atuadores, de sua configuração, da posição e orientação de seu efetuador e das ações presentes no contato com o meio. O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de uma metodologia para determinação da capacidade de forçamomento de robôs em condições estáticas ou quase-estáticas. Esta metodologia é estendida para a otimização da capacidade de força-momento ao longo de uma trajetória. Em comparação com as abordagens existentes na literatura, a metodologia proposta diferencia-se por abranger robôs com redundância cinemática e de atuação. Além disso, o ponto de contato com o meio, a orientação do efetuador e o modo de trabalho (working mode) do robô não necessitam ser constantes ao longo do processo de otimização. Devido à redundância cinemática e às variáveis geométricas presentes, a função objetivo do problema de timização de capacidade de força-momento é descrita por equações não-lineares e não-convexas, apresentando mínimos locais. Para resolver este problema de otimização global, é utilizado um algoritmo evolutivo chamado Evolução Diferencial. A modelagem das equações estáticas é realizada através da utilização da teoria dos helicoides e do método de Davies. A metodologia proposta é validada na determinação da capacidade de força-momento de um robô paralelo e de um robô serial de sete graus de liberdade chamado Roboturb. A otimização da força ao longo de uma trajetória é realizada para um manipulador serial planar. Os principais fatores que influenciam a capacidade de força-momento dos robôs manipuladores são discutidos. / The increasing complexity of task performed by industrial robots and the widespread use of service robots demands deeper knowledge of robot interaction with the environment. This interaction can be static, when there is no relative movement between robot and environment or dynamic when exist relative movement but the contact is maintained during this movement. When this relative movement is performed in slow velocity, the interaction is considered quasi-static and the dynamics effects can be neglected. In certain tasks, industrial and service robots can be demanded to their wrench capabilities limits. If robots wrench capabilities are exceeded when executing a task, material damages and personal injuries can occur. Wrench capabilities depends on robot configuration, position, orientation, actuators limits and on wrenches at interaction. The development of new methodology to evaluate the wrench capabilities of robots in static or quasi-statics conditions is the main purpose of this thesis. This methodology is also extended to the optimization of wrench capability along a path. Different from previous approach, the proposed methodology deals with kinematic and actuation redundant robots. Add to that, the contact point with the environment, the robots working mode and orientation must not remain constant during optimization process. Due to kinematic redundancy and geometric variable parameters, the wrench capability optimization objective function is described by non-linear and non-convex equations with local minima. To solve this global optimization problem, an evolutionary algorithm called Differential Evolution is used. Static modeling uses as background Screw Theory and Kirchhoff- Davies cutset method. The efficiency and feasibility of the proposed methodology is demonstrated on an optimization problem, where the wrench capabilities of a planar parallel manipulator and a seven degree of freedom serial robot called Roboturb are evaluated. Wrench capabilities along a path for a planar serial manipulator are also evaluated. The main factors that affect wrench capabilities are discussed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-23T08:20:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 244888.pdf: 6474219 bytes, checksum: b068113aad64bf3571a173ba0e5614e8 (MD5) / Neste trabalho é estudado o problema de controle de posição em robôs manipuladores considerando flexibilidade nas juntas e o atrito relacionado à parte rígida do sistema. Para tal é realizado um estudo aprofundado de modelos dinâmicos de atrito. Nesta dissertação, os modelos de LuGre e Maxwell-Slip generalizado (GMS) são analisados e identificados através de metodologias dedicadas para cada caso. Além do estudo dos modelos são desenvolvidos matematicamente dois controladores não-lineares: Controlador em Cascata e Controlador Backstepping. Para ambas as técnicas de controle foram realizadas adaptações para incorporarem em sua estrutura o modelo do atrito de LuGre e conseqüentemente a compensação do mesmo. Para o Modelo GMS este trabalho introduz uma proposta de adaptação da técnica de controle Cascata para compensação de atrito. Para validação destas teorias foram implementados melhoramentos em uma bancada experimental para este fim. Esta bancada constitui-se de um robô manipulador planar com dois graus de liberdade cujos acoplamentos são flexíveis. Através dos resultados obtidos é verificada a validade dos modelos e teorias utilizados para o problema de seguimento de trajetórias.