Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T03:39:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 266556.pdf: 5638476 bytes, checksum: 67fe310f60e50686f2074c2e5944dfd3 (MD5) / O presente trabalho aborda o retrofitting de manipuladores, através de uma proposta de modelo de referência para o desenvolvimento de controladores de robôs com arquitetura totalmente aberta. O enfoque principal é o desenvolvimento de um padrão de arquitetura funcional organizada em uma estrutura hierárquica, levando em consideração os requisitos e as tendências atuais para o desenvolvimento dessa modalidade de sistema. Esta dissertação pode ser dividida em três grandes etapas. A primeira, denominada de planejamento, estuda os requisitos, as definições e as categorias de controladores de arquitetura aberta e apresenta uma proposta de modelo de referência para o desenvolvimento de controladores de robôs. Na segunda etapa, nomeada de desenvolvimento, ocorre a criação integral de um controlador de robôs (i.e., do software, middleware, hardware e firmware) com arquitetura totalmente aberta. Baseando-se no modelo de referência proposto, enfatizando as tarefas de controle de posição e força. Por fim, apresenta-se a etapa de validação e experimentação, com a aplicação do controlador de robôs desenvolvido no manipulador industrial REIS Rv15 e a incorporação de um transdutor de força ao sistema. Assim, validando o retrofitting do manipulador com a implantação de uma estrutura de controle indireto de força. A concepção de controlador desenvolvida cumpriu os seguintes requisitos: alta capacidade de processamento, baixo custo, conectividade com outros sistemas, disponibilidade de acesso remoto, facilidade de manutenção, flexibilidade no desenvolvimento de algoritmos, integração com um computador pessoal e programação em alto nível. O estudo realizado neste trabalho agrega ao Laboratório de Robótica (LAR) o conhecimento integral da estrutura interna de um controlador de robôs com arquitetura aberta. Dessa forma, aumentando potencialmente as possibilidades de estudos na área da robótica, com um custo significativamente inferior as soluções disponíveis no mercado.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T22:17:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 249956.pdf: 2388077 bytes, checksum: b3bf2c66f1c5f7a6667c231ec7a95080 (MD5) / Este trabalho trata da síntese de controladores para sistemas de visão 2D, multicritérios, por posicionamento, para um alvo móvel ou fixo, de uma câmera orientada num plano horizontal, montada sobre um robô móvel não-holonômico. A qualidade das informações fornecidas pelas câmera atuais possibilita a alimentação direta das malhas de controle com os dados visuais do ambiente. O modelo utilizado é o mesmo definido pelo formalismo de funções-tarefa, e utilizam a noção de torsor de iteração, permitindo assim ligar o movimento da câmera à variação dos índices visuais. O objetivo é propor leis de controle que permitam estabilizar a câmera através das informações bidimensionais vindas da imagem, levando em consideração as incertezas com relação à profundidade dos pontos do alvo, das restrições de visibilidade, e das limitações em amplitude das velocidades e acelerações da câmera. O método consiste em satisfazer uma condição de setor modificada, de tal forma que seja levada em conta a saturação da aceleração em malha fechada via um modelo politópico de incertezas. Desta forma são geradas condições construtivas sob a forma de Desigualdades Lineares Matriciais (LMIs). Deste modo, a resolução de problemas de otimização convexa permite maximizar a região de estabilidade associada, e determinar o ganho de realimentação de estados estabilizante. A técnica, primeiramente aplicada a um alvo fixo, é em seguida aplicada a um alvo móvel, considerando a velocidade desconhecida do alvo como uma perturbação limitada em energia. A seguir são apresentados vários resultados de simulação.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T05:00:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 248035.pdf: 12834510 bytes, checksum: 30c522da91eaf7029d1c711fa0bb4748 (MD5) / A demanda por aplicações de robótica móvel vem crescendo consideravelmente nos últimos anos. Independente da natureza ou fim, robôs autônomos móveis devem interagir com o mundo para alcançar seus objetivos. Para isto, de alguma maneira precisam obter informações a respeito do ambiente. Dentre diferentes abordagens existentes, bons resultados têm sido alcançados pelo emprego de sistemas de visão estereoscópica. Através de um sistema como este é possível extrair informação tridimensional do meio em que o robô está inserido. A informação tridimensional pode então ser usada para orientar as ações do robô, seja para navegação, reconhecimento ou manipulação. No presente trabalho é apresentado o desenvolvimento de uma biblioteca para sistemas de visão estereoscópica para robótica móvel. Para tal, foram tratados diferentes problemas da estereoscopia, procurando prover mapas de profundidade com detalhes do ambiente suficientes para a operação geral de um robô móvel que tenha um sistema de visão estereoscópica como principal fonte de informação. Neste contexto, são avaliados e propostos modelos, métodos e soluções para diferentes problemas como calibração de câmeras, retificação de imagens, reconstrução e, principalmente, geração de mapas de profundidade densos. Os resultados obtidos demonstram a efetividade da utilização da infra-estrutura disponibilizada e dos métodos propostos no desenvolvimento de aplicações para robótica móvel.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção. / Made available in DSpace on 2012-10-20T16:55:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 197729.pdf: 998585 bytes, checksum: 005154f15c3d5ad064fa9d2b5f8b1d30 (MD5) / Este trabalho apresenta um modelo de consciência para robôs móveis baseado na teoria proposta para seres-humanos de Antônio Damásio, neurologista do Centro médico da Universidade de Iowa. A teoria divide a consciência em três partes: o proto-self, o self-central e o self-autobiográfico. A primeira parte chamada proto-self é responsável pelas ações inconscientes e pela reação do corpo aos estímulos. Acima do proto-self encontra-se o self-central ou consciência central, que é o sentimento fundamental de conhecer. A extensão da consciência central é o self-autobiográfico. O modelo foi elaborado usando conceitos de consciência humana combinada com as características de sensores em robôs. Os dados e informações percebidas são processados com o suporte da Inteligência Artificial, mais especificamente nas áreas de redes neurais, raciocínio baseado em casos e sistemas difusos. O objetivo deste modelo de consciência é fornecer novas idéias para o controle, inteligência e autonomia dos robôs móveis.

Dissertação ( mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-20T17:31:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 201832.pdf: 3673851 bytes, checksum: d4246c123a84157cf67e6341d84aaaa0 (MD5) / A sociedade atual esta marcada por uma existência inequivocamente voltada para a digitalização de praticamente todos os segmentos, seja em termos científicos, profissionais e culturais. Este processo de mudança configura-se como o alicerce da chamada sociedade do conhecimento ou globalizada.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenhareia Mecênica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T05:22:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 199641.pdf: 3680057 bytes, checksum: 1f1659b841cd0be13885d63d4825d4df (MD5) / Nesta tese é desenvolvida uma solução para identificar a curvatura de um trilho-guia pelo qual se desloca um robô manipulador. É analisada a influência que a curvatura deste trilho exerce sobre as trajetórias executadas pelo robô. São mostrados, por meio do cálculo infinitesimal, raciocínios que levam à síntese de um sistema otimizado de medição da curvatura em trilhos. A seguir, são exploradas as alternativas tecnológicas para possíveis sistemas de medição aplicáveis ao trilho de um robô específico. Tal robô, denominado Roboturb, é destinado à tarefas de soldagem em pás de turbinas hidráulicas de grande porte erodidas pelo efeito da cavitação. São discutidos, com base em análise estatística, os resultados obtidos por meio de ensaios implementados através do uso de giroscópios. Mostra-se também procedimentos matemáticos que através do emprego de quaternions duais, validam os dados fornecidos pelo sistema de medição proposto, buscando sua futura integração aos algoritmos de cinemática do Roboturb.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção. / Made available in DSpace on 2012-10-21T12:15:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 224814.pdf: 996057 bytes, checksum: 9bb354805effa5bf4b4bff0cec035d66 (MD5) / A educação é um campo fértil para o uso da tecnologia, tendo em vista a gama de possibilidades que apresenta, tornando a aprendizagem mais dinâmica e motivadora. Dentre os recursos tecnológicos utilizados na educação, destaca-se a Robótica Educacional, que possibilita ao estudante desenvolver habilidades e competências como trabalho de pesquisa, a capacidade crítica, o senso de saber contornar as dificuldades na resolução de problemas e o desenvolvimento do raciocínio lógico. Assim, o presente trabalho tem como objetivo geral analisar o uso da Robótica Educacional como recurso pedagógico, apontando as diversas formas como essa tecnologia é utilizada nas escolas particulares e públicas de Curitiba, avaliando as perspectivas em relação ao processo cognitivo. Destaca, ainda, a importância do uso da tecnologia na educação, apresentando as visões de alguns autores consagrados da atualidade, como Gardner, Perrenoud, Papert e Piaget. Conceitua a Robótica Educacional e descreve os diferentes kits educacionais existentes para essa prática. Apresenta também os resultados obtidos em uma pesquisa realizada nas escolas de Ensino Fundamental de 5ª a 8ª séries de Curitiba(Pr) que utilizam a Robótica Educacional como recurso. A partir destes resultados, é feita uma proposta de implantação da tecnologia em questão nas escolas, dando ênfase na metodologia de aplicação desta proposta de ensino.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T21:17:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T01:35:59Z : No. of bitstreams: 1 183653.pdf: 12269610 bytes, checksum: 8a5918bf7bc3865daa8d40ae3847985a (MD5) / Este trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação de um protótipo de dirigível robótico não-tripulado com capacidade de realizar vôos autônomos reais seguindo trajetórias definidas por pontos de passagem. Para contemplar este objetivo: i) realizou-se modificações estruturais na mecânica e aerodinâmica do dirigível utilizado, adequando-o ao uso como veículo robótico; ii) estabeleceram-se infra-estruturas, embarcada e em terra, de componentes de software e de hardware, envolvendo sensores, atuadores, processadores e software tempo real; iii) introduziu-se aprimoramentos em um modelo dinâmico do dirigível considerando notadamente os aspectos de força de propulsão e influência da dinâmica do vento; com base neste novo modelo, foram desenvolvidos ambientes de simulação em SIMULINK/MATLAB e em Java/VRML e servidores de simulação; iv) implementou-se um ambiente de suporte ao desenvolvimento e à operação do dirigível robótico; v) concebeu-se e implementou-se um sistema de controle e navegação, compreendendo algoritmos de seguimento de trajetória e de perfil de altitude entre pontos de passagem; este sistema foi analisado e seus parâmetros de sintonia ajustados tanto em simulação quanto em vôos reais, e, finalmente; vi) estabeleceu-se um protótipo de arquitetura de software robótico para o dirigível testado apenas em simulação, contemplando aspectos deliberativos e reativos de uma missão robótica completa. / Abstract: This work focuses on the development and implementation of a prototype of an unmanned robotic airship, able to execute autonomous real flights with trajectory tracking through way-points. To accomplish this task: i) the airship's mechanical and aerodynamic components were improved; ii) it was established onboard and ground-based infra- structures of hardware and software components, including sensors, actuators, processors and real time software; iii) improvements were introduced in the airship dynamic model considering propulsion forces and wind dynamics influence; based on this new model, airship simulators in SIMULINK/MATBLAB and Java/VRML environments as well as simulator servers, were developed; iv) a software environment to support the development and operation of the robotic airship was built; v) a control and navigation system was implemented, including trajectory and altitude profile tracking through way-points; this system was analyzed and its tuning parameters were adjusted both in simulation and in real flight, and, finally; vi) a prototype of a robotic software architecture was stablished in simulation, dealing with deliberative and reactive aspects of a complete robotic mission.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T06:27:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Os servoatuadores pneumáticos são relativamente baratos, leves, limpos e de fácil montagem e operação. Eles também apresentam uma relação força/peso que os torna bastante atraentes para aplicações em robótica. Entretanto, as grandes não-linearidades presentes nos sistemas pneumáticos e a dificuldade de obter modelos acurados têm impossibilitado a sua aplicação prática em problemas de controle preciso de posição. As deficiências dos controladores tradicionais quando aplicados a um servoatuador pneumático foram examinadas. Elas consistem principalmente na dificuldade do ajuste dos ganhos, na falta de robustez a variações da carga e em uma grande sensibilidade aos efeitos do atrito. O principal objetivo desta tese é verificar a possibilidade de superar estas dificuldades através do projeto adequado de algoritmos não-lineares de controle. Para tanto, desenvolveu-se inicialmente um modelo não-linear preciso para um servoatuador pneumático com atrito. Neste modelo, as relações não-lineares da vazão mássica na servoválvula com as pressões e com a tensão de controle são modeladas através de um equacionamento empírico baseado na fórmula de passagem de fluidos compressíveis em orifícios. O atrito foi equacionado com base em um modelo recente (denominado Lugre), cuja estrutura, além de levar em conta os principais comportamentos macroscópicos não lineares do atrito, é adequada para uso em esquemas robustos de observação e compensação do atrito em tempo real. Com base na modelagem desenvolvida, e a partir de uma discussão das dificuldades de controle dos sistemas pneumáticos de posicionamento, propõe-se uma estratégia de controle em cascata com compensação do atrito para superar diversas dificuldades dinâmicas estruturais destes sistemas de posicionamento. Esta estratégia em cascata, sem a compensação do atrito, foi aplicada com êxito por outros pesquisadores em robôs elétricos e no controle de atuadores hidráulicos. Tal estratégia consiste em dividir o sistema completo em dois subsistemas: um subsistema mecânico e um pneumático. São apresentadas as propriedades de estabilidade decorrentes dessa estratégia e a sua comprovação através de simulações e de resultados experimentais.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T10:23:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 193797.pdf: 855541 bytes, checksum: a4775509878668845610b6413c989183 (MD5) / A utilização de robôs móveis autônomos em pesquisas de Inteligência Artificial despertou o interesse de muitos grupos ao redor do mundo. O futebol robótico transformou-se numa área de estudo capaz de congregar diversas outras. Trata-se de um campo riquíssimo para a pesquisa e o ensino. Neste trabalho apresentamos, inicialmente, capítulos introdutórios nas áreas que dão suporte ao tópico futebol robótico, como Sistemas Especialistas, Sistemas Multiagentes e Lógica Nebulosa. A seguir traçamos um histórico do desenvolvimento do tema futebol de robôs. Organizações, regras, categorias, tudo é apresentado e explicado com o objetivo de familiarizar o leitor. O núcleo da pesquisa é composto pela análise feita dos robôs móveis da plataforma EyeBot. Foram escritos programas com o objetivo de explorar todas as potencialidades, ou seja, todos os sub-sistemas do robô foram estudados e compreendidos. Também desenvolvemos um programa chamado Xcameraviewer capaz de enviar imagens do robô para uma estação de trabalho remota via enlace de rádio. A versão existente não contemplava sistemas Unices, apenas a plataforma MS-Windows. Outros experimentos foram feitos envolvendo, principalmente, a câmera embarcada do robô. Por fim, resultados e conclusões são apresentados a fim de direcionar futuros trabalhos nesta área.