Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-03-01T17:40:02Z No. of bitstreams: 1 159305.pdf: 1734188 bytes, checksum: 80e04cab439583f552a9dac4334f687d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-01T17:40:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 159305.pdf: 1734188 bytes, checksum: 80e04cab439583f552a9dac4334f687d (MD5) Previous issue date: 1983-03 / CNPq / Este trabalho consiste em um estado básico analítico-experimental para precisão de posicionamento de um manipulador mecânico. Ao analisar a precisão, considerou-se as deflexões causadas pelo peso aplicado na garra do manipulador e também uma influência da tolerância geométrica na construção do mesmo. Para tal análise, o protótipo de um manipulador com cinco graus de liberdade foi desenvolvido. As medidas de deflexão e a influência da tolerância foram feitas estaticamente em cada posição do manipulador. Os resultados experimentais foram comparados com os teóricos a fim de consistência dos mesmos. / This work consists of a basic analytical and experimental study for the precision of the positioning of a mechanical manipulator. On analyzing the precision, the deflection caused by the weight applied to the grip was considered, as well as aninfluence of the geometric tolerance in the construction of the manipulator. For such analysis, the prototype of a manipulator with five degrees of freedom was developed. The deflection measurement and the influence of the tolerance were made estaticaly at each position of the manipulator. The experimental results were compared with the theoretical in order to verify their consistency.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Um concentrador solar parabÃlico à um tipo de refletor usado para aumentar a intensidade da radiaÃÃo em uma superfÃcie. Para que ocorra a reflexÃo adequada da radiaÃÃo solar, o refletor parabÃlico deve constantemente rastrear a posiÃÃo do sol de tal forma que os raios solares sejam refletidos em um tubo que se encontra na posiÃÃo de foco da parÃbola. A proposta deste trabalho à desenvolver um sistema eletrÃnico de controle de baixo custo para concentradores parabÃlicos aplicados à refrigeraÃÃo e proporcionar autonomia ao equipamento. TambÃm à apresentado um sistema mecÃnico para acionamento do rastreador. Por ser parte de um sistema de refrigeraÃÃo, o tubo colocado no foco da parÃbola deve sofrer processos de aquecimento e resfriamento. O sistema à constituÃdo de uma placa de controle com um microcontrolador em seu nÃcleo, sensores de luminosidade e sensores limitadores de movimento e um motor de passo responsÃvel pelo acionamento da estrutura mÃvel do concentrador solar. AtravÃs do sistema desenvolvido, pode-se fazer com que sejam atingidas temperaturas em torno de 180ÂC na superfÃcie externa do tubo coletor colocado na posiÃÃo de foco da parÃbola / A parabolic solar concentrator is a type of reflector utilized to increase the radiation intensity on a surface. In order to have a proper reflection of solar radiation, the parabolic reflector should constantly track the sunâs position so that solar rays are converged to a tube that is at the focus position of the parabola. The purpose of this study is to develop an electronic control system for low-cost parabolic trough concentrators applied to refrigeration process, and to provide autonomy to the equipment. It also is presented a mechanical system to guide the tracker. As part of a refrigeration device, the tube placed at the parabolaâs focus should experiment heating and cooling processes. The electronic system consists of a control plate with a microprocessor at its core, motion limiting and light sensors, and a step motor responsible for move the solar concentrator structure. Through this developed system, temperatures close to 180oC can be reached on external surface of the heat adsorption tube, which is placed on the position of parabolaâs focus

[pt] Neste trabalho descreve-se um procedimento para o desenvolvimento de modelos reduzidos de sistemas mecânicos lineares baseado na técnica dos Grafos de Ligação. A partir da análise da estrutura topológica dos principais modelos mecânicos descritos por esta técnica estabeleceu- se uma nova formulação que possibilita a obtenção de variadas formas de representação matemática e definiu-se um grafo genérico, formado por hipercampos armazenadores e dissipadores de energia, onde se encontram as matrizes que caracterizam a dinâmica do sistema. Sobre o grafo genérico, com algumas restrições, foi aplicada uma metodologia de normalização e desacoplamento dos campos armazenadores, com base nos seus modos locais, o que permitiu a criação de um grafo particionado, acoplado através do campo dissipador. A análise dos coeficientes do campo de acoplamento leva ao grafo de Ligação Reduzido do sistema. Comprova-se a validade do procedimento através de exemplos de fácil compreensão. / [en] It is described in this work a Bond Graph based procedure to the development of linear mechanical systems reduced order models. From the analysis of the topological structure of the main mechanical models represented by this technique it was established a new formulation that permits to obtain several mathematical representation forms and it was defined a generic graph, formed by energy storage and dissipative hiperfields, where the matrices that characterizes the system dynamics are included. On the generic graph, with some constraints, it was applied a methodology for the normalization and decoupling of the energy storage fields, based on its local modes, that permits to develop a partioned graph, couplec through the dissipative field. The analysis of the coupling field coefficients permits to define the system Reduced Bond Graph. The procedure was comproved by easy comprehensive examples.

Neste trabalho, são caracterizadas as soluções do tipo ondas planas e modais de modelos matemáticos referentes à teoria de linhas de transmissão, com e sem perdas, e à teoria de vigas, modelo de Timoshenko e modelo não local de Eringen. Os modelos são formulados matricialmente, e as ondas em questão são determinadas em termos da base gerada pela resposta matricial fundamental de sistemas de equações diferenciais ordinárias de primeira, segunda e quarta ordem. A resposta matricial fundamental é utilizada numa forma fechada que envolve o acoplamento de um número finito de matrizes e uma função escalar geradora e suas derivadas. A função escalar geradora é bem comportada para mudanças em torno de frequências críticas e sua robustez é exibida através da técnica de Liouville. As ondas modais são decompostas em termos de uma parte que viaja para frente e uma parte que viaja para trás. Essa decomposição é utilizada para fornecer matrizes de reflexão e transmissão em descontinuidades e condições de contorno. No contexto das linhas de transmissão são consideradas uma junção de linhas com impedâncias características diferentes ou uma carga em uma extremidade da linha. Na teoria de Timoshenko são consideradas uma fissura ou condições de contorno em uma das extremidades. Exemplos numéricos com descontinuidade são considerados na viga. Na teoria de linhas de transmissão exemplos com multicondutores são considerados e observações são realizadas sobre a decomposição das ondas modais. No modelo não local de Eringen, para vigas bi-apoiadas é discutida a existência do segundo espectro de frequências. / Plane type solutions and modal waves of mathematical models, which refer to transmission lines theory, both lossless and lossy, and to beam theory, using both Timoshenko and nonlocal Eringen models, are being characterized in this work. The models are formulated in matrix form, and the waves are determined in terms of matrix basis generated by fundamental matrix response of systems of ordinary differential equations of first, second and fourth order. The fundamental matrix response is used in the closed-form, which involve the coupling between a number finite of matrices of a generating scalar function and its derivatives. The generating scalar function is well behaved for changes around critical frequencies and its robustness is exhibited through the Liouville technique. Modal waves are decomposed in forward and backward parts. This decomposition is used for providing reflection and transmission matrices when dealing with discontinuities and boundary conditions. In the context of transmission lines junction of lines with different characteristic impedances or a load at one end of the line are being considered. In Timoshenko’s theory the crack problem or boundary conditions at one end are also being considered. Numerical examples with discontinuities are considered in the context of beams. Numerical examples with discontinuities and boundary value problems were approached using modal wave decomposition. In transmission line theory examples with multiconductors are considered and observations are made about decomposition of the modal waves. In the nonlocal of Eringen model, for bi-supported beams, the existence of the second frequency spectrum is discussed.

Neste trabalho, são caracterizadas as soluções do tipo ondas planas e modais de modelos matemáticos referentes à teoria de linhas de transmissão, com e sem perdas, e à teoria de vigas, modelo de Timoshenko e modelo não local de Eringen. Os modelos são formulados matricialmente, e as ondas em questão são determinadas em termos da base gerada pela resposta matricial fundamental de sistemas de equações diferenciais ordinárias de primeira, segunda e quarta ordem. A resposta matricial fundamental é utilizada numa forma fechada que envolve o acoplamento de um número finito de matrizes e uma função escalar geradora e suas derivadas. A função escalar geradora é bem comportada para mudanças em torno de frequências críticas e sua robustez é exibida através da técnica de Liouville. As ondas modais são decompostas em termos de uma parte que viaja para frente e uma parte que viaja para trás. Essa decomposição é utilizada para fornecer matrizes de reflexão e transmissão em descontinuidades e condições de contorno. No contexto das linhas de transmissão são consideradas uma junção de linhas com impedâncias características diferentes ou uma carga em uma extremidade da linha. Na teoria de Timoshenko são consideradas uma fissura ou condições de contorno em uma das extremidades. Exemplos numéricos com descontinuidade são considerados na viga. Na teoria de linhas de transmissão exemplos com multicondutores são considerados e observações são realizadas sobre a decomposição das ondas modais. No modelo não local de Eringen, para vigas bi-apoiadas é discutida a existência do segundo espectro de frequências. / Plane type solutions and modal waves of mathematical models, which refer to transmission lines theory, both lossless and lossy, and to beam theory, using both Timoshenko and nonlocal Eringen models, are being characterized in this work. The models are formulated in matrix form, and the waves are determined in terms of matrix basis generated by fundamental matrix response of systems of ordinary differential equations of first, second and fourth order. The fundamental matrix response is used in the closed-form, which involve the coupling between a number finite of matrices of a generating scalar function and its derivatives. The generating scalar function is well behaved for changes around critical frequencies and its robustness is exhibited through the Liouville technique. Modal waves are decomposed in forward and backward parts. This decomposition is used for providing reflection and transmission matrices when dealing with discontinuities and boundary conditions. In the context of transmission lines junction of lines with different characteristic impedances or a load at one end of the line are being considered. In Timoshenko’s theory the crack problem or boundary conditions at one end are also being considered. Numerical examples with discontinuities are considered in the context of beams. Numerical examples with discontinuities and boundary value problems were approached using modal wave decomposition. In transmission line theory examples with multiconductors are considered and observations are made about decomposition of the modal waves. In the nonlocal of Eringen model, for bi-supported beams, the existence of the second frequency spectrum is discussed.

Neste trabalho, são caracterizadas as soluções do tipo ondas planas e modais de modelos matemáticos referentes à teoria de linhas de transmissão, com e sem perdas, e à teoria de vigas, modelo de Timoshenko e modelo não local de Eringen. Os modelos são formulados matricialmente, e as ondas em questão são determinadas em termos da base gerada pela resposta matricial fundamental de sistemas de equações diferenciais ordinárias de primeira, segunda e quarta ordem. A resposta matricial fundamental é utilizada numa forma fechada que envolve o acoplamento de um número finito de matrizes e uma função escalar geradora e suas derivadas. A função escalar geradora é bem comportada para mudanças em torno de frequências críticas e sua robustez é exibida através da técnica de Liouville. As ondas modais são decompostas em termos de uma parte que viaja para frente e uma parte que viaja para trás. Essa decomposição é utilizada para fornecer matrizes de reflexão e transmissão em descontinuidades e condições de contorno. No contexto das linhas de transmissão são consideradas uma junção de linhas com impedâncias características diferentes ou uma carga em uma extremidade da linha. Na teoria de Timoshenko são consideradas uma fissura ou condições de contorno em uma das extremidades. Exemplos numéricos com descontinuidade são considerados na viga. Na teoria de linhas de transmissão exemplos com multicondutores são considerados e observações são realizadas sobre a decomposição das ondas modais. No modelo não local de Eringen, para vigas bi-apoiadas é discutida a existência do segundo espectro de frequências. / Plane type solutions and modal waves of mathematical models, which refer to transmission lines theory, both lossless and lossy, and to beam theory, using both Timoshenko and nonlocal Eringen models, are being characterized in this work. The models are formulated in matrix form, and the waves are determined in terms of matrix basis generated by fundamental matrix response of systems of ordinary differential equations of first, second and fourth order. The fundamental matrix response is used in the closed-form, which involve the coupling between a number finite of matrices of a generating scalar function and its derivatives. The generating scalar function is well behaved for changes around critical frequencies and its robustness is exhibited through the Liouville technique. Modal waves are decomposed in forward and backward parts. This decomposition is used for providing reflection and transmission matrices when dealing with discontinuities and boundary conditions. In the context of transmission lines junction of lines with different characteristic impedances or a load at one end of the line are being considered. In Timoshenko’s theory the crack problem or boundary conditions at one end are also being considered. Numerical examples with discontinuities are considered in the context of beams. Numerical examples with discontinuities and boundary value problems were approached using modal wave decomposition. In transmission line theory examples with multiconductors are considered and observations are made about decomposition of the modal waves. In the nonlocal of Eringen model, for bi-supported beams, the existence of the second frequency spectrum is discussed.

Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2017-05-17T11:44:43Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Gabriel Gomes Silva - 2017.pdf: 4421932 bytes, checksum: 33a250f4d0b7e79decbef522f34aa0e2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-05-17T11:49:41Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Gabriel Gomes Silva - 2017.pdf: 4421932 bytes, checksum: 33a250f4d0b7e79decbef522f34aa0e2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-17T11:49:41Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Gabriel Gomes Silva - 2017.pdf: 4421932 bytes, checksum: 33a250f4d0b7e79decbef522f34aa0e2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-03-13 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / Vibrations in the soil, induced by the passage of trains on railways, can cause countless effects in the areas bordering the railroads. In most problems, resort to simplified models of the system of interaction between rails foundation and trains for predicting responses that meet certain expectations, especially in order to avoid damaging nearby structures and also avoid discomfort of the people residing in areas surrounding the railway lines. Several soil-foundation interaction models have been developed seeking to get the answer to a foundation when subjected to static and dynamic actions, however, this response depends on multiple factors such as the nature and the mechanical characteristics of the terrain, the geometry of the elements involved, the rigidity of the foundation and the nature of his own excitement. Also of great importance in this type of analysis is the use of optimization techniques in order to obtain projects that are more realistic and safe from an engineering point of view. In this paper, was proposed a study of the effect of vibrations on railway lines, where it aims to model a system coupled between foundations and rails, subject to dynamic actions, in order to simulate the displacement in the time domain and in the domain of the frequency, using optimization for the construction of an optimum design that can attenuate the amplitudes of vibration of the system. / Vibrações transmitidas no solo, induzidas pela passagem de trens sobre vias férreas podem causar inúmeros efeitos nas áreas próximas às ferrovias. Na maioria dos problemas, recorre-se a modelos simplificados do sistema de interação entre trens, trilhos e fundação para a previsão de respostas que atendam a certas expectativas, principalmente, de modo a não danificar estruturas próximas e também evitar desconforto das pessoas que residem em áreas circunvizinhas a linhas férreas. Vários modelos de interação solo-fundação já foram desenvolvidos buscando-se obter a resposta de uma fundação quando sujeita a ações estáticas e dinâmicas, porém, essa resposta depende de múltiplos fatores, como a natureza e as características mecânicas do terreno, a geometria dos elementos envolvidos, a rigidez da fundação e, ainda, a natureza da própria excitação. Também é de grande importância neste tipo de análise, a utilização de técnicas de otimização visando obter projetos mais realistas e seguros do ponto de vista de engenharia. Neste trabalho, propõe-se um estudo acerca do efeito de vibrações em linhas férreas, onde se tem por objetivo modelar um sistema acoplado entre fundações e trilhos, sujeitos a ações dinâmicas, de maneira a simular o deslocamento no domínio do tempo e no domínio da frequência, utilizando-se de otimização para a construção de um projeto ótimo que possa atenuar as amplitudes de vibração do sistema.

[pt] Questões de segurança têm sido fatores cruciais para que robôs se tornem aptos a trabalhar em colaboração com seres humanos. Esse esforço envolve um controle de força mais refinado e uma certa flexibilidade nas juntas para que a adaptação dos robôs ao ambiente real e às atividades comuns dos seres humanos seja efetiva. Uma das tecnologias com esse objetivo é o Atuador Elástico em Série (SEA - Series Elastic Actuator), que apresenta um bom desempenho para controle de força, tolerância a impactos causados por agentes externos, baixa impedância, e a redução de vibrações mecânicas. Em um SEA, um elemento elástico passivo é adicionado entre o motor e o elo acionado, a fim de gerar flexibilidade. Este elemento pode ser uma mola, ou outro elemento deformável com flexibilidade caracterizada por sua geometria e pela elasticidade do material utilizado. Esta tese propõe um Atuador Elástico em Série Baseado em Elastômero (eSEA), cuja flexibilidade é obtida a partir de um elastômero depositado entre dois elementos metálicos: um interno acoplado ao atuador, e o outro externo acoplado ao elo. O eSEA foi projetado e avaliado por software de CAD e Elementos Finitos, com o intuito de obter a flexibilidade desejada para a aplicação. Foram produzidas duas versões do eSEA, com duas durezas diferentes: 10 e 55 Shore A. Testes estáticos com células de carga foram executados para caracterizar a rigidez dos eSEA. Os eSEA foram instalados em manipuladores robóticos especialmente desenvolvidos para essa tese. Experimentos compararam o desempenho das técnicas de controle com e sem a influência dos eSEA, mostrando que o uso dos eSEA diminuiu os erros de posicionamento do manipulador e possibilitou o controle de força sem a necessidade de sensores específicos. A fim de criar um modelo para que a estimativa do torque seja mais precisa a partir do eSEA, foram realizadas técnicas de identificação para estimar uma função de transferência que melhor representa o alongamento da borracha. E combinados com modelos NARX e NARMAX do erro de estimativa, gerou-se um modelo híbrido para o elemento elástico no qual soma-se a função de transferência com o erro modelado. / [en] Safety issues have been crucial factors for robots to become able to work in collaboration with humans. This effort involves more refined force control and a certain flexibility at the joints, for the robots to better adapt to real environments and common human tasks. A technology with this objective is the Series Elastic Actuator (SEA), which presents good performance for force control, tolerance to impacts caused by external agents, low impedance, and dampening of mechanical vibrations. In an SEA, a passive elastic element is added between the motor and the driven link, in order to generate a desired flexibility. This element can be a spring, or else another deformable element with flexibility characterized by its geometry and material elasticity. This thesis proposes an Elastomer-Based Series Elastic Actuator (eSEA), whose flexibility is obtained from an elastomer deposited between two metallic elements: an internal element attached to the actuator, and an external element attached to the link. The eSEA was designed and evaluated by CAD and Finite Element software, in order to obtain the desired flexibility for the application. Two versions of the eSEA were produced, with two different hardnesses: 10 and 55 Shore A. Static tests with load cells were then executed to characterize the stiffness of the eSEA. The eSEA elements were installed on robotic manipulators especially developed for this thesis. Experiments compared the performance of control techniques with and without the influence of eSEA, showing that the use of the eSEA reduced manipulator positioning errors and enabled force control without the need for specific sensors. In order to create a model for more accurate torque estimation from eSEA, identification techniques were performed to estimate a transfer function that best represents the rubber elongation. And combined with NARX and NARMAX models of the estimation error, a hybrid model was generated for the elastic element in which the transfer function is added together with the modeled error.