Para se obter alto desempenho em máquinas-ferramenta de ultraprecisão, são necessários o desenvolvimento de sistemas de posicionamento e o controle de movimento, os quais não raramente devem operar com resolução e repetibilidade na faixa submicrométrica. A utilização das modernas técnicas de metodologia de projeto auxiliam no desenvolvimento deste tipo de sistema. Neste trabalho são discutidas e analisadas as diversas alternativas disponíveis para os elementos constituintes do sistema de posicionamento. Aspectos críticos como cinemática, acionamento, guias e apoios são estudados e confrontados usando o método de análise de valor. E baseados no resultado do estudo prévio, obtém-se um sistema híbrido para microposicionamento angular de alta rigidez e ampla largura de banda, capaz de posicionar uma superfície com resolução angular inferior a 4.\'10 POT.-5\' graus. Através das técnicas de modelagem, pode-se verificar a funcionalidade desse sistema projetado, quanto ao seu comportamento estático e dinâmico. Uma modelagem cinemática é apresentada com o objetivo de auxiliar na veracidade do projeto do posicionador angular, através da qual pretende-se observar a influência de cada ponto de apoio no posicionamento final. São apresentados os resultados obtidos em simulações numéricas, as quais constatam não só o próprio desempenho do posicionador, como também, a validade da técnica utilizada. / In order to achieve high performance in ultra-precision machine tools, appropriate capability is required of motion control and positioning systems which have to operate at resolutions and repeatability in the sub-micrometre range. Machining may reach high levels of precision through the use of suitable sensors, actuators and controllers so that the development of micro-positioner with low backlash, high bandwidth and accuracy is a crucial aspect of high precision machining technology. Modern design techniques can greatly assist in the development and design of such systems. In this work, several design options for the elements of a positioning system are discussed and analysed. Critical aspects such as kinematics, driving and bearings are studied and compared using the value analysis method. A hybrid system based upon the results of this study is proposed which combines the best characteristics of each design option. The system possesses the capability of positioning a workpiece and/or tool angularly and/or linearly (micro-tilt stage) with a resolution better than 4 \'10 POT.-5\' arc degree and high stiffness and bandwidth. Through modelling techniques, it is possible to verify the static and dynamic behaviour of the system. A kinematics model of the micro-tilt stage is presented in order to establish a relationship between the displacement of the actuators and the final position of the stage. It is anticipated that such an approach will be required in respect of interferometric feedback control. Simulations of the model are performed showing that the technique applied is valid and the system fulfils the requirements for ultra-precision design.

Propõe-se, com este trabalho, estudar numericamente se a redundância cinemática e a redundância de atuação podem ser boas alternativas para que manipuladores planares de cinemática paralela atinjam altas acelerações. Sabe-se que estes tipos de redundância promovem uma redução de singularidades do sistema robótico entre outros benefícios. No entanto, a avaliação comparativa do desempenho dinâmico de manipuladores redundantes ainda é pouco estudada. Este estudo não é trivial pois a redundância significa não somente o aumento do torque disponível, mas também que a inércia do sistema foi aumentada. A avaliação numérica deste trabalho se dará por meio do desenvolvimento de modelos cinemáticos e dinâmicos das possíveis configurações de manipuladores paralelos planares com redundância cinemática e redundância de atuação. Esta avaliação pode ser feita pela comparação entre os manipuladores redundantes e o não-redundante para desenvolver uma mesma trajetória do end-effector. Entretanto, esta avaliação é dependente da trajetória, logo esse trabalho também propõe uma avaliação através de um índice dinâmico em toda a área de trabalho dos manipuladores. / The aim of this work is to study numerically if the kinematic redundancy and the actuation redundancy can be good alternatives for parallel planar manipulators to achieve high accelerations. It is known that types of redundancy promote, among other benefits, a significant reduction in the singularities. However, the evaluation of the redundancy as a good solution to increase the dynamic performance was not studied. This study is not trivial because the redundancy means not only that there is more torque available, but also that the inertia of the system has been considerably increased. Different configurations of the redundant manipulator will be evaluated numerically through kinematic and dynamic models. This evaluation can be performed by the comparison among the non redundant manipulator and the redundant manipulators to execute the same task. This evaluation is task dependent, so this work proposes a dynamic index to desing dynamic maps over the workspace.

A Zona de Cisalhamento Liberdade constitui-se como uma feição morfológica linear que se estende desde a borda sudoeste do granito Pouso Alto, passando pelo domínio a sul de Alagoa até a cidade de Liberdade, inclinando-se daí para nordeste. É observável em imagens de sensores remotos e fotografias áreas representando importante feição estrutural. Condiciona a geomorfologia do relevo e a tectônica rúptil a partir do mesozóico com uma possível reativação de caráter dextral. Secciona rochas metamórficas do Grupo Andrelândia e de seu provável embasamento, além de granitóides e migmatitos. Delimita as Nappes Aiuruoca-Andrelândia, Lima Duarte, Socorro-Guaxupé e Migmatitos Alagoa. As características estruturais indicam o desenvolvimento de uma estrutura complexa que agrega um conjunto de falhas transcorrentes e inversas. A obliqüidade entre as falhas no domínio interno da ZCL configura uma feição análoga a pares S/C de cisalhamento. Sua cinemática denota para uma zona de cisalhamento lateral oblíqua de caráter dextral e dúctil, com orientação de esforços compressivos NW-SE. Este sistema de esforços associa-se a um conjunto de dobras assimétricas e com vergência para SE, que constituem o sistema principal de dobramento observado no Domínio Imbricado da ZCL. A ZCL tem importante papel na trajetória crustal em relação as unidades metamórficas regionais sendo uma estrutura importante para o controle das isógradas da cianita + sillimanita/sillimanita, por apresentar um significativo componente de transporte vertical. Os dados existentes para ZCL denotam para uma evolução tectônica progressiva vinculada a convergência oblíqua lateral entre terrenos constituídos pelas Nappes Aiuruoca-Andrelândia, Lima Duarte e Socorro-Guaxupé. Esta convergência de caráter transpressivo de orientação NW-SE é responsável pela geometria anastomosada e fortemente imbricada da ZCL, além do conjunto de dobras internas a este domínio. A análise de deformação e tramas de eixo c cristalográfico de quartzo apontam forte partição da deformação dentro do domínio da ZCL possivelmente explicadas por uma resposta heterogênea a deformação / The Liberdade Shear Zone (LSZ) constitutes a linear morphologic feature that extends from southwest border of Pouso Alto Granite, to cross through south Alagoa domain until Liberdade City. This significant structural feature conditions the geometry of relief and ruptil tectonic from Mesozoic with a possible dextral reactivation. It crosses metamorphic rocks and provable basement of Andrelândia Group, migmatites and granites. It delimits Aiuruoca-Andrelândia, lima Duarte and Socorro-Guaxupé nappes and Alagoa Migmatites. The structural features indicate a development of a complex structure that to aggregate an assemblage of transcorrente and thrust faults. The obliquely between faults in internal domain of LSZ configures an analogous feature with S/C fabrics. The LSZ\'s cinematic indicates an oblique lateral shear zone with dextral and ductile character with compression strength trends NW-SE. This strengths system associates a set of asymmetric folds with strick of axial plane to SE that to constitute the principal system of folding in internal dominion of LSZ. The LSZ had a important part in crustal trajectory between regional metamorphic units and possibly, controlled the sillimanite and Kyanite/sillimanite isogrades, because have a significative component of vertical transport. The structural data results for LSZ show a progressive tectonic evolution entailed to the lateral oblique convergence between terrains constituted by Aiuruoca-Andrelândia, Lima Duarte and Socorro-Guaxupé nappes. This convergence of transpressive character and NW-SW trend was responsible by anastomosed and strongly imbricament geometry of LSZ. The deformation and quartz c-axis fabrics analysis indicate stong partition of deformation in LSZ maybe explained by the heterogeneous reaction od deformation.

O trend do Cinturão Paraíba ou Faixa/Cinturão apresenta uma inflexão de NE-SW para aproximadamente N-S, a partir da divisa do Rio de Janeiro com o Espírito Santo. Com base nesta mudança, alguns autores incluem este trecho do orógeno na Faixa Araçuaí, ampliando sua concepção original. O presente trabalho visa caracterizar estruturalmente uma seção no Baixo Rio Doce/ES, frente à escassez de dados sistemáticos de lineação de estiramento e mineral e análise geométrica e cinemática neste trecho do orógeno. A região compreende uma associação de granulitos, charnockitos e granitos ricos em granada. Os contatos variam de intrusivos a tectônicos, marcados por zonas de cisalhamento reconhecidas em escala de imagem de satélite ou mapas regionais. A Zona de Cisalhamento Guaçuí sofre uma inflexão de SW-NE para SE-NW, mas as principais estruturas da área associam-se ao sistema Guaçuí. O levantamento de uma seção geológica-estrutural entre Aimorés (MG) e Colatina (ES), permitiu o reconhecimento das principais feições geométricas e cinemáticas. São reconhecidos quatro domínios estruturais (I, II, III e IV), onde a lineação de estiramento e mineral concentra-se no setor NNE-NE do diagrama. A foliação principal mostra duas orientações dominantes: N-S a NW-SE com mergulhos altos a baixos para E e NE, presente em todos os domínios, e NE-SW com mergulhos intermediários/altos para SE e NW, presente nos domínios II e II. No setor W há indicadores cinemáticos compatíveis com um fluxo compressivo para SW e extensional para NE, reconhecido em estruturas mesoscópicas no granulito e no charnockito. O charnockito compõe um corpo batolítico e tem seu contato E marcado por uma zona de cisalhamento de alto ângulo com direção SW-NE. A partir desta zona, na escala de campo, predomina fluxo extensional para NNE-NE. Microscopicamente, são descritos indicadores de movimentação com sentidos opostos. O padrão de eixos-C de quartzo predominante é o de guirlanda cruzada assimétrica do tipo II e o sentido do fluxo é condizente com algumas estruturas mesoscópicas. O padrão das guirlandas obtidas, com concentração de dados nos quatro quadrantes do diagrama a aproximadamente 90°, revela que as rochas foram submetidas a um regime de deformação de alto grau. Este regime aciona a participação do plano prismático [c] além do plano basal nas deformações intracristalinas, gerando diagramas com concentração de dados ao longo do eixo X do elipsóide de deformação finita. Outras evidências microestruturais de alto grau de metamorfismo referem-se a uma textura reticular cruzada, padrão de extinção tipo \"tabuleiro de xadrez\" no quartzo e feições de deformação dúctil em vários minerais, como quartzo, feldspato, cordierita, sillimanita, piroxênio e granada. Considera-se a predominância de movimentos oblíquos e paralelos à faixa no segmento estudado, também descritos em outros trabalhos, em contraste com os movimentos frontais indicados por alguns autores para este domínio. Cabe ressaltar ainda que os dados analisados neste trabalho evidenciam a presença de um quadro cinemático superposto, desenvolvido em regime de deformação dúctil. / The trend of the Paraíba or Ribeira Belt changes from NE-SW near the Rio de Janeiro - Espírito Santo state boundary. Because of this, some authors include this region in the Araçuaí Belt. This work focuses on the structural characterization of a section in the Baixo do Rio Doce region, Espírito Santo State, Brazil, considering the need for more systematic data on mineral and stretching lineations and geometric and kinematic analyses of this part of the orogeny. The area contains garnet-rich granulites, charnockites and S-type granites. Their contacts are magmatic or tectonic, marked by high angle shear zones that are recognizable in regional geological maps or satellite images. The Guaçuí Shear Zone inflects from SW-NE to SE-NW in the Baixo do Rio Doce region, but the main structures are related to the Guaçuí system. In the Aimorés (MG) - Colatina (ES) section, four structural domains are recognized (I, II, III and IV) with mineral and stretching lineation plunging dominantly to NNE-NE. The foliation has two main orientations: one with N-S and NW-SE trend and both high and low dips to E and NE, which are found in all domains, and the other with NE-SW trend and high intermediate dips to SE and NW. The kinematic indicators in the western part the section suggests top-to-SW-SSW (compressive structures) and top-to-NE-NNE (extensive structures), recognized in mesoscopic structures such as S-C and S-C-C\' foliation planes, asymmetric structures, \'alfa\' type porphyroclasts in the granulites and charnockites. The charnockite comprises a batholithic body and its eastern contact is a high angle shear zone with SW-NE trend. In the eastern part of the section, top-to-NE-NNE prevail. Some microscopic structures, however, indicate the opposite shear zone. The crystallographic C-axis pattern resembles predominantly type-II asymmetric crossed girdles and the follow direction is consistent with some mesoscopic structures. The fabric skeleton with opening angles of 90° centered on the Y-axis and c-axis plots concentrated on the extension axis, suggests that a high metamorphic grade was reached in this rocks. This implies the basal prism [c] switch in the intracrystalline deformation mechanisms. Other microstructural evidence related to the high metamorphic grade relates to reticular matrix mosaics, quartz chessboard pattern and other ductile deformation features in quartz, feldspar, cordierite, sillimanite, garnet and pyroxene. It is thought that movements parallel or oblique to the belt were important in this orogeny, rather than the frontal movements which some authors have proposed for the Eastern domain of the Araçuaí Belt. The data presented in this study show complex kinematics path developed during ductile deformation.

Este trabalho trata da avaliação do desempenho de máquinas de usinagem cujas arquiteturas se baseiem em estruturas cinemáticas paralelas planas. Inicialmente analisa dois tipos distintos de arquiteturas paralelas, avaliando as suas mobilidades, possíveis formas de atuação, além de apresentar seus modelos teóricos cinemáticos e dinâmicos correspondentes. A seguir, descrevem-se no texto algumas simulações realizadas em oito modelos propostos, de modo a se observar os comportamentos das arquiteturas consideradas, quando da execução de possíveis trajetórias da ferramenta em movimento plano (2D). A seleção dos modelos e a discussão dos resultados são guiadas por índices de desempenho presentes na literatura e outros propostos ou adaptados. O trabalho discute ainda as melhores soluções, com foco nas trajetórias prédefinidas e em critérios importantes para os mecanismos de arquitetura paralela. / This dissertation concerns the performance evaluation of machine-tool with architectures based on planar parallel kinematic structures. The text starts analyzing two distinct types of parallel architectures, their mobility, feasible schemes of actuation and presents their kinematic and dynamic models. From this point, simulations are described to figure out some characteristics of chosen architectures, in eight different models, focused on execution of tool trajectories in plane motion (2D). The model selection and the discussion about obtained results are guided by performance indexes from the literature and others either proposed or adapted. The work also discusses the best solutions, for pre-defined tool trajectories and important points for mechanisms with parallel structures.

A neuropatia diabética é umas das principais complicações crônicas da Diabetes Mellitus que causa prejuízo nos sistemas somatossensorial e motor resultando em alterações biomecânicas nos padrões de locomoção. Atividades de locomoção da vida diária que provocam maior desafio mecânico e de estabilidade podem ser consideradas como um fator de risco para formação de ulcerações em diabéticos neuropatas. Assim, para o real entendimento da interferência da neuropatia diabética na realidade do paciente diabético, torna-se essencial avaliar a biomecânica de membro inferior durante a execução de tarefas motoras da vida real do paciente. O objetivo deste estudo foi investigar a influência da neuropatia diabética nas características discretas e das séries temporais do padrão de ativação muscular, por meio da EMG de superfície, e da cinemática sagital de membro inferior, por meio de eletrogoniômetros, de diabéticos neuropatas (GD) e não diabéticos (GC) (n=46, GC=23, GD=23). Na análise discreta foram analisadas variáveis discretas dos envoltórios lineares dos músculos VL, GM e TA e da variação angular sagital de quadril, joelho e tornozelo. Estas variáveis foram comparadas entre grupos, em cada tarefa motora, por testes t independentes (=0,05). A análise das séries temporais eletromiográficas e de variação angular sagital foi realizada por meio da correlação cruzada de cada série entre os grupos. Também se avaliou a força da relação de fase entre a atividade muscular de VL, TA e GM com a variação angular de joelho e tornozelo, em cada grupo. Os coeficientes de correlação dessas relações foram comparados entre grupos por testes t independentes (=0,05). Os resultados demonstraram que durante o subir, os diabéticos apresentaram menor extensão de tornozelo ao final do apoio e, ao se projetarem para frente na primeira metade do apoio, fletiram menos o tornozelo. Em decorrência disto, houve um prejuízo no posicionamento ideal de tornozelo, indispensável para a ação inicial eficiente de VL. A desvantagem mecânica de VL observada no GD no início do apoio no degrau desencadeou uma ativação aumentada deste músculo ao final da fase de apoio na perna contralateral. No descer, o GD apresentou menor extensão de tornozelo no início do apoio, mas não apresentou alterações na EMG. Nos resultados da análise das séries temporais das EMG houve alta similaridade entre os grupos tanto no subir quanto no descer. A correlação entre a atividade muscular e a variação angular em todas as relações avaliadas foram significativamente mais fracas para o GD no subir para o VL joelho e GM tornozelo (relações fracas em ambos os grupos), exceto para a relação TA e tornozelo, em que o GD obteve relação moderada, enquanto o GC obteve relação fraca. No descer, as correlações foram similares entre os grupos (moderada para VL - joelho e GM - tornozelo, e fraca para TA - tornozelo). Aparentemente, o subir parece exacerbar mais os déficits motores da neuropatia diabética tanto na análise discreta quanto nas séries temporais. Apesar da similaridade temporal das séries no descer escada, qualitativamente houve diferenças na forma, sugerindo uma estratégia de recrutamento motor alterada. Em resumo, diabéticos neuropatas apresentam o padrão cinemático de tornozelo e muscular de vasto lateral e tibial anterior alterados durante estas atividades cotidianas, assim como uma alterada coordenação da ativação muscular de joelho e tornozelo com o correspondente movimento articular. Estes fatos, associados aos maiores impactos verticais do subir e descer escada podem aumentar o risco de ulceração no dia-a-dia de diabéticos neuropatas / The diabetic neuropathy is one of the main chronic complications of Diabetes Mellitus which causes damage to somatosensory and motor control systems resulting in biomechanical alterations in locomotion patterns. Locomotion activities with greater mechanical and balance demands might be considered a risk factor for ulcer formation in diabetic neuropathic patients. Therefore, to have a better understanding of the diabetic neuropatic interference in the daily life of these individuals, it is essential to evaluate the biomechanics of lower limbs during real life activities. The aim of this study was to investigate the influence of the diabetic neuropathy in the discrete characteristics and in time series of muscle activation patterns, using superficial EMG, and sagittal kinematics, using electrogoniometers, of lower limbs during stair management in diabetics (n=23) and non-diabetic individuals (n=23). The discrete analyses were done by discrete variables of VL, GM and TA linear envelopes and the sagittal angular variation of hip, knee and ankle. These variables were compared between groups in each motor task, by t test for independent samples ( = 0.05). The analyses of electromyographic and sagittal angular variation time series were performed by cross-correlation of each serie between groups. Moreover, the strength of the phase relationship between muscle activity of VL, TA and GM with the angular variation of knee and ankle was assessed in each group. The correlation coefficients of these relationships were compared between groups by independent t tests ( = 0.05). The main findings showed that during the stair ascent, diabetics had lower ankle extension at the end of stance phase, and while projecting their body forward during the first half of stance, their ankle flexion angle was also smaller. Because of that, there was a worse ankle positioning in the beginning of the stance, necessary for an efficient action of VL. The mechanical disadvantage of VL observed in diabetic neuropathic patients at the beginning of the stance phase may have triggered an increased activation in the same muscle at the end of stance in the contralateral leg. In the stair descent, diabetics had lower ankle extension at the beginning of stance, but did not show significant alterations in EMG. In the time series analysis, the EMG signals of all muscles presented higher similarities in timing across time series between groups for stair ascent and descent. The correlation obtained between groups for the muscle activity and angular variation amongst all evaluated relationships were statistically lower in the diabetic group for stair ascent (for VL-knee and GM-ankle (both groups presented weak relation), except for the relation between TA and ankle joint variation, which was moderate for the diabetic individuals and weak for controls. In the stair descent, the correlations were similar between groups (moderate relation for VL- knee and GM - ankle, and a weak relation for TA - ankle). Apparently, the stair ascent explicited motor deficits caused by diabetic neuropathy in the discrete analysis and also in the time series analysis. Although the similarities in the time series in the stair descent, qualitative shape differences were observed, suggesting a impaired pattern of motor recruitment in neuropathic patients. In summary, diabetic neuropathic individuals presented an altered ankle kinematic and VL and TA muscles activities patterns during these real life activities, and also altered coordination between muscle activity of knee and ankle and adjacent joint motion. These facts, combined to higher vertical impacts of stair ascent and descent might raise the plantar ulceration risks in the daily activities of diabetic neuropathic individuals

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No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação - versão completa.pdf: 3328208 bytes, checksum: e4cb091c62ab4134be85abd3c73e362e (MD5) Previous issue date: 2016-12-09 / O presente trabalho partiu da concepção de que as Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs) estão emergindo como meios potenciais para o desenvolvimento de alternativas de ensino em sala de aula. Desse modo, a questão foco proposta foi de como a robótica e a programação em blocos poderiam facilitar a aprendizagem de Cinemática e sua utilização no cotidiano. O projeto foi desenvolvido na cidade de Bagé-RS, durante as aulas de Ciências do ensino fundamental da Escola Estadual Félix Contreiras Rodrigues. Foi escolhida para aplicação uma turma do 9º ano, composta por 25 alunos. Antes da realização das atividades provenientes desse projeto, a mesma turma já havia tido lições introdutórias sobre programação e robótica. Essas ações que foram realizadas previamente, inclusive, geraram um relato de experiência que posteriormente foi apresentado no XII Encontro sobre Investigação na Escola, no ano de 2015. O estudo em questão foi desenvolvido à luz da Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel, com o objetivo geral de criar uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS) para a introdução dos conceitos básicos de Cinemática. Ao longo da implementação da UEPS, foi desenvolvida uma pesquisa do tipo estudo de caso exploratório, na acepção de Yin. Foram projetados momentos que permitiram analisar os conhecimentos prévios dos educandos acerca do tema Cinemática, a realização dos princípios programáticos de diferenciação progressiva e reconciliação integrativa dos conceitos e o uso de métodos que estimularam o desenvolvimento de uma aprendizagem por descoberta. A UEPS em questão contou com três módulos sequenciais. O primeiro módulo buscou estabelecer relações entre os conceitos de Cinemática a partir de atividades de sondagem. No segundo módulo ocorreram simulações sobre a Cinemática a partir de programações no software Scratch. Quanto ao terceiro módulo, houve a coleta de dados referentes aos diferentes conceitos físicos da Cinemática através da prática da automação. Na finalização do trabalho uma avaliação diferenciada foi proposta aos alunos, em que precisaram aplicar o que haviam estudado em um percurso real entre as cidades de Bagé-RS e Porto Alegre-RS. Os resultados obtidos foram baseados na motivação e quanto a significância das atividades respondidas pelos alunos. Dos oito grupos que realizaram o trabalho, seis foram classificados como motivados, um como parcialmente motivado e um como desmotivado. Quanto a significância, cinco grupos apresentaram atividades predominantes com significância, dois com significância parcial e um grupo com atividades sem significância. Esses resultados mostram que os objetivos elencados para o trabalho foram atingidos integralmente, pois houve indícios de aprendizagem significativa. Os alunos foram capazes de identificar os conceitos de Cinemática no módulo de sondagem, realizar simulações referentes a Cinemática com o Scratch no módulo de programação e aplicar durante a prática da programação o que foi feito com o Scratch. Na avaliação final, foram capazes de realizar relações entre os conceitos da Cinemática em um percurso real. Por fim, salienta-se que esse trabalho não tem por objetivo estimular o abandono de metodologias tradicionais e sim trazer uma alternativa para o estudo de Cinemática no 9º ano do ensino fundamental. / This work was of the view that the Information and Communication Technologies (TICs) are emerging as potential means for developing educational alternatives in the classroom. Thus, the question focus proposal was as robotics and programming blocks may facilitate the learning of kinematics and their use in everyday life. The project was developed in the city of Bage-RS, during science classes of elementary school of the State School Felix Contreiras Rodrigues. It was chosen to implement a class of 9th grade, composed of 25 students. Before carrying out the activities from this project, the same group had had introductory lessons on programming and robotics. These shares were previously held even generated an experience report that was later presented at the XII Meeting on Research in School, in 2015. The study in question was developed in light of Meaningful Learning Theory of David Ausubel, with overall goal of creating a Potentially Meaningful Teaching Unit (PMTU) for the introduction of the basic concepts of kinematics. Throughout the implementation of PMTU a survey of exploratory case study type was developed within the meaning of Yin. moments were designed that allowed us to analyze the previous knowledge of students about the kinematics theme, the achievement of programmatic principles of progressive differentiation and integrative reconciliation of concepts and the use of methods that stimulated the development of a learning by discovery. The PMTU concerned had three sequential modules. The first phase sought to establish relations between the concepts of kinematics from probing activities. In the second module occurred simulations on the kinematics from programming in Scratch software. The third module, there was the collection of data relating to different physical concepts of kinematics through the practice of automation. In the work finalizing a differentiated evaluation was proposed to students that need to apply what they had studied in a real route between the cities of Bagé-RS and Porto Alegre-RS. The results were based on the motivation and the significance of the activities answered by students. Of the eight groups that performed the work, six were classified as motivated, one as partially motivated and one as unmotivated. Regarding significance, five groups presented predominant activities with significance, two with partial significance and one group with activities without significance. These results show that the listed objectives for the study were achieved in full, since there was significant evidence of learning. Students were able to identify the kinematics concepts in the survey module, perform simulations related to kinematics with Scratch the programming module and apply during the practice of programming that was done with Scratch. In the final evaluation, we were able to carry out relations between the concepts of kinematics in a real way. Finally, it is noted that this work is not intended to encourage the abandonment of traditional methods but bring an alternative to the kinematics study in 9th grade of elementary school.

Nos últimos anos um novo campo dentro das pesquisas de robótica tem sido focalizado com grande interesse, que é o emprego de robôs em cirurgias minimammente invasivas, como as operações de laparoscopia. Durante a cirurgia laparoscópica, o cirurgião é guiado pelas imagens provindas pela câmera endoscópica. O cirurgião instrui o auxiliar no manejo da câmera de tal modo que ele pode ter sua própria visão dentro da cavidade abdominal do paciente. Deste modo, ele está apto a examinar a anatomia do corpo e suas patologias, e operar. Tal procedimento cirúrgico pode durar mais de duas horas. Como conseqüência, perda de resistência e fadiga podem trazer perda de estabilidade e dificuldades de mater o froco no ponto de interesse. O trabalho focaliza o emprego de um robô industrial PUMA 560 no manuseio da câmera laparoscópica em um modelo simulado de uma cavidade abdominal. Os cálculos dos movimentos e comando do robô são feitos utilizando um programa computacional desenvolvido com o uso do software MatLab 6.0. Para validar o trabalho foi construído um simulacro de cavidade abdominal e uma estrutura mecânica com a mesma medida de uma câmera laparoscópica real, para avaliar o desempenho do sistema. A cavidade abdominal simulada provê uma perspectiva real da câmera laparoscópica no espaço de trabalho e dá a oportunidade de avaliar o comportamento mecânico do ponto de entrada do laparoscópico que é um dos pontos mais críticos no controle. A meta principal deste trabalho é avaliar a viabilidade e a confiabilidade do sistema baseado em um robô industrial, através da implementação experimental.

Este trabalho trata da modelagem, identificação e controle de estruturas flexíveis. A fim de estudar estes assuntos, a modelagem simbólica de manipuladores robóticos com elos flexíveis foi desenvolvida e dois experimentos foram montados e usados para o estudo do comportamento dinâmico deste tipo de estrutura. Os resultados experimentais obtidos foram comparados com os analíticos para a identificação dos modos de vibrar da estrutura. O primeiro experimento consistiu de um manipulador robótico flexível composto por uma viga de alumínio ligada a um cubo acionado por um motor DC. A dinâmica da viga foi caracterizada utilizando-se quatro tipos distintos de sensores: um acelerômetro piezoelétrico, um extensômetro, um tacômetro e um potenciômetro que fornece a posição angular da viga. O manipulador foi modelado com a aplicação do princípio estendido de Hamilton ao Lagrangiano do sistema. Devido a complexidade das equações obtidas, o sistema foi discretizado usando o Método dos Modos Assumidos e levando-se em consideração os três primeiros modos de vibrar da viga. Dois tipos de abordagens foram consideradas na discretização das equações: o modo vinculado e o modo desvinculado. Resultados experimentais, mostraram que o modelo analítico utilizando o modo desvinculado forneceu uma melhor aproximação do modelo experimental. O segundo experimento consistiu de uma estrutura multicorpos com apêndices flexíveis ligados a um cubo e também excitada por um motor DC sem escovas. A modelagem adotada também foi a formulação de Lagrange. Dois compressores (proporcional e proporcional/integral/derivativo) foram implementados em tempo real para fazer o controle da posição angular da estrutura. A técnica de controle LQG/LTR que é adequada a este tipo de sistema devido as incertezas provenientes da discretização do modelo, também foi estudada e resultados simulacionais são apresentados.

Neste trabalho é tratado o problema de controle adaptativo de robôs móveis com rodas e com acionamento diferencial. Os modelos cinemático e dinâmico são considerados, bem como distúrbios desconhecidos e limitados, dinâmica não modelada do tipo não estruturada e atrito. O controlador estudado é constituído de um controlador cinemático, baseado em coordenadas polares, e um controlador dinâmico, utilizando: Rede Neural Artificial (RNA), Rede Wavelet (RW) e Rede Wavelet com Bias (RWB). Nenhuma das estratégias necessita de treinamento prévio e os pesos e bias são adaptados on-line. As leis de adaptação são obtidas via análise de estabilidade baseado no segundo método de Lyapunov. As estratégias que utilizam RNA e RW necessitam do ajuste do número de neurônios (ou número de wavelons, para a RW) da camada escondida. Esta restrição é eliminada através de um algoritmo de adaptação estrutural proposto para a estratégia de controle utilizando RWB. É também efetuado um estudo sobre a estabilidade do controlador cinemático baseado em coordenadas polares para situações onde o ponto de guiagem não está localizado no ponto médio do eixo de rodas. Resultados de simulação são apresentados para situações de rastreamento e estabilização em um ponto. Comparações de desempenho são feitas utilizando resultados de um controlador baseado em realimentação linearizante, onde todos os parâmetros são supostos conhecidos.