Algoritmos de aprendizagem autônoma têm sido propostos para lidar com a questão de como um agente autônomo pode aprender a realizar uma tarefa simples apenas interagindo com o seu ambiente. Existem muitos trabalhos apresentando resultados significativos, porém, apenas em simulação, o que freqüentemente leva a críticas desfavoráveis a respeito da validade dos resultados obtidos. Aspectos inerentes ao mundo real são ignorados, dificultando a análise dos algoritmos sob condições suscetíveis ao problema. A proposta desta dissertação é analisar a sensibilidade de tais algoritmos a situações de ambigüidade de estados comumente produzidas pela baixa capacidade sensorial de robôs móveis. Tal sensibilidade é produzida pela quebra de uma condição teórica (condição de Markov) importante para garantia de convergência de tais algoritmos, mas as conseqüências práticas desta violação sobre sistemas reais não estão bem estabelecidas na literatura. Os algoritmos de aprendizagem alvos deste estudo foram: Q-learning, Sarsa e Peng-Williams. As experiências foram realizadas em simulação e em sistemas reais utilizando dois robôs: o mini-robô Khepera e o robô Magellan. Durante os experimentos com o Magellan, implementou-se um método para gerar mapas cognitivos do ambiente com resolução variável, de modo a produzir um verificador de desempenho dos algoritmos de aprendizagem. Verificou-se que os algoritmos de aprendizagem implementados apresentaram desempenho satisfatório nos sistemas reais, apesar de perder um pouco a sua eficiência devido à ambigüidade dos estados, proveniente de características inerentes ao mundo real ou introduzida artificialmente. O algoritmo Q-learning obteve o melhor desempenho geral durante os experimentos, seguido pelo Sarsa. O algoritmo Peng-Williams teve seu desempenho prejudicado pelos parâmetros da experiência. O método para aprendizagem de mapas cognitivos mostrou-se eficiente e permitiu avaliação adequada dos algoritmos.

In dealing with rigid body three-dimensional rotational motion, one is inevitably led to face the fact that rotations are not vector quantities. They may, however, be treated as such when the angle of rotation is (very) small. In this context, i.e. the infinitesimal case analysis, the time derivatives of the rotation variables hold simple (sometimes vector-like) relationships to the components of the angular velocity vector. Conventionally, this distinctive characteristic cannot be associated with general moderate-to-large rotations.In this thesis, it is demonstrated that the kinematical differential relationship between the rotation vector and the angular velocity vector may, in fact, be expressed in terms of a mere time derivative, provided that the angle of rotation is kept within moderate bounds. The key to achieve such simplicity in the kinematical equation (linear attitude kinematics) within moderate angles of rotation is a judicious choice of the basis from which the time derivative is observed. This result is used to advantage within a generalised version of Euler's motion equations to construct a simple control law, which nominally realises both linear attitude tracking and linear angular velocity tracking (nominal linear attitude state tracking), within moderate attitude tracking errors. The analytical work presented here is unique in the sense that it combines attitude kinematics, dynamics and control in such a way that nominal linearity between the attitude state error variables is achieved within moderate attitude tracking errors. For the first time, an attitude control law explicitly enables the nominal closed-loop attitude state error dynamics to be chosen and motivated by useful physical concepts from linear control theory. The text also includes numerical simulations that validate and illustrate the theoretically achieved results.

O problema de estabilização de robôs móveis na posição e orientação desejadas é abordado neste trabalho. Inicialmente são apresentados os modelos cinemático e dinâmico de robôs móveis com rodas e mostra-se que são possíveis apenas cinco classes de modelos. A seguir, são propostas duas estratégias de controle. Uma baseada na linearização por realimentação do modelo do robô e outra baseada em uma transformação não contínua de coordenadas. A aplicabilidade destas estratégias de controle, para cada uma das cinco classes de robôs móveis, é discutida. Mostra-se que a linearização por realimentação de estados permite o controle da posição e orientação de apenas uma das classes de robôs móveis. Utilizando-se esta estratégia, duas outers classes podem ter apenas a posição controlada. Para as demais classes esta estratégia é preticamente inútil. A estratégia utilizando transformação descontínua de coordenadas, por outro lado, permite o controle de robôs pertencentes a todas as classes. Como os parâmetros do modelo dinâmico do robô podem ser variantes do tempo, desenvolve-se versões adaptativas dos controladores propostos. Em particular, o controlador com backstepping adaptativo permite que a prova de estabilidade em malha fechada, isto é considerando o processo, o controle e a adaptação, seja feita em conjunto. Para permitir a implementação dos controladores propostos, são apresentadas técnicas de estimação de posição e orientação através da fusão de dados obtidos a partir de encoders incrementais, visão computacional e bússola digital. A validação dos métodos desenvolvidos é realizada através de simulações e da implementação de dois protótipos.

Neste trabalho uma metodologia é proposta para a implementação de um ambiente computacional para detecção e diagnose de falhas (DDF) em sensores de manipuladores robóticos. Esse ambiente computacional é formado por um subsistem de simulação de manipuladores robóticos e por um subsistema de detecção e diagnose de falhas. O subsistema de simulação de manipuladores robóticos é composto por blocos básicos de simulação e controle de manipuladores robóticos, como o bloco da planta do manipulador que se deseja simular, o bloco do sistema de controle composto por controladores do tipo PID e torque computado (que podem ser selecionados e configurados pelo usuário), o bloco do planejador de tarefas e o bloco de sensores. O subsitema de detecção e diagnose de falhas usa um método de redundância de sensores baseado na integração dos valores medidos combinado com as equações estáticas do manipulador robótico. Um sistema especialista é usado como apoio ao subsistema de detecção e diagnose de falhas, onde são implementadas regras para melhorar a capacidade de diagnóstico e produzir uma possível compensação de falhas. Um exemplo aplicativo ilustra a metodologia proposta, o qual pode ser facilmente implementada e possui baixo custo de equipamento, pois utiliza sensores comuns disponíveis em muitos manipuladores robóticos. Entretanto, este método pode exigir um esforço computacional significante e indesejado, principalmente com a utilização de manipuladores robóticos com vários graus de liberdade. Porém, caso o esforço computacional seja considerado grande em determinadas aplicações, pode-se fazer uso de controladores e processadores dedicados (por exemplo, DSPs), rápidos e de baixo custo (atualmente muito comuns no mercado).

Neste trabalho é considerado o problema do controle cinemático e dinâmico de robôs móveis com acionamento diferencial. O modelo cinemático é descrito em coordenadas retangulares e é adotado o modelo dinâmico proposto por Yamamoto. Duas abordagens são consideradas: a primeira utiliza o controle cinemático, e a segunda combina o controlador cinemático com um controlador dinâmico.No primeiro caso, é proposta uma lei de controle cinemática, deduzida a prova de estabilidade e avaliado seu desempenho em tempo real, comparando-o com o controlador cinemático proposto por Kanayama. Na implementação das leis de controle cinemáticas em tempo real foi utilizado o robô móvel Magellan-ISR, investigando-se os problemas de rastreamento de trajetória e estabilização em um ponto.No caso do controlador dinâmico são propostas três estratégias de controle: Rede Neural Artificial (RNA), Rede Wavelet com Bias (RWB) e RWB com adaptação estrutural. Nenhuma das estratégias requer treinamento prévio e os pesos e bias são atualizados on-line. As leis de adaptação são obtidas através da análise de estabilidade baseada no método de Lyapunov. As estratégias que utilizam uma RNA e RWB necessitam do ajuste prévio do número de neurônios ou wavelons da camada escondida. No caso da RWB com adaptação estrutural, esta restrição é eliminada através de um algoritmo de ajuste da estrutura da rede. São apresentados e discutidos resultados de simulações realistas, utilizando o controle neural e wavelet, para os casos de rastreamento e estabilização em um ponto, considerando os parâmetros do robô Magellan-ISR. É também efetuada comparação de desempenho no caso dos controladores cinemáticos, via simulações.

O tratamento cirúrgico da blefaroptose congênita é controverso e, embora a ressecção supramáxima do levantador palpebral tenha sido advogada por alguns autores como eficaz em diminuir a assimetria palpebral, existe o risco de que a cirurgia possa estar associada à restrição dos movimentos palpebrais e à ocorrência de olho seco. Com o objetivo de quantificar os movimentos palpebrais nos pacientes submetidos à cirurgia e avaliar a eventual relação entre supostas alterações funcionais dos movimentos palpebrais e a ocorrência de complicações relacionadas à superfície ocular, foram caracterizadas, mediante a utilização da técnica magnetic search coil, as amplitudes e as velocidades dos movimentos do piscar e dos sacádicos palpebrais dos olhos operados de dezoito pacientes e, em seguida, foram comparadas com as amplitudes e velocidades obtidas para os olhos contralaterais não operados dos mesmos pacientes e também com as obtidas para os olhos dos pacientes do grupo controle, não operados. Também foram avaliados os resultados cosméticos nos pacientes operados e a ocorrência de complicações relacionadas à superfície ocular entre os olhos operados e os controles, não operados. A cirurgia acarretou aumento da distância margem-reflexo da pálpebra superior e diminuição da assimetria palpebral, logrando bom resultado estético. Porém, tanto a amplitude quanto a velocidade, seja das piscadelas, ou dos movimentos sacádicos palpebrais dos olhos operados, foram inferiores às dos controles e a cirurgia esteve relacionada com maior risco de ocorrência de olho seco. Por esse motivo, os autores advogam que a ressecção supramáxima do levantador da pálpebra superior permanece uma opção eficaz para o tratamento da ptose palpebral congênita, mas contraindicam a sua utilização em pacientes com ausência do reflexo de Bell ou outras alterações prévias documentadas ou predisponentes à ceratoconjuntivite seca. / Surgical treatment of congenital blepharoptosis remains controversial and, although supramaximal resection of the levator palpebrae superioris has been advocated as effective in reducing eyelid asymmetry, there is a risk that the surgery may be associated with restriction of eyelid movements and the occurrence of dry eye. In order to quantify eyelid movements in patients undergoing surgery and to assess the possible relationship between the alleged functional changes of eyelid movements and the occurrence of complications related to the ocular surface, we measured by magnetic search coil technique the amplitude and the maximal descent speed of blinks and lid saccades in eighteen patients who undergone surgery and in ten patients of the control group, with no eyelid diseases. We compared the amplitude and speed of the operated eyes with that of the non-operated eyes. We also evaluate the cosmetic results in operated patients and the occurrence of dry eye between operated and non-operated eyes. The surgery resulted in increased upper lid margin-reflex distance and consequent decreased eyelid asymmetry, achieving good aesthetic result. However, both amplitude and speed of eyelid movements in operated eyes were lower than those for the control eyes and the surgery was associated with increased risk of dry eye. For this reason, the authors advocate that supramaximal levator resection of the levator palpebrae superioris remains an effective option for the treatment of congenital blepharoptosis, but contraindicate its use in patients with absence of Bell\'s reflex or with previous ocular surface diseases.

A curva de rotação da Galáxia apresenta uma anomalia perto do raio da órbita solar R0, caracterizada pela presença de um mínimo. Existem trabalhos que, embora não façam uma afirmação categórica, interpretam o mínimo como sendo o resultado do decréscimo do efeito do disco, combinado com o aumento do efeito de um hipotético halo de matéria escura. A existência de tal interpretação reforça a importância de um estudo detalhado sobre sua natureza. No presente trabalho nós mapeamos a curva de rotação entre os raios galáticos 5 < R < 12 kpc usando diversas estrelas como traçadoras, por exemplo, Cefeidas, C-Miras, etc. Através de um método original realizamos o estudo cinemático para 322 Cefeidas. A partir desse estudo determinamos os melhores valores para os parâmetros da Galáxia, V0=202 +- 15 km/s e R0=7.5 +- 0.5 kpc. A melhor escolha possível para tais parâmetros é de fundamental importância, pois estes afetam a curva de rotação deduzida a partir de dados observacionais. Após determinarmos os valores de R0 e V0, analisamos as curvas de rotação obtidas por nós e vimos que elas apresentam um mínimo a uma distância de 1.5 +- 0.3 kpc de R0. O mínimo apresenta uma velocidade de 30 +- 10 km/s menor que a velocidade encontrada no raio galático igual a R0. Simulações computacionais mostraram que esse mínimo pode ser explicado por um déficit gaussiano na densidade superficial de matéria (gás + estrelas) do disco, com um decréscimo máximo de 30% do valor da densidade superficial total próxima a R0. Esse déficit pode ser explicado pelo efeito da co-rotação. / The Galaxy rotation curve shows an anomaly near the solar radius orbit R0, characterized by the presence of a minimum. There are works that implicitly interpret the minimum as the result of the decrease of the effect of the disk, combined with increasing of effect of a hypothetical dark matter halo. The existence of this interpretation reinforces the importance of a detailed study about its nature. In this work we obtained the rotation curve between Galactic radius, 5 < R < 12 kpc, using several stars as tracers, for instance, Cepheids, C-Miras, etc. Through a new method, we studied the kinematic of 322 Cepheids. From this study we determined the best values for the Galaxy parameters, V0=202 +- 15 km/s, and R0=7.5 +- 0.5 kpc. The best possible choice for such parameters is of fundamental importance since they affect the rotation curve inferred from observational data. After determining the values of R0, and V0, we analyzed the rotation curves obtained by us, and we saw that they have a minimum at a distance of 1.5 +- 0.3 kpc from R0. The minimum shows a velocity of 30 +- 10 km/s less than the velocity found at galactic radius R0. Computational simulations showed that this minimum can be explained by a Gaussian deficit of surface density of matter (gas + stars) of disk, with a maximum decrease of 30% of the value of surface density total arround R0. This deficit is explained by the effect of co-rotation.

O objetivo do presente trabalho foi descrever as características cinemáticas do salto de cavalos da raça Brasileiro de Hipismo, avaliar o julgamento realizado pelos juízes durante uma competição de salto em liberdade e comparar essas avaliações. Foram utilizados 13 equinos da raça Brasileiro de Hipismo, machos não castrados (40,15±4,24 meses, 491,1±40,89 kg). Os animais foram filmados saltando um obstáculo oxer durante uma competição de saltos em liberdade. Trajetórias do centro de massa corporal (CM) foram calculadas através da posição de pontos anatômicos que foram rastreados manualmente desde a decolagem até o pouso. Dessa trajetória, variáveis biomecânicas foram calculadas: velocidade vertical e horizontal, ângulos da velocidade e do deslocamento do CM na decolagem, altura máxima, deslocamento vertical e horizontal do CM, altura e fração de encurtamento dos membros sobre o obstáculo. Um polinômio de segunda ordem foi calculado através da trajetória do CM para obter três constantes com base na equação resultante. Os cavalos foram avaliados por três juízes: medidas zoométricas, funcionalidade, morfologia, salto, genealogia e modelo de garanhão. As notas de julgamento são consistentes entre si, mas são tendenciosas. As variáveis biomecânicas apresentaram alta repetibilidade e baixo erro. Nenhuma das notas de funcionalidade, genealogia e salto se correlacionam com as variáveis biomecânicas de salto. O julgamento do salto realizado não apresenta relação com as variáveis biomecânicas medidas. A análise cinemática não apresentou viés e foi muito consistente, podendo ser uma ferramenta para tornar o julgamento mais objetivo. / The objective of this study was to describe the jump kinematic characteristics of Brazilian Sport horses, evaluate the judgment conducted during a free jump competition and compare these assessments. Thirteen Brazilian Sport Horses stallions (40.15 ± 4.24 months, 491.1 ± 40.89 kg) were filmed jumping an obstacle during a competition. Body center of mass (CM) trajectories were calculated by the position of anatomical landmarks that were manually tracked from takeoff to landing. From this trajectory, biomechanical variables were calculated: vertical and horizontal velocities, angles of the velocity and of the displacement of the CM at takeoff, maximum height, vertical and horizontal displacement of the CM, height and shortening rate of the limbs over the obstacle. A second order polynomial was calculated to obtain three coefficients. All horses were evaluated by three judges: body measures, functionality, morphology, jumping, genealogy and stallion model. Judges are consistent with each other, but they are biased. The biomechanical variables showed high repeatability and low error. None of the functionality, genealogy and jumping scores correlate with jumping biomechanical variables. The judgement is not associated with the jumping biomechanical variables measured. Kinematic analysis showed no bias and was very consistent therefore being helpful for future sport horses judgement.

Através de um estudo cinemático, foi analisada a marcha de sete cães da raça Golden Retriever, fêmeas, idade entre 2 e 4 anos, peso variando de 21,5 a 28 Kg, clinicamente normais. Dados morfométricos foram coletados para descrever a população estudada. Variáveis de tempo e distâncias foram mensuradas para descrever a marcha. Movimentos de flexão e extensão foram descritos para a articulação escapuloumeral, cubital, carpal, coxofemoral, femorotibial e tarsal. A marcha foi caracterizada lateral e teve hipótese de normalidade aceita para todas as variáveis, exceto para o apoio de quadril e apoio de cúbito, considerando um grau de confiança de 95%, ou seja, nível de significância &alpha = 0,05. As variações foram atribuídas ao deslocamento do das tarjas durante o movimento e ao repetido número de avaliações. Conclusões: A análise cinemática provou ser um consistente método de avaliação do movimento durante a marcha canina e os dados obtidos podem ser utilizados na comparação em avaliações de marcha para outros estudos e base de normalidade quando comparados a evolução de tratamentos de cães com afecções musculoesqueléticas. / Through a kinematic study, was analyzed the gait of seven Golden Retrievers dogs, females, age between 2 to 4 years, weight varied of 21,5 kg to 28 Kg, clinically normal. Morphometric data were collected to describe the sample population. Temporal variable and joint movements were measured to describe the gait. Flexions and extension movements were described for the scapulohumeral, elbow, carpal, hip, femorotibial and tarsal joints. The gait was characterized lateral and had hypothesis of accepted normality for all the variables, except for the support of hip and support of elbow joints, considering a reliable degree of 95% or either, level of significance 0,05. The variations were attributed to the displacement of the targets during the movement and to trial repetition of individual dogs. Conclusions: The kinematics analysis proved to be a consistent method of evaluation of the movement during the canine gait and the database derived from the normal population in this study can be used in the comparison in evaluations of gait for other studies and baseline normality when compared in treatment of dogs with musculoskeletal diseases.

O presente trabalho visa à modelagem e ao controle ótimo de um robô quadrúpede autônomo. Devido a variações na topologia e nos graus de liberdade do robô ao longo do seu movimento, duas abordagens diferentes de modelagem foram consideradas: na primeira, foi considerado o robô com pelo menos duas pernas suportando seu corpo ou plataforma e, na segunda, considerou-se o modelo de uma perna no ar. Em ambos os casos, apresentou-se a solução dos problemas cinemáticos de posição direta e inversa por meio da parametrização de Denavit-Hartenberg. Analisaram-se também os problemas cinemáticos de velocidade e suas singularidades através da Matriz Jacobiana, e ainda obtiveram-se os modelos dinâmicos do sistema utilizando-se o Principio do Trabalho Virtual e o método iterativo de Newton-Euler para a plataforma e as pernas, respectivamente. A partir destes modelos dinâmicos, desenvolveu-se um algoritmo de otimização das perdas de energia elétrica dos motores das juntas. Neste sentido, utilizou-se a estratégia do controle independente por junta. Estratégia esta que, junto com a discretização no tempo do modelo do sistema, permitiu transformar o problema inicial de otimização para cada junta em outro de Programação Quadrática bem mais simples de ser resolvido. Depois de resolver estes problemas, para levar em conta as interações entre as dinâmicas das várias juntas, procedeu-se à busca de um ponto fixo ou mínimo global que caracterizasse a energia total gasta no movimento do sistema. Finalmente, realizada a demonstração e a análise de convergência do algoritmo, este foi testado no controle da andadura (gait) do robô Kamambaré. Como resultado do teste, observou-se o bom desempenho da formulação e a viabilidade de sua implementação em sistemas reais. / The present work aims the modeling and optimal control of an autonomous quadruped robot. Due to variations in the topology and the degree of freedom of the robot during its motion, two different modeling approaches were considered: firstly, the robot was considered with at least two legs supporting its body or platform and, second one, was considered the model of a leg in the air. In both cases, was presented the solution of the direct and inverse kinematic problem of position through the Denavit-Hartenberg parameterization. Were analyzed also, the kinematic problem of speed and the singularities through the Jacobian matrix, and was also obtained the dynamic model of the system using the Principle of Virtual Work or the dAlembert method and the iterative Newton-Euler method for the platform and legs, respectively. From these two dynamic model, were developed an algorithm for optimizing the power losses of the motors that driven the joints. In this sense, was used the strategy of independent control for each joint. Such a strategy, along with the discretization in time of the system model, has helped to change the initial optimization problem for each joint in a Quadratic Programming Problem, more simpler to solve. After solving these problems, and to take into account the interactions between the dynamics of various joints, was proceeded to search for a fixed point or a global minimum that would characterize the total energy spent in moving for the system. Finally, held the demonstration and analysis of convergence of the algorithm was tested in the control of gait of the Kamambaré robot. As a result of the test, we observed the good performance of the formulation and the feasibility of its implementation in real systems.