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This work describes exceptional properties of McKibben pneumatical muscle and introduces its state-of-the-art model. The mathematical model is extended especially in a field of a thermodymical behavior. A new model applies a method used for describing of a thermodynamical behavior of pneumatic cylinders until now. This method is significantly upgraded to fit a muscle behavior, particularly by considering a heat generated by a muscle internal natural friction. The model is than verified and discussed with a real system. The haptic part introduces a development and design of a haptic glove interface for the use in robotics, especially in telepresence, or in VR. The force and touch feedback is provided by Pneumatic Muscles controlled by an open loop algorithm using the introduced mathematical model. The design is light and compact.

[pt] Recentemente, grande interesse tem se voltado na robótica para o conceito de manipuladores flexíveis. Estes dispositivos apresentam uma coluna vertebral deformável continuamente, em oposição aos tradicionais manipuladores robóticos elo/junta/elo com elos rígidos. Sistemas flexíveis oferecem um aumento em potencial da capacidade de interação com o ambiente, estando aptos a se ajustarem às limitações do meio através de sua deformação. Robôs flexíveis oferecem possibilidades atrativas para o uso em diversas aplicações, como em posicionamento em ambientes complexos com obstáculos, endoscópios ativos, e manuseamento de materiais frágeis. O uso de polímeros, em particular elastômeros, tem sido explorado nestes manipuladores para promover simplicidade de operação e menor rigidez, necessária para uma interação homemmáquina com maior segurança. Usufruindo-se destes conceitos, esta dissertação aborda o desenvolvimento de um manipulador pneumático flexível de longo alcance. O manipulador é composto por uma estrutura modular, formada por vários elos ligados serialmente, permitindo que em sua extremidade sejam acopladas ferramentas que auxiliem a execução de diferentes tarefas. O sistema é baseado em um atuador pneumático denominado Músculo Artificial Pneumático (Pneumatic Artificial Muscles, PAM). Ao serem pressurizados, estes dispositivos se contraem, exercendo uma força em sua extremidade proporcional à pressão aplicada. A movimentação do manipulador desenvolvido é obtida a partir da diferença de pressão entre câmaras independentes localizadas em seu interior. Modelos analíticos dos sistemas desenvolvidos foram elaborados. O controle do manipulador é feito a partir de servoválvulas pneumáticas controladas por computador. Experimentos foram realizados para verificar os modelos desenvolvidos. O sistema desenvolvido pode ser aplicado à tarefa de inspeção interna de reservatórios de combustíveis. Inspeções internas atualmente requerem um completo esvaziamento do reservatório, se tornando muito trabalhosas e resultando em altos custos. Uma versão do manipulador é adaptada para executar esta tarefa sem a necessidade de esvaziar os tanques, devido à segurança intrínseca do sistema pneumático. / [en] Recently, the concept of flexible manipulators has attract great interest. These devices present a continuously deforming vertebral column, in opposition to the traditional robotic manipulators link/joint/link with rigid links. Flexible systems offer a potential increase in the capacity of interaction with the environment, being apt to adjust itself to the constrants through its deformation. Flexible robots offer attractive possibilities for usage in many applications, as complex environments positioning with active obstacles, endoscopies, and manipulating fragile materials. Polymers, specially elastomers, have been explored in these manipulators to guarantee simple operation and minor rigidity, necessary for a higher security man-machine interaction. Making a good use of these conceptions, this dissertation presents the development of a long-reach flexible pneumatic manipulator. The manipulator is composed of a modular structure, formed by links attached serially, allowing tools to be connected in its end-point for assistence in different tasks. The system is based on a pneumatic actuator called Pneumatic Artificial Muscle (PAM). When pressurized, these devices contract themselves, exerting a proportional force in its end-points proportional to the applied pressure. The manipulator´s motion is obtained from the pressure difference between the independent chambers located in its interior. Developed systems analytical models have been elaborated. Pneumatic valves, commanded by computer, control the manipulator. Experiments have been carried through to test the developed models. The developed system can be applied to internal inspection of fuel tanks. Internal inspections currently require a complete tank ullage, becoming very laborious and resulting in high costs. A manipulator´s version is adapted to execute this task in a full fueled tank, due to intrinsic security of the pneumatic system.