Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:40:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 330212.pdf: 3028444 bytes, checksum: 3974891ca7f2f4dc41098ea6e9891245 (MD5) Previous issue date: 2014 / O movimento em formação e o seguimento de uma trajetória de referência são alguns dos problemas que tipicamente compõem uma tarefa para um grupo de veículos autônomos que cooperam entre si. Neste trabalho, ambos os problemas são abordados e uma solução é proposta utilizando-se RHC (Receding Horizon Control) e o conceito de estruturas virtuais de forma descentralizada. O método proposto consiste em um problema de otimização quadrática que realiza o consenso a respeito do centro da formação e gera uma trajetória para que o robô que a executa alcance sua posição desejada. Para o controle de veículos com restrições não-holonômicas, um controle de baixo nível é utilizado para fazer o robô seguir a trajetória gerada. Para a avaliação e teste do método proposto, um simulador, capaz de interagir com robôs reais através do ROS (Robot Operating System), foi desenvolvido e dois conjuntos de testes foram feitos. O primeiro consistiu de simulações com diferentes valores para os parâmetros da função objetivo, de forma a avaliar a eficácia do método e sua dependência nos parâmetros. O segundo consistiu de testes de realidade aumentada, em que veículos reais e virtuais integravam o grupo. Os resultados são analisados e comprovam a eficácia do método, mas ainda são necessários estudos sobre os critérios de convergência e estabilidade.<br> / Abstract: Moving in formation and tracking a reference trajectory are common problems when composing tasks for a group of cooperating autonomous vehicles. In this work, both problems are treated and a solution is proposed using RHC (Receding Horizon Control) and the concept of virtual structures in a decentralized manner. The proposed method consists of a quadratic optimization problem which is responsible for the consensus about the position of the formation center and the trajectory generation so that the robot can get to its desired position. For the control of non-holonomic vehicles, a low-level controller scheme is used to make the robot follow the generated trajectory. For the evaluation of the proposed method, a simulator capable of interaction with real robots through the use of ROS (Robot Operating System) was developed and two sets of trials were done. The first consisted of simulations with differing values of the objective function's parameters, so as to assess the effectiveness of the method and its dependency on the parameters' values. the second set consisted of tests with augmented reality, in which real and virtual robots integrated the group. The results are analised and show the effectiveness of the method, but the convergence and stability criteria need more study.

OGAWA, M. A. Controle preditivo aplicado ao seguimento de trajetória de robô móvel com rodas. 2014. 74 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-02-20T12:28:07Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_maogawa.pdf: 20722970 bytes, checksum: dba814889b535ad5cf71f591e780b70f (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-02-20T12:28:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_maogawa.pdf: 20722970 bytes, checksum: dba814889b535ad5cf71f591e780b70f (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-20T12:28:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_maogawa.pdf: 20722970 bytes, checksum: dba814889b535ad5cf71f591e780b70f (MD5) Previous issue date: 2014-04-29 / This work proposes a study and application of advanced controller to trajectory tracking of wheeled mobile robots. This kind of problem is a challenger for controllers once its models has two inputs and three outputs and is a non-linear model. In the literature there are various solutions to wheeled mobile robots trajectory tracking, among them the Model Predictive Control (MPC) with linearization model and a non linear control which in this work will be nominated as Klancar Controller. The Predictive Controllers can be applied efficiently in plants which has multiple inputs an multiple outputs, in situation that a future reference trajectory is known and systems with input and output constraints . However, the main disadvantage of MPC is the high computational effort which limits its practical application. Thus, this specific controller uses the plants linearization model. On the other hand, the Klancar Controller may be more efficient than the ones based on linear models, once the model is non linear. However, its solution, by definition, does not match the optimized criteria which can be a disadvantage mainly in systems that has constrains and a known future reference. Furthermore, this work proposes the application of the Predictive Control Extended Prediction Self Adaptive Control (EPSAC) to wheeled mobile robot trajectory tracking. This control strategy uses explicitly the non linear robot model, future reference, constraints on the variables and has a optimized solution. And, to the matter of this work, it has not been found reports of the EPSAC applied in mobile robotics, and is thus an unprecedented application. Simulation results are presented comparing the controllers studied using performance indices. Else, the controllers were applied in a mobile robot. / Este trabalho propõe o estudo e aplicação de controladores avançados ao seguimento de trajetórias de robôs móveis com rodas. Este tipo de problema é bastante desafiador do ponto de vista de controle uma vez que o modelo tem duas entradas e três saídas, além disso, trata-se de um modelo não linear. Na literatura existem diversas soluções para o controle de trajetória de robôs móveis, dentre eles tem-se o Controle Preditivo Baseado em Modelo (MPC) por meio de modelos linearizados e um controlador não linear denominado neste trabalho de controlador de Klancar. Os controladores preditivos podem ser aplicados de forma eficiente em plantas com modelos multivariáveis, em situações na qual a trajetória futura de referência é conhecida e em sistemas com restrições nas vaiáveis de entrada e de saída. Porém, a principal desvantagem do MPC linearizado é o alto custo computacional o que limita as aplicações práticas. Além disso, esse controlador específico utiliza um modelo linearizado da planta. Por outro lado, o controlador de Klancar pode ser mais eficiente que os baseados em modelos lineares, devido às não linearidades inerentes do modelo. No entanto, a sua solução, por definição, não corresponde a critérios ótimos o que pode representar uma desvantagem principalmente em sistemas com restrições e referência futura conhecida. Além disso, neste trabalho é proposta a aplicação do controle preditivo EPSAC (Extended Prediction Self Adaptive Control) para o controle de seguimento de trajetórias. Esta estratégia utiliza de forma explícita o modelo não linear do robô, a referência futura, as restrições nas variáveis do robô e solução corresponde a um critério ótimo. Até onde foi pesquisado pelo autor deste trabalho, não existem relatos da utilização do EPSAC na robótica móvel, sendo desta forma uma aplicação inédita. Resultados de simulação são apresentados comparando os controladores estudados, utilizando índices de desempenhos. Além disso, os mesmo foram implementados em um robô móvel.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_2735_DissertacaoMestradoMarianaRampinelliFernandes.pdf: 3343375 bytes, checksum: 03d9e17336544a215a07a9bfb820cfe7 (MD5) Previous issue date: 2008-08-25 / Este trabalho aborda o uso da visão computacional como realimentação do controlador fuzzy por propagação de inferências. O estudo é parte do desenvolvimento de um sistema supervisório para a navegação e/ou controle de manobras de robôs móveis ou veículos multi-articulados. Os robôs em questão têm em sua cadeia mecânica o primeiro elemento como trator, com atuação/controle de ângulo de direção nas rodas dianteiras e de velocidade, nas rodas traseiras. Os outros elementos da cadeia são semi-reboques passivos. Tais veículos podem ser utilizados para o transporte de cargas, por exemplo. O problema de controle desses robôs é particularmente complexo nos movimentos à ré, onde o sistema é não holonômico, comportando-se como um pêndulo invertido múltiplo, não linear, instável e de difícil modelagem. A visão computacional foi escolhida para a realimentação do controlador fuzzy devido à quantidade de informações a respeito do ambiente de trabalho e do próprio veículo que as imagens capturadas de uma única câmera são capazes de fornecer. Para a extração das características do robô, a segmentação por cor foi a estratégia escolhida. Os experimentos realizados utilizaram um protótipo de veículo multi-articulado dotado de um sistema de controle e sensoreamento embarcado com comunicação RF, que possibilita a troca de informações com um computador remoto. A câmera, base do sistema de visão, estava situada no topo da área de testes e interligada ao computador remoto. A partir dos resultados dos experimentos, foi possível verificar que o controlador com realimentação visual é capaz de seguir referências. Também foi verificado que o sistema de controle funcionou satisfatoriamente com a realimentação visual para o alinhamento do veículo com qualquer configuração inicial, no centro ou na borda do campo de visão da câmera.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_2732_TeseDoutoradoJoseGeraldodasNevesOrlandi.pdf: 8320830 bytes, checksum: ad078d97b1d65ad078a4b1758473a3eb (MD5) Previous issue date: 2008-08-22 / Este trabalho apresenta, implementa e testa um sistema de visão a laser, para construção de mapas de superfície de navegação e localização de obstáculos para robôs quadrúpedes. À medida que o robô navega em uma trajetória pré-definida, o sistema mapeia a superfície, identifica os obstáculos e toma decisões para se desviar ou transpô-los, dependendo de suas dimensões, definindo assim as ações de navegação do robô até o seu ponto de destino da trajetória. O sistema de visão usa uma câmera CCD e um sistema laser microcontrolado, que gera linhas de laser para varrer a superfície à frente do robô. As imagens adquiridas são então processadas por alguns algoritmos, de modo que os perfis do laser incidindo sobre os obstáculos são usados para gerar imagens de profundidade, que representam mapas 2½D da superfície. O sistema desenvolvido integra sucessivas imagens de profundidade para extrair dados relevantes dos obstáculos, e, juntamente com os dados de odometria e cinemática do robô, faz o mapeamento da superfície. Uma estratégia de controle baseada na navegação reativa, que usa uma árvore de decisão binária, foi implementada, para permitir ao robô navegar em superfícies com obstáculos de forma segura e eficiente. Os resultados experimentais mostraram que o sistema é eficiente. O robô Guará, que foi utilizado nos testes, navegou em ambiente com obstáculos desconhecidos, desviando-se ou transpondo-os, até atingir o ponto de destino da trajetória.

Made available in DSpace on 2018-08-02T00:00:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_4702_DiissertacaoMestradoVictorMarquesMiranda.pdf: 4762224 bytes, checksum: 8f1ac009114669e3ae7d7a77a5c3adc3 (MD5) Previous issue date: 2011-11-25 / A navegação de robôs é um tema que tem motivado vários trabalhos acadêmicos e aplicados. Dentre os diferentes tipos de robôs móveis, os multiarticulados constituem objeto deste trabalho, onde são apresentadas uma nova sistemática e novas ferramentas para o desenvolvimento de preditores e controladores completos, com horizonte temporal fixo, utilizando redes neurais feedforward estáticas na descrição dos movimentos à ré de robôs móveis multiarticulados, no espaço de configuração. Os preditores são necessários para operação assistida ou para servir de núcleo em simuladores para análise de estratégias de navegação e para a síntese e validação de controladores. A sistemática proposta e as ferramentas desenvolvidas são gerais. A ferramenta criada visa facilitar os processos de criação, treinamento e validação de diversas topologias de redes neurais e de atribuição de seus parâmetros para o treinamento. Além disso, facilita a determinação do horizonte de predição, considerando o fato de essa ser uma tarefa exaustiva. Inicialmente, se dá o estudo de um protótipo, a ser utilizado na coleta de dados e na síntese e validação das redes, de grande similaridade a um veículo real, guardadas as devidas proporções, e de sua cadeia cinemática. Numa segunda etapa, é efetuada a modelagem do robô por meio de redes estáticas com variados horizontes de predição, sendo planejada, para isso, uma estratégia destinada à coleta de dados para posterior treinamento dos modelos. São necessárias, durante essa etapa, algumas manipulações sobre os dados que permitam colocá-los numa forma apresentável às redes. Além de dados reais, o conjunto de treinamento é composto de dados gerados a partir do modelo das condições singulares de giro. São apresentados modelos para os ângulos de giro e para os ângulos críticos, deduzidos a partir de um modelo analítico complexo original das equações gerais de movimento à ré de um robô multiarticulado, no espaço de configuração. Esse mesmo modelo é utilizado para gerar preditores analíticos a serem também usados em conjunto com controladores neurais. O uso de modelo para as configurações singulares é justificado porque as condições de giro são situações de equilíbrio instável, uma vez que, em malha aberta, não permitem a obtenção prática de dados. O modelo para os ângulos críticos define os limites, antes do jackknife, das variáveis de configuração. Finalmente, é apresentada a obtenção de controladores inversos, diretamente a partir dos dados ou indiretamente a partir do preditor, no espaço de configuração. A validação do controlador é, por fim, realizada para revelar a capacidade do mesmo em seguir as referências dentro de um horizonte e de um erro aceitáveis, sem que ocorram situações críticas e de jackknife, e de forma a manter a convexidade ou o giro.

Orientador: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves / Banca: Diego Colon / Banca: Fernando Pinhabel Marafão / Resumo: Este trabalho apresenta a análise, o projeto e o desenvolvimento de um manipulador robótico industrial de baixo custo, para linhas de produção que demandem menos de 10 ciclos de manipulação por minuto, denominadas de média e baixa cadência. O aparato proposto possui potencial para contribuir na melhoria das condições de utilização de células robóticas no cenário industrial nacional, auxiliando na superação dos desafios existentes para Implantação de células robóticas por pequenas e médias empresas, nomeadamente, custos de implantação, manutenção e reprogramação/reconfiguração. O manipulador robótico industrial foi projetado considerando uma estrutura metálica leve de baixo custo, com elementos mecânicos de precisão média e não dedicados, facilmente encontrados no mercado nacional. Além disso, o manipulador robótico foi projetado para ser capaz de alcançar velocidades médias provendo tempos de ciclo de operação quase equivalentes aos apresentados por robôs polares articulados convencionais, nas mesmas aplicações. O sistema de controle foi concebido para não entregar o dispendioso sistema convencional de hardware centralizado de controle de eixos, sendo esta operação realizada por algoritmo computacional executado no mesmo PC responsável pela gestão e integração dos processos. Assim, a operação emprega dispositivos acionadores descentralizados considerando o envio dos sinais de referência diretamente aos acionadores, possibilitando a compensação das restrições dos esforços da estrutura com recursos de suavização de trajetórias. A integração com o usuário possui uma interface gráfica de manipulação amigável que permite facilmente os processos de operação, manutenção e reconfiguração, com recursos de supervisão, histórico de falhas e assistência remota. Por fim, um protótipo do manipulador robótico industrial proposto é apresentado demonstrando as principais... / Abstract: This master dissertation presents the analysis, design and development of an industrial low cost robotic manipulator for production lines that require manipulation less than 10 cycles per minute, denominated medium and low cadense lines. The proposed apparatus has the potential to contribute improving the use of robotic cells in the national industrial scene, helping to overcome the existing challenges in deployment of robotic cellis by small and medium enterprises, in particular, implementation costs, maintenance and reprogramming/reconfiguration. The industrial robot manipulator was designed considering a low cost light steel structure, with average precision non-delicated mechanical elements, easily found on the national market. In addition, the robotic manipulator was designed to be able to achieve average speeds with times of operation almost equivalent to those presented by conventional polar articulated robots in the same applications. The control system was designed without the costly centralized hardware system of axes control, this operation being performed by computer algorithm running on the same PC responsible for the management and integration of processe. Thus, the operation employs descentralized devices providing the reference signals directly to the actuators, allowing the mitigation of the efforts restrictions in structure with programmable smoothing of trajectories. Integration wiht the user is designed to have a user-friendly graphical interface allowing an easy handling of operation processes, maintenance and reconfiguration, with resources for supervision, fault history and remote assistance. Finally, a prototype of the proposed industrial robot manipulator is presented in order to corroborate the construction and operational characteristics / Mestre

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Informática e Computação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Automação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2007