Este documento trata da especificação de uma arquitetura aberta para controle de robôs manipuladores. A arquitetura é implementada utilizando o framework do projeto OROCOS, ambiente que já foi utilizado com sucesso em alguns sistemas de controle de robôs. Esta arquitetura é especificada para um robô manipulador genérico de N juntas, definindo componentes que abstraem o hardware dos robôs. A arquitetura é implementada com três tipos de controladores diferentes: PID independente por junta, controlador de torque calculado e controlador com feedforward. A sua validação é feita através da sua implementação em um robô real. Para isso é utilizada uma placa de acionamento, utilizando o barramento CAN devido ao seu determinismo e a sua taxa de comunicação. Também é necessário a utilização do modelo dinâmico do robô para as estratégias de controle de torque calculado e com feedforward. A obtenção de tal modelo é feita neste trabalho de forma analítica, e a seguir os parâmetros são identificados usando o sistema proposto. / This work deals with the specification of an open architecture for control of manipulator robots. The architecture is implemented by using the OROCOS framework. The architecture is specified for a generic manipulator robot with N joints, through definition of components which abstract the hardware of the robot. Three different controllers are implemented: an independent PID for each joint, a computed torque controller and a controller with feedforward. The validation is made through the implementation on the Janus robot. For this purpose, an actuator card is defined. This card uses the CAN bus due its determinism and bus rate. The dynamic model of Janus, used in computed torque and feedforward controllers, is obtained in an analytical way. After that, the parameters of this model are identified using the least squares method.

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um modelo de programação paralela inspirado na estrutura geral dos sistemas conexionistas como proposta por Rumelhart, McClelland e Hinton em seu livro intitulado The Parallel Distributed Processing Perspective (MCCLELLAND, RUMELHART e HINTON, 1983). Este modelo tem como objetivo servir como base para o desenvolvimento de um sistema autônomo de controle em tempo hábil para um time de futebol de robôs, orientado ao uso de processamento paralelo em computadores multicore. O trabalho serve como um guia para compreensão e uso do modelo de programação proposto, apresentando ainda, por meio de experimentos, a sua eficiência dentro do contexto de processamento paralelo e a sua adequação para solução do problema de controle de futebol de robôs. / This work presents the development of a parallel programming model inspired by the general framework of connectionist systems as proposed by Rumelhart, McClelland and Hinton in their book entitled The Parallel Distributed Processing Perspective (MCCLELLAND, RUMELHART e HINTON, 1983). This model is intended to serve as the basis for the development of an autonomous system for real-time control of a robotic soccer team driven towards the usage of effective parallel processing on multicore computers. The work serves as a guide for understanding and using the proposed programming model, yet showing, through experiments, the efficiency within the context of parallel processing and its suitability for solving the robotic soccer control problem.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-12-16Bitstream added on 2014-06-13T20:37:37Z : No. of bitstreams: 1 silvaneto_am_me_guara.pdf: 692597 bytes, checksum: 5f3caf79f195676ad932f7c214821ffc (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O estudo de um modelo matemático completo, incluindo os servos atuadores, a dinâmica do corpo rígido e o planejamento e geração de trajetórias do manipulador robótico cilíndrico, é um indispensável ponto de partida para aplicações de simulação das juntas e controle de movimentos. As equações cinemáticas obtidas pelas técnicas da Matriz de Transformação Homogênea e Matriz de Transformação Inversa são a solução para a geração de trajetórias, as quais podem ser feitas no espaço cartesiano ou no espaço das juntas e também possibilitam gerar o volume de trabalho do manipulador, que é de grande interesse para a especificação de determinada configuração em aplicações ou tarefas específicas. As equações de movimento foram derivadas usando a formulação Lagrangiana para predizer o comportamento do manipulador quanto à influência da geometria e os parâmetros de massa do manipulador. / The study of a complete mathematical model including the servos actuators, the dynamics of the body rigid and the planning and generation of the manipulator's cylindrical robotic trajectories is an indispensable starting point for applications of simulation of the joints and control of movements. The Kinematic equations obtained by the techniques Homogeneous Transformation Matrix and Inverse Transformation Matrix make is the solution for generation of trajectories that can be done in the cartesian space or in the space of the joints and they also make possible to generate the volume of the manipulator's work that is of great interest for specification certain configuration in applications or specific tasks. The movement equations were derived using the formulation Lagrangiana to predict the manipulator's behavior as for the influence of the geometry and the parameters of the manipulator's mass.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-01-31T17:00:27Z No. of bitstreams: 1 149070.pdf: 3222717 bytes, checksum: 95edd262aac10c73a86b93cd715b31a0 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-31T17:00:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 149070.pdf: 3222717 bytes, checksum: 95edd262aac10c73a86b93cd715b31a0 (MD5) Previous issue date: 1978-08 / Estudo básico analítico-experimental para um projeto de um mecanismo articulado para manipulação remota. Foi analisado um mecanismo articulado por juntas esféricas e paralelamente foi desenvolvido um protótipo. É apresentada a solução do problema de estabilidade da junta esférica e é proposto um modelo matemático para descrever o atrito nas juntas. É também apresentado um modelo matemático para o braço atuando como uma viga engastada horizontalmente em uma extremidade e livre na outra. Foram medidas as deflexões estáticas do protótipo atuando como uma viga engastada. A comparação dos resultados prova a consistência do modelo matemático. / The main concern of this work is to develop a basic experimental-analytic study which aims to design an articulated arm to be used in a remote handling device. An articulated spherical joint system has been idealized and a prototype of this system, developed. A solution to the joint stability problem is proposed as well as the joint friction has its behavior modeled throughout a matematical formulation. The calculational framework considers the overall system as an arm working as an horizontal cantilever beam having one of its ends free. Measurements on the prototype static deflections were performed to prove the consistence of the matematical model proposed.

Submitted by JOVANNY BEDOYA GUAPACHA null (jovan@utp.edu.co) on 2017-11-02T14:40:57Z No. of bitstreams: 1 TESE _JBG_verf__02_11_2017_repositorio.pdf: 4463035 bytes, checksum: a4e99464884d8580fc971b9f062337d4 (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-11-13T16:46:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 guapacha_jb_dr_ilha.pdf: 4463035 bytes, checksum: a4e99464884d8580fc971b9f062337d4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-13T16:46:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 guapacha_jb_dr_ilha.pdf: 4463035 bytes, checksum: a4e99464884d8580fc971b9f062337d4 (MD5) Previous issue date: 2017-09-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A criação de robôs que podem operar autonomamente em ambientes controlados e não controlados tem sido, um dos principais objetivos da robótica móvel. Para que um robô possa navegar em um ambiente interno desconhecido, ele deve se localizar e ao mesmo tempo construir um mapa do ambiente que o rodeia, a este problema dá-se o nome de Localização e Mapeamento Simultâneos- SLAM. Tem-se como proposta neste trabalho para solucionar o problema do SLAM, o uso de um sensor RGB-D, com 6 graus de liberdade para perceber o ambiente, o qual é embarcado em um robô. O problema do SLAM pode ser solucionado estimando a pose - posição e orientação, e a trajetória do sensor no ambiente, de forma precisa, justificando a construção de um mapa em três dimensões (3D). Esta estimação envolve a captura consecutiva de frames do ambiente fornecidos pelo sensor RGB-D, onde são determinados os pontos mais acentuados das imagens através do uso de características visuais dadas pelo algoritmo ORB. Em seguida, a comparação entre frames consecutivos e o cálculo das transformações geométricas são realizadas, mediante o algoritmo de eliminação de correspondências atípicas, bPROSAC. Por fim, uma correção de inconsistências é efetuada para a reconstrução do mapa 3D e a estimação mais precisa da trajetória do robô, utilizando técnicas de otimização não lineares. Experimentos são realizados para mostrar a construção do mapa e o desempenho da proposta. / The robots creation that can operate autonomously in controlled and uncontrolled environments has been, one of the main objectives of mobile robotics. In order for a robot to navigate in an unknown internal environment, it must locate yourself and at the same time construct a map of the surrounding environment this problem is called Simultaneous Location and Mapping - SLAM. The purpose of this work for solution to SLAM’s problem is to use an RGB-D sensor with 6 degrees of freedom to perceive the environment, which is embedded onto a robot.The SLAM's problem can be solved by estimating the position and orientation, and the path of the sensor/robot in the environment, in precise form, justifying the construction of a 3D map. This estimation involves the consecutive capture of the environment's frames provided by the RGB-D sensor, where the pronounced points of the images are determined through the use of visual characteristics given by the ORB algorithm. Then, the comparison between consecutive frames and the calculation of the geometric transformations are performed using the algorithm of elimination of atypical correspondences, bPROSAC. Finally, a correction of inconsistencies is made for the reconstruction of the 3D map and the more accurate estimation of the robot trajectory, using non-linear optimization techniques. Experiments are carried out to show the construction of the map and the performance of the proposal.

Nas linhas de montagens industriais, a fim de atender os requisitos de mercado e de ciclo de vida dos produtos, os requisitos de manufatura e as novas tecnologias presentes nos equipamentos indicam a necessidade de reconfiguração e reprogramação do fluxo de processos de forma cada vez mais frequente. Atualmente, uma das opções para implantar um sistema de manufatura flexível, capaz de reagir às mudanças que ocorrem no processo de fabricação, consiste na utilização de tecnologias que forneçam maior flexibilidade, capacidade de reutilização e menor custo. Neste contexto, os robôs baseados em módulos mecatrônicos podem ser uma alternativa em relação aos manipuladores convencionais, pois apresentam uma estrutura cinemática flexível, podendo se adaptar às mudanças das linhas de produção, nas indústrias de manufatura. O presente trabalho apresenta uma proposta para o desenvolvimento de módulos mecatrônicos para a montagem de robôs manipuladores modulares, baseada em um procedimento sequencial composto das seguintes etapas: (a) elaboração do projeto mecânico modular; (b) projeto dos sistemas eletrônicos e de atuação para cada módulo; (c) definição dos agentes mecatrônicos; e (d) descrição dos modelos matemáticos e os algoritmos de comunicação entre módulos mecatrônicos. Nesta pesquisa apresenta-se um estudo no qual os módulos mecatrônicos utilizam energia de origem pneumática e são constituídos por unidades independentes utilizadas na formação de estruturas robotizadas as quais permitem a montagem de diferentes arquiteturas. Um estudo de caso é apresentado para ilustrar a construção de um robô modular cartesiano. Este robô é construído por meio de acoplamentos de módulos mecatrônicos e gerenciado pela associação dos agentes mecatrônicos presentes no sistema, os quais equacionam a cinemática da estrutura formada, planejam a trajetória a ser executada e disponibilizam informações que podem ser utilizadas para o controle, supervisão e proteção do sistema por exemplo. A arquitetura proposta permite a reconfiguração dos recursos de hardware e software, de forma que todos os módulos do robô podem ser reorganizados e/ou substituídos, dependendo da função, aplicação para as quais se destinam. / In industrial manufacturing lines, in order to meet the market requirements and life cycle of manufactured products, the manufacturing requirements and the present of new technologies in equipment, indicate the need for reconfiguration and reprogramming processes, which are becoming more frequent. Currently, one of the options to deploy a flexible manufacturing system that is capable of reacting to changes in the manufacturing process is the use of technologies that provide greater flexibility, reusability and lower cost. In this context, the robots based on mechatronic modules can be an alternative to conventional manipulators, since they have a flexible kinematic structure, which can adapt to the changes in production lines in manufacturing industries. This paper presents a proposal for the development of mechatronic modules for assembly robots modular manipulators, based on a sequential procedure consists of the following steps: (a) Develop a modular mechanical design; (b) design electronic systems and operations for each module; (c) definition of mechatronic agents; and (d) a description of mathematical models and algorithms of the communication between mechatronic modules. This research presents a study where the mechatronic modules use pneumatic energy and consist of independents units used in the formation of robotic structures, thus allowing the assembly of different architectures. In a case study, the construction of a modular Cartesian robot is presented. This robot is built by mounting the mechatronic modules and is managed by mechatronic agents present in the system (Multi-Agent System). This system obtains the kinematic equations of the formed structure, realize the path planning, and provide information that can be used for the control, like supervision and protection system for example. The proposed architecture allows reconfiguration of hardware and software resources, so that all robot modules can be rearranged and/or replaced, depending on the function or, the final application.

El siguiente trabajo busca desarrollar y testear un controlador para un robot móvil con fines agrícolas. Enmarcado en un proyecto más grande, que actualmente desarrolla un prototipo de robot móvil con desplazamiento autónomo para colaborar en las tareas agropecuarias, este trabajo parte de las ecuaciones cinemáticas desarrolladas para este prototipo y desarrolla una estrategia de control mediante torque computado para el desplazamiento autónomo del vehículo en el medio y se realizan simulaciones de las mismas. Realizado este trabajo y obteniendo resultados certeros se deja todo pronto para continuar con la instancia experimental en el prototipo. / The following dissertation tries to develop and test a movil robot controller for agricultural purposes. Framed in a bigger proyect that is currently developing a mobile robot prototype with autonomous movement to help with agricultural work, this work starts in the kinematic equations developed for the prototype and develops a control strategy through computed torque control for the autonomous movement of the vehicle and simulations are performed of such computation. With this work finished and with the results obtained is ready to continue with the experimental instance in the prototype.

Este trabalho consiste na elaboração de uma estratégia para a geração de trajetórias otimizadas para um robô cilíndrico de cinco graus de liberdade acionado pneumaticamente. Como resultado da aplicação do método desenvolvido obtêm-se as trajetórias no espaço das juntas que resultam no movimento adequado do efetuador do robô, de acordo com algum critério de otimização. Para a obtenção das trajetórias das juntas do robô a partir de uma dada trajetória desejada para o efetuador, resolveu-se o problema de cinemática inversa por meio de uma abordagem algébrica. Para a geração de trajetórias entre os pontos no espaço de trabalho do robô propõe-se a utilização de um algoritmo de aproximação de pontos através de splines compostas por polinômios de sétimo grau. Essa escolha garante a continuidade da função de posição, bem como de suas três primeiras derivadas, sendo essa uma condição necessária para a implantação de importantes leis e estratégias de controle (como, por exemplo, a estratégia em cascata, utilizada com sucesso no controle de sistemas servopneumáticos). O método proposto para a geração de splines possibilita, através do ajuste de parâmetros em função da exigência de cada aplicação, a obtenção de curvas no espaço das juntas com valores otimizados de jerk, aceleração ou velocidade. Para aplicação na geração de trajetórias para o robô, a interpolação dos pontos é realizada no espaço dos atuadores a fim de fornecer ao controlador as curvas de referência para posição, velocidade, aceleração e jerk. Para a demonstração da aplicação do método no seguimento de trajetórias, são utilizadas como referência curvas tridimensionais cujos valores numéricos são comparados com os resultados fornecidos a partir da metodologia proposta. Assim, uma vez calculadas as trajetórias em cada uma das juntas através da cinemática inversa, utiliza-se as transformações homogêneas da cinemática direta do robô, obtidas a partir do método de Denavit-Hartenberg, para obter a trajetória do efetuador e verificar a funcionalidade do modelo resultante. / This work consists of developing a strategy to generate optimized trajectories for a cylindrical robot with five degrees of freedom which is actuated pneumatically. As a result of the application of the developed method, trajectories in joint space are obtained and result in the proper motion of the robot’s end-effector according to a given optimizing criteria. In order to obtain the trajectories of the robot’s joints from a given desired trajectory for the end-effector, the problem of inverse kinematics was solved by an algebraic approach. To generate trajectories between points in the robot’s workspace it was proposed the use of an algorithm for approximation of points through splines composed by seventh degrees polynomials. This choice ensures the continuity of the position function as well as its first three derivatives. It is a necessary condition for the implementation of important laws and control strategies (for example, the cascade strategy which is successfully used in servo-pneumatic control systems). The proposed method to generate splines allows, through the adjustment of parameters taking into account the requirements of each application, the obtainment of curves in the joint space with optimized values of jerk, acceleration and speed. In order to apply the method in the generation of trajectories for the robot, the interpolation of the points is performed in the space of the actuators with the purpose of providing the controller reference curves for position, speed, acceleration and jerk. To demonstrate the application of the method in trajectory tracking, three-dimensional curves are used and their numerical values are compared with the results provided by the proposed methodology. Therefore, once the calculated trajectory in each joint through inverse kinematics is obtained, homogeneous transformations of the direct kinematics of the robot, obtained by Denavit-Hartenberg’s method, are employed to find out the trajectory of the end-effector and verify the functionality of the resulting model.

A competitividade no mercado atual, aliado a uma demanda por qualidade e produtividade dos produtos, tem gerado um aumento significativo no emprego de robôs nos processos produtivos das indústrias. Entretanto, estes equipamentos estão sujeitos a apresentar problemas, mais especificamente, erros de exatidão e repetitividade em suas operações. Nesse contexto, a proposta deste trabalho consiste em aperfeiçoar o entendimento da metodologia existente para avaliação de desempenho de robôs industriais, apresentada pela norma ISO 9283, "Manipulating industrial robots - Performance criteria and related test methods", de modo a viabilizar sua aplicabilidade em testes instrumentalizados para robôs industriais. O dispositivo de avaliação de desempenho elaborado consiste num sistema conhecido como cubo-berço, projetado, construído e aplicado em um robô industrial, pertencente ao laboratório de usinagem e robótica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS. As características de exatidão e repetitividade unidirecionais de posicionamento foram mensuradas experimentalmente com base nos critérios constantes na norma específica. Os dados foram obtidos da medição dos erros tridimensionais entre as posições atingidas nos ensaios e as posições programadas no robô de teste, através de um sistema de medição prático e de baixo custo. O dispositivo de medição é constituído por três relógios digitais, montados ortogonalmente em cada eixo do sistema de coordenadas do robô, sob uma estrutura metálica rígida, e conectados a um sistema informatizado, para a coleta e registro dos dados. Os resultados apresentados se mostraram satisfatórios, viabilizando o uso da metodologia apresentada na norma, assim como, do dispositivo de avaliação de desempenho projetado neste estudo. / The competitiveness in the current market, ally to a demand for quality and productivity of the products, has generated a significant increase in the job of robots in the productive processes of the industries. However, these equipments can present some problems, more specifically, errors precision and repeatability errors in operations. The proposal of this paper consists of perfecting the agreement of the existing methodology for evaluation of industrial robots performance, presented for norm ISO 9283, "Manipulating industrial robots - Performance criteria and related test methods", to make possible its applicability in instrumentation tests for industrial robots. The projected device consists of a known system as cube-cradle, projected, constructed and applied in an industrial robot installed on the robotics laboratory of the Rio Grande do Sul Federal University - UFRGS. The precision and repeatability characteristics of positioning had been experimentally measures on the constant criteria basis in the specific norm. The data had been gotten of the three-dimensional measurement errors between the test positions reached and the robot programmed positions, through a practical measurement system and low cost. The measurement device is constituted by three digital gages, assembled in each axle of the robot coordinate basis system, under a metallic structure, and connected to a electronic system, for the data collection and registers. The presented results had shown satisfactory, making possible the use of the methodology presented in the norm, as well, of the projected device of performance evaluation in this study.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-11-25T17:23:31Z No. of bitstreams: 1 2014_RafaelCortesdePaiva.pdf: 7660330 bytes, checksum: eaad53db8e1c76edec638a3e30ee5f3e (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2014-11-25T17:58:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_RafaelCortesdePaiva.pdf: 7660330 bytes, checksum: eaad53db8e1c76edec638a3e30ee5f3e (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-25T17:58:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_RafaelCortesdePaiva.pdf: 7660330 bytes, checksum: eaad53db8e1c76edec638a3e30ee5f3e (MD5) / Nesse trabalho foi realizado o estudo de técnicas bio-inspiradas para gerar a marcha de um robô bípede. Foi utilizado o conceito de CPG, Central Pattern Generator (CPG), que é uma rede neural capaz de produzir respostas rítmicas. Elas foram modeladas como osciladores acoplados chamados de osciladores neurais. Para tanto foram utilizados alguns modelos de osciladores, o modelo de Matsuoka, o modelo de Kuramoto e o modelo de Kuramoto com acoplamento entre a dinâmica do oscilador e a dinâmica da marcha. Foram usados dois modelos de robôs, o Bioloid e o NAO. Para otimizar os parâmetros dos osciladores foram utilizados o Algoritmo Genético (AG), o Particle Swarm Optimization (PSO) e o Nondominated sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II). Foi utilizada uma função de custo que através de determinadas condições tem como objetivo obter uma marcha eficiente. No NSGA-II, além dessa função de custo, foi utilizada outra função de custo que considera o trabalho realizado pelo robô. Além disso, também foi utilizada a aprendizagem por reforço para treinar um controlador que corrige a postura do robô durante a marcha. Foi possível propor um framework para obter os parâmetros dos osciladores e através dele obter uma marcha estável em ambas as plataformas. Também foi possível propor um framework utilizando aprendizagem por reforço para treinar um controlador para corrigir a postura do robô com a marcha sendo gerado pelo oscilador de Kuramoto com acoplamento. O objetivo do algoritmo foi minimizar a velocidade do ângulo de arfagem do corpo do robô, dessa forma, a variação do ângulo de arfagem também foi minimizada consequentemente. Além disso, o robô andou mais “cautelosamente” para poder manter a postura e dessa forma percorreu uma distância menor do que se estivesse sem o controlador. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / This document describes computational optimized bipedal robot gait generators. Thegaits are applied by a neural oscillator, composed of coupled central pattern generators(CPG), which are neural networks capable of producing rhythmic output. The models ofthe oscillators used were the Matsuoka model, Kuramoto model and Kura moto model withcoupling between the dynamics of the oscillator and dynamics of the gait. Two bipedalrobots, a NAO and a Bioloid, were used. The neural oscillators were optimized with threealgorithms, a Genetic Algorithm (GA), Particle Swarm Optimization (PSO) and Nondominatedsorting Genetic Algorithm II (NSGA-II). It was used a fitness function that has theobjective to obtain an efficient gait through some conditions. In NSGA-II, besides this fitnessfunction, another one was used that has the objective to minimize the work done by therobot. Additionally, reinforcement learning techniques were used to train a controller thatcorrects the robots gait posture. It was proposed a framework to obtain the parameters of theoscillators used and obtain efficient gaits in both robots. Also, it was proposed a frameworkusing reinforcement learning to train a controller to correct the robots gait posture. The objective of the algorithm was to minimize the pitch angular velocity, consequently the pitchangle standard deviation was minimized. Additionally, the robot moved with more “caution” and walked less compared with the walk without the posture controller.