fwWorkCell : framework para a construção de simuladores didáticos de células de trabalho

Braços robóticos articulados são cada vez mais utilizados hoje em dia e consistem de dispositivos mecânicos programáveis, equipados com sensores e atuadores sob o controle de um sistema computacional. Existem atualmente no mercado inúmeros fabricantes e modelos destes braços, cada um adequado a uma determinada utilização ou faixa de mercado. Para que se saiba operar devidamente este robô é necessário um período de aprendizagem. Essa necessidade pode ser suprida pelo emprego dos simuladores de braços robóticos.Desenvolver um simulador é uma atividade complexa, mas alguns elementos de sua estrutura e de seu comportamento são comuns a vários tipos de simuladores e podem idealmente ser reusados. Permitir reuso de código e de projeto é exatamente um dos principais fatores que motivaram a construção de um framework. Este trabalho descreve a definição e a construção do fwWorkCell , um framework que permita agilizar a construção destes simuladores. Tal agilidade será obtida através da implementação de um ambiente de edição e de classes genéricas para controle, visualização e programação dos robôs. A proposta deste framework inclui definição de classes genéricas e de controle, a construção de todo um ambiente de suporte à manipulação e visualização das células de trabalho e suas simulações e visa dar suporte à construção de uma grande variedade de simuladores. O framework proposto foi utilizado em uma aplicação real: através dele foi feita a migração de um simulador já existente.

Aplicação de um sistema robótico utilizando recursos de sistemas CAD/CAM para o processo de fresamento

Sistemas produtivos industriais podem combinar, em células de manufatura, diferentes características de automação de processos permitindo interfaceamento e possibilitando a flexibilização e otimização da manufatura. Nos processos de fabricação, as dificuldades para a execução de processos de usinagem convencional ou mesmo através de comando numérico, quando se dispõe de máquinas adequadas para a fabricação de peças de geometrias complexas, podem limitar a criatividade, bem como dificultar o desenvolvimento do processo produtivo de forma otimizada. As dificuldades encontradas vão desde fixação das peças, necessidades de dispositivos especiais, restrições nos volumes de trabalho de máquinas CNC e mesmo a geração de trajetórias complexas para máquinas com limitações de eixos. Este trabalho propõe uma metodologia alternativa para usinagem, especialmente fresamento, com desenvolvimento de um algoritmo capaz de, através da utilização de recursos de sistemas CAD/CAM, traduzir arquivos gráficos para uma linguagem de programação utilizada em robôs. Na aplicação utilizam-se recursos dos sistemas CAD/CAM para gerar, numa primeira etapa, o código de programação para máquinas-ferramenta de comando numérico e posterior adaptação, para aplicação em sistemas robóticos. Informações de caminhos de ferramenta para usinagem em máquinas CNC são convertidos, através de uma interface computacional, em trajetórias a serem seguidas por uma ferramenta guiada por um manipulador de robô industrial. Os parâmetros de processo são também adequados as restrições dos sistemas robotizados. A viabilidade do sistema proposto é confirmada através de testes realizados em modelos de superfícies complexas, onde o objetivo do referido trabalho foi alcançado.

Controle preditivo de robôs móveis não holonômicos

O controle de robôs móveis não holonômicos apresenta como principal desafio o fato de estes sistemas não serem estabilizáveis em um ponto através de uma realimentação de estados suave e invariante no tempo, conforme o Teorema de Brockett. Para contornar este resultado, técnicas clássicas utilizam leis de controle variante no tempo ou não suaves (descontínuas). Entretanto, estas técnicas não prevêem durante o cálculo da lei de controle restrições nas variáveis do sistema e assim, muitas vezes, geram entradas de controle que são incompatíveis com uma implementação real. Neste trabalho são desenvolvidos algoritmos de controle preditivo baseado em modelo (MPC) para o controle de robôs móveis não holonômicos dotados de rodas. No MPC, restrições nas variáveis de estado e de controle podem ser consideradas durante o cálculo da lei de controle de uma forma bastante direta. Além disso, o MPC gera implicitamente uma lei de controle que respeita as condições de Brockett. Como o modelo do robô é não linear, é necessário um algoritmo de MPC não linear (NMPC). Dois objetivos são estudados: (1) estabilização em um ponto e (2) rastreamento de trajetória. Através de extensivos resultados de simulação, é mostrada a eficácia da técnica. Referente ao primeiro problema, é feita uma análise comparativa com algumas leis clássicas de controle de robôs móveis, mostrando que o MPC aplicado aqui apresenta uma melhor performance com relação às trajetórias de estado e de controle. No problema de rastreamento de trajetória, é desenvolvida uma técnica linear, alternativa ao NMPC, utilizando linearizações sucessivas ao longo da trajetória de referência, a fim de diminuir o esforço computacional necessário para o problema de otimização. Para os dois problemas, análises referentes ao esforço computacional são desenvolvidas com o intuito de mostrar a viabilidade das técnicas de MCP apresentadas aqui em uma implementação real.

Ensaios sobre o poder judiciário no Brasil

A tese apresenta três ensaios empíricos sobre os padrões decisórios de magistrados no Brasil, elaborados à partir de bases de dados inéditas e de larga escala, que contém detalhes de dezenas de milhares de processos judiciais na primeira e na segunda instância. As bases de dados são coletadas pelo próprio autor através de programas-robô de coleta em massa de informações, aplicados aos "links" de acompanhamento processual de tribunais estaduais no Brasil (Paraná, Minas Gerais e Santa Catarina). O primeiro artigo avalia - com base em modelo estatístico - a importância de fatores extra-legais sobre os resultados de ações judiciais, na Justiça Estadual do Paraná. Isto é, se os juízes favorecem sistematicamente a parte hipossuficiente (beneficiária de Assistência Judiciária Gratuita). No segundo artigo, estuda-se a relação entre a duração de ações cíveis no primeiro grau e a probabilidade de reforma da sentença, utilizando-se dados da Justiça Estadual de Minas Gerais. O objetivo é avaliar se existe um dilema entre a duração e a qualidade das sentenças. Dito de outra forma, se existe um dilema entre a observância do direito ao devido processo legal e a celeridade processual. O último artigo teste a hipótese - no âmbito de apelações criminais e incidentes recursais no Tribunal de Justiça de Santa Catarina - de que as origens profissionais dos desembargadores influenciam seus padrões decisórios. Isto é, testa-se a hipótese de que desembargadores/relatores oriundos da carreira da advocacia são mais "garantistas" ( e desembargadores oriundos da carreira do Ministério Público são menos "garantistas") relativamente aos seus pares oriundos da carreira da magistratura. Testam-se as hipóteses com base em um modelo estatístico que explica a probabilidade de uma decisão recursal favorável ao réu, em função da origem de carreira do relator do recurso, além de um conjunto de características do processo e do órgão julgador.

Relatório de estágio para a obtenção do grau de mestre em Educação Pré-escolar e Ensino do 1º Ciclo do Ensino Básico

O presente relatório pretende partilhar e refletir sobre as vivências das crianças da Pré-3 da Escola Básica do 1.º Ciclo com Pré-Escolar do Tanque de Santo António, durante o período de estágio pedagógico final. A aprendizagem em contexto de jardim de infância, e não só, não pode ser realizada de forma “formal”, onde o educador-professor transmite simplesmente os conteúdos de forma desligada da realidade da criança. A verdade é que o educador/professor deve proporcionar às crianças espaço e liberdade de expressão para que estas desenvolvam as suas ideias. Na presente investigação, o robô Roamer foi utilizado exatamente com este objetivo: servir de apoio à aprendizagem, à espontaneidade e à criatividade das crianças. Perspetivado como algo superior a uma simples coleção de memórias e artefactos, este relatório foi encarado como um instrumento facilitador do pensamento reflexivo e, como tal, apresenta-se assumidamente como o reflexo de um ciclo contínuo e dinâmico entre a planificação, a ação, a observação e a reflexão crítica e autocrítica, próprio de uma postura de investigação-ação. Na base deste ciclo estão presentes e reunidos neste relatório algumas impressões sobre os pressupostos teóricos e metodológicos que dão suporte a uma pedagogia participativa, construcionista e democrática.

Uma proposta de slam com determinação de informações geométricas do ambiente

PEDROSA, Diogo P. F. ; MEDEIROS, Adelardo A. D. ; ALSINA, Pablo J. . Uma Proposta de SLAM com Determinação de Informações Geométricas do Ambiente. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE AUTOMÁTICA, 16, Salvador, BA, 2006. Anais... Salvador: CBA, 2006. v. 1. p. 1704-1709

Real-Time Visual SLAM Using Pre - Existing Floor Lines as Landmarks and a Single Camera

SANTANA, André M.; SANTIAGO, Gutemberg S.; MEDEIROS, Adelardo A. D. Real-Time Visual SLAM Using Pre-Existing Floor Lines as Landmarks and a Single Camera. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE AUTOMÁTICA, 2008, Juiz de Fora, MG. Anais... Juiz de Fora: CBA, 2008.

Algorítmo de mapeamento usando modelagem probabilística

SOUZA, Anderson A.S. ; MEDEIROS, Adelardo A. D. ; GONÇALVES, Luiz Marcos G. . Algorítmo de mapeamento usando modelagem probabilística. In: SIMPOSIO BRASILEIRO DE AUTOMAÇÃO INTELIGENTE, 2007, Natal. Anais... Natal, 2007.

Serotonergic neurons in the nucleus raphe obscurus contribute to interaction between central and peripheral ventilatory responses to hypercapnia

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Mapeamento de ambientes estruturados com extração de informações geométricas através de dados sensoriais

The objective of this thesis is proposes a method for a mobile robot to build a hybrid map of an indoor, semi-structured environment. The topological part of this map deals with spatial relationships among rooms and corridors. It is a topology-based map, where the edges of the graph are rooms or corridors, and each link between two distinct edges represents a door. The metric part of the map consists in a set of parameters. These parameters describe a geometric figure which adapts to the free space of the local environment. This figure is calculated by a set of points which sample the boundaries of the local free space. These points are obtained with range sensors and with knowledge about the robot s pose. A method based on generalized Hough transform is applied to this set of points in order to obtain the geomtric figure. The building of the hybrid map is an incremental procedure. It is accomplished while the robot explores the environment. Each room is associated with a metric local map and, consequently, with an edge of the topo-logical map. During the mapping procedure, the robot may use recent metric information of the environment to improve its global or relative pose

RoboEduc: uma metodologia de aprendizado com robótica educacional

In this work, we propose a methodology for teaching robotics in elementary schools, based on the socio-historical Vygotsky theory. This methodology in conjunction with the Lego Mindstoms kit (R) and an educational software (an interface for control and programming of prototypes) are part of an educational robotics system named RoboEduc. For the practical development of this work, we have used the action-research strategy, being realized robotics activities with participation of children with age between 8 and 10 years, students of the elementary school level of Municipal School Ascendino de Almeida. This school is located at the city zone of Pitimbu, at the periphery of Natal, in Rio Grande do Norte state. The activities have focused on understanding the construction of robotic prototypes, their programming and control. At constructing prototypes, children develop zone of proximal development (ZPDs) that are learning spaces that, when well used, allow the construction not only of scientific concepts by the individuals but also of abilities and capabilities that are important for the social and cultural interactiond of each one and of the group. With the development of these practical workshops, it was possible to analyse the use of the Robot as the mediator element of the teaching-learning process and the contributions that the use of robotics may bring to teaching since elementary levels

Aprendizado por Reforço com Valores deInfluência em Sistemas Multi-Agente

We propose a new paradigm for collective learning in multi-agent systems (MAS) as a solution to the problem in which several agents acting over the same environment must learn how to perform tasks, simultaneously, based on feedbacks given by each one of the other agents. We introduce the proposed paradigm in the form of a reinforcement learning algorithm, nominating it as reinforcement learning with influence values. While learning by rewards, each agent evaluates the relation between the current state and/or action executed at this state (actual believe) together with the reward obtained after all agents that are interacting perform their actions. The reward is a result of the interference of others. The agent considers the opinions of all its colleagues in order to attempt to change the values of its states and/or actions. The idea is that the system, as a whole, must reach an equilibrium, where all agents get satisfied with the obtained results. This means that the values of the state/actions pairs match the reward obtained by each agent. This dynamical way of setting the values for states and/or actions makes this new reinforcement learning paradigm the first to include, naturally, the fact that the presence of other agents in the environment turns it a dynamical model. As a direct result, we implicitly include the internal state, the actions and the rewards obtained by all the other agents in the internal state of each agent. This makes our proposal the first complete solution to the conceptual problem that rises when applying reinforcement learning in multi-agent systems, which is caused by the difference existent between the environment and agent models. With basis on the proposed model, we create the IVQ-learning algorithm that is exhaustive tested in repetitive games with two, three and four agents and in stochastic games that need cooperation and in games that need collaboration. This algorithm shows to be a good option for obtaining solutions that guarantee convergence to the Nash optimum equilibrium in cooperative problems. Experiments performed clear shows that the proposed paradigm is theoretical and experimentally superior to the traditional approaches. Yet, with the creation of this new paradigm the set of reinforcement learning applications in MAS grows up. That is, besides the possibility of applying the algorithm in traditional learning problems in MAS, as for example coordination of tasks in multi-robot systems, it is possible to apply reinforcement learning in problems that are essentially collaborative

Localização e mapeamento simultâneos de ambientes planos usando visão monocular e representação híbrida do ambiente

The goal of this work is to propose a SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) solution based on Extended Kalman Filter (EKF) in order to make possible a robot navigates along the environment using information from odometry and pre-existing lines on the floor. Initially, a segmentation step is necessary to classify parts of the image in floor or non floor . Then the image processing identifies floor lines and the parameters of these lines are mapped to world using a homography matrix. Finally, the identified lines are used in SLAM as landmarks in order to build a feature map. In parallel, using the corrected robot pose, the uncertainty about the pose and also the part non floor of the image, it is possible to build an occupancy grid map and generate a metric map with the obstacle s description. A greater autonomy for the robot is attained by using the two types of obtained map (the metric map and the features map). Thus, it is possible to run path planning tasks in parallel with localization and mapping. Practical results are presented to validate the proposal

Um sistema de visão para navegação robusta de uma plataforma robótica semi-autônoma

Large efforts have been maden by the scientific community on tasks involving locomotion of mobile robots. To execute this kind of task, we must develop to the robot the ability of navigation through the environment in a safe way, that is, without collisions with the objects. In order to perform this, it is necessary to implement strategies that makes possible to detect obstacles. In this work, we deal with this problem by proposing a system that is able to collect sensory information and to estimate the possibility for obstacles to occur in the mobile robot path. Stereo cameras positioned in parallel to each other in a structure coupled to the robot are employed as the main sensory device, making possible the generation of a disparity map. Code optimizations and a strategy for data reduction and abstraction are applied to the images, resulting in a substantial gain in the execution time. This makes possible to the high level decision processes to execute obstacle deviation in real time. This system can be employed in situations where the robot is remotely operated, as well as in situations where it depends only on itself to generate trajectories (the autonomous case)

Mapeamento robótico 2,5-D com representação em grade de ocupação-elevação

This work introduces a new method for environment mapping with three-dimensional information from visual information for robotic accurate navigation. Many approaches of 3D mapping using occupancy grid typically requires high computacional effort to both build and store the map. We introduce an 2.5-D occupancy-elevation grid mapping, which is a discrete mapping approach, where each cell stores the occupancy probability, the height of the terrain at current place in the environment and the variance of this height. This 2.5-dimensional representation allows that a mobile robot to know whether a place in the environment is occupied by an obstacle and the height of this obstacle, thus, it can decide if is possible to traverse the obstacle. Sensorial informations necessary to construct the map is provided by a stereo vision system, which has been modeled with a robust probabilistic approach, considering the noise present in the stereo processing. The resulting maps favors the execution of tasks like decision making in the autonomous navigation, exploration, localization and path planning. Experiments carried out with a real mobile robots demonstrates that this proposed approach yields useful maps for robot autonomous navigation