Feedback control of underactuated cable-driven parallel robots

In this work an Underactuated Cable-Driven Parallel Robot (UACDPR) that operates in the three dimensional Euclidean space is considered. The End-Effector has 6 degrees of freedom and is actuated by 4 cables, therefore from a mechanical point of view the robot is defined underconstrained. However, considering only three controlled pose variables, the degree of redundancy for the control theory can be considered one. The aim of this thesis is to design a feedback controller for a point-to-point motion that satisfies the transient requirements, and is capable of reducing oscillations that derive from the reduced number of constraints. A force control is chosen for the positioning of the End-Effector, and error with respect to the reference is computed through data measure of several sensors (load cells, encoders and inclinometers) such as cable lengths, tension and orientation of the platform. In order to express the relation between pose and cable tension, the inverse model is derived from the kinematic and dynamic model of the parallel robot. The intrinsic non-linear nature of UACDPRs systems introduces an additional level of complexity in the development of the controller, as a result the control law is composed by a partial feedback linearization, and damping injection to reduce orientation instability. The fourth cable allows to satisfy a further tension distribution constraint, ensuring positive tension during all the instants of motion. Then simulations with different initial conditions are presented in order to optimize control parameters, and lastly an experimental validation of the model is carried out, the results are analysed and limits of the presented approach are defined.

A Fault-Tolerant Manipulator Robot Based on H(2), H(infinity), and Mixed H(2)/H(infinity) Markovian Controls

This paper develops a Markovian jump model to describe the fault occurrence in a manipulator robot of three joints. This model includes the changes of operation points and the probability that a fault occurs in an actuator. After a fault, the robot works as a manipulator with free joints. Based on the developed model, a comparative study among three Markovian controllers, H(2), H(infinity), and mixed H(2)/H(infinity) is presented, applied in an actual manipulator robot subject to one and two consecutive faults.

Coloured Petri nets and graphical simulation for the validation of a robotic cell in aircraft industry

This paper proposes a mixed validation approach based on coloured Petri nets and 3D graphic simulation for the design of supervisory systems in manufacturing cells with multiple robots. The coloured Petri net is used to model the cell behaviour at a high level of abstraction. It models the activities of each cell component and its coordination by a supervisory system. The graphical simulation is used to analyse and validate the cell behaviour in a 3D environment, allowing the detection of collisions and the calculation of process times. The motivation for this work comes from the aeronautic industry. The automation of a fuselage assembly process requires the integration of robots with other cell components such as metrological or vision systems. In this cell, the robot trajectories are defined by the supervisory system and results from the coordination of the cell components. The paper presents the application of the approach for an aircraft assembly cell under integration in Brazil. This case study shows the feasibility of the approach and supports the discussion of its main advantages and limits. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Accelerating autonomous learning by using heuristic selection of actions

This paper investigates how to make improved action selection for online policy learning in robotic scenarios using reinforcement learning (RL) algorithms. Since finding control policies using any RL algorithm can be very time consuming, we propose to combine RL algorithms with heuristic functions for selecting promising actions during the learning process. With this aim, we investigate the use of heuristics for increasing the rate of convergence of RL algorithms and contribute with a new learning algorithm, Heuristically Accelerated Q-learning (HAQL), which incorporates heuristics for action selection to the Q-Learning algorithm. Experimental results on robot navigation show that the use of even very simple heuristic functions results in significant performance enhancement of the learning rate.

Topology optimization for designing strain-gauge load cells

Load cells are used extensively in engineering fields. This paper describes a novel structural optimization method for single- and multi-axis load cell structures. First, we briefly explain the topology optimization method that uses the solid isotropic material with penalization (SIMP) method. Next, we clarify the mechanical requirements and design specifications of the single- and multi-axis load cell structures, which are formulated as an objective function. In the case of multi-axis load cell structures, a methodology based on singular value decomposition is used. The sensitivities of the objective function with respect to the design variables are then formulated. On the basis of these formulations, an optimization algorithm is constructed using finite element methods and the method of moving asymptotes (MMA). Finally, we examine the characteristics of the optimization formulations and the resultant optimal configurations. We confirm the usefulness of our proposed methodology for the optimization of single- and multi-axis load cell structures.

Robotic Surgery: History and Teaching Impact

Context: The purpose of this article is to review the history of robotic surgery, its impact on teaching as well as a description of historical and current robots used in the medical arena. Summary of evidence: Although the history of robots dates back to 2000 years or more, the last two decades have seen an outstanding revolution in medicine, due to all the changes that robotic surgery has made in the way of performing, teaching and practicing surgery. Conclusions: Robotic surgery has evolved into a complete and self-contained field, with enormous potential for future development. The results to date have shown that this technology is capable of providing good outcomes and quality care for patients. (C) 2011 AEU. Published by Elsevier Espana, S.L. All rights reserved.

Programa Eurosocial II: plan anual de acci??n 2014

O presente Plano Anual de A????o (PAA 2014) inscreve-se em clara continuidade com os precedentes exerc??cios program??ticos do programa EUROsocial II. No entanto, na medida que se passou o equador e se entra na reta final do Programa, se realizou um grande esfor??o para concentrar a????es e se focar em pa??ses que apresentam menos riscos e maiores condi????es de viabilidade para o alcance dos resultados esperados. Neste sentido, no ano 2014 vai representar um ponto de inflex??o, no que culminar?? grande parte das a????es do Programa, documentar-se-?? uma boa parte dos resultados conseguidos, projetando para o ano 2015 linhas de trabalho mais intersetoriais e estrat??gicas. Por conseguinte tem-se um PAA mais simplificado e melhor estruturado (de 10 ??reas tem??ticas passou-se a 4 macro-??reas), com uma dimens??o regional mais potente que tem permitido elevar a dimens??o estrat??gica do programa, e com a????es mais interconectadas e coerentes que respondem melhor a uma vis??o unit??ria do Programa. Neste exerc??cio de programa????o tanto os s??cios operativos como os s??cios coordenadores t??m sabido conjugar melhor os dif??ceis equil??brios que deve manter o programa: orienta????o a demanda vs. gest??o para resultados; dimens??o regional vs. abordagem de problem??ticas a n??vel nacional; dimens??o estrat??gica vs. dimens??o operativa. Tamb??m se incorporou algumas das recomenda????es realizadas por parte da avalia????o de meio de percurso que se realizou no segundo semestre do 2013.

Caminhos da sustentabilidade para o cinema brasileiro

O artigo pretende mostrar as dificuldades de sustentabilidade da atividade cinematogr??fica brasileira. Com base na an??lise da cadeia produtiva, na estrutura tribut??ria e nas falhas da legisla????o de incentivo fiscal, prop??e-se a exist??ncia de um ciclo vicioso de depend??ncia aos incentivos fiscais. Tendo em vista as dificuldades de acesso a salas de cinema, devido, entre outros fatores, ao baixo poder aquisitivo da popula????o e ?? concentra????o geogr??fica de cinemas nas grandes cidades, prop??e-se uma parceria efetiva entre cinema e televis??o, facilitada pela tecnologia digital. Isso implicar?? altera????es na legisla????o atual, bem como a cria????o de regras regulat??rias, como forma de ampliar o acesso de filmes nacionais ?? grade de programa????o televisiva e tamb??m de viabilizar, em termos industriais, essa atividade econ??mica.

Gest??o p??blica e pesquisa operacional: avalia????o de desempenho em ag??ncias da Previd??ncia Social

O presente trabalho utiliza a metodologia DEA (Data Envelopment Analysis ), para avaliar a efici??ncia das 22 Ag??ncias da Previd??ncia Social ??? Ger??ncia Executiva Fortaleza (APS-GEXFOR). DEA utiliza programa????o linear cujo n??cleo das estruturas anal??ticas ?? formado a partir do modelo original CCR (Charnes, Cooper, e Rhodes). Aplicada ??s DMU (Decision Making Units), define uma Fronteira de Efici??ncia identificando Unidades Eficientes e Ineficientes. Foi utilizado o modelo DEA-CCR implementado pelo software DEA Solver??. A Previd??ncia Social (INSS) disp??e de indicadores de desempenho. Algumas vari??veis utilizadas no modelo implementado derivam desses indicadores, outras informa????es foram disponibilizadas pelos sistemas de informa????o da institui????o. A avalia????o de efici??ncia DEA das APS-GEXFOR permitiu identificar as melhores pr??ticas, mensurar a participa????o de cada vari??vel envolvida na avalia????o da unidade e projetar as unidades ineficientes na fronteira de efici??ncia, identificando metas a serem atingidas para torn??-las eficientes no conjunto observado.

A lei geral de comunica????o eletr??nica de massa e a qualidade da programa????o televisiva

O presente artigo pretende analisar a quest??o da qualidade da programa????o na televis??o brasileira a partir da proposta de um novo marco regulat??rio para o setor de comunica????o social eletr??nica. Essa nova lei, entre outras disposi????es, ir?? regulamentar o artigo 221 da Constitui????o Federal, que trata dos princ??pios pelos quais o conte??do televisivo deve pautar-se. Com isso, define-se qualidade levando-se em considera????o dois aspectos: diversidade e ressalvas ?? liberdade de express??o, ambos previstos na Constitui????o Federal. A partir dessa conceitua????o, prop??e-se a instrumentaliza????o do controle social sobre o conte??do televisivo e a garantia de meios para a diversidade da programa????o. Com rela????o ao primeiro aspecto, recomenda-se a atua????o transparente de uma futura ag??ncia reguladora e a implementa????o de mecanismo de controle individual da programa????o. No que tange ?? diversidade, ressalta-se a import??ncia do fortalecimento das televis??es p??blicas e medidas governamentais no sentido de estimular a multiprograma????o propiciada pelo advento da tecnologia digital.

An optical flow-based sensing system for reactive mobile robot navigation

This work discusses the use of optical flow to generate the sensorial information a mobile robot needs to react to the presence of obstacles when navigating in a non-structured environment. A sensing system based on optical flow and time-to-collision calculation is here proposed and experimented, which accomplishes two important paradigms. The first one is that all computations are performed onboard the robot, in spite of the limited computational capability available. The second one is that the algorithms for optical flow and time-to-collision calculations are fast enough to give the mobile robot the capability of reacting to any environmental change in real-time. Results of real experiments in which the sensing system here proposed is used as the only source of sensorial data to guide a mobile robot to avoid obstacles while wandering around are presented, and the analysis of such results allows validating the proposed sensing system.

Aprendizagem por imitação através de mapeamento Visuomotor baseado em imagens omnidirecionais

Este trabalho propõe uma metodologia de aprendizagem que permite a um robô aprender uma tarefa adaptando-a e representando-a de acordo com a sua capacidade motora e sensorial. Primeiramente, um mapeamento sensoriomotor é criado e converte informação sensorial em informação motora. Depois, através de imitação, o robô aprende um conjunto de ações elementares formando um vocabulário motor. A imitação é baseada nas representações motoras obtidas com o mapeamento sensoriomotor. O vocabulário motor criado é então utilizado para aprender e realizar tarefas mais sofisticadas, compostas por seqüências ou combinações de ações elementares. Esta metodologia é ilustrada através de uma aplicação de mapeamento e navegação topológica com um robô móvel. O automovimento é utilizado como mapeamento visuomotor, convertendo o fluxo óptico em imagens omnidirecionais em informação motora (translação e rotação), a qual é usada para a criação de um vocabulário motor. A seguir, o vocabulário é utilizado para mapeamento e navegação topológica. Os resultados obtidos são interessantes e a abordagem proposta pode ser estendida a diferentes robôs e aplicações.

Um algoritmo PSO híbrido para planejamento de caminhos em navegação de veículos utilizando A*

Utilizar robôs autônomos capazes de planejar o seu caminho é um desafio que atrai vários pesquisadores na área de navegação de robôs. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo implementar um algoritmo PSO híbrido para o planejamento de caminhos em ambientes estáticos para veículos holonômicos e não holonômicos. O algoritmo proposto possui duas fases: a primeira utiliza o algoritmo A* para encontrar uma trajetória inicial viável que o algoritmo PSO otimiza na segunda fase. Por fim, uma fase de pós planejamento pode ser aplicada no caminho a fim de adaptá-lo às restrições cinemáticas do veículo não holonômico. O modelo Ackerman foi considerado para os experimentos. O ambiente de simulação de robótica CARMEN (Carnegie Mellon Robot Navigation Toolkit) foi utilizado para realização de todos os experimentos computacionais considerando cinco instâncias de mapas geradas artificialmente com obstáculos. O desempenho do algoritmo desenvolvido, A*PSO, foi comparado com os algoritmos A*, PSO convencional e A* Estado Híbrido. A análise dos resultados indicou que o algoritmo A*PSO híbrido desenvolvido superou em qualidade de solução o PSO convencional. Apesar de ter encontrado melhores soluções em 40% das instâncias quando comparado com o A*, o A*PSO apresentou trajetórias com menos pontos de guinada. Investigando os resultados obtidos para o modelo não holonômico, o A*PSO obteve caminhos maiores entretanto mais suaves e seguros.

Plataforma de controlo e simulação robótica

A robótica tem evoluído no sentido de criar robots e componentes cada vez mais evoluídos a preços acessíveis. Este facto permitiu que o desenvolvimento de aplicações no âmbito da robótica se tenha massificado e que a utilidade dos robots se tenha alargado a diferentes áreas de aplicação. Apesar da evolução dos robots e dos componentes para os mesmos, subsistem limitações que restringem a utilização de robots a certas aplicações, nomeadamente quando a capacidade de processamento e de memória não é suficiente para executar as aplicações. A forma para ultrapassar estas limitações tem residido essencialmente em duas abordagens: limitar as aplicações desenvolvidas à medida dos recursos disponíveis no hardware; ou estender as capacidades do robot usando recursos externos ao robot, quer por extensão do hardware do robot, quer por controlo remoto dos componentes do robot. Atendendo a esta problemática, foi desenvolvida uma plataforma que estende as capacidades dos robots segundo uma abordagem que usa o controlo remoto do robot, para capacitar as aplicações de controlo desenvolvidas de mais recursos, nomeadamente em termos de capacidade de processamento e memória. A plataforma desenvolvida disponibiliza ainda um simulador que virtualiza um campo de simulação e um robot, e simula a forma como estes interagem. O simulador é integrado na plataforma de forma semelhante aos adaptadores para robots, para que as aplicações desenvolvidas possam ser usadas quer em robots reais como no simulador.

An architecture for ambient intelligent environments

This paper presents the proposal of an architecture for developing systems that interact with Ambient Intelligence (AmI) environments. This architecture has been proposed as a consequence of a methodology for the inclusion of Artificial Intelligence in AmI environments (ISyRAmI - Intelligent Systems Research for Ambient Intelligence). The ISyRAmI architecture considers several modules. The first is related with the acquisition of data, information and even knowledge. This data/information knowledge deals with our AmI environment and can be acquired in different ways (from raw sensors, from the web, from experts). The second module is related with the storage, conversion, and handling of the data/information knowledge. It is understood that incorrectness, incompleteness, and uncertainty are present in the data/information/knowledge. The third module is related with the intelligent operation on the data/information/knowledge of our AmI environment. Here we include knowledge discovery systems, expert systems, planning, multi-agent systems, simulation, optimization, etc. The last module is related with the actuation in the AmI environment, by means of automation, robots, intelligent agents and users.