Automação e robótica nas indústrias brasileiras: um estudo exploratório

A Automação e o processo de Robotização vêm, cada vem mais, se tornando pauta nas discussões de centenas de indústrias brasileiras, onde a tendência clara e identificada é a de investimentos expressivos na melhoria de processos e produtos, por intermédio dessas tecnologias; com foco, sempre que possível, na nacionalização de equipamentos. O presente trabalho tem como objetivo avaliar o modelo proposto por Paul Kennedy (1993) com relação à tendência de Automação e Robotização nas Indústrias Mundiais, analisando o estudo realizado diante de uma economia emergente como a brasileira. Para tanto, foram pesquisadas empresas no Brasil, em diferentes segmentos industriais, o estado da arte em termos de tecnologia de automação e robótica aplicada a processos industriais, e sugerido um modelo diferente do idealizado originalmente por Kennedy. A análise do autor se baseou no teorema que, na matemática discreta, chamamos de “law of the excluded middle”, ou seja, segundo Kennedy, o Brasil estaria vivendo hoje uma migração gradual das indústrias para os países ricos. O Brasil é um exemplo de país industrializado, de economia emergente, que investe intensamente em processos automatizados, mas que não é classificado dentro do grupo desses países ricos. Através da pesquisa realizada será apresentado um novo modelo, no qual países emergentes como o Brasil têm acesso à tecnologia de ponta em automação e robótica, aplicando a mesma em seus processos industriais.

Robótica educacional: uma metodologia educacional no estudo de funções de 7º ano

O presente estudo foi baseado na introdução de robots no ensino da Matemática, mais propriamente no desenvolvimento da aprendizagem de tópicos e conceitos matemáticos em contexto de sala de aula. Os robots foram utilizados como elementos mediadores entre o aluno e a Matemática. A introdução da robótica na educação é aplicada com o objectivo de aumentar o rendimento e o grau de aprendizagem dos alunos. Este método de ensino é designado de Robótica Educacional ou Pedagógica. A investigação recaiu sobre o estudo das funções de 7º ano de escolaridade sendo desenvolvido em duas turmas. Seguindo uma metodologia qualitativa, procurarei descrever, analisar e compreender a actividade desenvolvida pelos alunos ao longo da realização das tarefas. O estudo foi baseado em três tarefas, uma de carácter introdutório e as outras duas recaindo sobre a noção de função e conceito de proporcionalidade como função. O desenvolvimento de tarefas através da utilização de robots desencadeou em grande parte dos alunos uma maior motivação e cooperação, levando ao que muitos autores chamam de conhecimento como construção. Este conhecimento é adquirido pelo aluno por meio de um trabalho activo de acção e reflexão. Os conceitos trabalhados são aprendidos de uma forma significativa e dificilmente será esquecida ao longo do seu percurso escolar.

Design e gestão de sistemas, robótica, redes e médias interativos

Este relatório pretende ilustrar a experiência profissional obtida, principalmente após a conclusão, em 1998, da Licenciatura em Engenharia de Sistemas e Computadores na Universidade da Madeira. Esta experiência circunscreve-se à proficiência nas áreas de redes de comunicação de dados, automação e robótica e desenvolvimento de média interativos (tanto na vertente de CD-ROMs como orientado à Internet). Embora também disponha de experiência no ensino destas áreas citadas, foram privilegiados os projetos com uma relevância mais técnica atendendo à natureza deste mestrado. Sendo assim, são apresentadas nestas quatro áreas primeiro uma descrição dos projetos realizados no âmbito do percurso profissional, para depois descrever uma implementação (relativa a cada área) utilizando uma metodologia científica que fora alvo de estudo na componente letiva deste mestrado, salientando as virtudes e defeitos de ambas as abordagens e comparando os resultados obtidos. Em síntese, é analisado o projeto de gestão de sistemas de redes das Escolas Secundárias Francisco Franco e Jaime Moniz (no âmbito do desempenho das funções de Diretor das Instalações Informáticas em ambas as instituições) culminando numa proposta de implementação utilizando equipamentos da Cisco; é analisado o projeto de CD-ROM sobre a Reserva Natural das Ilhas Desertas para depois completar um jogo educativo utilizando uma metodologia científica de Game Design; são descritos os websites desenvolvidos (com especial ênfase nos realizados enquanto técnico superior de informática na Secretaria Regional do Ambiente e dos Recursos Naturais) para concluir com uma proposta de implementação de um sistema de marcação de reuniões orientado para a Cloud; finalmente, é descrito a utilização dos kits Lego Mindstorms para o ensino da programação, propondo uma implementação de baixo custo (alternativa) baseada num Raspberry Pi e componentes acessórios (tanto estandardizados como construídos com uma RepRap). Em suma, é contraposto o rigor e método do ensino académico com o pragmatismo e metas de produtividade exigidas no mercado de trabalho.

O clube de robótica da Escola de Santa Cruz: um estudo de caso

A pesquisa que na presente investigação nos propusemos desenvolver, foi indagar de que modo um clube de robótica poderia proporcionar experiências inovadoras na aprendizagem dos seus participantes. Um ambiente desta natureza, onde os alunos planificam, constroem e programam robôs, envolve dinâmicas interativas capazes de proporcionar aos aprendizes experiências de aprendizagem assentes em teorias como o construtivismo e o construcionismo, tendo por isso, repercussões na forma como o conhecimento é adquirido. Para averiguar a forma como cada participante se envolvia, utilizava o seu conhecimento e o partilhava no grupo para a consecução de um produto final, efetuouse um estudo de caso de natureza qualitativa com abordagem etnográfica, numa escola básica e secundária do conselho de Santa Cruz. As técnicas de pesquisa utilizadas foram a observação participante, entrevistas e análise documental. Durante oito meses, observamos e registamos de modo a podermos apreender este contexto de aprendizagem. Após análise e triangulação dos dados, concluímos que neste ambiente, os aprendizes desenvolvem destrezas e atitudes que lhes permitem avançar patamares no seu conhecimento, proporcionando a construção de novos conceitos científicos, assim como habilidades e competências importantes para as interações sociais e culturais de cada indivíduo e do grupo. Pudemos então depreender que ambientes onde se constroem robôs como elementos mediadores do processo ensino aprendizagem são potenciadores de inovação na forma como o conhecimento é construído.

Robótica e educação: uma possibilidade de inserção sócio-digital

This paper presents a reflection on the use of robotics in education technology and the fostering of social and digital inclusion, unveiling a new field that has been outlined today. Robotics constitutes a tool still little known and not regulated at national level in education, there is little experience involving the tool in the Northeast. This research aims to reveal one of the first experiments with educational level robotics in Rio Grande do Norte. We present a field research conducted in a public school chancellor for a major institute of science and technology education of the state from seeking review of the robotics course, understand how they work and show their use in school and shows that contributions were generated for digital inclusion category students, based on speeches by teachers, engineers, management and students. As part of gathering information, we used the focus group technique, applied in two stages, one with groups of students, teachers and other school administration, as well as comments directed to the times when the robotics course was being finalized. As a result, we found that the school, through the robotics course is a provider of social and digital inclusion, since it awakens in the sample of students in this research knowledge enabler of social change. And that despite the student category do not understand the depth of meaning of inclusion, the same report in daily actions that integrate technology into their social context in harmony, enjoying its cultural citizenship in full

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

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)

Plataforma Robótica de Baixíssimo Custo para Robótica Educacional

Robots are present each time more on several areas of our society, however they are still considered expensive equipments that are restricted to few people. This work con- sists on the development of control techniques and architectures that make possible the construction and programming of low cost robots with low programming and building complexity. One key aspect of the proposed architecture is the use of audio interfaces to control actuators and read sensors, thus allowing the usage of any device that can produce sounds as a control unit of a robot. The work also includes the development of web ba- sed programming environments that allow the usage of computers or mobile phones as control units of the robot, which can be remotely programmed and controlled. The work also includes possible applications of such low cost robotic platform, including mainly its educational usage, which was experimentally validated by teachers and students of seve- ral graduation courses. We also present an analysis of data obtained from interviews done with the students before and after the use of our platform, which confirms its acceptance as a teaching support tool

Um método para determinação da profundidade combinando visão estéreo e autocalibração para aplicação em robótica móvel

This work proposes a method to determine the depth of objects in a scene using a combination between stereo vision and self-calibration techniques. Determining the rel- ative distance between visualized objects and a robot, with a stereo head, it is possible to navigate in unknown environments. Stereo vision techniques supply a depth measure by the combination of two or more images from the same scene. To achieve a depth estimates of the in scene objects a reconstruction of this scene geometry is necessary. For such reconstruction the relationship between the three-dimensional world coordi- nates and the two-dimensional images coordinates is necessary. Through the achievement of the cameras intrinsic parameters it is possible to make this coordinates systems relationship. These parameters can be gotten through geometric camera calibration, which, generally is made by a correlation between image characteristics of a calibration pattern with know dimensions. The cameras self-calibration allows the achievement of their intrinsic parameters without using a known calibration pattern, being possible their calculation and alteration during the displacement of the robot in an unknown environment. In this work a self-calibration method based in the three-dimensional polar coordinates to represent image features is presented. This representation is determined by the relationship between images features and horizontal and vertical opening cameras angles. Using the polar coordinates it is possible to geometrically reconstruct the scene. Through the proposed techniques combination it is possible to calculate a scene objects depth estimate, allowing the robot navigation in an unknown environment

RoboEduc: especificação de um software educacional para ensino da robótica às crianças como uma ferramenta de inclusão digital

Because of social exclusion in Brazil and having as focus the digital inclusion, was started in Federal University of Rio Grande do Norte a project that could talk, at the same time, about concepts of collaborative learning and educational robotics , focused on children digitally excluded. In this context was created a methodology that approaches many subjects as technological elements (e. g. informatics and robotics) and school subjects (e. g. Portuguese, Mathematics, Geography, History), contextualized in everyday situations. We observed educational concepts of collaborative learning and the development of capacities from those students, as group work, logical knowledge and learning ability. This paper proposes an educational software for robotics teaching called RoboEduc, created to be used by children digitally excluded from primary school. Its introduction prioritizes a friendly interface, that makes the concepts of robotics and programming easy and fun to be taught. With this new tool, users without informatics or robotics previous knowledge are able to control a robot, previously set with Lego kits, or even program it to carry some activities out. This paper provides the implementation of the second version of the software. This version presents the control of the robot already used. After were implemented the different levels of programming linked to the many learning levels of the users and their different interfaces and functions. Nowadays, has been implemented the third version, with the improvement of each one of the mentioned stages. In order to validate, prove and test the efficience of the developed methodology to the RoboEduc, were made experiments, through practice of robotics, with children for fourth and fifth grades of primary school at the City School Professor Ascendino de Almeida, in the suburb of Natal (west zone), Rio Grande do Norte. As a preliminary result of the current technology, we verified that the use of robots associated with a well elaborated software can be spread to users that know very little about the subject, without the necessity of previous advanced technology knowledges. Therefore, they showed to be accessible and efficient tools in the process of digital inclusion

Implementação de rotinas computacionais básicas para cabeça estéreo robótica

O Laboratório de Sistemas Inteligentes do Departamento de Engenharia de Computação e Automação da Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN -tem como um de seus projetos de pesquisa -Robosense -a construção de uma plataforma robótica móvel. Trata-se de um robô provido de duas rodas, acionadas de forma diferencial, dois braços, com 5 graus de liberdade cada, um cinturão de sonares e uma cabeça estéreo. Como objetivo principal do projeto Robosense, o robô deverá ser capaz de navegar por todo o prédio do LECA, desviando de obstáculos. O sistema de navegação do robô, responsável pela geração e seguimento de rotas, atuará em malha fechada. Ou seja, sensores serão utilizados pelo sistema com o intuito de informar ao robô a sua pose atual, incluindo localização e a configuração de seus recursos. Encoders (sensores especiais de rotação) foram instalados nas rodas, bem como em todos os motores dos dois braços da cabeça estéreo. Sensores de fim-de-curso foram instalados em todas as juntas da cabeça estéreo para que seja possível sua pré-calibração. Sonares e câmeras também farão parte do grupo de sensores utilizados no projeto. O robô contará com uma plataforma composta por, a princípio, dois computadores ligados a um barramento único para uma operação em tempo real, em paralelo. Um deles será responsável pela parte de controle dos braços e de sua navegação, tomando como base as informações recebidas dos sensores das rodas e dos próximos objetivos do robô. O outro computador processará todas as informações referentes à cabeça estéreo do robô, como as imagens recebidas das câmeras. A utilização de técnicas de imageamento estéreo torna-se necessária, pois a informação de uma única imagem não determina unicamente a posição de um dado ponto correspondente no mundo. Podemos então, através da utilização de duas ou mais câmeras, recuperar a informação de profundidade da cena. A cabeça estéreo proposta nada mais é que um artefato físico que deve dar suporte a duas câmeras de vídeo, movimentá-las seguindo requisições de programas (softwares) apropriados e ser capaz de fornecer sua pose atual. Fatores como velocidade angular de movimentação das câmeras, precisão espacial e acurácia são determinantes para o eficiente resultado dos algoritmos que nesses valores se baseiam

S-Educ: Um Simulador de Ambiente de Robótica Educacional em Plataforma Virtual

We propose a robotics simulation platform, named S-Educ, developed specifically for application in educational robotics, which can be used as an alternative or in association with robotics kits in classes involving the use of robotics. In the usually known approach, educational robotics uses robotics kits for classes which generally include interdisciplinary themes. The idea of this work is not to replace these kits, but to use the developed simulator as an alternative, where, for some reason, the traditional kits cannot be used, or even to use the platform in association with these kits. To develop the simulator, initially, we conducted research in the literature on the use of robotic simulators and robotic kits, facing the education sector, from which it was possible to define a set of features considered important for creating such a tool. Then, on the software development phase, the simulator S-Educ was implemented, taking into account the requirements and features defined in the design phase. Finally, to validate the platform, several tests were conducted with teachers, students and lay adults, in which it was used the simulator S-Educ, to evaluate its use in educational robotics classes. The results show that robotic simulator allows a reduction of financial costs, facilitate testing and reduce robot damage inherent to its use, in addition to other advantages. Furthermore, as a contribution to the community, the proposed tool can be used to increase adhesion of Brazilian schools to the methodologies of educational robotics or to robotics competitions

Acelerando algoritmos de baixo nível em visão robótica com hardware reconfigurável

A challenge that remains in the robotics field is how to make a robot to react in real time to visual stimulus. Traditional computer vision algorithms used to overcome this problem are still very expensive taking too long when using common computer processors. Very simple algorithms like image filtering or even mathematical morphology operations may take too long. Researchers have implemented image processing algorithms in high parallelism hardware devices in order to cut down the time spent in the algorithms processing, with good results. By using hardware implemented image processing techniques and a platform oriented system that uses the Nios II Processor we propose an approach that uses the hardware processing and event based programming to simplify the vision based systems while at the same time accelerating some parts of the used algorithms

Desenvolvimento de uma cadeira de rodas robótica para transporte de portador de necessidades especiais

The objective of the dissertation was the realization of kinematic modeling of a robotic wheelchair using virtual chains, allowing the wheelchair modeling as a set of robotic manipulator arms forming a cooperative parallel kinematic chain. This document presents the development of a robotic wheelchair to transport people with special needs who overcomes obstacles like a street curb and barriers to accessibility in streets and avenues, including the study of assistive technology, parallel architecture, kinematics modeling, construction and assembly of the prototype robot with the completion of a checklist of problems and barriers to accessibility in several pathways, based on rules, ordinances and existing laws. As a result, simulations were performed on the chair in various states of operation to accomplish the task of going up and down stair with different measures, making the proportional control based on kinematics. To verify the simulated results we developed a prototype robotic wheelchair. This project was developed to provide a better quality of life for people with disabilities