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In this paper, a trajectory tracking control for a nonholonomic mobile robot by the integration of a kinematic neural controller (KNC) and a torque neural controller (TNC) is proposed, where both the kinematic and dynamic models contain parametric and nonparametric uncertainties. The proposed neural controller (PNC) is constituted of the KNC and the TNC, and designed by use of a modeling technique of Gaussian radial basis function neural networks (RBFNNs). The KNC is applied to compensate the parametric uncertainties of the mobile robot kinematics. The TNC, based on the sliding mode theory, is constituted of a dynamic neural controller (DNC) and a robust neural compensator (RNC), and applied to compensate the mobile robot dynamics, significant uncertainties, bounded unknown disturbances, neural network modeling errors, influence of payload, and unknown kinematic parameters. To alleviate the problems met in practical implementation using classical sliding mode controllers and to eliminate the chattering phenomenon is used the RNC of the TNC, which is nonlinear and continuous, in lieu of the discontinuous part of the control signals present in classical forms. Also, the PNC neither requires the knowledge of the mobile robot kinematics and dynamics nor the time-consuming training process. Stability analysis and convergence of tracking errors to zero as well as the learning algorithms for weights are guaranteed with basis on Lyapunov method. Simulations results are provided to show the effectiveness of the proposed approach.

Made available in DSpace on 2022-04-29T08:03:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-01-01 This paper analyses a trajectory tracking control problem for a wheeled mobile robot, using integration of a kinematic neural controller (KNC) and a torque neural controller (TNC), in which both the kinematic and dynamic models contain uncertainties and disturbances. The proposed adaptive neural controller (PANC) is composed of the KNC and the TNC and is designed with use of a modeling technique of Gaussian radial basis function neural networks (RBFNNs). The KNC is a variable structure controller, based on the sliding mode theory and is applied to compensate for the disturbances of the wheeled mobile robot kinematics. The TNC is an inertia-based controller composed of a dynamic neural controller (DNC) and a robust neural compensator (RNC) applied to compensate for the wheeled mobile robot dynamics, bounded unknown disturbances, and neural network modeling errors. To minimize the problems found in practical implementations of the classical variable structure controllers (VSC) and sliding mode controllers (SMC), and to eliminate the chattering phenomenon, the nonlinear and continuous KNC and RNC of the TNC are applied in lieu of the discontinuous components of the control signals that are present in classical forms. Additionally, the PANC neither requires the knowledge of the wheeled mobile robot kinematics and dynamics nor the timeconsuming training process. Stability analysis, convergence of the tracking errors to zero, and the learning algorithms for the weights are guaranteed based on the Lyapunov method. Simulation results are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed approach. Universidade Estadual de Maringá Departamento de Informática, Avenida Colombo, 5790 Lyon Université INSA - Institut National des Sciences Appliquées, 20, avenue Albert Einstein Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Automãçao e Sistemas Programa de Pós-Graduãçao em Engenharia de Automãçao e Sistemas, Caixa Postal 476 Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho Faculdade de Ciências Departamento de Computãçao, Avenida Luiz Edmundo Carrijo Coube, Caixa Postal 473 Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho Faculdade de Ciências Departamento de Computãçao, Avenida Luiz Edmundo Carrijo Coube, Caixa Postal 473

In this paper, a trajectory tracking control for a nonholonomic mobile robot subjected to uncertainties and disturbances in the kinematic model is proposed. An adaptive variable structure controller based on the sliding mode theory is used, and applied to compensate these uncertainties and disturbances. To minimize the problems found in practical implementation using classical variable structure controllers, and eliminate the chattering phenomenon as well as compensate disturbances a neural compensator is used, which is nonlinear and continuous, in lieu of the discontinuous portion of the control signals present in classical forms. The proposed neural compensator is designed by a modeling technique of Gaussian radial basis function neural networks and does not require the time-consuming training process. Stability analysis is guaranteed with basis on the Lyapunov method. Simulation results are provided to show the effectiveness of the proposed approach., Facultad de Informática

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2021. A robótica móvel é apresentada como solução frente a falta de mobilidade dos manipuladores robóticos. Com diferentes formas de locomoção inspiradas em comportamentos biológicos, robôs móveis ganharam espaço em diferentes áreas de atuação, podendo ser encontrados desde ambientes acadêmicos até em ambientes nocivos para seres humanos. Com o passar do tempo, foram surgindo novas ferramentas para simplificar a utilização de sistemas robóticos. ROS possui uma coletânea de ferramentas e algoritmos open-source para controle de robôs, incluindo mapeamento, localização e navegação para robôs móveis. Entretanto, quanto mais funcionalidades são anexadas a um robô móvel, maior será seu custo financeiro e também seu gasto energético, sendo necessário um equilíbrio entre funcionalidade e viabilidade. Sistemas Multi-Robôs são sistemas onde é possível utilizar mais de um robô para executar missões. Sistemas Multi-Robôs heterogêneos combinam diferentes tipos de robôs com diferentes funcionalidades para executar missões, aumentando a eficiência e robustez do sistema. Desta forma, não se faz necessário ter apenas um robô com todas as funcionalidades, mas vários onde cada tipo será responsável por uma determinada função. Novas problemáticas são introduzidas como, por exemplo, alocação e decomposição de tarefas específicas para cada tipo de robô, coordenação para execução de missões e a capacidade de realocar em caso de falhas. Neste trabalho é desenvolvido um framework chamado Heterogeneous Multi-robot (HeMuRo) Framework, responsável pela alocação e decomposição de tarefas para robôs heterogêneos. Com o objetivo de ser open-source e flexível, sua arquitetura modular e distribuída permite modificação e aperfeiçoamento de seus módulos. Aceitando missões simples como entrada, o framework realiza a decomposição da missão e alocação de tarefas utilizando o algoritmo de leilão baseando-se em nível de bateria, tempo necessário para executar a missão e se determinado tipo de robô é capaz de executar a missão. Além disso, em caso de falha ou algum problema durante a execução, as missões podem ser realocadas entre os robôs disponíveis. Este framework funciona de maneira independente havendo também a possibilidade de interação com ROS para comunicação com robôs físicos ou ambientes de simulação. Por último, foram realizadas simulações, envolvendo diferentes cenários como hospital e armazém de logística, onde HeMuRo Framework demonstrou versatilidade para decompor diferentes tipos de missões, fornecendo informações gráficas para análise. Durante as simulações o framework foi capaz de redirecionar missões devido a baixos níveis de bateria dos robôs e também nas situações onde o tempo máximo de execução foi excedido. Abstract: Mobile robotics presents as an alternative due to the lack of mobility of robotic manipulators. Biological behaviors inspired many ways of locomotion increasing the usability of robots in multiple areas, adding robots in academic environments and also in environments that are harmful to humans. Over time, new tools emerged to simplify the use of robotic systems. ROS has a collection of open-source tools and algorithms to help engineers build robotic systems, featuring robot control, mapping, localization, and navigation for mobile robots. However, adding more functionalities to a mobile robot impacts higher costs and higher energy consumption. Therefore, a balance between functionality and feasibility is needed. MRS are systems where it is possible to combine different types of robots with multiple abilities to perform missions, increasing the efficiency and robustness of the system. This way it is possible to use multiple robots with specific abilities, instead of using a single robot with all the sensors and functionalities. New issues are introduced such as, for example, task allocation and task decomposition taking into consideration each type of robot, robot coordination to execute missions, and also the ability to reallocate missions in case of failure. This work presents a framework called Heterogeneous Multi-Robot (HeMuRo) Framework responsible for task allocation and decomposition of missions for heterogeneous robots. With the main goal to be open-source and flexible, HeMuRo Framework was built with a modular and distributed architecture allowing modification and improvements. With simple missions as input, the framework performs mission decomposition and task allocation using an auction algorithm taking into consideration battery level, time to execute the mission, and if the robot has the capability of executing the mission. In case of failure or not being able to finish the mission, there is also the possibility to reallocate to another robot. This framework works independently but there is also the possibility of interaction with ROS to communicate with real robots or simulated environments. Simulations were also conducted, involving different scenarios such as hospital and logistics warehouse. HeMuRo Framework applied versatility to decompose different types of results, obtaining graphical information for analysis. During simulation HeMuRo Framework handled task reallocation due to low-battery levels and also timeout.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2021. Este trabalho se trata de um estudo sobre os métodos utilizados no planejamento de movimentos de robôs manipuladores, principalmente daqueles que buscam otimização energética. Foram construídos dois modelos de simulação, ambos utilizando o Braço Antropomórfico com Punho Esférico. O primeiro modelo objetivava o planejamento de movimentos livres de obstáculos, que inclui o projeto do sistema de controle do manipulador, o planejamento de trajetórias e de tarefas. Foi necessária a solução dos problemas de Cinemática Inversa e Direta. Construiu-se um modelo geométrico do robô no Simscape?, para que ele fosse tratado como um sistema de dinâmica desconhecida. Logo, realizou-se a identificação da dinâmica do manipulador através da estimação de funções de transferências, utilizando o método dos mínimos quadrados. O projeto do controlador foi realizado por meio de um Algoritmo Genético, que atuava selecionando os parâmetros do controlador PD com filtro que remetem a valores mínimos do índice ITAE sob restrições de sobressinal. As trajetórias do robô foram confeccionadas considerando desvio de obstáculos, elas eram geradas através da B-Spline cúbica no espaço cartesiano e os obstáculos eram modelados através de elipsoides. Foram confeccionadas três tarefas para validação dos métodos, nas quais o robô desviava de obstáculos, agarrava objetos e desenhava sobre uma mesa. No segundo modelo de simulação, o planejamento de trajetórias é visto como um problema de otimização energética. A trajetória é gerada através de polinômios no espaço de configuração, nos quais os coeficientes dos polinômios são escolhidos de maneira a minimizar uma função de esforço mecânico e evitar restrições. O cálculo da função depende da solução da Dinâmica Inversa do manipulador. Para isso, implementou-se o algoritmo recursivo de Newton-Euler, devido ao robô apresentar muitos graus de liberdade. O método de otimização utilizado também foi o Algoritmo Genético, em virtude da dinâmica complexa e não-linear dos robôs. Constatou-se que a quantidade de esforço mecânico evitado depende das condições iniciais e finais impostas e que existe um trade-off entre a diminuição do esforço mecânico e a adição de restrições nos polinômios. Ambos os métodos foram efetivos em suas demandas. A vantagem do primeiro é sua simples e intuitiva implementação, enquanto no segundo, as trajetórias possuem esforços mecânicos reduzidos ao mesmo tempo que são livres de obstáculos e suaves nas extremidades. Abstract: This work is a study on planning manipulator robot trajectories, especially those that aim energy optimization. Two simulation models were built, both using the Anthropomorphic Arm with Spherical Wrist. The first model considers the planning of obstacle-free movements, including the design of the manipulator control system, the planning of trajectories and tasks. It was necessary to solve the problems of Inverse and Direct Kinematics. A geometric robot model was built in Simscape? so that it would be treated as a system of unknown dynamics. Therefore, the manipulator dynamics were identified through the estimation of transfer functions using the least-squares method. The controller project was carried out using a Genetic Algorithm, which worked by selecting the PD controller parameters with a low pass filter that refers to the ITAE index?s minimum values under overshoot constraints. The robot's trajectories were made considering obstacle deviation, they were generated through the cubic B-Spline in Cartesian space, and the obstacles were modeled using ellipsoids. Three tasks were carried out to validate the methods, in which the robot avoided obstacles, grabbed objects, and drew on a table. In the second simulation model, trajectory planning is seen as an energy optimization problem. The trajectory is generated through polynomials in the configuration space, in which the coefficients of the polynomials are chosen in order to minimize a mechanical effort function and avoid restrictions. The function calculation depends on the Inverse Dynamics solution of the manipulator. For this, the Newton-Euler recursive algorithm was implemented, due to the robot having many degrees of freedom. The optimization method was also the Genetic Algorithm due to the robot?s complex and nonlinear dynamics. It was found that the amount of mechanical effort avoided depends on the initial and final conditions imposed and that there is a trade-off between the reduction of mechanical stress and the addition of restrictions in the polynomials. Both methods were effective in their demands. The advantage of the first is its intuitive and straightforward implementation. In contrast, the trajectories have reduced mechanical efforts for the second while being free of obstacles and smooth at the ends.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2021. Os manipuladores móveis são uma classe de robôs que desempenham um papel essencial na logística dos armazéns de produtos, explorando locais inacessíveis e perigosos, e muito mais. No entanto, não é uma tarefa fácil controlá-los ou navegá-los. Eles possuem singularidades e não-linearidades e, enquanto em movimento, devem evitar obstáculos e áreas restritas. Uma vez que os manipuladores móveis são sistemas não-lineares com operações complexas, a literatura explora vários controladores para mover e controlar esses sistemas. No entanto, poucos trabalhos tratam o controle com restrições para manipuladores móveis. Esta dissertação apresenta uma estratégia de controle com restrição de movimento conhecida como Explicit Reference Governor (ERG) para um manipulador móvel planar não-holonômico com dois graus de liberdade (2-DOF). Em contraste com outras soluções para o problema de controle com restrição, o ERG fornece uma solução de baixo custo computacional aplicada diretamente ao sistema já controlado, tornando-o interessante para robôs móveis cujos recursos computacionais e energéticos são limitados. O ERG gera uma nova referência a um sistema pré-estabilizado conduzido ao valor desejado, ao passo que respeita as restrições impostas. Para a aplicação do sistema proposto, é fundamental modelar e pré-estabilizar o manipulador móvel que, por simplicidade, é controlado no seu espaço de trabalho por Controle de Dinâmica Inversa mais compensação dinâmica. A eficácia da proposta é estudada e confirmada utilizando resultados de simulação, nos quais são consideradas as restrições de movimento posicional no espaço de trabalho do robô e restrições por singularidade conhecidas. Abstract: Mobile manipulators are a class of robots that play an essential role in logistics in product warehouses, exploring inaccessible and hazardous locations, and much more. However, it is not an easy task to control or navigate them. They have singularities and nonlinearities. And while in motion, they must avoid obstacles and restricted areas. Since mobile manipulators are non-linear systems with complex operations, the literature explores several controllers for moving and controlling the system. However, few works address motion constraints. This dissertation presents a constrained control strategy known as Explicit Reference Governor (ERG) for a planar nonholonomic mobile manipulator with two degrees of freedom (2-DOF). In contrast to other solutions to the constrained control problem, the ERG provides a computationally low-cost solution applied directly to the already controlled system, making them interesting for mobile robotic systems whose computational and energy resources are limited. The ERG generates a new reference to a pre-stabilized system driven to the desired value while respecting the constraints. For the application of the proposed system, it is fundamental to model and pre-stabilize the mobile manipulator that, for simplicity, is controlled in its workspace by Reverse Dynamics Control plus dynamics compensation. The proposal's effectiveness is studied and confirmed using simulation results in which positional motion constraints in the robot's workspace and known singularity constraints of the system are considered.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2019 Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de controle para o modelo do veículo aéreo não tripulado (VANT) em estrutura H com quatro rotores inclináveis equipado com uma câmera, podendo decolar e pousar verticalmente. Este tipo de estrutura em H com rotores inclináveis é ainda pouco explorada na literatura, entretanto apresenta-se como uma solução promissora para aplicações nas quais são necessárias maiores velocidades, visto que suas características construtivas são mais adequadas para atender esta demanda, quando comparadas àquelas de um quadrirotor com estrutura em X, que é mais comumente encontrada em trabalhos científicos. A câmera é acoplada ao corpo do VANT através de um mecanismo (gimbal) que possibilita uma maior mobilidade para o apontamento da câmera. O modelo dinâmico é não linear e pode ser visto como uma composição de dois subsistemas, onde se tem uma parte translacional subatuada e uma parte rotacional totalmente atuada. Neste trabalho é desenvolvido um controlador para cada um destes subsistemas. O sistema de controle como um todo é projetado com o propósito de lidar com as questões da subatuação e das não linearidades presentes no modelo e que também seja capaz de rastrear as trajetórias de posição e orientação do VANT bem como a estabilização do mesmo perante dinâmicas não modeladas, incertezas paramétricas e perturbações externas, tal como rajadas de vento. A estrutura de controle proposta consiste de um sistema em cascata, onde na malha externa é realizado o controle do subsistema translacional e na malha interna é realizado o controle do subsistema rotacional. Na malha de controle externa é realizada uma compensação das não linearidades no subsistema translacional e em seguida é utilizada a técnica de controle H_8 a fim de agregar robustez ao sistema. Com o objetivo de que a malha externa apresente um desempenho satisfatório, escolhe-se uma técnica de controle para a malha interna de forma que esta tenha uma ação de controle rápida e robusta. Para tal fim a técnica escolhida para a malha interna consiste no controle por modos deslizantes de segunda ordem baseado no algoritmo de controle super-twisting. Esta técnica, além de agregar robustez ao sistema e possuir uma ação de controle rápida, também apresenta a propriedade de atenuação do \textit{chattering}, efeito comum ao controle por modos deslizantes de primeira ordem. Para avaliar o desempenho do sistema de controle, são realizadas simulações para diferentes tipos de situações. Os resultados obtidos mostram que a estrutura de controle proposta é adequada para atender os requisitos de desempenho e de robustez do sistema. Abstract: This work presents the development of a control system for the unmanned aerial vehicle (UAV) that consists of an H-shaped UAV with four tilt rotors equipped with a camera, capable of taking off and landing vertically. The structure shown allows the UAV to take off and land vertically. This type of H-shaped structure has been little explored, however it presents itself as a promising solution for applications in which higher speeds are required, since its constructive characteristics are more adequate to meet this demand, when compared to those of a quadr rotor with X-shaped structure, that is more commonly found in scientific works. The dynamic model is nonlinear and can be seen as a composition of two subsystems, where one has an underactuated translational part and a fully actuated rotational part. In this work a controller for each of these subsystems is developed. The control system as a whole is designed in order to deal with the underactuation and nonlinearity issues present in the model and also to be capable of tracking the UAV position and orientation trajectories as well as stabilizing it against unmodeled dynamics, parametric uncertainties and external disturbances, such as wind gusts. The proposed control structure consists of a cascade system, where the outer loop plays the control of the translational subsystems and the inner loop plays the control of the rotational subsystem. In the outer loop is performed a compesentation of the translational subsystem nonlinearities and then the control technique H_8 is used to add robustness to the system. In order to provide satisfactory performance for the outer loop, a control technique is chosen for the inner loop so that it has a fast and robust control action. For this purpose the technique chosen for the inner loop consists of a second order sliding mode control based on the super-twisting algorithm. This technique, besides adding robustness to the system and possessing a fast control action, also presents the chattering attenuation property, common effect of the first order sliding mode control. In order to evaluate the performance of the control system, simulations are performed for different cases. The obtained results show that the proposed control structure is adequate to satisfy performance and robustness requirements.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2017. Este trabalho apresenta um estudo sobre a utilização de veículos aéreos não tripulados (VANTs) em sistemas de vigilância. O uso de VANTs tem se mostrado eficiente em substituir métodos tradicionais de trabalho, muitas vezes reduzindo custos de operação, riscos à vida, ou mesmo possibilitando atividades antes inviáveis. É realizada a modelagem do quadrirotor convencional e de dois veículos aéreos híbridos (com dois e quatro rotores inclináveis), os quais possuem características construtivas e operacionais desejáveis do ponto de vista da aplicação. Os veículos carregam câmeras acopladas às suas estruturas através de um mecanismo gimbal que lhes proporciona mobilidade adicional para o apontamento e captura de imagens de alvos que se movem em solo. Os modelos são obtidos utilizando a formulação de Euler-Lagrange, considerando tanto a dinâmica do veículo e seus rotores inclináveis quanto a de um gimbal duplo na configuração Az-El, através do qual a câmera é integrada. Para um dos veículos, o VANT híbrido com dois rotores inclináveis, uma lei de controle não linear é empregada, visando o rastreamento de trajetórias relativas à posição e direcionamento do VANT, além de capacitar o sistema a manter um alvo na linha de visão da câmera. A lei de controle consiste em uma estratégia em cascata, onde na malha mais interna é tratada a dinâmica de inclinação dos rotores, seguida de uma malha de controle das variáveis relativas à rotação do VANT e apontamento da câmera, sendo que em ambas é executada uma linearização por realimentação estática de estados, finalizando com o controle do subsistema de translação na malha externa. Verifica-se, perante simulação, o rastreamento das trajetórias desejadas mesmo na presença de distúrbios externos. Abstract : This work presents a study about the use of unmanned aerial vehicles (UAVs) in surveillance systems. The use of UAVs has been shown to be efficient in replacing traditional work methods, often reducing operating costs, risks to life or even making possible formerly impracticable activities. It is performed the modeling of the conventional quadrotor and two hybrid aerial vehicles (with two and four tiltable rotors), which have desirable constructive and operational characteristics from the point of view of the application. The vehicles carry cameras coupled to their structures through a mechanism (gimbal) that provides them additional mobility for pointing and capture images of targets that move on the ground. The models are obtained using the Euler-Lagrange formulation, considering both the vehicle dynamics and its tiltable rotors as well as the double gimbal in the Az-El configuration, through which the camera is integrated. For one of the vehicles, the hybrid UAV with two tiltable rotors, a nonlinear control law is employed, aiming the trajectories tracking related to the UAV position and heading, besides to empower the system to maintain a target in the camera's line of sight. The control law consists of a cascade strategy, where in the innermost loop the rotors tilt dynamics is treated, followed by a control loop of the variables related to the UAV rotation and camera pointing, in which both execute a static feedback linearization, finalizing with the control of the translation subsystem in the external loop. It is verified, through simulation, the tracking of the desired trajectories even in the presence of external disturbances.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2017. O desenvolvimento e popularização de novas tecnologias resultaram em uma produção em massa de informações por diversos dispositivos. Aplicar estas informações em sistemas computadorizados permite dar sentido e uso para estes dados, construindo um arcabouço de informações úteis para o funcionamento de diversos dispositivos. Uma área que pode se bene_ciar de tais informações é a robótica móvel. Um robô móvel deve navegar em um ambiente a partir de informações que permitemao robô entender e visualizar o ambiente ao seu redor. Para um robô se comportar de maneira similar a um ser humano, é preciso que ele saiba compreender e estruturar tais informações. Esta tese estudaa aplicação de informações de contexto em aplicação de robôs móveis, resultando em uma navegação inteligente baseada em contexto. A aplicação destas informações dá-se através do uso de trajetórias semânticas, árvore de comportamento e mapa semântico. Todas as informações são armazenadas para o re_namento do comportamento do robô através de análise do histórico de execução. Além disto, a tese explora a problemática da recarga autônoma de robôs móveis utilizando lógica fuzzy e informações de contexto. Experimentos e resultados de simulação considerando diferentes tarefas típicas de robótica ilustram a aplicabilidade dos métodos propostos. Abstract : New and popular techologies produce a lot of information through several devices. Applying these information in computerized systems give meaning and use to this data, building a framework of useful information for various devices. One area that can benet from such information is mobile robotics. A mobile robot must navigate through an environment using information that allows the robot to understand the environment around it. For a robot to behave similar to a human being, it must be able to understand and organize such information. This thesis studies the application of context information in the application of mobile robots, resulting in intelligent navigation based on context. The intelligent navigation is achieved through the use of semantic trajectories, behavior tree and semantic map. All information is stored for renement of the behavior of the robot through analysis of the execution history. In addition, the thesis explores the problem of autonomous recharging of mobile robots using fuzzy logic and context information. Experiments and simulation with dierent robotic tasks illustrate the applicability of the proposed methods.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. A locomoção de robôs móveis apresenta desafios no controle da execução de trajetórias, principalmente quando o tipo de robô exibe não-holonomia, pois as restrições de movimento e atuação imprimem, entre outras, redução no conjunto factível de trajetórias. As principais soluções da literatura, aplicáveis e de desempenho comprovado, não apresentam uma forma automática para cálculo de parâmetros de controle que garantam requisitos de desempenho. Este trabalho desenvolve estruturas de locomoção compostas por controladores fuzzy baseados em modelos Takagi-Sugeno (TS-Fuzzy) que são capazes de representar o problema de rastreamento de trajetórias e solucioná-lo com qualidade equivalente às principais técnicas existentes e fornecem, ainda, capacidade de cálculo automático de ganhos que garantem requisitos de desempenho do sistema de controle, ou em caso de não haver solução, acusar inexistência de tais ganhos. Descreve-se uma solução completa de locomoção, composta pelos compensadores propostos e uma técnica de planejamento de locomoção capaz de gerar referências factíveis às limitações de Robôs Móveis Diferenciais (RMDs). Com esta solução foi possível a aplicação prática e a análise de desempenho das estruturas de controle descritas. Os desenvolvimentos teóricos são ilustrados através de aplicações experimentais e simuladas, baseadas na plataforma robótica Powerbot que representa um RMD de médio porte. Abstract : The challenges in locomotion control of non-holonomic mobile robots come from constraints related to sub actuation and trajectory feasibility. The main solutions found in the literature, with proved performance and applicability does not show an automatic method to compute control gains that guarantee global performance requirements. This work develops locomotion structures composed by Takagy-Sugeno fuzzy model based controllers. These structures are capable to represent and solve the trajectory-tracking problem with quality equivalent to the main existent techniques with the capability to compute the controller gains automatically, ensuring performance requirements to the compensator or even evince their absence in case of no solution. The document describes a full locomotion solution, composed by the developed controllers and a methodology of locomotion planning. The planning method is capable of generating feasible references over the locomotion and actuation constraints of the differential mobile robots (DMRs). This solution provides the practical application and performance analysis of the proposed control architectures. The theoretical achievements of this work are illustrated by experimental and simulated scenarios based on the Powerbot robotic platform, witch one represents a DMR of medium size.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2013. A locomoção ágil de robôs com pernas em terrenos irregulares necessita que todas as tarefas - desde a geração/planejamento de trajetórias ao controle do movimento - interajam de maneira harmoniosa. As diferentes tarefas, por exemplo, a geração de trajetórias e as ações de controle, em geral, não podem gerar conflitos com relação ao movimento desejado. Nesta tese, propõe-se uma estrutura de controle reativa para locomoção de robôs quadrúpedes em terrenos irregulares. O objetivo de tal estrutura è fazer frente à problemas relacionados à locomoção em superfícies irregulares, ao erro de rastreamento de trajetória e a imprecisão da estimação de estados. A estrutura compreende a dois módulos principais: um relacionado a geração do movimento, e outro relacionado ao controle do movimento do robô. Para a geração do movimento propõe-se uma abordagem baseada em Geradores de Padrões Centrais, que geram referências no espaço da tarefa e podem ser modulados de acordo com a superfície do terreno. Para o controle do movimento propõe-se uma estratégia de controle baseado em projeção de espaço nulo e uma estratégia de controle para rejeição de distúrbios baseada no conceito de pontos de captura. As principais contribuições teóricas foram validadas em simulação e implementadas em um robô real. Ao final do documento, tais resultados são apresentados para demonstrar a efetividade da estrutura proposta.