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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2014.tde-13082015-114113
Document
Auteur
Nom complet
Reinaldo de Bernardi
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2014
Directeur
Jury
Cruz, Jose Jaime da (Président)
Coelho, Tarcisio Antonio Hess
Hirakawa, Andre Riyuiti
Martins Filho, Luiz de Siqueira
Tonidandel, Flavio
Titre en portugais
KA'I yxo: uma plataforma robótica bioinspirada para aplicações em monitoramento ambiental.
Mots-clés en portugais
Controle motor bioinspirado
Geradores centrais de padrões
Monitoramento ambiental
Robôs bioinspirados
Robôs que escalam
Times assíncronos
Resumé en portugais
Este trabalho apresenta a concepção, o projeto, o desenvolvimento e a validação experimental de uma plataforma robótica bioinspirada o robô KA'I yxo com a habilidade de escalar árvores para aplicação em monitoramento ambiental. Tal motivação surgiu da necessidade crescente do estudo e do entendimento de ocorrências naturais pelas consequências envolvidas, muitas vezes trágicas. O monitoramento ambiental em larga escala e a dificuldade de acesso e cobertura de áreas significativas são fatores que indicam a importância e a utilidade de robôs nessas tarefas. O robô KA'I yxo possui como aplicação primeira uma solução para aquisição de dados de radiação solar, temperatura, umidade e altitude, de maneira que a mesma seja uma ferramenta útil para pesquisadores, aplicação esta identificada como relevante para a pesquisa na área ambiental após visitas ao Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia INPA. O desenvolvimento da plataforma robótica bioinspirada exposto nesta tese apresenta a sua evolução, desde a versão inicial do robô Kamanbaré (seis versões), até a versão atual da plataforma KAI yxo (terceira versão). Para esta última, são expostos em detalhes os modelos mecânico e matemático. No modelo mecânico, a importante questão da mobilidade é considerada. O modelo matemático construído compreende a cinemática direta, a cinemática inversa, a definição da andadura e a dinâmica do robô. O texto contém também uma apresentação detalhada das arquiteturas de controle, de software e de hardware. A utilização de Geradores Centrais de Padrões (CPGs) é justificada e discutida em detalhes. O ajuste dos parâmetros da CPG é realizado por meio de um processo de otimização baseado na técnica de Times Assíncronos (A-Teams). Resultados experimentais obtidos com a plataforma robótica são apresentados e discutidos.
Titre en anglais
KA'I yxo: a bio-inspired robotic platform for environmental monitoring.
Mots-clés en anglais
Asynchronous teams
Bioinspired motor control
Bioinspired robots
Central pattern generators
Climbing robots
Environmental monitoring
Resumé en anglais
This work presents the conception, design, development and experimental validation of a bioinspired robotics platform the robot KA'I yxo with the ability to climb trees for use in environmental monitoring. Such motivation arose from the growing need of studying and understanding the consequences of natural occurrences involved, often tragic. Environmental monitoring in large scale and the difficulty of access and coverage areas are significant factors that indicate the importance and the usefulness of robots in these tasks. As a first application, the robot KA'I yxo represents a solution for data acquisition from solar radiation, temperature, humidity and altitude, so that it may be a useful tool for researchers. This application was identified as relevant to environmental research after visits to the National Institute of Amazonian Research INPA. The development of the bio-inspired robotics platform exposed in this thesis presents its evolution starting from the initial version of the robot Kamanbaré (six versions) and ending with the current version of KA'I yxo platform (third version). For the latter, the mechanical and mathematical models are exposed in details. In the mechanical model, the important issue of mobility is considered. The mathematical model constructed comprises the forward kinematics, the inverse kinematics, the definition of the gait and the dynamics of the robot. The text also contains a detailed presentation of the control, software and hardware architectures. The use of Central Pattern Generators (CPGs) is justified and discussed. The tuning of the CPG parameters is performed by an optimization process based on the Asynchronous Teams (ATeams) technique. Experimental results obtained with the robotic platform are presented and discussed.
 
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Date de Publication
2015-08-13
 
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