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A desmotivação em aprender Física e a dificuldade dos alunos em atribuir significado a conteúdos apresentados em sala de aula são alguns dos problemas enfrentados pelo Ensino de Física nas escolas públicas do Brasil. Na busca por alternativas que melhorem o ensino, sem onerar ainda mais o currículo escolar, a literatura apresenta espaços não formais como um caminho em potencial. Neles, os estudantes enfrentariam problemas autênticos e, na busca por soluções, poderiam vivenciar a aprendizagem como participação social. Nessa linha de investigação, realizamos um estudo de caso, na acepção de Yin, em um espaço não formal, o Centro de Tecnologia Acadêmica Júnior (CTA Jr.), situado no Colégio de Aplicação da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Buscamos identificar os impactos que o CTA Jr. causou tanto no percurso formativo quanto na identidade de quatro estudantes que, após encerrarem o ensino básico, regressaram ao Centro exercendo um novo papel. A partir da análise de conteúdo das entrevistas concedidas pelos regressantes, à luz da Teoria Social da Aprendizagem (TSA) de Étienne Wenger, baseada em cinco dimensões: Prática, Identidade, Significado, Comunidade e Aprendizagem, foi possível: i) avaliar as contribuições da prática do Centro para o percurso formativo dos seus participantes; e ii) identificar valores criados/cultivados no CTA Jr. e nas identidades dos regressantes. Como resultado do estudo, verificamos que, ao participarem do CTA Jr., o percurso formativo dos regressantes foi diferenciado tanto em termos da segurança na escolha profissional quanto no desempenho em disciplinas do currículo formal. Também identificamos o cultivo de valores como colaboração, companheirismo, comunicação, responsabilidade e solidariedade, na identidade dos regressantes, tornando-os melhores cidadãos. Ainda, verificamos que a estrutura social existente no CTA Jr. apresenta características comuns a Comunidades de Prática (CoP). Assim sendo, acreditamos que a utilização de espaços não formais que promovam aprendizagem social enfatizando o aspecto CoP pode contribuir para uma aprendizagem com significado. Para isso, é necessário que a comunidade escolar perceba os ensinos formal e não formal como aliados na busca por uma educação cidadã. Some of the problems faced in physics education in the public school in Brazil are the students' lack of motivation to learn and the difficulties they face in assigning meaning to what is presented to them in class. Seeking for alternatives to improve teaching without overload the scholar curriculum even more, the literature presents non-formal learning spaces as a potential path. In these spaces, students would face authentic problems and experience learning as social participation. In this research line, we carried out a case study, in the sense of Yin, in a non-formal space, the Centro de Tecnologia Acadêmica Júnior (CTA Jr.), located at the Colégio de Aplicação of the Federal University of Rio Grande do Sul. We sought to identify the impacts that the CTA Jr. caused in the formative path and identity of four students who, after finishing high school, returned to the Technology Center in a new role. Based on the content analysis of the returnees interviews, in the light of Étienne Wenger's Social Theory of Learning – based on five dimensions: Practice, Identity, Meaning, Community and Learning – it was possible to: i) evaluate the contributions of the Technology Center's practice to the training path of its participants; and ii) identify values reated/cultivated in CTA Jr. and in the identities of the returnees. The results indicate that, by participating in the CTA Jr., the returnees’ formative path was differentiated both in terms of security in professional choice and in terms of performance in subjects of the scholar curriculum. We also identified the cultivation of values such as collaboration, companionship, communication, responsibility and solidarity, in the identity of returnees. Still, we verify that the existing social structure at CTA Jr. has characteristics common to Communities of Practice (CoP). Therefore, we consider that the use of non-formal spaces that promote social learning emphasizing the CoP aspect can contribute to a meaningful learning. For this, it is necessary that the school community perceives the formal and non-formal teaching as allies in the search for a citizen education.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011 O aumento da complexidade das tarefas de robôs industriais e a expansão da utilização de robôs de serviço requerem o aprofundamento de estudos sobre a interação de robôs com o meio. Esta interação pode ser estática, quando não existe movimento relativo do robô com o meio, ou dinâmica, quando existe movimento relativo do robô em relação ao meio, mas o contato é mantido durante esta movimentação. Quando a movimentação é lenta, é possível considerar a interação como quase-estática, pois os efeitos dinâmicos podem ser desprezados. Na execução de determinadas tarefas, os robôs industriais e os robôs de serviço podem ser levados ao limite de sua capacidade de força-momento. Se a capacidade de força-momento do robô é excedida, danos materiais e ferimentos em pessoas podem ocorrer durante a execução de uma tarefa. A capacidade de força-momento de um robô depende dos torques em seus atuadores, de sua configuração, da posição e orientação de seu efetuador e das ações presentes no contato com o meio. O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de uma metodologia para determinação da capacidade de forçamomento de robôs em condições estáticas ou quase-estáticas. Esta metodologia é estendida para a otimização da capacidade de força-momento ao longo de uma trajetória. Em comparação com as abordagens existentes na literatura, a metodologia proposta diferencia-se por abranger robôs com redundância cinemática e de atuação. Além disso, o ponto de contato com o meio, a orientação do efetuador e o modo de trabalho (working mode) do robô não necessitam ser constantes ao longo do processo de otimização. Devido à redundância cinemática e às variáveis geométricas presentes, a função objetivo do problema de timização de capacidade de força-momento é descrita por equações não-lineares e não-convexas, apresentando mínimos locais. Para resolver este problema de otimização global, é utilizado um algoritmo evolutivo chamado Evolução Diferencial. A modelagem das equações estáticas é realizada através da utilização da teoria dos helicoides e do método de Davies. A metodologia proposta é validada na determinação da capacidade de força-momento de um robô paralelo e de um robô serial de sete graus de liberdade chamado Roboturb. A otimização da força ao longo de uma trajetória é realizada para um manipulador serial planar. Os principais fatores que influenciam a capacidade de força-momento dos robôs manipuladores são discutidos. The increasing complexity of task performed by industrial robots and the widespread use of service robots demands deeper knowledge of robot interaction with the environment. This interaction can be static, when there is no relative movement between robot and environment or dynamic when exist relative movement but the contact is maintained during this movement. When this relative movement is performed in slow velocity, the interaction is considered quasi-static and the dynamics effects can be neglected. In certain tasks, industrial and service robots can be demanded to their wrench capabilities limits. If robots wrench capabilities are exceeded when executing a task, material damages and personal injuries can occur. Wrench capabilities depends on robot configuration, position, orientation, actuators limits and on wrenches at interaction. The development of new methodology to evaluate the wrench capabilities of robots in static or quasi-statics conditions is the main purpose of this thesis. This methodology is also extended to the optimization of wrench capability along a path. Different from previous approach, the proposed methodology deals with kinematic and actuation redundant robots. Add to that, the contact point with the environment, the robots working mode and orientation must not remain constant during optimization process. Due to kinematic redundancy and geometric variable parameters, the wrench capability optimization objective function is described by non-linear and non-convex equations with local minima. To solve this global optimization problem, an evolutionary algorithm called Differential Evolution is used. Static modeling uses as background Screw Theory and Kirchhoff- Davies cutset method. The efficiency and feasibility of the proposed methodology is demonstrated on an optimization problem, where the wrench capabilities of a planar parallel manipulator and a seven degree of freedom serial robot called Roboturb are evaluated. Wrench capabilities along a path for a planar serial manipulator are also evaluated. The main factors that affect wrench capabilities are discussed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico O objetivo principal deste trabalho é fornecer o máximo de informações possíveis sobre o robô SCARA, instalado no início do ano de 1998 no Laboratório de Robótica da Universidade Federal de Santa Catarina, de forma a servir como referência para trabalhos futuros que venham a ser desenvolvidos nesta área. São apresentadas as principais características de cada um dos componentes físicos que compõem o manipulador, descritas as interações existentes entre cada um deles e as propriedades do robô visto como um todo. É apresentada uma descrição detalhada dos programas para movimentação e controle deste robô, e dos programas que garantem segurança na sua utilização. São mostradas as diretrizes para utilização do controle híbrido força/posição e para instalação de novos controladores

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. Os riscos e custos envolvidos nas operações submarinas tornam atrativas a pesquisa e o desenvolvimento de veículos subaquáticos. Uma área de pesquisa muito forte em relação aos veículos subaquáticos visa a aumentar a capacidade desses veículos de analisar sua missão, planejar o seu movimento e adaptar sua operação de acordo com as condições do ambiente. Planejamento de movimento refere-se aos algoritmos utilizados para converter uma especificação de tarefa de alto nível em descrições de baixo nível de como o veículo deve se mover. O planejamento de movimento para veículos subaquáticos geralmente ignora as restrições cinemáticas e dinâmicas dos veículos, o que resulta em erros de posicionamento durante o seguimento do caminho. Uma aproximação dessas restrições pode ser incluída no processo de planejamento de movimento através do uso de espirais cúbicas de Bézier com continuidade G² (G2CBS). As G2CBS consistem na concatenação de duas curvas de Bézier, cujos pontos de controle são calculados de forma que a curva resultante possua curvatura contínua e limitada a um valor ?_max, o qual representa a aproximação das restrições cinemáticas e dinâmicas do veículo. Neste trabalho são apresentadas as G2CBS em detalhes, é feito um estudo sobre a cinemática e dinâmica de veículos subaquáticos, e são propostas novas estratégias para planejamento de movimento e desvio de obstáculos, e associada à especificação da direção do caminho, um método de otimização e proposto e comparado. Abstract : The hazards and costs associated to subaquatic operations make the research and development of underwater vehicles attractive. A very strong research line related to underwater vehicles aims to increase these vehicles capacity of analyzing their missions, planning their movement and adapting their operation according to environmental conditions. Movement planning for underwater vehicles usually disregard their kinematic and dynamic constraints, which results in positioning errors during the following of the planned path. The kinematic and dynamic constraints can be readily included in the movement planning process through the use of G²-continuous cubic Bézier spirals (G2CBS). The G2CBS consist in the concatenation of two Bézier curves, whose control points are calculated in such a way that the resulting curve has a continuous curvature limited to a certain value ?_max, which in turn represents na approximation of the vehicle?s kinematic and dynamic constraints. In this work the G2CBS are presented in details, the kinematics and dynamics of underwater vehicles are reviewd, and new strategies for movement planning and obstacle avoidance are proposed.

Orientador : Prof. Dr. Leandro dos Santos Coelho Coorientador : Prof. Dr. Lucas Weihmann Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 13/04/2016 Inclui referências : f. 108-115 Área de concentração: Sistemas eletrônicos Resumo: A demanda da sociedade por soluções inteligentes e aptas a substituir o humano em determinadas tarefas, juntamente com o cenário tecnológico atual, impulsionaram o desenvolvimento de sistemas mecatrônicos avançados e programados para suprir essa necessidade. Dentre esses sistemas estão os robôs humanoides, que são máquinas que buscam imitar o comportamento humano em determinados aspectos. Tais robôs podem ser utilizados na sociedade em tarefas que exigem força extrema, para preservar a saúde de trabalhadores, no tratamento psicológico de crianças e até para auxiliar idosos em tarefas do cotidiano. Porém, os robôs humanoides são mecanismos que, em contato o com meio, estão sujeitos a ação gravitacional, podendo sofrer deslizamento e tombamento, assim como os humanos. Portanto, essas máquinas requerem técnicas eficientes para projetá-las e controlá-las, respeitando as respectivas limitações e integrando seu funcionamento em contato com o meio. A presente pesquisa avalia o desempenho das Metaheurísticas de Otimização Multiobjetivo (MOMs) denominadas Algoritmo Genético de Ordenação Não Dominante II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II - NSGA-II), Evolução Diferencial para Otimização Multiobjetivo (Differential Evolution for Multiobjective Optimization - DEMO), Otimização por Enxame de Partículas Multiobjetivo (Multiobjective Particle Swarm Optimization - MOPSO) e Busca Harmônica Multiobjetivo (Multiobjective Harmony Search - MOHS) aplicadas ao problema de máxima força estática e menor requisição de torque de um robô humanoide programado para executar uma tarefa de força horizontal. A metodologia adotada para cumprir tal objetivo é uma extensão à proposta de Weihmann, na qual são otimizadas as capacidades de força de manipuladores robóticos seriais e paralelos. Diferentemente de tal proposta, na presente pesquisa o problema de otimização é modelado com duas funções de custo e, por se tratar de um humanoide, considera os fatores rugosidade nos contatos com o meio e Zero Moment Point. As métricas de desempenho Número de Soluções não Dominadas (NSND), Distância Euclidiana Média (DEM), Hipervolume (HV) e Espaçamento (E) são aplicadas aos conjuntos de soluções obtidas pelas MOMs e o teste de significância estatística não-paramétrico de Wilcoxon é aplicado aos resultados com o intuito de verificar o desempenho das MOMs. Os resultados obtidos mostram que a DEMO e o NSGA-II apresentam desempenho superior em relação à MOHS e MOPSO, com vantagem sutil por parte da DEMO. Ainda, os operadores que fazem parte das MOMs são discutidos em termos de desempenho das soluções encontradas. As soluções promissoras são expostas graficamente e comparadas em termos de desempenho dos objetivos de otimização. Por fim, os parâmetros que influenciam na força estática e na requisiçãode torque do robô humanoide são detectados, discutidos e comparados entre as soluções da presente pesquisa e de outros resultados da literatura especializada. Palavras-chave: Robôs humanoides. Metaheurísticas de Otimização Multiobjetivo. Capacidade de força estática. Otimização multiobjetivo com restrições. Abstract: The society's demand for intelligent solutions able to replace the human in certain tasks along with the current technological landscape has encouraged the development of advanced mechatronic systems to meet this need. Among the increasing research topics in robotics are the humanoid robots, which are machines designed to simulate the human behavior. Such robots can be employed in the society to perform unhealthy tasks in order to preserve the workers' health, to help and to care of elderly and to treat children with mental illness. However, the humanoid robots are complex mechanisms exposed to the gravitational forces, which can cause the sliding and the tumbling effects, as well as it happens with humans. Hence, advanced techniques are required to design and to control these machines, always complying with those constraints. The current research evaluates performance of the Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II), the Differential Evolution for Multiobjective Optimization (DEMO), the Multiobjective Particle Swarm Optimization (MOPSO) and the Multiobjective Harmony Search (MOHS), which are Multiobjective Optimization Metaheuristics (MOMs), applied to a humanoid robot programmed to perform a task of maximum horizontal static force and lower torque's requirement. The adopted methodology is an extended version of the Weihmann proposal, in which the static force capacity is optimized for serial and parallel manipulators. Differently from Weihmann, the current research treats an optimization problem with two objectives that considers the friction forces and the Zero Moment Point of a humanoid robot. The performance measures Number of Non-Dominated Solutions (NSND), Mean Euclidean Distance (DEM), Hypervolume (HV) and Spacing (E) are employed to evaluate the set of solutions provided by the MOMs and the statistical non-parametric significance test of Wilcoxon is applied to the results obtained in order to verify the MOMs performances. The results show that the DEMO and the NSGA-II show better performance compared to MOHS and MOPSO, wherein DEMO is slightly better than NSGA-II. The MOMs internal mechanisms are discussed, as well as the promising solutions, which are all graphically exposed and compared in terms of optimization objectives performances. Finally, the parameters that most influence in the optimization objectives are detected, discussed and compared between the current results and the literature. Key-words: Humanoid robots. Multiobjective Optimization Metaheuristics. Static force capacity. Constrained multiobjective optimization.