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[ES] El objetivo principal del presente TFG, es analizar un tren epicicloidal, desde el punto de vista cinemático, como parte de un multiplicador de velocidad. Se estudiarán aquellas configuraciones del tren epicicloidal que sirvan para un multiplicador. Posteriormente se analizará la dinámica de una de dichas configuraciones. El multiplicador tendrá dos etapas. Los datos de partida serán la velocidad de entrada y de salida al multiplicador. Posteriormente, en función de los resultados obtenidos se particulizará para usarlo en una turbina eólica de mediana potencia. Como parte de la turbina eólica, se procederá a realizar el análisis dinámico del mismo. Implica considerar la potencia a transmitir en el multiplicador, el par transmitido, las fuerzas transmitidas entre los distintos elementos del multiplicador, específicamente entre engranajes. Con dichas fuerzas se procederá al dimensionamiento de ejes, engranajes y rodamientos. Se pretende evitar, entre otras cosas, los fallos en los engranajes debido a presión superficial y a flexión en la base del diente. También se calculará la vida de los rodamientos involucrados. Con el estudio previo se obtendrá las características de los engranajes del multiplicador (diámetros, módulos, número de dientes, materiales, etc). Por último, una vez dimensionados los elementos (atendiendo a la geometría necesaria y en función de los materiales seleccionados) que van a conformar el multiplicador de dos etapas con trenes epicicloidales, se modelará este mismo en SolidWorks con el fin de simular el funcionamiento de dicho multiplicador de velocidad. Se obtendrán videos, gráficos y planos del ensamblaje final. También, se imprimirán los elementos involucrados en 3D y se creará una maqueta a escala del mismo.

Orientador: Kátia Lucchesi Cavalca Dedini Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Os mancais possuem um papel expressivo dentre os componentes de um sistema rotativo, tendo o suporte de um elemento rotativo como sua principal função. Por trabalharem na interface entre elementos fixos e rotativos, os mancais constituem a origem de grande parcela das falhas ocorrentes em um sistema. Dentre estes, os mancais de rolamento de contato angular estão entre os mais utilizados, principalmente pela indústria automobilística. Apesar da ampla gama de aplicações, esses mancais usualmente estão sujeitos a falhas por fadiga de superfície, o que torna imprescindível um estudo aprofundado dos esforços e das velocidades aplicados às esferas e, consequentemente, às pistas interna e externa. A descrição dos esforços e das velocidades nas esferas é um desafio considerável, uma vez que as esferas estão sujeitas a uma lubrificação elastohidrodinâmica, que por sua vez, depende integralmente dos esforços e das velocidades das esferas para ser modelada, gerando assim um processo iterativo. O principal objetivo deste trabalho é analisar o rolamento de esferas de contato angular, com embasamento teórico na literatura clássica para, em seguida, iniciar o equacionamento do equilíbrio de forças nas esferas e no mancal, o qual por sua vez, resulta na força de contato associada à condição de lubrificação. Para tanto, um programa computacional para simulação numérica das análises cinemáticas e dinâmicas foi desenvolvido e seus resultados comparados com a literatura. Após realizar a validação inicial do modelo com a literatura, uma solução mais completa é proposta para reproduzir de uma forma mais detalhada o que se encontra em aplicações práticas. Os resultados encontrados pelas diversas simulações foram condizentes com os resultados encontrados na literatura clássica, atestando que o programa computacional desenvolvido é consistente Abstract: The bearings are of great importance and its major function is to support a rotating element. Due to the mandatory role of these components in the interface between fixed and rotating elements, the bearings are the source of a great percentage of the possible faults on a system. The rolling bearings of angular contact are one of the most utilized, mainly by the automotive industry. In spite of the great applications field, these bearings are usually subject to damage by superficial fatigue, which makes of great significance the detailed study of the efforts and the velocities on the spheres and, consequently, on the external and internal railways. The description of the efforts and velocities acting on the spheres is a considerable challenge, once the spheres are subject to an elastohidrodynamic lubrication that fully depends on the efforts and velocities of the spheres, generating an iterative process. The main objective of this work is to analyze the rolling bearings of angular contact, under theoretical bases, in order to accomplish the forces balance for the balls and for the bearing, which in turn results in the contact forces associated to the lubrication condition. The analysis requires the development of a computational program to numerically simulate the kinematic and dynamic conditions and, then, some of the results can be compared with the literature. After the initial validation of the model with the literature, a more complete solution is proposed to make it closer to practical applications. Results obtained by several simulations are compatible with those found in theoretical bases, attesting that the computational program developed is consistent Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

This article focuses on the implementation of the Hardware-in-the-Loop technique to evaluate advanced control algorithms to a mobile manipulator robot that comprised of 3DOF anthropomorphic type robotic arm mounted on a unicycle type platform. The implementation of HIL includes the use of Unity 3D graphic engine for the development of a virtual environment that allows to visualize the execution of the movements of the robot through the implemented control algorithm. In addition, it is considered the kinematic model and dynamic model of the robot that represent the characteristics and restrictions of movement of the mobile manipulator robot. Finally, experimental results achieved through the implementation of the HIL technique are presented, in which the behavior of the robotic system and the evolution of control errors when executing locomotion and object manipulation tasks can be verified. ESPEL

En este proyecto, se ha partido del exoesqueleto de Project MARCH para realizar una serie de mejoras en lo que se refiere al diseño y el control, de forma que sus capacidades de movimiento sean lo más semejantes posible a la marcha humana. En el primer lugar se ha llevado a cabo un estudio de los diferentes marcos teóricos que impulsan este proyecto. Se hacen notable las ventajas de utilizar la robótica de rehabilitación, se citan los distintos dispositivos de rehabilitación existentes y se realiza un estudio sobre distintos exoesqueletos vestibles de miembro inferior, mostrando sus características físicas y técnicas. Después, se explica en qué consiste la marcha humana, destacando las alteraciones a las que se puede enfrentar tras sufrir un accidente. Para finalizar este apartado, se mostrará el marco teórico del control de robots, explicando qué son la cinemática y la dinámica de un robot, se diferencia el análisis cinemático del análisis dinámico y se hace una distinción entre los distintos tipos de control dinámico. Una vez terminado el marco teórico, se formulará toda la metodología sobre sistemas de control que supone la base de este proyecto, realizando una introducción ROS_Control, detallando los componentes de un controlador creado en ROS, así como la interconexión de los mismos y el mecanismo que sigue para su ejecución, ya que supone la base para el desarrollo del proyecto. A continuación, tiene lugar el modelado del exoesqueleto, desde su diseño hasta su análisis cinemático, su simulación, un análisis del patrón de marcha y una mejora del mismo. De igual forma, se examina su comportamiento ante distintos obstáculos y terrenos varios, procediendo a adaptar los patrones de marcha para hacerles frente. Finalmente, identifica el tipo de control que realiza, se llevan a cabo una serie de mejoras en el controlador con el objetivo de reducir el error obtenido en la ejecución de la marcha y se expondrá de forma analítica los pasos seguidos para obtener valores que reduzcan el error.

Orientador: Janito Vaqueiro Ferreira Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho desenvolveu um novo conceito de dispositivo mecânico capaz de variar a taxa de compressão dos cilindros de um motor a combustão interna para estudar as possibilidades de novos projetos para a indústria automotiva e apresentar as possíveis melhorias atingidas com essa tecnologia. O modelo desenvolvido foi submetido a simulações computacionais para avaliar sua cinemática e dinâmica através das teorias de múltiplos corpos rígidos e da modelagem geométrica. Foi implementado um modelo simplificado robusto zero dimensional para tornar as análises mais simples utilizando os conceitos de termodinâmica envolvidos no motor. Foi considerado transferência de calor instantânea, processo de queima finita pela curva de Wiebe e os fluxos de massa envolvidos nos processos de admissão e exaustão dos cilindros. Não foram implementados os processos de dissociação e equilíbrio químico e um modelo que prevê detonação. Os resultados cinemáticos e dinâmicos foram validados em softwares comerciais de renome e apresentaram ótima semelhança. Os resultados termodinâmicos possibilitaram comprovar a eficácia da adoção da variação da taxa de compressão quando se necessita aumentar a eficiência térmica dos motores, melhorar os índices de consumo e desempenho. Os resultados permitiram também o desenvolvimento de novas curvas fundamentais para análises mais sofisticadas e calibrações mais específicas do motor Abstract: This work developed a new concept of a mechanical device able to vary the compression ratio of an internal combustion engine cylinder to study the possibilities of new projects for the automotive industry and present the possible improvements achieved with this technology. The developed model was subjected to computer simulations to evaluate its kinematics and dynamics through the theories of multiple rigid bodies and geometric modeling. A robust zero dimensional simplified model to make simpler analysis using thermodynamic concepts involved in engines was implemented. Was considered instantaneous heat transfer, finite burning process by Wiebe curve and the mass flows involved in the admissions and exhaust process from the cylinders. The dissociation and chemical balance processes and a model that predicts knocking have not been implemented. The kinematic and dynamic results were validated in leading commercial software and showed excellent accuracy. The thermodynamic results allowed prove the efficacy of adopting varying the compression ratio when it needs to increase the thermal efficiency of the engine, improve the rates of consumption and performance. Results also enabled the development of new fundamental curves for more sophisticated analysis and more specific engine calibrations Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Marco Lúcio Bittencourt Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este projeto tem como objetivo o estudo de motores com taxa de compressão variável. O estudo se inicia com uma análise dos fatores que corroboram a utilização da variação da taxa de compressão e os motores de compressão variável já existentes, incluindo as soluções construtivas usuais e os critérios de projeto adotados na área. Em seguida, são analisadas a cinemática e a dinâmica dos motores SVC Saab e MCE-5 (sistema pistão - biela - manivela), utilizando as equações de Newton-Euler, e a modelagem do ciclo Otto, assim como a determinação da curva de pressão no cilindro durante a combustão. A curva de pressão e a função do volume no cilindro são determinadas analiticamente considerando-se a variação da taxa de compressão no cilindro. Além disto, a fim de conhecer melhor as influências de parâmetros de projeto sobre a dinâmica do motor é realizada uma análise de sensibilidade nos mecanismos. Tal estudo consiste na variação dos parâmetros seguindo certos critérios para assim, obter respostas comparativas da dinâmica do sistema Abstract: The main focus of this work is to study variable compression ratio engines. The study begins with an analysis of the factors that support the use of variable compression ratio and the engines that already exist, including the usual constructive solutions and the project criteria adopted in the area. After that, the kinematics and dynamics of Saab SVC and MCE-5 mechanisms (piston - connecting rod - crank system), using Newton-Euler equations, have been developed. Also, the cylinder pressure curve is important to be determined. The pressure curve and the cylinder volume function are evaluated analytically considering the variation of the compression ratio. The results of the calculated pressure curves were then compared with the analytical results available in the literature. Furthermore, in order to know the influence of the design parameters (crank rod length, connecting rod length, piston diameter and masses) in kinematics and dynamics, some sensitivity analyzes of the engine mechanisms must be performed. This study involves the variation of the engine parameters according to certain criteria in order to get comparative answers of the system kinematics and dynamics Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

S'estudia el moviment d'un coet d'aigua a partir de la seu enregistrament en vídeo i s'analitza matemàticament la seva trajectòria per establir-ne les característiques.

Orientador: Paulo Roberto Gardel Kurka Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O desenvolvimento de estruturas mais leves, finas, rígidas ou inteligentes é um desafio constante entre engenheiros e cientistas de qualquer área. Sistemas tensegrity, que são formados por corpos rígidos em compressão e cabos em tração, têm perspectiva de serem amplamente aplicados pelas indústrias espacial, civil, mecânica, aeronáutica ou biomédica. O projetista de um tensegrity pode controlar sua rigidez e formato através da mudança de tensão nos cabos, cujos comportamentos são explorados neste trabalho via protótipos e simulações. Um modelo foi sugerido para otimizar massa e volume de uma antena de satélite, o mecanismo tensegrity foi criado para ser lançado num formato colapsado, economizando volume dentro do foguete, e expandido no espaço através da contração de determinados cabos. Em seguida, as tensões dos cabos de um prisma tensegrity foram variadas e a mudança na rigidez foi avaliada por análise modal. Por fim, uma torre tensegrity bidimensional foi submetida a grandes deformações, sua análise estática não linear foi implementada e as frequências naturais das posições deformadas foram calculadas. As três metodologias foram implementadas e, posteriormente, validadas em três experimentos distintos, estes ressaltando os efeitos de cada propriedade em avaliação. O objetivo deste trabalho é propor um procedimento para desenvolver o projeto e construção de uma estrutura tensegrity que englobe as três metodologias: definindo sua expansão a partir de uma configuração colapsada, o controle da rigidez quando estável e a nova posição caso algum esforço provoque grandes deformações. Portanto, além do objetivo prático do primeiro tópico, este trabalho tem como meta fornecer uma documentação geral de soluções relacionadas a estruturas e mecanismos tensegrity Abstract: The development of lighter, thinner, stiffer or smarter structures is a constant challenge among engineers and scientists of all fields. Tensegrity systems, which are formed by rigid bodies under compression and cables under traction, are likely to be largely used by the space, civil, mechanical, aeronautical and biomedical industries. The designer of a tensegrity can control its stiffness and shape by changing the tension in the cables, these behaviours are explored in this work via prototypes and simulations. A model was suggested to optimize mass and volume of a satellite antenna, a tensegrity mechanism was created to be launched in a reduced shape, saving volume in the launcher, and expanded in space by pulling specific tendons. Secondly, the tensions of a tensegrity prism's cables were varied and the change in stiffness was assessed through modal analysis. Finally, a 2D tensegrity tower was put under large deformations, its nonlinear static analysis was implemented and the natural frequencies of the deformed configurations were calculated. All the three methodologies have been implemented and, later, validated through experiments designed to highlight each property of concern. The objective of this work is to propose procedures to develop and build a tensegrity structure that carry those three methodologies: defining its expansion from a compact configuration, its stiffness control once the expansion is finished and its new shape if any load generates large displacements. Thus, beyond the practical end of the first topic, the goal of this work is to provide a general document of solutions related to tensegrity structures and mechanisms Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica CNPQ 132166/2018-6

Por medio de este proyecto se llegó al diseño mecánico de un manipulador industrial de cuatro grados de libertad, viable para su manufactura y puesta en marcha, este robot tiene como objetivo la emulación e imitación de movimientos de un operario. El procedimiento de diseño se realizó mediante el reconocimiento de los requerimientos del proyecto Fodein 2020, por parte de los investigadores y de la situación misma en la que se proyectó el uso del manipulador, el diseño también se direccionó a partir del método de manufactura y materiales disponibles en la Universidad Santo Tomas. Por otra parte, el proceso para elegir la adecuada configuración del robot se basa en las diferentes configuraciones de su morfología y sus implicaciones en cuanto a cómo estas influyen en las trayectorias, se decide a partir de un análisis de alterativas, con los criterios basados en los requerimientos generados, la más adecuada. Se optó por una configuración de robot articular, con cuatro grados de libertad, ya que, para desarrollar los movimientos deseados que corresponden a movimientos del brazo humano estos cuatro grados son suficientes. El diseño de manipuladores requiere de forma imprescindible de modelos cinemáticos y cinéticos, esto como fundamento de los torques necesarios para realizar las trayectorias. Estos modelos se realizaron de manera consecuente, en primer lugar, se generaron cálculos para la cinemática directa e inversa del robot, las cuales dan como resultado ecuaciones para la posición y orientación del efector final y posterior, los ángulos de rotación de cada articulación. En cuanto al modelo dinámico se trabajaron modelos de Newton Euler y Lagrange para conocer velocidades, aceleraciones y torques de las articulaciones. Para el desarrollo del diseño de detalle se parte de los actuadores elegidos con un cálculo preliminar de torque en función de la inercia y la aceleración angular. La forma, tamaño y disposición de ensamble de los actuadores elegidos, ofrece soluciones óptimas para este tipo de desarrollos, los motores son MX-64 y MX-28, servomotores con encoder y carcasa. Estas características son esenciales en el diseño del manipulador ya que los mismos motores funcionan como articulaciones. Con este diseño preliminar se realizan análisis por elementos finitos, obteniendo las deformaciones, esfuerzos de Von Misses y factor de seguridad del modelo. La planeación de la manufactura se basa en el prototipado rápido de modelado por deposición fundida (FDM), en impresora 3D con material ZUltra (ABS). Through this project, the mechanical design of an industrial manipulator with four degrees of freedom was reached, viable for its manufacture and start-up. This robot aims to emulate and imitate the movements of an operator. The design procedure was carried out through the recognition of the requirements of the Fodein 2020 project, by the researchers and of the situation itself in which the use of the manipulator was projected, the design was also directed from the manufacturing method and materials available at the Santo Tomas University. On the other hand, the process to choose the appropriate configuration of the robot is based on the different configurations of its morphology and its implications regarding how these influence the trajectories, it is decided from an analysis of alteratives, with the criteria based In the requirements generated, the most appropriate. A joint robot configuration was chosen, with four degrees of freedom, since these four degrees are sufficient to develop the desired movements that correspond to movements of the human arm. The design of manipulators absolutely requires kinematic and kinetic models, this as a basis for the torques necessary to carry out the trajectories. These models were carried out consistently, firstly, calculations were generated for the direct and inverse kinematics of the robot, which result in equations for the position and orientation of the end and posterior effector, the angles of rotation of each joint. Regarding the dynamic model, Newton Euler and Lagrange models were worked to know speeds, accelerations and torques of the joints. For the development of the detailed design, the chosen actuators are based on a preliminary calculation of torque as a function of inertia and angular acceleration. The shape, size and assembly arrangement of the chosen actuators offers optimal solutions for this type of development, the motors are MX-64 and MX-28, servomotors with encoder and housing. These characteristics are essential in the design of the manipulator since the same motors function as joints. With this preliminary design, finite element analysis is performed, obtaining the deformations, Von Misses stresses and the safety factor of the model. The manufacturing planning is based on the rapid prototyping of fused deposition modeling (FDM), in 3D printer with ZUltra material (ABS). Ingeniero Mecánico http://unidadinvestigacion.usta.edu.co Pregrado

La biomecánica estudia el movimiento analizando parámetros cinemáticos y dinámicos de un objeto o cuerpo vivo. Se realizó una revisión sistemática con el propósito de recopilar informaciones sobre variables relacionadas con la biomecánica en los jugadores de tenis de mesa, midiendo los factores que intervienen en los golpes con la raqueta, ángulos y la posición de los miembros superiores. Para el filtrado de la literatura nos basamos en la declaración PRISMA utilizando Google académico y Pubmed por medio del operador Booleano AND y NOT. El análisis y la recopilación de los datos se llevó a cabo luego de la evaluación de 17 artículos de investigación en los cuales se encontraron diferentes valores de las magnitudes sobre el manejo y mejora de la técnica deportiva. En conclusión, se determinó la importancia de los análisis cinemáticos del tronco y miembros superiores, basados en la descripción del movimiento en el gesto técnico del tenis de mesa. Biomechanics studies movement by analysing kinematic and dynamic parameters of an object or living body. A systematic review was conducted with the purpose of gathering information on variables related to biomechanics in table tennis players, measuring the factors involved in strokes with the racket, angles and the position of the upper limbs. For the filtering of the literature we rely on the PRISMA statement using academic Google and PubMed through the operator Boolean AND; NOT. The analysis and data collection were carried out after the evaluation of 17 research articles in which different values of the magnitudes on the handling and improvement of the sport technique were found. In conclusion, the importance of kinematic analysis of the trunk and upper limbs, based on the description of movement in table tennis, was determined. Rionegro

Tese no âmbito do Doutoramento em Engenharia Mecânica, Gestão e Robótica Industrial, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra. Collaborative robotic manipulators are new type of industrial manipulators, that allow the coexistence of humans in the same working area around the robot. Consequently, a human can work safely beside a collaborative manipulator, without having physical barriers or safety fences separating between them. In light of this, we can see that the main features of collaborative robots are centred around two main aspects, safety and collaboration, which are the main topics of this thesis. On the subject of safe interaction with the robot, we revisit the problem of realtime collision avoidance for robotic manipulators in unstructured and dynamic environments, where humans are working side-by-side with the robot. We propose a method for endowing the manipulator with sensing capabilities, so it can detect the proximity of humans around it. Also, we propose a control algorithm, based on the potential fields method, for providing the robot with human like reflexes, which allows it to avoid collision with people nearby. Afterwards, we propose a method for implementing the collision avoidance controller to modify on-line generated paths (necessary for performing industrial tasks). For testing, we implement the proposed method in a real industrial robotic cell, utilising an industry standard collaborative manipulator (KUKA iiwa) in human centred environment, where a human worker (coworker) and the robot are sharing the same working area. On the subject of collaboration we study the topic of precise positioning of the end-effector of the robot in an intuitive manner. We present the precision hand-guiding technique, and we present a lightweight algorithm for performing motion in the null space of redundant manipulators while preserving the accuracy of end-effector's pose. Afterwards, we exploit the redundancy for performing secondary tasks, where using the torque feedback at the joints of sensitive robots and the force/torque measurements from an external Force/Torque (FT) sensor at the flange of the robot we were able to perform precise hand-guiding at the end-effector level while exploiting redundancy to perform in-contact obstacle navigation. For developing the aforementioned applications, and for achieving real-time performance, we implemented various light weight numerical methods. Consequently, several efficient algorithms for performing the calculations and the control have been realized in software packages, most of which are provided as open source libraries in public repositories. Throughout this work, the proposed algorithms were implemented in various programming languages, while the real-time virtual-reality simulations were carried out using the program V-REP (Virtual Robot Experimentation Platform). Using these tools several controllers, algorithms, techniques and simulations were applied and the results achieved were discussed throughout this document. Experimental tests were carried out using industrial-grade hardware, the collaborative manipulator KUKA iiwa7R800, laser scanner, IMUs, force torque sensor and magnetic trackers. Os manipuladores robóticos colaborativos são um novo tipo de manipulador industrial que permite a coexistência de seres humanos na área de trabalho em redor do robô. Consequentemente, um humano pode trabalhar com segurança ao lado de um manipulador colaborativo, partilhando o mesmo espaço e sem barreiras físicas entre eles. As principais características dos robôs colaborativos centram-se em dois aspetos principais, segurança e colaboração, sendo estes os tópicos principais desta tese. Relativamente à interação segura com manipuladores robóticos colaborativos, revisitamos o problema da prevenção de colisões em tempo real em ambientes não estruturados e dinâmicos, onde humanos e robôs trabalham lado a lado. É proposto um método para dotar o manipulador de recursos de deteção de humanos/obstáculos em seu redor. Além disso, é proposto um algoritmo de controlo baseado no método de campos potenciais que permite ao robô colaborativo evitar colisões com humanos/obstáculos. Posteriormente, propomos um método para o controlador de prevenção de colisões de forma a alterar as trajetórias nominais do robô definidas off-line (necessário para executar tarefas industriais). As metodologias propostas foram implementadas e testadas numa célula robótica real, utilizando um manipulador colaborativo industrial (KUKA iiwa) em tarefas onde robô e humano partilham a mesma área de trabalho. O tópico da colaboração homem-robô foi estudado considerando o posicionamento preciso do robô de forma intuitiva. É proposto um método de guiamento manual de precisão, assente num algoritmo que permite o movimento do robô no espaço nulo de manipuladores redundantes enquanto preserva a precisão posicional. A redundância é também explorada recorrendo ao uso de medições de torque a partir das articulações do robô e medições de força/torque de um sensor externo de Força/Torque (FT) acoplado à flange do robô. Desta forma conseguimos realizar o guiamento manual do robô ao nível do end-effector enquanto tiramos vantagem da redundância na navegação de obstáculos por contato. As metodologias acima mencionadas foram implementadas em robôs reais, recorrendo a algoritmos que pela sua natureza de aplicação devem ser computacionalmente leves e eficientes, permitindo assim desempenho em tempo real por parte do sistema robótico. Neste contexto, vários algoritmos relacionados com a implementação dos métodos, cálculos matemáticos e controlo foram desenvolvidos e agrupados em pacotes de software, a maioria dos quais são fornecidos como bibliotecas de código aberto em repositórios públicos. Os algoritmos propostos foram implementados em várias linguagens de programação, enquanto as que simulações em tempo real foram realizadas usando o programa V-REP (Virtual Robot Experimentation Platform). Usando essas ferramentas vários controladores e algoritmos foram aplicados, sendo os seus resultados discutidos neste documento. Testes experimentais foram realizados usando hardware de nível industrial, nomeadamente o manipulador colaborativo KUKA iiwa7R800, scanner laser, unidades de medição inerciais (IMUs), sensores de força/torque e rastreadores magnéticos.

[ES] El objetivo de este proyecto es el de estudiar el comportamiento cinemático y dinámico de un sistema mecánico multiplicador de un conjunto de aerogeneradores. Dichos aerogeneradores están encargados de suministrar energía a un parque de vehículos eléctricos para la recarga y mantenimiento de éstos, lo cual implica una estación autosuficiente y sostenible, libre de emisiones contaminantes.

[ES] Se pretende diseñar el grupo diferencial de un vehiculo todoterreno con el motor dispuesto en la parte delantera y de tracción trasera. El diferencial es el mecanismo que permite que las ruedas de un automóvil giren a diferentes velocidades angulares. En tramos rectos el diferencial no actúa y reparte el par por igual a ambas ruedas , sin embargo, durante las curvas la rueda que traza la curva por el interior recorrerá una distancia menor que la rueda que recorre la curva por el exterior, esto se traduce en que deberán girar con diferentes velocidades angulares y es ahí cuando entra en acción el diferencial, que reparte el par , proveniente del motor a la salida de la caja de cambios, a cada rueda dependiendo de la resistencia que opongan. Así pues, cada rueda gira a la velocidad adecuada y no se pierde el control del coche durante las curvas. El objetivo de este trabajo es diseñar el diferencial para un Suzuki Jimny del cual nos interesa conocer entre otros parametros el par máximo recibido, la velocidad de entrada, las velocidades de salida y las caracteristicas de los engranajes que lo conforman. Se pretende diseñar estos engranajes para evitar el fallo por presión superficial y por rotura del diente en la base debido a flexión. Se realizará un analisis cinemático, dinámico y resistente del mismo. Se modelizará con Solidworks, se obtendrán planos, videos y una maqueta en 3D.

En este proyecto se realizó el diseño de un exoesqueleto mecánico para fines didácticos, primero se conceptualizaron diferentes modelos de exoesqueletos disponibles en el mercado, luego se analizaron la cinemática y la dinámica de los diferentes enlaces de la estructura y finalmente se diseñó el exoesqueleto y eliminó los planos de construcción. In this project the design of a mechanical exoskeleton for didactic purposes was carried out, first different models of exoskeletons available in the market were conceptualized, then the kinematics and dynamics are analyzed of the different links of the structure were analyzed and finally the exoskeleton was designed and removed construction plans.

X-ray diffraction is a powerful technique, widely used for the study of materials. The kinematical theory was used initially to explain the diffraction results, however, some experiments have shown a flaw in this theory. The dynamical theory appeared as a more general theory, based on electromagnetism and the interaction between waves within matter, which are neglected by kinematical theory. In this work, at first, a careful analysis was made of the differences between the two theories, for this, the methodology of a perfect prototype crystal, developed by Miranda and Sasaki, was used. In this methodology, parameters such as structural factor, unit cell volume, Bragg angle, are varied to obtain the largest possible number of real structures. As a result, we arrive at an expression that determines the limit of application of the kinematical theory, based on the extinction length and the thickness of the crystal. Once an application limit has been found for the kinematical theory, we modify the conventional structure resolution methodology, where we replace the kinematical theory with the dynamical theory of X-ray diffraction. The developed methodology was compared with conventional structure resolution methodologies (SHELX). For this study, data obtained in the literature were used, such as the crystals of RbBrF4, simulated data, such as ZnFe2O4, KH2PO4 and Bi2Fe4O9 and data measured in the synchrotron, the crystals of SrTiO4 and Si. The results show that the structures solved by both methodologies are equivalent for small crystals, however, the greater the thickness of the crystal, it is necessary to use corrections of a dynamical nature (extinction corrections) in the kinematical methodology, to solve the structures. The use of this correction fails, when the crystals are thick, making it necessary to use the methodology based purely on dynamical theory. Another point that was observed, analyzed in this work, was the correction factor of the asymmetric reflections for the intensity. This parameter appears naturally in the development of dynamical theory, its effect becomes quite expressive the greater the thickness of the crystal. The result showed that if the crystal thickness is a few tens of micrometers, the kinematical theory is valid only if we take into account the corrections by dynamical theory. However for crystals of hundreds of micrometers, the kinematical theory completely loses its validity, even if it uses dynamical corrections. In this case, it is necessary to use completely dynamical structure refinement programs. A difração de raios X é uma técnica poderosa, utilizada amplamente para para o estudo dos materiais. A teoria cinemática foi utilizada inicialmente para se explicar os resultados de difração, entretanto, alguns experimentos mostraram uma falha nessa teoria. A teoria dinâmica apareceu como uma teoria mais geral, tendo como base o eletromagnetismo e a interação entre as ondas no interior da matéria, os quais são desprezados pela teoria cinemática. Neste trabalho, em um primeiro momento foi feito uma análise criteriosa sobre as diferenças entre as duas teorias, para isso foi utilizada a metodologia de um cristal protótipo perfeito, desenvolvida por Miranda e Sasaki. Nessa metodologia parâmetros como fator de estrutura, volume da cela unitária, ângulo de Bragg, são variados para se obter o maior número de estruturas reais possíveis. Como resultado, temos uma expressão que determina o limite de aplicação da teoria cinemática, baseada no comprimento de extinção e na espessura do cristal. Uma vez encontrado um limite de aplicação para a teoria cinemática, foi modificada a metodologia convencional de resolução de estrutura, onde foi substituída a teoria cinemática pela teoria dinâmica da difração de raios X. A metodologia desenvolvida, foi comparada com as metodologias convencionais de resolução de estrutura (SHELX). Para esse estudo, foram utilizados dados obtidos na literatura, como os cristais de RbBrF4, dados simulados, como ZnFe2O4, KH2PO4 e o Bi2Fe4O9 e dados medidos no síncrotron, os cristais de SrTiO4 e Si. Os resultados mostram que as estruturas resolvidas por ambas as metodologias, são equivalentes para cristais pequenos, entretanto, quanto maior a espessura do cristal, faz-se necessário utilizar correções de natureza dinâmica (correções de extinção) na metodologia cinemática, para se resolver as estruturas. A utilização dessa correção falha, quando os cristais são espessos, sendo necessário a utilização da metodologia baseada puramente na teoria dinâmica. Um outro ponto que foi observado, analisado nesse trabalho, foi o fator de correção das reflexões assimétricas para a intensidade. Este parâmetro aparece naturalmente no desenvolvimento da teoria dinâmica, seu efeito torna-se bastante expressivo quanto maior for a espessura do cristal. O resultado mostrou que se a espessura do cristal for de algumas dezenas de micrômetros, a teoria cinemática é válida apenas se levarmos em consideração as correções de natureza dinâmica. Entretanto para cristais de centenas de micrômetros, a teoria cinemática perde completamente a sua validade, mesmo que utilize correções dinâmicas. Neste caso faz-se necessário a utilização de programas de refinamento de estrutura completamente dinâmicos.

Las metodologias activas, como la indagacion y el aprendizaje basado en proyectos, se han propuesto como metodos para el desarrollo de la competencia cientifica. El metodo del estudio de casos es un tipo concreto de aprendizaje basado en proyectos que incorpora procedimientos de indagacion y puede ser de utilidad para el desarrollo de las dimensiones conceptual, procedimental y epistemica de la competencia cientifica. Se presenta una experiencia inicial de desarrollo de actividades de estudio de caso para el aprendizaje de la cinematica y la dinamica en el contexto del peritaje de accidentes de trafico. Se evalua su impacto en el desarrollo de conceptos y procedimientos cientificos y se discuten vias y herramientas para este tipo de metodologia. Palabras clave: Estudio de caso; Cinematica; Dinamica; Aprendizaje basado en proyectos; Competencia cientifica. CRASH: a project to learn kinematics and dynamics in the context of court evaluation of traffic accidents Inquiry and Project-Based Learning methodologies have been proposed as methods to develop scientific competence. The Case Studies method is a kind of Project-Based Learning that incorporates inquiry procedures and can be useful for developing conceptual, procedural and epistemic dimensions of scientific competence. We present a learning experience on Kinematics and Dynamics based on Case Studies contextualized in traffic accidents evaluation by court experts. We assess its impact on the development of scientific concepts and procedures and we discuss tools and didactic strategies for this methodology. Keywords: Case Studies; Kinematics; Dynamics; Project-Based Learning; Scientific competence. DOI: 10.25267/Rev_Eureka_ensen_divulg_cienc.2018.v15.i2.2103

Dissertação (Mestrado) - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Este trabalho apresenta uma metodologia de estudo para a análise do comportamento do conjunto dos balancins de um virador de vagões quando submetido às cargas dinâmicas presentes em um ciclo de operação do equipamento. Em um modelo geométrico em três dimensões do virador de vagões, foram incluídos todos os graus de liberdade e contatos não lineares nos componentes. Dados de entrada coletados em campo foram interpretados e aplicados no modelo para que este se aproxime o máximo possível do equipamento instalado no Porto de Tubarão da Vale. Uma análise computacional dinâmica de múltiplos corpos em sua maioria flexíveis foi desenvolvida utilizando-se o pacote computacional ANSYS, onde foram consideradas as cargas dinâmicas provenientes do descarregamento do minério e do peso próprio do equipamento. Foi avaliado o comportamento dinâmico dos conjuntos de balancins, a distribuição de tensões nos componentes, as deformações e os pontos críticos durante o ciclo. Posteriormente o modelo foi validado de acordo com as deformações coletadas em campo por meio de extensômetros. Através dos modos de vibrar, foi possível avaliar que o comportamento de todos os componentes satisfaz o comportamento real, tornando possível obter uma comparação entre os resultados computacionais com os experimentais e, a partir disto, estudar o comportamento dos conjuntos dos balancins. Palavras chave: Dinâmica, Múltiplos corpos, Elementos finitos, Integridade estrutural, Virador de vagões. This work presents methodology to analyze the behavior of the set of rockers of a wagon turner when subjected to the dynamic loads present in a cycle of operation of the equipment. In the three-dimensional geometric model of the wagon turner, all degrees of freedom and non-linear contacts of the components were included. Input data collected in the field were interpreted and applied in the model so that it can be a good approximation to the equipment installed in Vale's Tubarão Port. A dynamic computational analysis of multiple bodies, mostly flexible bodies, was performed using ANSYS package, which considered the dynamic loads from the ore unloading and the equipment's own weight. The dynamic behavior of the set of rockers, the distribution of stresses in the system, the strains and the critical points during the cycle were evaluated. Through the vibration modes, it was possible to evaluate that the behavior of the system meets satisfactorily the design requirements, thus making it possible to obtain a comparison between the computational results and the strain gauges measurements and, thus, to study the behavior of the set of rockers. Keywords: Dynamics, Multiple bodies, Finite elements, Structural integrity, Wagonturner.

RESUMEN: Este trabajo de fin de grado consiste en el desarrollo del sistema de suspensión del eje tanto delantero como trasero, para un prototipo de la clase “Urban Concept Car”, el cual disputará la competición Shell eco-marathon. Se analizará y evaluará su comportamiento cinemático y dinámico, mediante diversas situaciones que puede experimentar en dicha competición. Además, se harán pruebas para saber si cumpliría las inspecciones previas a la carrera. Se estudiarán todos los componentes para saber cuál son sus deformaciones y tensiones. Trabajaremos con el programa Adams View para hacer todas las comprobaciones y simulaciones, el cual es uno de los programas más utilizado para este tipo de estudios. Para todo ello, previamente vamos a conocer los antecedentes de las suspensiones. También nos amoldaremos a las capacidades de trabajo que tiene el instituto IES Nuestra Señora de los Remedios, con el que colaboramos. ABSTRACT: This end-of-degree work consists of the development of the front and rear axle suspension system, for a prototype of the "Urban Concept Car" class, which will contest the Shell eco-marathon competition. Your kinematic and dynamic behavior will be analyzed and evaluated, through various situations you may experience in such competition. In addition, tests will be carried out to see if it would comply with pre-race inspections. All components will be studied to know their deformations and stresses. We will work with the Adams View program to do all the checks and simulations, which is one of the most used programs for this type of studies. For all this, we will know the background of the suspensions beforehand. We will also adapt to the working capacities of the IES Nuestra Señora de los Remedios institute, with which we collaborate. Grado en Ingeniería Mecánica

In this study, effects of some of the foot modelling assumptions on the ankle kinematics and dynamics are investigated based on the experimental data. For the kinematics analysis, the appropriateness of the stationary axis of rotation of the human ankle flexion is examined. Moreover, an interpolated function which is capable of predicting the directional changes of this axis is proposed. For the dynamics analysis, two main modelling assumptions of the number of the foot segments and the dimension of the foot model are the subject of the study. To this end, the ankle joint torque and power are selected as the comparison indicators and inverse dynamics analyses are carried out. The analyses show that the number of segments of the foot model does not have a considerable effect on the calculated ankle joint torque. On the other hand, the calculated ankle power is highly affected by both of the segmentation and the dimension of the foot model.

Grado en Ingeniería en Electrónica Industrial y Automática

El nivel de competitividad que genera la Formula Student ha desencadenado en una serie de estudios y avances tecnológicos con el fin de mejorar cada vez más el rendimiento de los monoplazas para que se desenvuelvan con éxito ante las exigencias de la competencia. En este documento se detalla el estudio del sistema de suspensión de un monoplaza de competencia eléctrico Formula Student. Este estudio involucra un análisis de la cinemática y dinámica del sistema de suspensión en el cual se realiza una determinación analítica del movimiento, cargas y vibraciones por medio de software de simulación y de cálculos matemáticos. Con el estudio se busca evaluar el rendimiento de la suspensión en función del reglamento de la competencia, con el fin de establecer parámetros que mejoren el sistema de suspensión y a la vez el desempeño del monoplaza en términos de confort y seguridad.// The level of competitiveness generated by the Formula Student, has generated a series of studies and technological advances in order to improve the performance of the single seaters, so that its operation is successful according to the requirements of the competition. This document details the study of the suspension system of a Formula Student electric competition single seater. This study involves an analysis of the kinematics and dynamics of the suspension system in which an analytical determination of movement, loads and vibrations is carried out by means of simulation software and mathematical calculations. The aim of the study is to evaluate the performance of the suspension according to the regulations of the competition, to establish parameters that improve the suspension system and at the same time the performance of the car in terms of comfort and safety.

Agradecimentos: DE thanks Jorge Penarrubia for insightful discussions on the LMC and Victor Debattista for helpful discussions on the bar. DE and VB acknowledge that the research leading to these results has received funding from the European Research Council under the European Union's Seventh Framework Programme (FP/2007-2013)/ERC grant agreement no. 308024. SK is supported by National Science Foundation grant AST-1813881. EB acknowledges financial support from the European Research Council (StG-335936). ABP acknowledges generous support from the George P. and Cynthia Woods Institute for Fundamental Physics and Astronomy at Texas A&M University. We thank the anonymous referee for useful comments which improved the clarity of this work. This paper has gone through internal review by the DES collaboration. Based on data obtained at the Australian Astronomical Telescope via program A/2016A/26. We acknowledge the traditional owners of the land on which the AAT stands, the Gamilaraay people, and pay our respects to elders past and present. Funding for the DES Projects has been provided by the U.S. Department of Energy, the U.S. National Science Foundation, the Ministry of Science and Education of Spain, the Science and Technology Facilities Council of the United Kingdom, the Higher Education Funding Council for England, the National Center for Supercomputing Applications at the University of Illinois at Urbana-Champaign, the Kavli Institute of Cosmological Physics at the University of Chicago, the Center for Cosmology and Astro-Particle Physics at the Ohio State University, the Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy at Texas A& M University, Financiadora de Estudos e Projetos, Fundacao Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro, Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico and the Ministerio da Ciencia, Tecnologia e Inovacao, the Deutsche Forschungsgemeinschaft, and the Collaborating Institutions in the DES. The Collaborating Institutions are Argonne National Laboratory, the University of California at Santa Cruz, the University of Cambridge, Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas-Madrid, the University of Chicago, University College London, the DES-Brazil Consortium, the University of Edinburgh, the Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich, Fermi National Accelerator Laboratory, the University of Illinois at Urbana-Champaign, the Institut de Ciències de l’Espai (IEEC/CSIC), the Institut de Física d’Altes Energies, Lawrence Berkeley National Laboratory, the Ludwig-Maximilians Universität München and the associated Excellence Cluster Universe, the University of Michigan, the National Optical Astronomy Observatory, the University of Nottingham, The Ohio State University, the University of Pennsylvania, the University of Portsmouth, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, the University of Sussex, Texas A&M University, and the OzDES Membership Consortium. Based in part on observations at Cerro Tololo Inter-American Observatory, National Optical Astronomy Observatory, which is operated by the Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) under a cooperative agreement with the National Science Foundation. The DES data management system is supported by the National Science Foundation under grant numbers AST-1138766 and AST-1536171. The DES participants from Spanish institutions are partially supported by MINECO under grants AYA2015-71825, ESP2015-66861, FPA2015-68048, SEV-2016-0588, SEV-2016-0597, and MDM-2015-0509, some of which include ERDF funds from the European Union. IFAE is partially funded by the CERCA program of the Generalitat de Catalunya. Research leading to these results has received funding from the European Research Council under the European Union's Seventh Framework Program (FP7/2007-2013) including ERC grant agreements 240672, 291329, and 306478. We acknowledge support from the Australian Research Council Centre of Excellence for All-sky Astrophysics (CAAS-TRO), through project number CE110001020, and the Brazilian Instituto Nacional de Ciencia e Tecnologia (INCT) e-Universe (CNPq grant 465376/2014-2). This manuscript has been authored by Fermi Research Alliance, LLC under contract no. DE-AC02-07CH11359 with the U.S. Department of Energy, Office of Science, Office of High Energy Physics. The United States Government retains and the publisher, by accepting the article for publication, acknowledges that the United States Government retains a non-exclusive, paid-up, irrevocable, world-wide license to publish or reproduce the published form of this manuscript, or allow others to do so, for United States Government purposes Abstract: We present results of the first dynamical stream fits to the recently discovered Tucana III stream. These fits assume a fixed Milky Way potential and give proper motion predictions, which can be tested with the upcoming Gaia Data Release 2 (DR2). These fits reveal that Tucana III is on an eccentric orbit around the Milky Way and, more interestingly, that Tucana III passed within 15 kpc of the Large Magellanic Cloud (LMC) approximately 75 Myr ago. Given this close passage, we fit the Tucana III stream in the combined presence of the Milky Way and the LMC. We find that the predicted proper motions depend on the assumed mass of the LMC and that the LMC can induce a substantial proper motion perpendicular to the stream track. A detection of this misalignment will directly probe the extent of the LMC's influence on our Galaxy, and has implications for nearly all methods which attempt to constraint the Milky Way potential. Such a measurement will be possible with the upcoming Gaia DR2, allowing for a measurement of the LMC's mass FINANCIADORA DE ESTUDOS E PROJETOS - FINEP FUNDAÇÃO CARLOS CHAGAS FILHO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO - FAPERJ CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ MINISTÉRIO DA CIÊNCIA, TECNOLOGIA, INOVAÇÕES E COMUNICAÇÕES - MCTIC Aberto

[ES] Un modelo bidimensional simplificado del robot Handle de Boston Dynamics será desarrollado utilizando herramientas computacionales de amplia aplicación en la industria. Como punto de partida, se ensamblará un modelo virtual en el entorno de SolidWorks. Utilizando el complemento COSMOSMotion, el modelo se modificará para obtener un sistema mecánico autoalineador sin restricciones en exceso. Mathematica y el complemento MechanicalSystems proporcionarán las herramientas necesarias para desarrollar un modelo matemático del cual se podrá obtener la solución cinemática, obteniendo las expresiones de las coordenadas generalizadas y las propiedades inerciales del modelo en función de sus grados de libertad. Las ecuaciones dinámicas del movimiento del modelo se obtendrán asemejando el modelo a un sistema de péndulo invertido sobre carro. El sistema no lineal obtenido se linearizará alrededor del punto de equilibrio y esquemas de control en bucle cerrado se desarrollarán para mantener el equilibrio del sistema. Controladores PID y de retroalimentación de estados se desarrollarán utilizando técnicas de colocación de polos y LQR. Los controladores diseñados se implementarán en RecurDyn y SystemModeler para comparar su funcionamiento y la similitud de los resultados en las dos herramientas computacionales de simulación dinámica multicuerpo., [EN] A simplified 2-dimensional model of Boston Dynamics' Handle robot will be developed using industry-leading computational tools. As a starting point, a virtual model will built and designed in the SolidWorks environment. Using COSMOSMotion add-in, the model will be adequately modified in order to obtain a self-aligned mechanical system with no redundant constraints. Mathematica with the MechanicalSystems package will provide the necessary tools to build a mathematical model and obtain its kinematic solution, obtaining the expressions of all the generalized coordinates and the inertial properties of the model in terms of its degrees of freedom. The dynamic equations of motion of the model will be obtained by reducing the model to an inverted pendulum on cart system. The resulting nonlinear model will be linearized around the equilibrium point and closed-loop control schemes will be developed to maintain the balance of the system. PID and state feedback controllers will be developed using pole placement and LQR techniques. The designed controllers will be implemented in RecurDyn and SystemModeler to compare their performance and the resemblance of the results in both multibody dynamics simulation software.

[EN] A new control structure for the engine s tilting mechanism of a drone with oriented thrust has been designed. The chief interest of this paper is to explain the main reasons leading to this change in the control structure to then model the behavior of the new one. A kinematic study has been performed, obtaining a relation between the performed action and the resulting movement and vice versa. Then, a dynamic study was initiated, without concluding results due to the complexity of the problem definition and calculus, leaving it for future studies., [ES] Una nueva estructura de control para el mecanismo de inclinación de los motores de un dron con empuje orientado ha sido diseñada. El interés principal de este trabajo es el de explicar las razones principales que han llevado a este cambio en la estructura de control para después modelar el comportamiento de la nueva. Un estudio cinemático ha sido realizado, obteniendo una relación entre la acción realizada y el movimiento resultante y vice versa. Después, se inició un estudio dinámico, sin llegar a resultados concluyentes debido a la complejidad de la definición del problema y su cálculo, dejándolo para futuros estudios.

Este texto forma parte de una colección de dos libros de prácticas de laboratorio de Física que los autores quieren poner a disposición de alumnos y estudiantes, siendo el complemento perfecto a los conocimientos teóricos adquiridos en clase. En ellos se guía al alumno en cómo deben ser aplicados los conocimientos adquiridos, incluyendo apartados abiertos que facilitan el aprendizaje de la materia, imprimiéndole así al texto un importante valor añadido. En este volumen, que se presenta de forma ordenada y centrada, el alumno comprenderá de forma intuitiva y progresiva, los conceptos fundamentales de la cinemática, dinámica, estática, cálculo de momentos de inercia, conservación de la energía y mecánica de fluidos.

Este trabalho apresenta a modelagem matemática de um robô SCARA de três juntas e a simulação computacional da dinâmica. Para a simulação foi elaborada uma trajetória em hélice que descreve o deslocamento do robô e por ultimo são apresentados os valores de posição, velocidade, aceleração e torque de cada junta.

La mano humana se ha usado como un modelo insustituible para el desarrollo de diferentes manos robóticas, debido a su impresionante complejidad y versatilidad en la manipulación de objetos y ajustes posicionales de acuerdo a la ejecución de patrones funcionales. Las manos antropomórficas han sido ampliamente investigadas por su similitud inherente a la mano humana y, potencialmente, puede traer una gran variedad de beneficios a los campos de prótesis de mano, robots humanoides, robots médicos y exploración espacial. Este trabajo de grado está enmarcado en la línea de investigación de protocolos de diseño de prótesis, para diseñar e implementar un dedo antropomórfico de tres grados de libertad. El diseño integrara consideraciones anatómicas, las cuales se emularan con materiales alternativos que cumplan las características biológicas de la mano. Modelado de manera que se inspira en la anatomía natural de la mano, con el fin de realizar los diferentes agarres de la mano. A partir de esto, se logró diseñar una mano virtual que emule la taxonomía de agarres y un dedo antropomórfico de tres grados de libertad. Se realizaron los cálculos pertinentes de la cinemática directa, inversa y dinámica con el fin de conocer el rango de acción y puntos del efector final y obtener un sistema de control del dedo antropomórfico. El diseño del dedo antropomórfico con materiales alternativos espera crear una nueva visión en la construcción de estos y enmarcar un nuevo panorama en futuras investigaciones. Para el desarrollo de este trabajo se utilizaron herramientas virtuales de simulación para comprobar la aproximación del dedo antropomórfico a un dedo humano respecto a sus movimientos. The human hand has been used as an irreplaceable model for the development of different robotic hands, because of its impressive complexity and versatility in handling objects and positional adjustments according to the execution of functional patterns. Anthropomorphic hands have been widely investigated for their inherent similarity to the human hand and potentially can bring a variety of benefits to the fields of prosthetic hand, humanoid robots, medical robots and space exploration. This degree work is framed in the research protocol prosthetic design, to design and implement an anthropomorphic finger that has three degrees of freedom. The design integrates anatomical considerations, which are emulated with alternative materials that meet the biological characteristics of the hand. Modeled so it can be inspired by the natural anatomy of the hand, in order to perform the different hand grips. From this, it was possible to design a virtual hand that emulates the taxonomy grips of an anthropomorphic finger and the three degrees of freedom. The relevant calculations of direct kinematics, inverse and dynamics in order to know the range of action and points of the end effector and obtain a control for the anthropomorphic finger. The design of using alternative materials for the anthropomorphic finger hopes to create a new vision in building new models and frame a new panorama in future research. For the development of this work virtual simulation tools were used to test the anthropomorphic approach of a human finger about the range of movements. Pregrado

Los manipuladores robóticos están presentes en la industria, ya que facilitan una gran cantidad de actividades, aumentando la eficiencia y productividad de la empresa como tal, además son utilizados para solucionar problemas específicos, como es el caso de los módulos robóticos del proyecto YNAMI - ING1278 “Diseño y construcción de una plataforma robótica de exploración y reparación de tuberías hidrosanitarias, operada remotamente”, las características de este proyecto deben ser estudiados a detalle para el diseño de los módulos. La selección de motores es parte fundamental de todo diseño, en este trabajo se presenta el estudio cinemático y dinámico de estos dos módulos, con estos se puede poner en movimiento los manipuladores sobre una trayectoria determinada, y obtener resultados de aplicación de fuerzas/torsión sobre cada uno de las articulaciones, y la respectiva fuerza/torsión generadas por los motores utilizados; estos estudios se implementaron en un ambiente 3D de Matlab® con el complemento SimMechanics®. Robotic manipulators are present in the industry as they provide a lot of activities, increasing efficiency and productivity of the company, they are also used to solve specific problems, such as robotic modules YNAMI project - ING1278 "design and construction of a robotic platform exploration and repair of plumbing pipes, remotely operated", the characteristics of this project should be studied in detail for the design of the modules. The choice of engines is an essential part of any design, in this work the kinematic and dynamic study of these two modules is presented, these can be set in motion handlers on a given path, and get results from application of forces / torque on each of the joints, and the respective force / torque generated by the engines used; these studies were implemented in a 3D environment with SimMechanics® Matlab® complement. Pregrado

En Colombia se vienen realizando diferentes trabajos enfocados al desarrollo de exoesqueletos, estos se enfocan en aumentar y mejorar las capacidades del cuerpo humano y/o en realizar soporte a diferentes movimientos que puedan haberse perdido. En las terapias de rehabilitación se han identificado factores externos que afectan negativamente el proceso de recuperación del paciente. Entre estos factores se encuentran la baja disponibilidad de especialistas, asistentes y equipos, factores que generan retrasos y hacen que el tiempo del tratamiento aumente, aparte disminuyen la efectividad de la terapia, por lo que la recuperación de la patología tratada no será del todo satisfactoria. Aparte estos factores incrementan el costo de las terapias. Es por ello que el presente estudio tiene como objeto profundizar y aportar al área de desarrollo de exoesqueletos enfocados hacia el soporte de ejercicios de rehabilitación física. Concretamente el estudio se enfoca a exoesqueletos para asistir procesos de rehabilitación de patologías en la rodilla y el tobillo, para lo que se desarrolla un modelo dinámico al que se le aplican técnicas de control para ponerlo en funcionamiento. Esto permite proponer un diseño de exoesqueleto junto con su plataforma de control y gestión de información. Ingeniero Electronico Pregrado

[ES] El presente proyecto tiene como objeto el diseño y modelización, así como sus consiguientes estudios, de un soporte para la herramienta de trabajo en una máquina de pintura para piezas inyectadas de vehículos automóviles. De forma más concreta, se busca diseñar un soporte para facilitar el cambio rápido y posicionar las pistolas pulverizadoras de baja presión Kremlin Rexson A35 HTI, en los túneles de pintura para piezas inyectadas situados en el Departamento de Procesos de Pintura de la compañía SRG Global, parte de la multinacional Guardian Industries Corporation. Se pretende, mediante la implantación de estas rótulas o soportes, mejorar los tiempos de cambio de posición de la herramienta para el pintado de las diferentes piezas inyectadas, así como la reducción de los tiempos de enjuague y carga de dichas pistolas. Mediante este sistema, se optimizaría el tiempo de pintado de las piezas y, al establecerse una posición fija de las pistolas, se obtendrían resultados más homogéneos en el recubrimiento de las piezas. De esta forma, se reduciría el número de piezas defectuosas, traduciéndose en un incremento de la calidad de acabado de las mismas y maximizando la satisfacción del cliente con el producto adquirido. El diseño y producción del prototipo del soporte en cuestión, se desarrollarán en la empresa Mecanizados Garrigues S.L.U. para implantarse, posteriormente, en el Centro de Desarrollo Avanzado situado en la planta de SRG Global Llíria. Las demás plantas de SRG Global repartidas por toda Europa, podrán beneficiarse de este desarrollo, disminuyendo los tiempos de cambio y mejorando el acabado de las piezas inyectadas, siempre que el prototipo del soporte cumpla con las expectativas de los responsables del Departamento de Procesos de Pintura y del Departamento de Calidad del Centro de Desarrollo Avanzado de SRG Global Llíria, donde se testearán los diversos prototipos presentados.

[EN] In this article a technique to obtain a dynamic model of a 3RRR robot from its kinematic model based on screw theory is proposed, which allows to obtain the open or closed robot kinematics. First the kinematic model is obtained in a compact form and then the dynamic model is obtained from the Euler Lagrange method, with this the simplicity and compactness characteristics are transferred to the dynamic model. The dynamic model is obtained initially for the actuated joints and then for the effector coordinates through its interrelations. To prove the effectiveness of this theoretical derivation the obtained model is tested with a proportional-derivative controller (PD) because it provides a simple control strategy that can be extended later to more effective controllers., [ES] En este artículo se propone una nueva técnica para la obtención de un modelo dinámico de robots 3RRR a partir de un modelo cinemático basado en teoría de screws, la cual permite obtener la cinemática de un robot ya sea ésta abierta o cerrada. Primero se obtiene el modelo cinemático de una forma compacta y a partir de éste se llega al modelo dinámico aplicando el método de Euler Lagrange, con ello se transfieren las características de simplicidad y compacidad del modelo cinemático al dinámico. El modelo dinámico se obtiene inicialmente para las juntas actuadas y luego para las coordenadas del efector a través de sus interrelaciones. Para comprobar la efectividad de este desarrollo teórico se prueba el modelo obtenido con un controlador proporcional-derivativo (PD) ya que provee de una estrategia de control simple que luego puede ser extendida a controladores más efectivos.

Los sensores inerciales tienen una gran importancia en la tecnología que nos rodea así como un rango de aplicaciones muy externos. Tras plantear la idea de medir la fuerza con que un objeto impacta contra una superficie, se decidió emplear esta tecnología para poder, además, calcular parámetros adicionales que permitiesen medir, estudiar y entender el movimiento del cuerpo durante su uso en un ensayo. Para ello se diseñó un sistema autónomo que permitiera la adquisición y procesado de datos para la obtención de aceleración, velocidad angular, velocidad lineal y fuerza del centro de masa. Comenzando con la elección de los componentes electrónicos adecuados para el trabajo, seguido por el diseño físico de una esfera de ensayo capaz de resistir impactos y estar equilibrada dentro de las centésimas de milímetro, se llegó al desarrollo cinemático que haría posible la obtención de datos cualitativos. El desarrollo realizado conllevó la parametrización del campo rotacional en el que se encuentra la esfera para poder traducir las mediciones del acelerómetro y giroscopio que lleva en su interior desde su marco de referencia no inercial a uno fijo inercial. En otras palabras, la idea era trasladar las mediciones obtenidas de los sensores, las cuales están en referencia a su propio sistema de coordenadas, a un sistema de coordenadas fijo en el espacio. La importancia de realizar esto se debe a la necesidad de poder saber el movimiento en relación a unos ejes XYZ conocidos. Para poder implementar lo anteriormente dicho, se programó un microcontrolador y se desarrolló un sistema de adquisición/procesado de datos en MATLAB. La función principal del software hecho en MATLAB se encarga de establecer la comunicación con el microcontrolador (la esfera) para que éste le envíe los datos que tome de la unidad de medición inercial, los cuales se obtienen a una frecuencia de muestreo suficientemente alta como para caracterizar correctamente el movimiento. Una vez obtenidos, se corta la comunicación para ahorrar energía y se procesan automáticamente los datos. Este proceso incluye el calibrado, filtrado y cálculo de los parámetros mencionados anteriormente. Finalmente, una vez calculados, los datos son graficados en función del tiempo y guardados para su análisis. Una vez obtenido un sistema fiable y consistente, se realizaron pruebas experimentales para validarlo. Estos ensayos permitieron comprender y comparar los resultados con respecto a las referencias correspondientes, obteniendo conclusiones positivas en cuanto a la fiabilidad y precisión del sistema diseñado. El trabajo llevado a cabo permitió profundizar en los campos de la cinemática y la dinámica así como adentrarse en otros campos de la ingeniería, resultando en un proyecto muy completo, interesante y variado.

The use of unmanned vehicles has been widespread in the areas of safety, environmental exploitation and industry in general and can be tele-operated or autonomous. There are also hybrid systems, in which the vehicle is tele-operated, but endowed with intelligent algorithms that guide the operator and make decisions in the most critical situations. Many authors have studied the kinematics and the dynamics of traction vehicles per mat, with a consensus that the kinematic model can be simplified to most analyzes. Most studies using vehicles pulled by mats near the kinematic model of a wheeled vehicle with differential drive. In this paper we proposed an unconventional approach, in which the kinematic model is treated as a flexible body. Is based on the fact that, in a curvilinear motion, there is a point of contact equivalent to a wheeled vehicle to a given instant. The dynamic model proposed in this work includes the lateral drag force to cause the tracks of curvilinear motions, considering its non-linearity and strong coupling between the mats. Even as contribution of this work, we present the implementation of a control system able to identify the soil adhesion characteristics and perform control strategies for the vehicle from the track/soil interaction. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES O uso de veículos não tripulados tem sido difundido nas áreas de segurança, exploração ambiental e indústria em geral, podendo ser teleoperados ou autônomos. Há ainda sistemas híbridos, em que o veículo é teleoperado, porém dotado de algoritmos inteligentes que orientam o operador e tomam decisões em situações mais críticas. Muitos autores têm estudado a cinemática e a dinâmica dos veículos tracionados por esteira, havendo um consenso de que o modelo cinemático pode ser simplificado para a maioria das análises. Grande parte dos trabalhos que utilizam veículos tracionados por esteiras aproximam o modelo cinemático a um veículo de rodas com acionamento diferencial. Neste trabalho foi proposta uma abordagem pouco convencional, em que o modelo cinemático é tratado como um corpo flexível. Baseia-se no fato de que, em um movimento curvilíneo, há um ponto de contato equivalente a um veículo de rodas a um dado instante. O modelo dinâmico proposto neste trabalho inclui a força de arrasto lateral que as esteiras provocam em movimentos curvilíneos, considerando suas não-linearidades, bem como o forte acoplamento entre as esteiras. Ainda como contribuição deste trabalho, apresenta-se o projeto de um sistema de controle capaz de identificar as características de aderência do solo e realizar estratégias de controle para o veículo a partir da interação esteira/solo.

Tese de Doutoramento em Ciências do Desporto A natação é uma modalidade esportiva mundialmente praticada por deficientes visuais, que acarreta, entre vários benefícios, a melhoria da capacidade de orientação e mobilidade e da sociabilização. Como prática de alto rendimento, esta modalidade, oportuniza o deficiente visual mostrar suas potencialidades. Devido à sua especificidade, o atleta de natação deficiente visual, reage de forma distinta aos diferentes estímulos que esta modalidade proporciona. Desta forma, torna-se pertinente o estudo das diferentes componentes nesta modalidade em atletas deficientes visuais. Sendo assim, o objetivo do presente estudo foi investigar a cinética e a cinemática da saída de bloco em natação de atletas deficientes visuais e correlacionar estas variáveis. Para o efeito foram comparados os parâmetros de desempenho entre nadadores deficientes visuais (cegos e baixa visão) e os normovisuais. A amostra foi constituída por 16 atletas, de ambos os sexos, sendo 4 cegos (2 do sexo masculino e 2 do sexo feminino), 2 atletas com baixa visão (1 sexo masculino e 1 do sexo feminino), e 10 normovisuais (6 do sexo masculino e 4 do sexo feminino). Foi efetuada para a análise inferencial através do teste de Shapiro-Wilk, uma estatística inferencial através de um teste T para medidas independentes e para correlção entre as variáveis usou-se o teste de correlação de pearson. Todos os pressupostos de utilização da estatística paramétrica foram assegurados e o nível de significância foi mantido em 5%. Nos resultados da variável dinamométrica, nas fases de tempo de bloco, tempo em 5 metros e tempo em 16 metros as diferenças foram significativamente, (p=0,030, p=0,029 e p=0,001, tempo de bloco, 5 e 16 metros, respetivamente), menores para os nadadores normovisuais. Na variável cinética, o pico de força resultante dos nadadores normovisuais foi significativamente, (p=0,024), maior que dos nadadores deficientes visuais. O ângulo de saída dos nadadores normovisuais foi também significativamente, (p=0,030), maior que dos nadadores deficientes visuais. As fases de tempo de reação, tempo de vôo, forças horizontal e vertical, ângulo de entrada e distância de vôo, não apresentaram diferenças significativas. Foi observada uma correlação, significativa, entre as variáveis: o tempo de bloco e o tempo em 5 metros (0,688); o tempo de bloco e o tempo em 16 metros (0,689); tempo em 5 metros e o tempo em 16 metros (0,928); e o tempo de voo e o ângulo de saída (0,941). O pico de força apresentou sempre um correlação significativa com todas as restantes variáveis em estudo com exceção do tempo de reação e o ângulo entrada. Concluindo que a ausência da visão acarreta defasagem na performance e nos resultados em provas de natação de alto rendimento em relação a nadadores normovisuais. Existe uma necessidade de enfatizar as fases da saída de maneira segmentada dessas variáveis para melhor assimilação do nadador deficiente visual, principalmente na aplicação da força durante a saída de bloco, pelo resultado encontrado na correlação do pico de força e as demais variáveis, através do trabalho direcionado aos membros inferiores, seja ele cego ou baixa visão, sugerindo que se realizem mais investigações sobre o assunto para subsidiar os técnicos de deficientes visuais. Além disso, indica-se também um estudo mais aprofundado na fase de tempo de reação, pois o atleta deficiente visual manteve-se oscilando na linha de base apresentando grandes ruídos nas curvas de força. Swimming is a sport practiced worldwide by the visually impaired, which entails, among many benefits, the improvement of career management skills and mobility and socialization. How high yield practice this mode, favors the visually impaired to show their potential. Due to its specificity, the visually impaired athlete swimming, reacts differently to different stimuli that this mode offers. Thus, it becomes relevant the study of the different components in this mode for visually impaired athletes. Thus, the aim of this study was to investigate the kinetics and kinematics of the block start in swimming visually impaired athletes and correlate these variables. To this end we compared the performance parameters of visually impaired swimmers (blind and low vision) and the sighted. The sample consisted of 16 athletes, of both sexes, being blind 4 (2 male and 2 female), two athletes with low vision (1 male and 1 female), and 10 sighted (6 males and 4 females). It was made for inferential analysis through the Shapiro-Wilk test, an inferential statistics through a T test for independent measures and correlção between variables we used the pearson correlation test. All the conditions of use of parametric statistics were provided and the level of significance was maintained at 5%. The results of the variable torque at the stage of block, time 5 meters and 16 meters long in the differences were significant (p = 0.030, p = 0.029 and p = 0.001, time block, 5 and 16 meters, respectively), lower for sighted swimmers. In kinetic variable, the peak resultant force of the sighted swimmers was significantly (p = 0.024) greater than the visually impaired swimmers. The start angle of the sighted swimmers was also significantly (p = 0.030), higher than the visually impaired swimmers. The stages of reaction time, flight time, horizontal and vertical forces, entry angle and distance of flight, no significant differences. A significant correlation was observed between the variables: time and block time in 5 meters (0.688); the block time and time in 16 metres (0.689); time in 5 meters and time in 16 metres (0.928); and the time of flight and the input angle (0.941). The peak of force always presented a significant correlation with all other variables under study with the exception of the reaction time and the input angle. Concluding that the absence of vision entails lag in performance and results in high performance swimming events regarding sighted swimmers. There is a need to emphasize the phases of the segmented way out of these variables for better assimilation of visually impaired swimmer, especially in the application of force during the block start, the results found in the correlation peak force and the other variables, through work directed to the lower limbs, whether blind or low vision, suggesting that there will be more research on the subject to support the visually impaired technicians. Furthermore, it is also indicates further study the reaction time phase as the visually handicapped player swings remained at baseline noise having large power in curves.

Dottorato di Ricerca in Meccanica computazionale, Ciclo XXI, 2008 Università della Calabria

Relatório profissional para obtenção do Grau de Mestre em Ensino da Física e da Química A aquisição de competências essenciais é indispensável para que o aluno tenha sucesso escolar e se integre na sociedade. A aquisição de competências específicas das ciências no ensino básico e o seu desenvolvimento no ensino secundário são condições para o desenvolvimento e compreensão dos processos em ciência. A definição do que a sociedade pretende no final da escolaridade obrigatória está definido no Currículo de ciências e nas políticas curriculares que lhe estão inerentes. Uma das grandes finalidades é formar pessoas cientificamente literadas, dando-se ênfase aos processos da ciência, e a um ensino aberto à sociedade – ensino CTSA. Com esse objetivo construiu-se em Portugal no início deste século um currículo flexível que possibilita adequações curriculares e que propõe que o professor deixe o papel de executor curricular e desempenhe o papel de gestor curricular. Este currículo inovador trouxe desafios aos professores e à própria sociedade. Um dos desafios é formar alunos na área das ciências, que tenham competências que lhes permitam ter sucesso à disciplina, nos exames nacionais de FQ e na sua profissão. Com objetivo de encontrar estratégias de ensino que permitam ajudar os alunos a entender conceitos de cinemática e dinâmica, efetuou-se um estudo de caso numa turma do décimo primeiro ano No sentido de concretizar os objetivos do projeto de investigação foram aplicados aos alunos da turma testes escritos sobre mecânica e cinemática (pré-testes). Após a aplicação destes questionários os alunos da turma familiarizaram-se com dois programas que passaram a usar para realizar as atividades experimentais de Física no tema “Movimentos na Terra e no espaço”. Foi introduzida a utilização de programas de simulações (Modellus) e de aquisição de dados experimentais (Tracker), com o objetivo de fomentar o gosto pela ciência Física, facilitar a transferência de conhecimentos práticos (concretos) para abstratos (raciocínio matemático). A turma foi divida em dois grupos aleatoriamente. Cada grupo efetuou atividades extracurriculares durante quatro semanas. Um grupo efetuou atividades sobre cinemática, utilizando como ferramenta o Modellus, o outro grupo efetuou um trabalho de pesquisa sobre a evolução do conceito de força e movimento. Após realização destas atividades durante quatro semanas, os alunos foram novamente submetidos aos mesmos testes. Os resultados obtidos permitem concluir que o programa Modellus é uma ferramenta eficaz para melhorar o entendimento dos alunos na área da cinemática. Já a utilização de trabalho por pesquisa numa perspetiva histórica mostrou-se pouco eficaz para melhorar os conhecimentos de dinâmica.