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1. Castro, Paulo Jorge Freitas. Um novo gerador central de padrões de locomoção para geração de trajectórias em tempo real de robôs quadrúpedes.

Degree: 2010, Instituto Politécnico do Porto

Neste trabalho estuda-se a geração de trajectórias em tempo real de um robô quadrúpede. As trajectórias podem dividir-se em duas componentes: rítmica e discreta. A componente rítmica das trajectórias é modelada por uma rede de oito osciladores acoplados, com simetria 4 2 Z  Z . Cada oscilador é modelado matematicamente por um sistema de Equações Diferenciais Ordinárias. A referida rede foi proposta por Golubitsky, Stewart, Buono e Collins (1999, 2000), para gerar os passos locomotores de animais quadrúpedes. O trabalho constitui a primeira aplicação desta rede à geração de trajectórias de robôs quadrúpedes. A derivação deste modelo baseia-se na biologia, onde se crê que Geradores Centrais de Padrões de locomoção (CPGs), constituídos por redes neuronais, geram os ritmos associados aos passos locomotores dos animais. O modelo proposto gera soluções periódicas identificadas com os padrões locomotores quadrúpedes, como o andar, o saltar, o galopar, entre outros. A componente discreta das trajectórias dos robôs usa-se para ajustar a parte rítmica das trajectórias. Este tipo de abordagem é útil no controlo da locomoção em terrenos irregulares, em locomoção guiada (por exemplo, mover as pernas enquanto desempenha tarefas discretas para colocar as pernas em localizações específicas) e em percussão. Simulou-se numericamente o modelo de CPG usando o oscilador de Hopf para modelar a parte rítmica do movimento e um modelo inspirado no modelo VITE para modelar a parte discreta do movimento. Variou-se o parâmetro g e mediram-se a amplitude e a frequência das soluções periódicas identificadas com o passo locomotor quadrúpede Trot, para variação deste parâmetro. A parte discreta foi inserida na parte rítmica de duas formas distintas: (a) como um offset, (b) somada às equações que geram a parte rítmica. Os resultados obtidos para o caso (a), revelam que a amplitude e a frequência se mantêm constantes em função de g. Os resultados obtidos para o caso (b) revelam que a amplitude e a frequência aumentam até um determinado valor de g e depois diminuem à medida que o g aumenta, numa curva quase sinusoidal. A variação da amplitude das soluções periódicas traduz-se numa variação directamente proporcional na extensão do movimento do robô. A velocidade da locomoção do robô varia com a frequência das soluções periódicas, que são identificadas com passos locomotores quadrúpedes.

We study online generation of trajectories of a quadruped robot. The trajectories have both discrete and rhythmic components. The rhythmic component is generated by a network of eight coupled oscillators with 4 2 Z  Z . Mathematically, each oscillator is modeled by a system of ordinary differential equations. This network model was proposed by Golubitsky, Stewart, Buono e Collins (1999, 2000), to generate the locomotion rhythms of quadrupeds. This work is the first implementation of the network to model trajectories of quadruped robots. It was derived based on biological assumptions. Biologists believe that there is a network of neurons, labelled Central Pattern…

Advisors/Committee Members: Pinto, Carla M. A., Santos, Cristina Peixoto.

Subjects/Keywords: Geração de trajectórias em tempo real; gerador central de padrões de locomoção (CPG); Parte rítmica; Parte discreta; Sistemas de equações diferenciais ordinárias; Simetria; Teoria da bifurcação; Online generation of trajectories; Central pattern generator (CPG); Rhythmic part; Discrete part; Systems of ordinary differential equations; Symmetry; Bifurcation theory

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APA (6th Edition):

Castro, P. J. F. (2010). Um novo gerador central de padrões de locomoção para geração de trajectórias em tempo real de robôs quadrúpedes. (Thesis). Instituto Politécnico do Porto. Retrieved from http://www.rcaap.pt/detail.jsp?id=oai:recipp.ipp.pt:10400.22/2666

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Not specified: Masters Thesis or Doctoral Dissertation

Chicago Manual of Style (16th Edition):

Castro, Paulo Jorge Freitas. “Um novo gerador central de padrões de locomoção para geração de trajectórias em tempo real de robôs quadrúpedes.” 2010. Thesis, Instituto Politécnico do Porto. Accessed September 28, 2020. http://www.rcaap.pt/detail.jsp?id=oai:recipp.ipp.pt:10400.22/2666.

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MLA Handbook (7th Edition):

Castro, Paulo Jorge Freitas. “Um novo gerador central de padrões de locomoção para geração de trajectórias em tempo real de robôs quadrúpedes.” 2010. Web. 28 Sep 2020.

Vancouver:

Castro PJF. Um novo gerador central de padrões de locomoção para geração de trajectórias em tempo real de robôs quadrúpedes. [Internet] [Thesis]. Instituto Politécnico do Porto; 2010. [cited 2020 Sep 28]. Available from: http://www.rcaap.pt/detail.jsp?id=oai:recipp.ipp.pt:10400.22/2666.

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Council of Science Editors:

Castro PJF. Um novo gerador central de padrões de locomoção para geração de trajectórias em tempo real de robôs quadrúpedes. [Thesis]. Instituto Politécnico do Porto; 2010. Available from: http://www.rcaap.pt/detail.jsp?id=oai:recipp.ipp.pt:10400.22/2666

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2. Torres, Pedro Tiago Peniche. Robôs quadrúpedes: geração de trajectórias em tempo real usando sistemas dinâmicos não-lineares.

Degree: 2010, Instituto Politécnico do Porto

A geração de trajectórias de robôs em tempo real é uma tarefa muito complexa, não existindo ainda um algoritmo que a permita resolver de forma eficaz. De facto, há controladores eficientes para trajectórias previamente definidas, todavia, a adaptação a variações imprevisíveis, como sendo terrenos irregulares ou obstáculos, constitui ainda um problema em aberto na geração de trajectórias em tempo real de robôs. Neste trabalho apresentam-se modelos de geradores centrais de padrões de locomoção (CPGs), inspirados na biologia, que geram os ritmos locomotores num robô quadrúpede. Os CPGs são modelados matematicamente por sistemas acoplados de células (ou neurónios), sendo a dinâmica de cada célula dada por um sistema de equações diferenciais ordinárias não lineares. Assume-se que as trajectórias dos robôs são constituídas por esta parte rítmica e por uma parte discreta. A parte discreta pode ser embebida na parte rítmica, (a.1) como um offset ou (a.2) adicionada às expressões rítmicas, ou (b) pode ser calculada independentemente e adicionada exactamente antes do envio dos sinais para as articulações do robô. A parte discreta permite inserir no passo locomotor uma perturbação, que poderá estar associada à locomoção em terrenos irregulares ou à existência de obstáculos na trajectória do robô. Para se proceder á análise do sistema com parte discreta, será variado o parâmetro g. O parâmetro g, presente nas equações da parte discreta, representa o offset do sinal após a inclusão da parte discreta. Revê-se a teoria de bifurcação e simetria que permite a classificação das soluções periódicas produzidas pelos modelos de CPGs com passos locomotores quadrúpedes. Nas simulações numéricas, usam-se as equações de Morris-Lecar e o oscilador de Hopf como modelos da dinâmica interna de cada célula para a parte rítmica. A parte discreta é modelada por um sistema inspirado no modelo VITE. Medem-se a amplitude e a frequência de dois passos locomotores para variação do parâmetro g, no intervalo [-5;5]. Consideram-se duas formas distintas de incluir a parte discreta na parte rítmica: (a) como um (a.1) offset ou (a.2) somada nas expressões que modelam a parte rítmica, e (b) somada ao sinal da parte rítmica antes de ser enviado às articulações do robô. No caso (a.1), considerando o oscilador de Hopf como dinâmica interna das células, verifica-se que a amplitude e frequência se mantêm constantes para -5<g<5. No (a.2), usando novamente o oscilador de Hopf, a amplitude e a frequência têm o mesmo comportamento, crescendo e diminuindo nos intervalos de g [-0.5,0.34] e [0.4,1.83], sendo nos restantes valores de g nulas. Isto traduz-se em variações na extensão do movimento e na velocidade do robô, proporcionais à amplitude e à frequência, respectivamente. Ainda com o oscilador Hopf, no caso (b), a frequência mantêm-se constante enquanto a amplitude diminui para g<0.2 e aumenta para g>0.2. A extensão do movimento varia de forma directamente proporcional à amplitude. No caso das equações de Morris-Lecar, quando a componente discreta é embebida (a.2), a… Advisors/Committee Members: Pinto, Carla M. A., Santos, Cristina Peixoto.

Subjects/Keywords: Geração de trajectórias em tempo real; Gerador central de padrões locomotores; Parte rítmica; Parte discreta; Sistemas de equações diferenciais ordinárias não lineares; Teoria da bifurcação, simetria; Online generation of trajectories; Central pattern generator; Rhythmic part; Discrete part; Non linear systems of ordinary differential equations; Bifurcation theory; Symmetry

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APA (6th Edition):

Torres, P. T. P. (2010). Robôs quadrúpedes: geração de trajectórias em tempo real usando sistemas dinâmicos não-lineares. (Thesis). Instituto Politécnico do Porto. Retrieved from http://www.rcaap.pt/detail.jsp?id=oai:recipp.ipp.pt:10400.22/2668

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Chicago Manual of Style (16th Edition):

Torres, Pedro Tiago Peniche. “Robôs quadrúpedes: geração de trajectórias em tempo real usando sistemas dinâmicos não-lineares.” 2010. Thesis, Instituto Politécnico do Porto. Accessed September 28, 2020. http://www.rcaap.pt/detail.jsp?id=oai:recipp.ipp.pt:10400.22/2668.

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MLA Handbook (7th Edition):

Torres, Pedro Tiago Peniche. “Robôs quadrúpedes: geração de trajectórias em tempo real usando sistemas dinâmicos não-lineares.” 2010. Web. 28 Sep 2020.

Vancouver:

Torres PTP. Robôs quadrúpedes: geração de trajectórias em tempo real usando sistemas dinâmicos não-lineares. [Internet] [Thesis]. Instituto Politécnico do Porto; 2010. [cited 2020 Sep 28]. Available from: http://www.rcaap.pt/detail.jsp?id=oai:recipp.ipp.pt:10400.22/2668.

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Council of Science Editors:

Torres PTP. Robôs quadrúpedes: geração de trajectórias em tempo real usando sistemas dinâmicos não-lineares. [Thesis]. Instituto Politécnico do Porto; 2010. Available from: http://www.rcaap.pt/detail.jsp?id=oai:recipp.ipp.pt:10400.22/2668

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