DEPARTAMENTO DE FÍSICA

 

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Ano letivo: 2004-2005
Especificação técnica - ficha curricular
N.B. estas fichas estão definidas apenas desde 2007 (acordo de Bolonha).

Elementos especificos
código da disciplinaciclo de estudossemestre lectivocréditos ECTSlíngua de ensino
16pt


Objectivos formativos
Esta disciplina tem como objectivo introduzir os fundamentos de robótica, para alunos das áreas biomédicas. Fornecer uma formação de base em modelização cinemática, dinâmica, aspectos de controlo digital e sistemas de controlo de equipamentos robotizados, bem como, de redes de comunicação e protocolos usados nos vários subsistemas e programação local e remota (para interfaces homem-máquina). Estes aspectos são acompanhados por uma forte componente prática, pelo que a existência de condições laboratoriais adaptadas é fundamental.

Para além disso, a disciplina fornece ainda informação sobre sistemas avançados usados em robótica médica, como controlo de força, sensores avançados, sistemas móveis, etc. Um aspecto interessante é a biónica, isto é, a reprodução mecânica e electrónica de funções biológicas, neste caso ligadas principalmente à manipulação e locomoção. Esse assunto é tratado com algum detalhe, tendo ainda em consideração que as questões dos materiais e bio-compatibilidade são factores essenciais.

No final os alunos devem ser capazes de modelar e analisar sistemas robóticos, interpretar as suas equações de movimento, estudar os mecanismos de controlo, perceber o que está envolvido em termos de redes, programação, segurança, controlo de contacto, etc. A biónica é introduzida e explorada como forma de aplicação da mecânica e electrónica (mecanismos robóticas) à medicina.
Programa genérico mínimo
Resumo do Programa

Parte 1: Fundamentos de Robótica
História da Robótica, incluindo a Robótica Médica e a Biónica
- Robótica Moderna: Robôs Manipuladores: antropomórficos, SCARA
Mecânica de Robôs Manipuladores
- Posição e Orientação
- Cinemática Directa e Inversa
- Velocidades e Forças Estáticas
- Singularidades
- Dinâmica
- Modelização em Matlab da cinemática e dinâmica de um dos manipuladores das aulas práticas
Controlo de Robôs Manipuladores
- Trajectórias
- Controlo digital: elementos sobre síntese, sintonia e análise de controladores PID
- Estruturas
- Sensores
Programação de Robôs Manipuladores
- Linguagens
- Programação off-line e on-line
- Acesso remoto: monitorização e supervisão
- Apresentação da arquitectura de software

Parte 2: Fundamentos de Biónica
- Sistemas de interface homem-máquina: programação em arquitectura cliente-servidor para monitorização, supervisão e comando.
- Utilização de mecanismos robóticas para estender as capacidades humanas: mãos robóticas. Modelização cinemática/dinâmica de uma mão de três dedos. Modelo matemático em Matlab, e gráfico em Solidworks.
- Comunicação e protocolos: segurança. Telemanipulação.
- Integração com outros elementos da célula biomédica (distribuição de funções): por rede, sinais IO, ligações série ponto-a-ponto, multiponto.
- Revisão de sistemas avançados de robótica: controlo de força, sistemas de visão, aplicações em ambientes limpos e laboratoriais, AGVs (Automated Guided Vehicles).

Nota: nas aulas práticas é abordado o aspecto complementar de materiais usados para aplicações biónicas, nomeadamente a compatibilidade de materiais, etc.
Pré-requisitos
1ª etapa completa
Competências genéricas a atingir
. Competência em análise e síntese;
. Competência em organização e planificação;
. Competência para resolver problemas;
. Competência em aprendizagem autónoma;
. Competência em aplicar na prática os conhecimentos teóricos;
. Criatividade;
. Iniciativa e espírito empreendedor;
. Preocupação com a qualidade;
. Competência em investigar;
(por ordem decrescente de importância)
Horas lectivas semestrais
aulas teóricas30
aulas teórico-práticas10
aulas práticas laboratoriais20
total horas lectivas60

Método de avaliação
Trabalho laboratorial ou de campo25 %
Projecto40 %
Exame35 %

Bibliografia de referência
Introduction to Robotics: Mechanics and Control Intrudução à Robótica. Teoria e principios fisicos e matemáticos de robótica industrial. Algoritmos de controlo.
JJ Craig, Addison-Wesley, Reading, Mass., 1989
Modeling and Control of Robot Manipulators Intrudução à modelação e controlo de robôs Manipuladores
Robotics, Control, Sensing, Vision and Intelligence Principios de robótica, controlo, sensores, visão e inteligencia. Fu, Gonzalez e Lee
Industrial Robots Programming, Building Applications for the Factories of the Future, J. Norberto Pires, Springer 2006

A bibliografia na área de Robótica Médica e Biónica, por ser escassa (porque é uma área emergente) será complementada com base na selecção de artigos, notas do docente, etc.

Método de ensino
Nas aulas teóricas são expostos os assuntos versados no programa de forma detalhada, motivando os alunos para complementarem esses mesmos assuntos em casa onde devem aprofundar os assuntos versados.
As aulas teórico-práticas são divididas entre a análise e resolução de problemas, e a componente laboratorial onde os alunos devem experimentar e resolver situações relativas à área: problemas reais, programação de aplicações remotas, de robótica, integração sensorial, etc. Serão sempre utilizados exemplos na área biomédica, seja ela laboratorial, apoio ao diagnóstico, etc.

Todos os alunos devem realizar um projecto que constitui uma parte significativa da nota final.

Recursos específicos utilizados
Laboratório com equipamento específico (robôs manipuladores, SCARA, redundantes, e equipamento acessório), e incluindo ainda computadores, mãos robóticas inteligentes, componentes electrónicos e eléctricos, sensores, etc.