Este trabalho versa sobre técnicas de estimação de derivadas de forma não assintótica conforme abordagem algébrica de Michel Fliess, e sua aplicação na determinação quase instantânea do estado interno de um sistema dinâmico, cria-se assim estimadores de estado que não se baseiam no observador de Luenberger. No desenvolvimento do trabalho demonstramos algumas características destes estimadores e apresentamos uma contribuição teórica para viabilizar a implementação destes estimadores em sistemas de controle de tempo real. Posteriormente, um sistema mecânico de dinâmica não linear foi construído e permitiu ensaios em laboratório que atestam, através dos resultados experimentais encontrados, a funcionalidade deste tipo de estimador de estados.

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Abstract:In this paper we exploit some interesting properties of a class of bipedal robots which have an inertial disc. One of this properties is the ability to control every position and speed except for the disc position. The proposed control is designed in two hierarchic levels. The first will drive the robot geometry, while the second will control the speed and also the angular momentum. The exponential stability of this approach is proved around some neighborhood of the nominal trajectory defining the geometry of the step. This control will not spend energy to adjust the disc position and neither to synchronize the trajectory with the time. The proposed control only takes action to correct the essential aspects of the walking gait. Computational simulations are presented for different conditions, serving as a empirical test for the neighborhood of attraction.

ResumoEsta tese trata de um robô bípede em caminhar dinâmico. Neste robô, que normalmente é um sistema sub-atuado, fazemos uso de um disco de inércia que funciona num certo sentido como um atuador adicional. Através deste disco, obtém-se mais liberdade para a elaboração de passos repetitivos e um aumento na robustez. Por outro lado, o sistema de controle dos passos deve controlar, além do passo propriamente dito, também a velocidade do disco, de modo que não sejam saturados os atuadores (motores elétricos). Apresentamos então um controlador capaz de realizar estas ações simultaneamente. Palavras-chaves: robô bípede; síntese de trajetórias; controle não linear AbstractThis Thesis is about a bipedal robot in a dynamic walking gait. In this robot, which is usually a under-actuated system, a inertial wheel is employed and acts as an additional actuator. By using this wheel, one can design a cyclic walking gait with increased robustness and with more freedom. On the other hand, the control system must take care of the step itself, and also must ensure that the wheel speed does not exceed the actuators (motors) limits. We present a controller able to perform this tasks.