Dissertação ( mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-20T17:31:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 201832.pdf: 3673851 bytes, checksum: d4246c123a84157cf67e6341d84aaaa0 (MD5) / A sociedade atual esta marcada por uma existência inequivocamente voltada para a digitalização de praticamente todos os segmentos, seja em termos científicos, profissionais e culturais. Este processo de mudança configura-se como o alicerce da chamada sociedade do conhecimento ou globalizada.

We present the design, analysis and construction of a biologicallyinspired tactile sensor. The sensor can measure normal and lateralforces, conform to the surfaces with which it comes in contact andincrease the friction of the surface for a good grasp.The sensor is built using a simple process and the applied forcesare read using standard electronics. These features make thesensors ideal for mass production.We are motivated to build tactile sensors that are useful forrobotic manipulation given that the current ones do not have thefeatures that we consider necessary. The sensors presented in thispaper have been designed to deal with these issues. They have beendesigned and implemented in the fingers of the humanoid robotObrero.

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La rápida evolución de la robótica esta promoviendo que emerjan nuevos campos relacionados con la robótica. Inspirándose en ideas provinientes de la psicología del desarrollo, la robótica del desarrollo es un nuevo campo que pretende proveer a los robots de capacidades que les permiten aprender de una manera abierta durante toda su vida. Hay situaciones donde los ingenieros o los diseñadores no pueden prever todos los posibles problemas que un robot pueda encontrar. Tal como el número de tareas que un robot debe hacer crece, este problema se vuelve más evidente, y las soluciones de ingenería tradicionales pueden no ser completamente factibles. En tal caso, la robótica del desarrollo proporciona una serie de principios y directrices para construir robots que tienen las herramientas cognitivas adecuadas a fin de adquirir el conocimiento necesario. Auto-exploración, aprendizaje incremental, scaffolding social e imitación. Todas son herramientas que contribuyen a construir robots con un alto grado de autonomía. Mediante la auto-exploración internamente motivada, un robot descubre lo que su cuerpo es capaz de hacer. Las técnicas de aprendizaje incremental permite que un robot tenga conocimiento listo al instante, a partir de construir estructuras cognitivas encima de otras más viejas. El scaffolding o andamiaje social y las capacidades de imitación permiten aprovechar lo que los humanos --- u otros robots --- ya saben. De esta manera, los robots tienen metas que perseguir y aportan, o bien un uso final para las habilidades aprendidas, o bien ejemplos de cómo lograr una determinada tarea. Esta tesis presenta un estudio de una serie de técnicas, las cuales ejemplifican cómo algunos de esos principios, aplicados a robots reales, funcionan juntos, permitiendo al robot aprender autónomamente a ejecutar una serie de tareas. También mostramos cómo el robot, aprovechándose de técnicas de aprendizaje activo e incremental, es capaz de decidir la mejor manera de explorar su entorno a fin de adquirir el conocimiento que mejor le ayuda a lograr sus objetivos. Ésto, añadido al descubrimiento autónomo de las limitaciones de su propio cuerpo, disminuye la cantidad de conocimiento especifico del dominio que es necesario poner en el diseño del sistema de aprendizaje. Primeramente, presentamos un algoritmo de aprendizaje incremental para Modelos de Mixtura de Gaussianas aplicado al problema de aprendizaje sensorimotor. Implementado en un robot móvil, el objetivo es adquirir un modelo que es capaz de realizar predicciones sobre los estados sensoriales futuros. Este modelo predictivo es reutilizado como substrato representacional, el cual sirve para categorizar y anticipar situaciones tales como la colisión contra un objeto. Después de un periodo extendido de aprendizaje, y habiendo encontrado situaciones diferentes, observamos que los modelos adquiridos se terminan siendo bastante grandes. Sin embargo, nos dimos cuenta que, en un momento dado, solo una pequeña porcion del mismo es utilizada. Además, estas areas son utilizadas consistentemente por un periodo relativamente largo de tiempo. Presentamos una extensión para el algoritmo de Regresión basado en Mixturas de Gaussianas, el cual aprovecha este hecho a fin de reducir el coste computacional de la inferencia. Las técnicas aquí presentadas fueron también aplicadas en un problema diferente y más commplejo: la imitación de una secuencia de notas musicales proporcionadas por un humano. Estas son producidas por un objeto musical virtual que es utilizado por un robot humanoide. El robot no solo aprende a utilizar este objeto, sino que también aprende sobre las limitaciones de su propio cuerpo. Ésto le permite entender mejor qué puede hacer y cómo puede hacerlo, subrayando la importancia de la influencia que el hecho de tener cuerpo tiene en la interacción del robot con su entorno y el tipo de estructuras cognitivas que se forman como consecuencia de este tipo de interacción. / The rapid evolution of robotics is promoting new robotics related research fields to emerge. Taking insights from developmental psychology, developmental robotics is a new field which aims to endow robots with capabilities that enable them to life-long learning in an open-ended way. There are situations where engineers or designers cannot foresee all the possible problems a robot may encounter. As the number of tasks that a robot must do grows, this problem becomes more evident and traditional engineering solutions may not be entirely feasible. In that case, developmental robotics provides a series of principles and guidelines to construct robots which have the adequate cognitive tools in order to acquire the necessary knowledge. Self-exploration, incremental learning, social scaffolding or imitation. All are tools which contribute to build robots with a high degree of autonomy. By means of internally motivated self-exploration, a robot discovers what its body is able to do. Incremental learning techniques enable a robot to have ready-to-use knowledge by building new cognitive structures on top of old ones. Social scaffolding and imitation capabilities allows taking advantage of what humans --- or other robots --- already know. In this way, robots have goals to pursue and provide either an end use of learned skills or examples on how to accomplish a given task. This thesis presents a study of a series of techniques which exemplify how some of those principles, applied to real robots, work together, enabling the robot to autonomously learn to perform a series of tasks. We also show how the robot, by taking advantage of active and incremental learning, is able to decide the best way to explore its environment in order to acquire knowledge that best helps in accomplishing its goals. This, in addition to the autonomous discovery of its own body limitations, leverages the amount of domain specific knowledge that needs to be put in the design of the learning system. First and foremost, we present an incremental learning algorithm for Gaussian Mixture Models applied to the problem of sensorimotor learning. Implemented in a mobile robot, the objective is to acquire a model which is capable of making predictions about future sensory states. This predictive model is reused as a representation substrate which serves to categorize and anticipate situations such as the collision with an object. After an extended period of learning, and having encountered different situations, we observed that the acquired models become quite large. However, we realized that, at any given time, only small portions of it are used. Furthermore, these areas are consistently used over relatively long periods of time. We present an extension to the standard Gaussian Mixture Regression algorithm which takes advantage of this fact in order to reduce the computational cost of inference. The techniques herein presented were also applied in a different and more complex problem: the imitation of a sequence of musical notes provided by a human. Those are produced by a virtual musical object which is used by a humanoid robot. The robot not only learns to use this object, but also learns about its own body limitations. This enables it to better understand what it is able to do and how, highlighting the importance of embodiment in the interaction of a robot with its environment and the kind of cognitive structures that are formed as a consequence of this type of interaction.

Siendo nuestras manos la mejor forma que se tiene para interactuar con el mundo que nos rodea, la pérdida de una de ellas o incluso ambas, puede resultar bastante limitante para una persona en sus actividades del día a día. Actualmente existen varios modelos de prótesis de mano comerciales con una gran cantidad de funciones, pero acompañadas de un fuerte precio, algo que algunos usuarios no estarán en condiciones de pagar. Por otro lado, existe un nuevo campo en la robótica conocido como soft robotics, el cual abarca todo lo referente al uso de materiales suaves y deformables en conjunto con componentes electrónicos para lograr morfologías no convencionales y ha ido ganando importancia en los últimos años. Aplicando estos elementos, se propone diseñar un sistema para prótesis de muñeca de 3 grados de libertad y de menor costo que el de las prótesis comerciales actuales. Habiendo previamente identificado los movimientos de una muñeca a emular y mediante una búsqueda del estado del arte referente a prótesis de antebrazo, se recopilaron algunos mecanismos que podrían permitir el giro buscado en la muñeca, así como formas de controlar los movimientos de la prótesis, principalmente con señales mioeléctricas. Teniendo en cuenta esta información, se desarrollaron tres conceptos de solución integrando elementos de soft robotics para generar movimientos en la muñeca y controlados mediante señales generadas por el cuerpo (mioeléctricas y electroencefalográficas). Producto de esta investigación se obtuvo el modelo óptimo de solución para el objetivo planteado y se determinó la importancia de la fuente de energía neumática para el desempeño final del sistema.

Employees today have necessary daily tasks that do not require human handling. The objective is to investigate two processes if they are suitable for automation as well as to create and evaluate a prototype. The goals are to analyze the process, examine appropriate tools for automation, compare the tools, create and evaluate prototype, and perform an acceptance test. Robotic Process Automation is about automating tasks that humans have to do. Good candidates for automation are time-consuming, repetitive, rule-based tasks, prone to human er- rors with clear goals and expectations. The preliminary study was conducted in the form of a literature study of web-based sources, and the analysis was done by breaking down the process in different parts. The comparison was carried out by investigating the features of these tools. The prototype was created on Windows in UiPath tools and the robot will work on Internet Explorer and Excel, which will have a macro written in Visual Basic for Applications. The client will look at the criteria given and also on the prototype output and provide a subjective response. UiPath, Workfusion, and Selenium test programs were created. The prototype automatically logs on to Visma PX by entering username and password. Then it navigates, searches for an assignment and retrieves the data available. Indata is filtered and typed into Excel for each activity and employee. Finally, a macro creates graphs. Time tests show that UiPath is significantly more optimized and faster at completing the test programs. UiPath has strong benefits with its tools. / Anställda idag har nödvändiga vardagsuppgifter som inte kräver mänsklig inverkan och tanken är att frigöra dessa uppgifter. Projektets övergripande syfte är att undersöka två processer om de är lämpliga för automation samt att skapa och utvärdera en prototyp. Målen är att analysera processen, undersöka lämpliga verktyg för automatisering, jämföra verktygen, skapa en prototyp, utvärdera prototypen och utföra ett acceptanstest. Robotic Process Automation handlar om att automatisera uppgifter som människor gör. Bra kandidater för automatisering är tidskrävande, repetitiva, regelbaserade uppgifter, benägna till mänskliga fel med klara mål och förväntningar. Förstudien genomfördes i form av en litteraturstudie av webbaserade källor och analysen gjordes genom att bryta ner processen i olika delar. Jämförelsen genomfördes genom att undersöka de funk- tioner som verktygen har. Prototypen skapas på Windows i verktygen UiPath och roboten kommer att arbeta på Internet Explorer och mot Excel som kommer ha ett makro skrivet i Visual Basic for Applications. Beställaren kommer att titta på de kriterier som gavs och även på prototypens utdata och ge en subjektiv respons. Testprogrammen i UiPath, Workfusion och Selenium skapades med sina respektive funktioner. Prototypen loggar automatiskt in på Visma PX genom att skriva in användarnamn och lösenord. Sedan navigerar den i verktyget, söker på ett uppdrag och hämtar den data som finns. Indata filtreras och skrivs in i Excel för varje aktivitet och anställd. Slutligen körs ett makro som skapar grafer. Tidstesterna visar att UiPath är betydligt mer optimerad och snabbare på att slutföra testprogrammen. Jämförelserna visar att UiPath har starka fördelar med sitt verktyg.

Denne rapporten beskriver videreutvikling av et system hvor en robotarmfjernstyres over nettverk, og som overfører stereoskopisk video i sanntid tiloperatøren. Gjennom en hodemontert fremvisningsenhet opplever operatørenderfor °a ha dybdesyn, samtidig som orienteringen til kameraenes motorisertefot styres av en orienteringssensor montert p°a hodesettet. Fem tidligereprosjekt- og masteroppgaver representerer det tidligere utviklingsarbeidetutført p°a systemet.Innenfor olje- og petroleumsindustrien foreg°ar det omfattende forskningsaktiviteti forbindelse med utvikling av ubemannede plattformkonsepter, hvordet skal være mulig °a fjernstyre disse plattformenes aktiviteter fra andreanlegg. Det er potensial for betydelige besparelser i driftskostnader sammenliknetmed ordinære plattformer ved °a benytte fjernstyrte roboter tilinspeksjons- og vedlikeholdsoppgaver.Oppgaven omfatter utviklingsarbeid innenfor tre hovedomr°ader. Først beskrivesutviklingen av en kollisjonsunng°aelsesrutine som er i stand til °a forhindresammenstøt mellom roboten og omgivelsene i sanntid p°a bakgrunn av datasamlet inn av en tidligere utviklet kartleggingsmodul. En kinematisk robotmodellbasert p°a sylindere er utviklet i denne sammenheng med fokus p°alav reaksjonstid for systemet. Deretter er implementasjonen av et nytt ogforbedret system for overføring av video beskrevet, mens siste del av arbeidetinkluderer utvikling og forbedring av systemets operatørgrensesnitt,brukervennlighet og overordnede utførelse.Det konkluderes med at utførte implementasjoner og modifikasjoner harhevet totalsystemets ytelse og funksjon ettersom kollisjonsunng°aelsesrutinenfungerer tilfredsstillende, videosystemet viser forbedring innenfor alle m°alteparametere, samt at operatørgrensesnittet n°a er mer omfattende og informativtenn tidligere.

Denne rapporten beskriver videreutvikling av et system hvor en robotarmfjernstyres over nettverk, og som overfører stereoskopisk video i sanntid tiloperatøren. Gjennom en hodemontert fremvisningsenhet opplever operatørenderfor °a ha dybdesyn, samtidig som orienteringen til kameraenes motorisertefot styres av en orienteringssensor montert p°a hodesettet. Fem tidligereprosjekt- og masteroppgaver representerer det tidligere utviklingsarbeidetutført p°a systemet.Innenfor olje- og petroleumsindustrien foreg°ar det omfattende forskningsaktiviteti forbindelse med utvikling av ubemannede plattformkonsepter, hvordet skal være mulig °a fjernstyre disse plattformenes aktiviteter fra andreanlegg. Det er potensial for betydelige besparelser i driftskostnader sammenliknetmed ordinære plattformer ved °a benytte fjernstyrte roboter tilinspeksjons- og vedlikeholdsoppgaver.Oppgaven omfatter utviklingsarbeid innenfor tre hovedomr°ader. Først beskrivesutviklingen av en kollisjonsunng°aelsesrutine som er i stand til °a forhindresammenstøt mellom roboten og omgivelsene i sanntid p°a bakgrunn av datasamlet inn av en tidligere utviklet kartleggingsmodul. En kinematisk robotmodellbasert p°a sylindere er utviklet i denne sammenheng med fokus p°alav reaksjonstid for systemet. Deretter er implementasjonen av et nytt ogforbedret system for overføring av video beskrevet, mens siste del av arbeidetinkluderer utvikling og forbedring av systemets operatørgrensesnitt,brukervennlighet og overordnede utførelse.Det konkluderes med at utførte implementasjoner og modifikasjoner harhevet totalsystemets ytelse og funksjon ettersom kollisjonsunng°aelsesrutinenfungerer tilfredsstillende, videosystemet viser forbedring innenfor alle m°alteparametere, samt at operatørgrensesnittet n°a er mer omfattende og informativtenn tidligere.

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