Orientador: Prof. Dr. Marcos Duarte / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica, 2016. / Atualmente os dispositivos de instrumentação biomecânica, sobretudo os sistemas de captura de movimento, são capazes de fornecer um grande número de dados. Seja para extrair informações para análise de diferenças entre grupos, para semi-automatização de procedimentos clínicos típicos de laboratórios de marcha ou para o desenvolvimento de sistemas inteligentes que fazem uso da informação do movimento, o reconhecimento de padrões de movimento é uma necessidade. Estes dados podem ser reduzidos a séries temporais, sendo assim estamos diante de um problema de mineração de dados de séries temporais. No entanto enquanto a maior parte das pesquisas se concentram em tarefas de mineração, o problema fundamental de como representar uma série temporal ainda não foi plenamente abordado até agora. Este projeto objetiva estudar representações simbólicas para séries temporais provenientes de dados de captura de movimentos, uma abordagem ainda muito pouco explorada. Propondo a elaboração de um algoritmo que realiza o mapeamento entre um conjunto de séries temporais e uma sequência de símbolos, levando em consideração informações do domínio da biomecânica e controle motor. Um conjunto de movimentos discretos foram convertidos em uma representação simbólica, a partir da qual foi realizado um agrupamento hierárquico e classificação em 10 atividades rotuladas, com uma exatidão de 84.72% e um padrão sequencial foi detectado no andar. Estes resultados foram obtidos em um tempo de processamento relativamente baixo e a partir de apenas 3 ângulos no plano sagital do membro inferior direito. Com este trabalho atingimos o objetivo proposto e estabelecemos uma representação simbólica do movimento, denominada palavras do movimento, com boa parte das características almejadas. É uma representação simples e prática, a partir da qual foi possível estabelecer uma métrica que quantifica a similaridade entre movimentos. / Currently biomechanical instrumentation devices, especially motion capture systems, are able to provide a large amount of data. Be it for extract information to compare differences among different groups, for semi-automation of typical clinical gait analysis procedures or for developing intelligent systems that make use of motion information, recognition of motion patterns is a need. These data can be reduced to time series, so we are facing a problem of mining time series data. However, while most of the research communities have concentrated on the mining tasks, the fundamental problem on how to represent a time series has not yet been fully addressed so far. This project aims to study symbolic representation for time series data from motion capture, an approach still not much explored. The development of the algorithm that performs the mapping between a set of time series and a sequence of symbols, taking into account information from the field of biomechanics and motor control. A set of discrete motions were converted to a symbolic representation, from which we performed a hierarchical clustering and classified in 10 labeled activities, with an accuracy of 84.72% and a sequential pattern was detected in gait. These results were obtained at a relatively low processing time and from only 3 angles in the sagittal plane of the right lower limb. We achieved our objective and established a symbolic representation of the movement, called motion words, with most of it desired characteristics. It is a simple and practical representation, from which it was possible establish a metric that quantifies the similarity between movements.

Em interações humano-robô ainda existem muitas limitações a serem superadas referentes à provisão de uma comunicação natural quanto aos sentidos humanos. A capacidade de interagir com os seres humanos de maneira natural em contextos sociais (pelo uso da fala, gestos, expressões faciais, movimentos do corpo) é um ponto fundamental para garantir a aceitação de robôs em uma sociedade de pessoas não especialistas em manipulação de engenhos robóticos. Outrossim, a maioria dos robôs existentes possui habilidades limitadas de percepção, cognição e comportamento em comparação com seres humanos. Nesse contexto, este projeto de pesquisa investigou o potencial da arquitetura robótica do humanoide NAO, no tocante à capacidade de realizar interações com seres humanos através de imitação de movimentos do corpo de uma pessoa e pelo controle do robô. Quanto a sensores, foi utilizado um sensor câmera não-intrusivo de profundidade incorporado no dispositivo Kinect. Quanto às técnicas, alguns conceitos matemáticos foram abordados para abstração das configurações espaciais de algumas junções/membros do corpo humano essas configurações foram capturadas por meio da utilização da biblioteca OpenNI. Os experimentos realizados versaram sobre a imitação e o controle do robô por meio da avaliação de vários usuários. Os resultados desses experimentos revelaram um desempenho satisfatório quanto ao sistema desenvolvido / In human-robot interactions there are still many restrictions to overcome regarding the provision of a communication as natural to the human senses. The ability to interact with humans in a natural way in social contexts (the use of speech, gestures, facial expressions, body movements) is a key point to ensure the acceptance of robots in a society of people not specialized in manipulation of robotic devices. Moreover, most existing robots have limited abilities of perception, cognition and behavior in comparison with humans. In this context, this research project investigated the potential of the robotic architecture of the NAO humanoid robot, in terms of ability to perform interactions with humans through imitation of body movements of a person and the robot control. As for sensors, we used a non-intrusive sensor depth-camera built into the device Kinect. As to techniques, some mathematical concepts were discussed for abstraction of the spatial configurations of some joints/members of the human body these configurations were captured through the use of the OpenNI library. The performed experiments were about imitation and the control of the robot through the evaluation of various users. The results of these experiments showed a satisfactory performance for the developed system

Em interações humano-robô ainda existem muitas limitações a serem superadas referentes à provisão de uma comunicação natural quanto aos sentidos humanos. A capacidade de interagir com os seres humanos de maneira natural em contextos sociais (pelo uso da fala, gestos, expressões faciais, movimentos do corpo) é um ponto fundamental para garantir a aceitação de robôs em uma sociedade de pessoas não especialistas em manipulação de engenhos robóticos. Outrossim, a maioria dos robôs existentes possui habilidades limitadas de percepção, cognição e comportamento em comparação com seres humanos. Nesse contexto, este projeto de pesquisa investigou o potencial da arquitetura robótica do humanoide NAO, no tocante à capacidade de realizar interações com seres humanos através de imitação de movimentos do corpo de uma pessoa e pelo controle do robô. Quanto a sensores, foi utilizado um sensor câmera não-intrusivo de profundidade incorporado no dispositivo Kinect. Quanto às técnicas, alguns conceitos matemáticos foram abordados para abstração das configurações espaciais de algumas junções/membros do corpo humano essas configurações foram capturadas por meio da utilização da biblioteca OpenNI. Os experimentos realizados versaram sobre a imitação e o controle do robô por meio da avaliação de vários usuários. Os resultados desses experimentos revelaram um desempenho satisfatório quanto ao sistema desenvolvido / In human-robot interactions there are still many restrictions to overcome regarding the provision of a communication as natural to the human senses. The ability to interact with humans in a natural way in social contexts (the use of speech, gestures, facial expressions, body movements) is a key point to ensure the acceptance of robots in a society of people not specialized in manipulation of robotic devices. Moreover, most existing robots have limited abilities of perception, cognition and behavior in comparison with humans. In this context, this research project investigated the potential of the robotic architecture of the NAO humanoid robot, in terms of ability to perform interactions with humans through imitation of body movements of a person and the robot control. As for sensors, we used a non-intrusive sensor depth-camera built into the device Kinect. As to techniques, some mathematical concepts were discussed for abstraction of the spatial configurations of some joints/members of the human body these configurations were captured through the use of the OpenNI library. The performed experiments were about imitation and the control of the robot through the evaluation of various users. The results of these experiments showed a satisfactory performance for the developed system