Orientador: Victor Orlando Gamarra Rosado / Banca: João Alberto de Oliveira / Banca: Mauricio Guimarães da Silva / Resumo: O presente trabalho de pesquisa consiste no desenvolvimento, projeto e construção de um protótipo de equipamento assistivo motorizado disponibilizado em forma de acessório, capaz de proporcionar ao cadeirante maior liberdade de movimentação sem desgastes físicos. Trata-se de um equipamento eletro-mecânico com estrutura física simplificada e alta tecnologia eletrônica aplicada. É realizada uma pesquisa aprofundada sobre os diferentes modelos de equipamentos assistivos disponibilizados no mercado nacional, entre eles cadeira de rodas mecanomanuais e eletromecânicas e sistemas de tração para cadeira de rodas. Uma abordagem sobre tipos de motorização de corrente contínua se faz presente neste trabalho visando direcionar a escolha da melhor opção. O dimensionamento estrutural, assim como as opções de motorização analisadas durante o decorrer das pesquisas é apresentado de forma clara e objetiva. Por fim, a criação do protótipo em escala real e os testes realizados com o mesmo fornecem ao leitor as características dinâmicas do equipamento assistivo / Abstract: The present research consists to develop, project and construct a prototype of a power assistive equipment available in the form of accessory, able to provide the wheelchair user more freedom of movement without physical exhaustion. This is an electromechanical equipment with simplified physical structure and high-tech electronics applied. It made a deep research into the different models of assistive devices available in the national business, including manual's wheelchair and eletric's wheelchair and electromechanical drive systems for wheelchairs. An approach on types of DC motor drive is present in this paper aiming to direct the choice of the best option. The structural design, as well as engine options examined during the course of the research is presented clearly and objectively. Finally, the creation of the prototype in full scale and the test drive provide the dynamic characteristics of the assistive equipament to the reader / Mestre

Orientador: Marcelo Nicoletti Fanchin / Banca: Jackson Paul Matsuura / Banca: José Alfredo Covolan Ulson / Resumo: A proposta deste trabalho é dotar um robô móvel com a capacidade de mapear e se localizar no ambiente simultaneamente onde tal problema é conhecido na literatura clássica como SLAM (Simultaneous Localizaton and Mapping). Para operar, o robô deve ser capaz de manter uma estimativa da sua posição com base nos sensores embarcados veículo, adquirir e utilizar conhecimento sobre o mundo ao seu redor, possuir a habilidade de reconhecer obstáculos, e responder em tempo real as situações que possam ocorrer neste ambiente. Este trabalho propõe também a utilização de um sensor de ultra-som com varredura frontal de 180 graus, para detecção de landmarks (marcos) naturais em um ambiente interno para construção do mapa na memória do sistema de controle do robô. As informações do deslocamento do robô são fornecidas pelo sistema de odometria com encoder. Essas informações de deslocamento do robô a distância dos landmarks são combinadas através da aplicação do Filtro de Kalman Estendido (EKF), para o cálculode posição e orientação estimados do robô bem como a posição estimada dos landmarks (mapa). Trata-se de um trabalho com resultados preliminares, que tem como contribuição específica realizar a tarefa de localização e mapeamento simultaneamente (SLAM) usando um sensor de ultra-som rotativo. São apresentados também os resultados de simulação da técnica de localização e mapeamento simultâneo usando o Filtro de Kalman Estendido (EKT) e complementadas com avaliações experimentais em ambiente reais, aplicado a um robô móvel trabalhando como um transportador de materiais automatizado no chão de fábrica. Discussões são apresentadas sobre os sensores usados, a complexidade computacional, a associação de dados e a modelagem e controle do robô móvel / Abstract: The purpose of this paper is to provide a mobile robot with the ability to simultaneously map and locate the environment. This problem is know in classical literature as SLAM (Simultaneous Localization and Mapping). To operate, the robot must be able to maintain an estimation of its position based on sensors attached to the vehicle, acquire and use knowledge about the world around it, have the ability to recognize obstacles and respond in real time situations that may occur in this environment. This paper also proposes the use of an ultrasonic sensor to scan an angle of 180 degrees, for detection of landmarks in a natural environment in order to build the internal map inside the robot's controller memory. The displacement information is provided by the robot odometry system with encoder. This information is combined through the application of Extended Kalmar filter (EKT). This is a preliminary work, which has the specific contribution the task of locating and mapping simultaneously (SLAM) using a rotating ultrasonic sensor. There is also presented the simulation of the technique of simultaneous localization and mapping using the extended Kalman filter (EKT) in addition of experimental evaluations in real environment, applied to a mobile robot working as an automated carried materials on the factory floor. Discussions are presented on the used sensors, the computational complexity, data combination and modeling and control of mobile robot / Mestre

Banca: Jaime Simão Sichman / Banca: Anna Helena Reali Costa / Banca: Roseli Aparecida Francelin Romero / Banca: Paulo Roberto de Aguiar / Banca: Edvaldo Assunção / Resumo: A consciência humana é um dos mais fascinantes mistérios de nosso tempo. Das antigas civilizações aos pensadores da pós-modernidade, todos já se questionaram sobre como nos tornamos conscientes de nossa existência, e como nos tornamos conscientes do mundo que nos cerca. Embora não exista uma definição precisa para o termo consciência, há um consenso de que este fenômeno encontra-se intimamente ligado a processos cognitivos humanos, tais como: pensamento, raciocínio, emoções, desejos. Dentre os processos-chave para o surgimento da consciência está a atenção, processo cognitivo capaz de promover a seleção de apenas alguns poucos estímulos dentre a imensa quantidade de informação que nos atinge a todo instante. A consciência de máquina é o campo da inteligência artificial que investiga a possibilidade da produção de processos conscientes utilizando dispositivos artificiais. O presente trabalho realiza uma revisão sobre a temática da consciência - natural e artificial -, abordando o tema sob os prismas filosófico e computacional, e investiga a viabilidade da utilização de um esquema atencional como base para um processamento cognitivo. Propõe-se um modelo computacional formal para agentes conscientes que integra: memórias de curto e longo prazo, raciocínio, planejamento, emoção, tomada de decisão, aprendizado, motivação e volição. Simulações computacionais no domínio da robótica móvel realizadas sobre o ambiente USARSim, proposto pela RoboCup, sugerem que o agente pode ser capaz de, utilizando esses elementos, adquirir experiências baseado em estímulos recebidos do ambiente ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Understanding consciousness is one of the most fascinating challenges of our time. From ancient civilizations to modern philosophers, questions have been asked on how one is conscious of his/her own existence and about the world that surrounds him/her. Although there is no precise definition for consciousness, there is an agreement that it is strongly related to human cognitive processes such as: thinking, reasoning, emotions, wishes. One of the key processes to the arising of the consciousness is the attention, a process capable of promoting a selection of a few stimuli from a huge amount of information that reaches us constantly. Machine consciousness is the field of the artificial intelligence that investigate the possibility of the production of conscious processes in artificial devices. This work presents a review about the theme of consciousness - in both natural and artificial aspects -, discussing this theme from the philosophical and computational perspectives, and investigates the feasibility of the adoption of an attentional schema as the base to the cognitive processing. A formal computational model is proposed for conscious agents that integrates: short and long term memories, reasoning, planning, emotion, decision making, learning, motivation and volition. Computer experiments in a mobile robotics domain under USARSim simulation environment, proposed by RoboCup, suggest that the agent can be able to use these elements to acquire experiences based on environment stimuli. The adoption of the cognitive architecture over the attentional model has potential to allow the emergence of behaviours usually associated to the ... (Complete abstract click electronic access below)

Motivado pelo fato de que a escolha correta da forma preênsil para mãos robóticas antropomórficas representa aspectos relevantes no planejamento de estratégias de manipulação de objetos, este trabalho: desenvolve um algoritmo de pegas de objetos compatíveis com a tarefa a ser realizada e um método computacional de ajuste de superelipsóides a superfícies de objetos sintéticos 3D para modelar as primitivas resultantes do estágio de segmentação manual do objeto. Essa representação volumétrica contempla as atrativas propriedades de um modelo compacto, controlável e intuitivo, capaz de modelar uma ampla variedade de geometrias simétricas básicas a partir de 11 parâmetros. Tendo em vista que a acomodação de superelipsóides a nuvens de pontos caracteriza desafios típicos de mínimos quadrados, um breve estudo sobre o método numérico de Levenberg-Marquardt, utilizado na minimização da função objetivo adotada, se mostrou necessário para maximizar a sua eficiência. O desempenho e a eficiência do programa computacional desenvolvido foram demonstrados na modelagem experimental de cinco primitivas organizadas em diferentes configurações. As pequenas distorções, consideradas aceitáveis para a proposta do trabalho, evidenciaram a robustez da representação de formas elementares empregando superelipsóides sem deformações. Encerrada a etapa de modelagem das primitivas, um método de auto-aprendizagem supervisionada interpreta as informações de forma e tamanho de tais formas básicas para sugerir a pega de uma das primitivas que compõem o objeto e a forma preênsil compatível com a tarefa desejada. / Motivated by the fact that the correct choice of prehensile form for anthropomorphic robotic hand describes relevant aspects in planning strategies of object manipulation, this work develops an algorithm of grasping objects to match the task requirements and a computational method capable of fitting superellipsoids to surfaces of synthetic 3D objects to model the resulting primitives from the manual segmentation stage of the object. This volumetric representation describes the attractive properties of a compact, controllable and intuitive model, which is capable of modeling a wide variety of standard geometric solids by using eleven parameters. Since the superellipsoid fitting process characterizes typical least squares problems, a brief review about Levenberg-Marquardt numerical method, employed for the adopted objective function minimization, was necessary to maximize its efficiency. The performance and efficiency of the developed program were demonstrated in the experimental modeling of five symmetrical primitives shapes organized in several configurations. The small distortions, considered acceptable to the work proposal, confirm the robustness of representing elementary shapes employing superellipsoids without deformations. After finishing the primitive modeling stage, a supervised learning method interprets the size and shape information of such basic shapes to suggest the grasp of one constituent single parts and the task-compatible prehensile form.

A robótica móvel é uma área de pesquisa que está obtendo grande atenção da comunidade científica. O desenvolvimento de robôs móveis autônomos, que sejam capazes de interagir com o ambiente, aprender e tomar decisões corretas para que suas tarefas sejam executadas com êxito é o maior desafio em robótica móvel. O desenvolvimento destes sistemas inteligentes e autônomos consiste em uma área de pesquisa multidisciplinar considerada recente e extremamente promissora que envolve; por exemplo, inteligência artificial, aprendizado de máquina, estimação estatística e sistemas embarcados. Dentro desse contexto, esse trabalho aborda o problema de navegação e monitoramento de ambientes utilizando robôs móveis. Dada uma representação do ambiente (mapa topológico) e uma lista com urgências de cada uma das regiões do mapa, o robô deve estimar qual o percurso mais eficiente para monitorar esse ambiente. Uma vez que a urgência de cada região não visitada aumenta com o tempo, o trajeto do robô deve se adaptar a essas alterações. Entre as diversas aplicações práticas desse tipo de algoritmo, destaca-se o desenvolvimento de sistemas de segurança móveis inteligentes / The mobile robotics is a research area that has started to get some serious attention from the scientific community. The development of robots able to interact with the environment - to learn and make correct decisions so their tasks are successfully completed - is the biggest challenge in mobile robotics. The development of these intelligent and autonomous systems consists of a multidisciplinary research area considered recent and very promising that involves, for example, artificial intelligence, machine learning, statistical estimation and embedded systems. Within this context, this paper addresses the problem of navigation in dynamic environments with priorities using mobile robots. Given a representation of the environment (topological map) and a list of priorities for each region of the map, the robot must estimate what is the most efficient way to monitor this environment. As the dynamic priority of each region increases with time since the last visit of the robot, its trajectory must adapt to these changes. This approach is similar to the traveling salesman, but a solution that specifically addresses the problem described in this dissertation was not found in the literature. Among the many practical applications of this type of algorithm, we highlight the development of smart mobile security systems

Especialistas da área de neurofisiologia têm proposto a consideração dos sentimentos como parte dos processos cognitivos, e não de uma alma imaterial: tem sido defendido que as emoções não devem mais ser entendidas como opostas às decisões inteligentes, mas sim como parte e elemento decisivo para estas. Consequentemente se tornaram defensáveis a introdução de emoções artificiais no aprendizado de agentes artificiais, bem como a construção de modelos homeostáticos computacionais para estes. Nesta dissertação são relatados experimentos sobre uma arquitetura de controle baseado em comportamento e fundamentada sobre a simulação de processos hormonais e emocionais. São apresentadas e discutidas a arquitetura e modificações sobre esta, ou seja, a separação, da estrutura de aprendizado baseado em emoções, em diferentes redes neurais artificiais, uma rede para cada emoção. Os resultados mostraram que é razoável considerar modelos computacionais para processos emocionais que possam sustentar seleção de comportamento autônomo inteligente.

Este trabalho propõe um ambiente integrado para controle em tempo real e supervisão de manipuladores robóticos. Os varios modulos que compõe este sistema são analisados e algumas técnicas para a implementacão de cada módulo são discutidas. Ao nivel decontrole de juntas são analisados basicamente tres tipos decontroladores: a) controlador PD; b) controlador utilizando torque calculado e c) controlador adaptativo incremental. O controlador PD e o controlador utilizando torque calculado tem seus ganhos calculados através da abordagem de controle ótimo. Para tratar as dificuldades computacionais decorrentes da complexa dinâmica acoplada do manipulador, utilizam-se métodos númericos. Como trajetoria de referencia para os controladores e utilizada uma reta no espaço das juntas descrita por polinomios de quinto grau no tempo. Um metodo para o cálculo dos coeficiêntes destes polinomios que dispensa simplificações no modelo dinâmico do manipulador e apresentado. A supervisão do sistema e feita por um sistema especialista que fornece uma interface de alto nivel com o usuario, orientada por objetivos. O sistema é implementado em uma arquitetura RISC de alto desempenho baseada no microprocessador 80860.

Este trabalho versa sobre o projeto de um controlador linear robusto multiváriavel para um manipulador robótico com a finalidade de proporcionar precisão e rapidez no posicionamento da extremidade do manipulador. O manipulador robótico de três graus de liberdade com acionamento direto nas juntas (direct drive), objeto de estudo deste trabalho, tem seu modelo dinâmico baseado nas características mecânicas do robô ITA-IEMP; para este sistema ficam evidentes no desempenho efeitos de incertezas devido a variações de massa na estremidade do robô (manipulação de objetos e troca de ferramentas), e movimento em altas velocidades no espaço de trabalho. Os controladores robustos para este sistema foram desenvolvidos utilizando-se teoria de otimização H"infinito" e a abordagem da m-síntese. São realizados testes de desempenho e estabilidade no domínio do tempo com a planta submetida aos controladores convencionais (assim denominados os controladores via ação PID e via método do torque computado) e aos controladores lineares robustos multivariáveis com o intuito de confrontar estas técnicas quando usadas para o posicionamento de manipuladores robóticos sob incertezas. Os estudos de simulação realizados para verificar o desempenho do sistema com os controladores projetados foram auxiliados pelo desenvolvimento de um simulador geral da dinâmica de manipuladores robóticos de elos rígidos seriais (para ambiente SIMULINK do MATLAB), que incorpora a modelagem de adição de massa à extremidade de um manipulador. Este simulador deu início a criação de uma biblioteca de robótica para ambiente SIMULINK.

Essa dissertação visa a elaboração e implementação de um controlador de seguimento de caminhos para robôs móveis com pernas. Esse controlador determina o movimento das articulações do robô em cada instante de tempo para que a trajetória do seu centro de gravidade fique próxima do caminho especificado por uma sequencia pré-definida de pontos (waypoints). O controlador de seguimento de caminho proposto foi primeiramente simulado no ambiente MATLAB/SIMULINK/SimMechanics e depois implementado em robôs reais com as seguintes morfologia 1) robô quadrúpede com esterçamento na articulação frontal, 2) robô quadrúpede com esterçamento nas articulações frontal e traseira, e 3) robô hexápode omnidirecional. Três servomotores são usados em cada uma das pernas desses robôs, os quais foram construídos usando o Bioloid Comprehensive Kit da empresa ROBOTIS. Em cada morfologia, o efeito dos parâmetros do controlador foi analisado através da geração de curvas de Pareto do erro acumulado de rastreamento pelo tempo gasto na execução da trajetória. A localização do robô foi determinada através de processamento de imagem de webcams posicionadas no teto do Laboratório de Máquinas Inteligentes (LMI) do ITA. Os testes com os robôs reais mostraram que o controlador proposto é aplicável nas três morfologia estudadas e que ele foi mais eficiente no caso do robô quadrúpede com esterçamento na articulação frontal.

En la presente tesis se realizó la integración de un sistema UAV con control autónomo en un equipo aéreo existente para agricultura de precisión, la cual forma parte del proyecto que viene realizando la Pontificia Universidad Católica del Perú y el Centro Internacional de la Papa “Agricultura de Precisión para la Producción de Cultivos de Seguridad Alimentaria y de Agro Exportación”. En primer lugar se presenta la aplicación del aeromodelismo en la agricultura de precisión, cuya función es la toma georeferenciada de imágenes para su posterior procesamiento. El proyecto antes indicado emplea control por radiofrecuencia que presenta algunos inconvenientes. Por lo que se hace necesaria la implementación de un sistema UAV con control autónomo. En el segundo capítulo, se presentan los conceptos generales así como la teoría aplicable a los vehículos aéreos no tripulados UAV con control autónomo como herramienta tecnológica orientada a la agricultura de precisión. En este contexto se realizó un estudio de los diferentes sistemas comerciales para la selección del más adecuado para el proyecto, concluyendo que el sistema ArduPilot Mega cumple con los objetivos trazados en ésta tesis. En el tercer capítulo, se abordan los temas de planteamiento y estudio de la implementación del sistema ArduPilot Mega, especificando y definiendo los requerimientos del sistema, sus características, así como la implementación del mismo incluyendo el montaje del hardware, la adecuación del software al sistema y la programación de los planes de vuelo. Finalmente, se desarrollan las pruebas y resultados del sistema integrado, obteniéndose que el sistema UAV con control autónomo: ArduPilot Mega cumple con las necesidades del proyecto, consecuentemente se constituye en una alternativa para el control de los aeromodelos aplicados en la agricultura de precisión, resolviendo los inconvenientes del control por radiofrecuencia. / Tesis