En esta tesis se distinguen los estados de evolución y niveles de actuación en el contexto de un ciclo de vida para el aprendizaje de Sistemas Autónomos de Robots (SAR). Sobre estas bases, resulta conveniente especificar mecanismos de aprendizaje por colaboración entre SARs, definiendo un ciclo de vida de aprendizaje que considere arquitecturas y modelos que caractericen al SAR y su actuación en el ambiente de operación, en particular SARs más evolucionados colaborando con SARs receptores menos evolucionados. Centrado en el mecanismo de aprendizaje especificado resulta conveniente estudiar experimentalmente la colaboración entre SARs, validando la tesis que éstos tienen un mejor comportamiento utilizando colaboración que cuando no la usan. / In this thesis we distinguish the stages of evolution and levels of action in the context of a learning life cycle for Autonomous Robots Systems (ARS). On this basis, it is advisable to specify learning mechanisms of collaboration among ARSs, defining a learning life cycle which considers architectures and models that characterize the ARS and its performance in the operating environment, including more advanced ARSs working with less evolved ARSs receptors. Focused on the specified learning mechanism it is experimentally convenient to study the collaboration among ARSs, validating the thesis that they have a better performance when using collaboration than when it is not used.

En los métodos planificadores de trayectorias basados en funciones potenciales, la utilización de las funciones armónicas tiene la importante propiedad de no presentar mínimos locales. Sin embargo, la creación de planificadores basados en estas funciones armónicas se ha encontrado con serias dificultades, sobre todo cuando el número de grados de libertad es elevado. Por este motivo, esta tesis realiza inicialmente un estudio de las propiedades más relevantes de dichas funciones armónicas; destacando aquellas que han sido la causa de su reducida aplicación en la generación de trayectorias. Al mismo tiempo, el resultado de este estudio sirve de base para la proposición de métodos compensatorios que permitan reducir las propiedades negativas de las funciones armónicas, como funciones potenciales aplicables a la generación de movimientos en robótica. Después se considera los métodos numéricos de cálculo de las funciones armónicas, así como el coste computacional de los mismos. Con el objetivo de reducir el tiempo de cálculo, esta tesis propone una discretización jerárquica y un método eficiente de etiquetado de celdas. Por su parte, dicha discretización jerárquica, se va realizando progresivamente mediante muestreo aleatorio y descomposición de celdas, lo que genera un escenario parcialmente conocido que, sin embargo, permitirá en cierto número de casos encontrar la trayectoria buscada. Por lo tanto, esta propuesta reduce drásticamente el número de puntos de cálculo y, por consiguiente, el tiempo de computación. La tesis completa la propuesta de un planificador combinando las técnicas de muestreo con el cálculo de funciones armónicas mediante un método de exploración aleatorio conducido (PHM), aplicado a un espacio de configuraciones discretizado jerárquicamente sobre el que se va recalculando la función armónica. De esta forma la exploración se guía hacia zonas más prometedoras, intentando obtener la solución por fases. / In methods based trajectories planners potential functions, the use of harmonic functions has the important property of not presenting local minima. However, the creation of planners based on these harmonic functions has met with serious difficulties, especially when the number of degrees of freedom is high. For this reason, this thesis makes an initial study of the properties most relevant of these harmonic functions, highlighting those that have been the cause of their limited application in the generation of trajectories. At the same time, the result of this study provides a basis for proposing compensatory methods to reduce the negative properties of harmonic functions as potential functions applicable to the generation of robotic movements. Then we consider numerical methods for calculating the harmonic functions and the computational cost of the same. In order to reduce computation time, this thesis proposes a hierarchical discretization and an efficient method of labeling cells. Meanwhile, this discretization hierarchical be made gradually by random sampling and decomposition of cells, generating a scene partially known, however, allow a number of cases in finding the trajectory sought. Therefore, this proposal drastically reduces the number of calculation points, and hence the computation time. The thesis, complete a proposed planner combining sampling techniques to the calculation of harmonic functions by a method of random exploration conducted (PHM), applied to a hierarchically discretized configuration space on which the harmonic function is recalculated. In this way the exploration is guided to more promising, trying to obtain the solution phases.

En el desarrollo de ésta Tesis, se realizó el diseño y simulación del sistema de control de un “robot móvil” utilizando herramientas de programación VHDL (Very high speed integrated circuit Hardware Description Language, lenguaje descriptivo de hardware para circuitos integrados de muy alta velocidad) Project Navigator de Xilinx y Max+Plus II de Altera; para realizar la síntesis, simulación e implementación en un dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array, arreglo de compuertas programables en campo). / In the development of this thesis it was made the design and simulation of the system of control of a “mobile robot” having used tools of programming VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language, descriptive language hardware integrated circuit for very high speed) Project Navigator Xilinx and Max+Plus II of Altera, soon to make the synthesis, simulation and implementation in a device FPGA (Field Programmable Gate Array, settling in field programmable gate).

El diseño, la construcción y el control de robots antropomórficos móviles es un desafío aún no resuelto en el ámbito de la robótica móvil. Los robots más avanzados en la actualidad no son capaces de caminar en dos pies de una forma comparable a los seres humanos: tienen problemas al caminar en superficies irregulares, gastan una gran cantidad de energía para desplazarse, caminan de una forma poco natural desde el punto de vista humano, no pueden correr, saltar, ni mucho menos, hacer algún tipo de acrobacia. Existe un compromiso entre la eficiencia energética y la versatilidad de los robots móviles que aún no ha sido resuelto. Clasificando los robots pasivos según su nivel de actuación se obtienen dos grupos de robots: los robots pasivos, que son eficientes energéticamente, pero muy poco versátiles, y los robots activos, que son versátiles, pero muy ineficientes energéticamente. La existencia de estas dos clases de robots con características complementarias dependiendo del enfoque utilizado en su diseño, plantea el desafío de encontrar una solución intermedia que combine las características positivas de ambos enfoques. Este trabajo de tesis propone el diseño de un robot semi-pasivo, consistente en un robot activo, que al momento de ser diseñado, considera las condiciones sobre sus parámetros que permiten la existencia de un ciclo de caminata pasiva. Para lograr el diseño y construcción de este robot semi-pasivo se propone una nueva clase de articulaciones de rigidez variable basadas en el principio de torcer cuerdas para obtener un desplazamiento lineal, simple en su construcción y que permite que la dinámica intrínseca del robot fluya naturalmente. La articulación propuesta es construida y validada, obteniendo buenos resultados según lo esperado para su aplicación en un robot bípedo semi-pasivo. También se propone una nueva metodología que permite encontrar las condiciones sobre los parámetros de un modelo arbitrario de robot de dinámica pasiva que permiten la existencia de un ciclo de caminata pasivo. Esta metodología implementa un proceso de búsqueda que permite encontrar subespacios estables en el espacio de parámetros (regiones con combinaciones de parámetros que producen ciclos de caminata estables) simulando la dinámica del robot para diferentes combinaciones de parámetros. Después de que se seleccionan aleatoriamente las condiciones iniciales, la dinámica del robot se modela paso a paso, verificando la existencia de ciclos de caminata en la sección de Poincaré. La metodología incluye la definición de un algoritmo de búsqueda para explorar el espacio de parámetros, un método para la partición del espacio en hipercubos y su manejo eficiente usando las estructuras de datos apropiadas, y el uso de las denominadas funciones de valor que cuantifican la factibilidad de los parámetros resultantes. La metodología es independiente del robot (puede ser usada con cualquier modelo de caminata de dinámica pasiva, sin importar su complejidad), y es robusta (los subespacios estables incorporan un indicador del margen de estabilidad que se encarga de las diferencias entre el modelo del robot y su realización física). Esta metodología es validada en el diseño de un robot semi-pasivo, el que en simulaciones mediante un software externo presenta un ciclo de caminata de dinámica pasiva según lo predicho por los resultados de la aplicación de la metodología.

Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2013-12-13T16:55:53Z No. of bitstreams: 1 RafaelPerrone-dissertacao-versaoCD.pdf: 7060582 bytes, checksum: 99be0604b9e41728d0c378ce61861d85 (MD5) / Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2013-12-13T16:56:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 RafaelPerrone-dissertacao-versaoCD.pdf: 7060582 bytes, checksum: 99be0604b9e41728d0c378ce61861d85 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-12-13T16:56:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RafaelPerrone-dissertacao-versaoCD.pdf: 7060582 bytes, checksum: 99be0604b9e41728d0c378ce61861d85 (MD5) / O uso de câmeras aumenta a flexibilidade dos robôs. A visão permite que sistemas robóticos móveis operem em locais de onde se tem pouco ou nenhum conhecimento prévio. Sua aplicação também pode aumentar a confiabilidade e precisão das tarefas robóticas. A realimentação de informações visuais para controlar ou estabilizar a postura de robôs, chamado de controle servo visual ou servovisão, é uma das técnicas de controle baseada em visão. Classifica-se a servovisão em dois grupos: baseada em imagem, que define o erro no espaço da imagem; baseada em posição, que usa informações visuais para fazer uma reconstrução 3D, com o erro definido no espaço Euclidiano. Este trabalho apresenta uma avaliação do desempenho do controle servo visual baseado em imagem aplicado a veículos aéreos multirrotores. A abordagem baseada em imagem elimina a necessidade de reconstrução tridimensional com alto custo computacional presente na técnica baseada em posição. Outra vantagem é a reduzida sensibilidade a erros de calibração da câmera e ruídos na imagem quando comparada à baseada em posição. A servovisão clássica usa apenas um controlador proporcional constante. Tal abordagem clássica confere simplicidade ao sistema, porém tende a apresentar um elevado sinal de controle nos instantes iniciais do movimento, quando o erro é relativamente grande. O objetivo fundamental do trabalho aqui descrito é analisar abordagens que melhorem o desempenho da servovisão clássica mantendo sua complexidade relativamente baixa. Avaliaram-se duas alternativas: ganho variável e filtro fuzzy. Para comparar os três controladores (clássico, ganho variável e filtro fuzzy) realizaram-se experimentos simulados em dois cenários: primeiro, usando um sistema cinemático completamente atuado com seis graus de liberdade, para verificar a influência do controlador isoladamente; depois, usando um modelo dinâmico de um quadrirrotor para verificar o comportamento em situações próximas da aplicação real. Tanto o ganho variável quanto o filtro fuzzy demonstraram ser capazes de solucionar, ou amenizar, parte dos problemas do controlador clássico. Por fim, validaram-se os algoritmos em um veículo aéreo não tripulado de quatro rotores — o quadrirrotor. Verificou-se que as duas abordagens avaliadas apresentaram menor esforço de controle durante os instantes iniciais, enquanto o tempo de acomodação foi, também, menor. O desempenho em regime apresentou menor oscilação da orientação do robô com o ganho variável e ainda menor com o filtro fuzzy quando comparados à abordagem clássica, indicando que os dois controladores alternativos conseguem reduzir os efeitos das propriedades dinâmicas do veículo.

Los Robots Modulares Reconfigurables son sistemas que han despertado un gran interés científico durante los últimos años. Ellos corresponden a un caso especial de Materia Programable, donde es posible cambiar la forma y función del sistema modular mediante, por ejemplo, la reconfiguración de sus partes. Los sistemas robóticos modulares están constituidos por diversas unidades capaces de obtener información autónomamente, procesándola de forma distribuida o centralizada. Algunas de las interrogantes fundamentales de esta área de investigación son cómo distribuir la información y toma de decisiones entre los distintos módulos o cómo contribuir, mediante procesamiento y actuación local, al comportamiento global del sistema robótico; entre otras. Si bien otros investigadores han desarrollado estrategias de control para generar comportamientos simples (locomoción unidireccional, formación de geometrías simples, auto reparación), no existen en la literatura métodos que permitan la generación automática de dichas reglas. Para esto, se desarrolló un simulador acoplado a distintos métodos de aprendizaje evolutivo para la síntesis de algoritmos de locomoción para robots modulares reconfigurables genéricos. Los métodos de aprendizaje empleados fueron Algoritmos Genéticos y NEAT (Neuro Evolution of Augmenting Topologies). De esta forma, con algoritmos genéticos se desarrollaron reglas de locomoción explícitas (similares a las disponibles en la literatura), mientras que con NEAT se desarrolló una novedosa propuesta, donde las reglas de locomoción están contenidas implícitamente en redes neuronales. Finalmente, se estudió el proceso de obtención de los algoritmos de locomoción y, posteriormente, se caracterizaron las distintas soluciones obtenidas ante la variación de distintos parámetros y escenarios de ensayo. El error asociado al aprendizaje con NEAT fue de 1.93%, mientras que con Algoritmos Genéticos se tuvo un error de 17.87%, de donde se tiene que el entrenamiento con NEAT es más repetible que con Algoritmos Genéticos. Sin embargo, los resultados finales obtenidos con Algoritmos Genéticos superaron a los obtenidos con NEAT en un 17.88%. Para mejorar el proceso de entrenamiento fue necesario acondicionar el simulador de forma tal que cada algoritmo de locomoción obtuviese siempre el mismo resultado, reduciendo la aleatoridad.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T03:21:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 247304.pdf: 5638476 bytes, checksum: 67fe310f60e50686f2074c2e5944dfd3 (MD5) / O presente trabalho aborda o retrofitting de manipuladores, através de uma proposta de modelo de referência para o desenvolvimento de controladores de robôs com arquitetura totalmente aberta. O enfoque principal é o desenvolvimento de um padrão de arquitetura funcional organizada em uma estrutura hierárquica, levando em consideração os requisitos e as tendências atuais para o desenvolvimento dessa modalidade de sistema. Esta dissertação pode ser dividida em três grandes etapas. A primeira, denominada de planejamento, estuda os requisitos, as definições e as categorias de controladores de arquitetura aberta e apresenta uma proposta de modelo de referência para o desenvolvimento de controladores de robôs. Na segunda etapa, nomeada de desenvolvimento, ocorre a criação integral de um controlador de robôs (i.e., do software, middleware, hardware e firmware) com arquitetura totalmente aberta. Baseando-se no modelo de referência proposto, enfatizando as tarefas de controle de posição e força. Por fim, apresenta-se a etapa de validação e experimentação, com a aplicação do controlador de robôs desenvolvido no manipulador industrial REIS Rv15 e a incorporação de um transdutor de força ao sistema. Assim, validando o retrofitting do manipulador com a implantação de uma estrutura de controle indireto de força. A concepção de controlador desenvolvida cumpriu os seguintes requisitos: alta capacidade de processamento, baixo custo, conectividade com outros sistemas, disponibilidade de acesso remoto, facilidade de manutenção, flexibilidade no desenvolvimento de algoritmos, integração com um computador pessoal e programação em alto nível. O estudo realizado neste trabalho agrega ao Laboratório de Robótica (LAR) o conhecimento integral da estrutura interna de um controlador de robôs com arquitetura aberta. Dessa forma, aumentando potencialmente as possibilidades de estudos na área da robótica, com um custo significativamente inferior as soluções disponíveis no mercado.

Fechamento de loops é um dos principais processos das estratégias de SLAM baseadas em grafos, usadas para estimar o erro de deslocamento acumulado à ser minimizado pela técnica. Neste sentido, boas correspondências de cenas permitem criar uma conexão entre dois nós do grafo que está sendo construído para representar o ambiente. Contudo, falsas correspondências podem levar essas estratégias a um estado irreversível de falsa representação do ambiente. Neste trabalho, um método robusto baseado em features que usa sequências de imagens para reconhecer áreas revisitadas é apresentado. Este método usa a abordagem de Bag-of-Words para reduzir efeitos de iluminação e uma ponderação TF-IDF para ressaltar as principais features que descrevem cada cena. Além disso, um algoritmo baseado na técnica de Mean Shift é usado sobre uma matriz de similaridade para identificar a possível trajetória seguida pelo robô e melhorar a detecção de fechamento de loop. O método apresentado foi testado em um ambiente aberto usando sequências de imagens coletadas com usando uma câmera de mão e um drone modelo Parrot ArDrone 2.0. / Loop closure recognition is one of the main processes of graph-based SLAM strategies, used to estimate the accumulated motion error to be minimized by the technique. Good scene correspondences allow to create constraints between two nodes in the graph that is currently being built to represent the environment that the robot is immersed. However, false correspondences can lead these strategies to an irreversible wrong environment representation. In this work, we present a robust feature-based loop closure approach that uses image sequence matching to recognize revisited areas. This approach uses Bag-of- Words to reduce the effects of lightning changes and a TF-IDF weighting to enhance the main features that describe each scene. Besides, an algorithm based on Mean Shift is used over a similarity matrix to identify the possible trajectory followed by the robot and improve the loop closure detection. Our method is tested in a GPS-denied outdoor environment using image sequences collected using a handheld camera and a Parrot ArDrone 2.0.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-09-29T04:09:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334518.pdf: 6696780 bytes, checksum: eabdf58430ae4a6f9f129f74db3b2a4f (MD5) Previous issue date: 2015 / Os tubos que compõem as paredes das caldeiras das usinas termelétricas sofrem perda de espessura por erosão e corrosão durante o seu funcionamento, motivo pelo qual a diminuição da espessura é avaliada periodicamente. A solução mais utilizada para aumentar a disponibilidade das usinas termelétricas é o revestimento por soldagem MIG/MAG das paredes das caldeiras com ligas metálicas mais resistentes ao desgaste. Os reparos são realizados no local ou previamente e, na maioria das vezes, de forma manual. A operação in loco apresenta problemas técnicos e econômicos, em virtude de difícil acesso, posições de soldagem desfavoráveis, retrabalho e consumo excessivo de material de deposição. Os ganhos obtidos com uma operação robotizada de soldagem são muitos, no entanto, os robôs convencionais não podem ser usados para esta tarefa em virtude da limitação do espaço para sua instalação nos andaimes montados no interior da caldeira. Já na operação em oficina existe o problema de falta de rigidez na base ao se instalar o robô sobre um trilho para aumentar seu espaço de trabalho. Neste projeto, um manipulador foi desenvolvido e construído, com a finalidade de revestir superfícies tubulares por soldagem. Ainda, foi desenvolvida uma metodologia para o revestimento de painéis tubulares em oficina, cujo objetivo é substituir grandes regiões afetadas da caldeira, bem como fabricar caldeiras mais resistentes ao desgaste. Para tornar a operação de revestimento dos painéis em oficina mais produtiva, e com melhor qualidade do que à realizada por soldadores, o manipulador específico apresenta quatro graus de liberdade em conjunto com um adequado procedimento de soldagem. Este procedimento engloba, além dos parâmetros de soldagem e de oscilação da tocha, uma técnica de resfriamento dos painéis, e um método que define a melhor sequência de soldagem, buscando assim, minimizar deformações térmicas nos tubos. Os resultados práticos da estratégia de revestimento de painéis, em laboratório e oficina, com aço inoxidável ER309L, no sentido vertical descendente, são apresentados com o objetivo de validar o equipamento, a metodologia e os procedimentos de soldagem desenvolvidos.<br> / Abstract : The tubes that compose the walls of boilers of power plants suffer thickness loss by erosion and corrosion during operation, being that the reason why the reduction of thickness is evaluated periodically. The solution most utilized to increase the availability of power plants is the gas metal arc welding (GMAW) cladding of the walls of the boilers with more wear resistant metal alloys. The repairs are done locally or at a shop and, in the majority of times, manually. The operation in loco presents technical and economic problems because of difficult access, unfavorable welding positions, rework and excessive consumption of deposition material.The gains obtained with a robotic welding operation are many, however, conventional robots cannot be used for this job due to limitation of space for installation in the mounted scaffolding in the boiler. Also, in the operation at the shop there is the problem of stiffness of the base when installing the robot on a rail to increase its workspace. In this project, a robot was developed and built with the purpose of cladding surfaces through deposition of weld material. Also, a methodology was developed for the cladding of panels, at the shop, with the goal of replacing large affected areas of the boiler, as well as to manufacture boilers that are more resistant to wear. This procedure includes, besides the welding parameters and torch oscillation, a cooling technique for panels and a method that defines the sequence of the best welding, thus seeking to minimize thermal deformations in the tubes. The practical results of the panel cladding strategy, in laboratory and workshop, with stainless steel ER309L, in descending vertically, are presented in order to validate the equipment, proposed methodology and developed welding procedures.

BATISTA, I. J. L. Modelo de navegação para robôs móveis baseado em redes de Petri coloridas. 2008. 85 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2008. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-04-04T15:54:49Z No. of bitstreams: 1 2008_dis_ijlbatista.pdf: 982015 bytes, checksum: 9bde11dfac7d6eb3bf8e7e9e24909bf6 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-04-05T19:13:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_dis_ijlbatista.pdf: 982015 bytes, checksum: 9bde11dfac7d6eb3bf8e7e9e24909bf6 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-05T19:13:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_dis_ijlbatista.pdf: 982015 bytes, checksum: 9bde11dfac7d6eb3bf8e7e9e24909bf6 (MD5) Previous issue date: 2008-01-30 / Systems of autonomous navigation must be able to define a sequence of actions to be taken bymobile robots endowed with a set of limited sensors, while exposed to an unknown environment and having to serve simultaneously a set of objectives previously specified. The scientific interest in the study of systems of navigation in unknown environment which are subject of serving to several objectives is motivated basically by its evident potential in industrial applications and by the fact of demanding the implementation of complex solutions strategies. This research presents the modeling of a navigation system for mobile robots through coloured Petri nets. The model presented here can simulate several situations, such as: the representation of the world around the robot, interaction with the environment, trajectory planning, robot location, battery analysis, as well as how to serve as a basis for implementation in a real mobile robot and optimization of the system. / Sistemas de navegação autônomos devem ser capazes de definir uma seqüência de ações a serem tomadas por robôs móveis, dotados de um conjunto limitado de sensores, quando expostos a um ambiente externo suposto desconhecido e tendo que atender simultaneamente a um elenco de objetivos previamente especificados. O interesse científico no estudo de sistemas de navegação em ambientes desconhecidos e sujeitos ao atendimento de múltiplos objetivos é motivado basicamente pelo seu evidente potencial em aplicações industriais e pelo fato de demandarem a implementação de estratégias de soluções complexas. Este trabalho apresenta a modelagem de um sistema de navegação para robôs moveis por meio de Redes de Petri Coloridas. O modelo apresentado consegue simular várias situações, tais como a representação do mundo em volta do robô, interação com o ambiente, planejamento de trajetória, localização do robô e análise das baterias, bem como servir de base para implementação em um robô móvel real e otimização do sistema.