Ingeniera Civil en Computación / La robótica es un área de estudio joven que presenta gran potencial de progreso. Esto incita a expertos de diversas áreas a contribuir en su desarrollo mediante proyectos de investigación y de ingeniería. En este escenario el estudiante Miguel Campusano y el profesor Johan Fabry, ambos integrantes del DCC de la Universidad de Chile, proponen un lenguaje de programación para robots denominado LRP. Este lenguaje es implementado en Pharo Smalltalk, un lenguaje de programación caracterizado por su fuerte orientación a objetos y su poderoso ambiente de desarrollo. Utilizar LRP con un robot determinado requiere una aplicación estilo puente escrita en Pharo, que sirva como interfaz de comunicación entre el lenguaje y el robot. Previo a la realización de este trabajo, sólo dos puentes habían sido implementados. Estos permitieron hacer de pruebas con algunos robots. No obstante, para nes investigativos es muy deseable utilizar el lenguaje LRP con tantos robots como sea posible. El AR.Drone 2.0, de la empresa Parrot, es un cuadricóptero eléctrico no tripulado, controlado remotamente y que cuenta con diversos sensores. Este robot es un excelente caso de prueba para LRP, dada su gran diferencia con los robots utilizados anteriormente. La solución presentada en este trabajo de memoria contempla la implementación de la infraes- tructura necesaria para hacer pruebas utilizando LRP con el AR.Drone y su validación mediante distintos programas de prueba implementados en LRP. Se ha creado una API capaz de comuni- carse con el drone y la aplicación tipo puente requerida. Ambas aplicaciones fueron escritas en Pharo. La API permite establecer una conexión con el drone, recibir los datos que publica y enviar comandos de control y con guración. El puente adapta una serie de métodos de la API y permite utilizarlos desde LRP. Provee además mecanismos intuitivos para que el desarrollador interactúe directamente con el drone durante una sesión de programación. La mayoría de las di cultades enfrentadas durante el desarrollo de la API se debieron a la indocumentación de características o requerimientos impuestos por el rmware del drone. Por otro lado, el desarrollo de esta he- rramienta permitió generar conocimiento técnico especí co sobre el AR.Drone, relevante para trabajos posteriores que utilicen este robot. Los programas de ejemplo creados en LRP evidenciaron que no todas las cualidades de la modalidad de programación en vivo pueden ser aprovechadas trabajando con un robot aéreo. Esto porque es difícil restringir límites para el movimiento del robot, por su limitado tiempo de autonomía y porque la interrupción de una sesión, producto de un choque por ejemplo, implica que el desarrollador deba suspender su trabajo para reposicionar y despegar el robot. Sin embargo, live programming permitió ajustar las variables asociadas a programas ya creados, lo que adquiere gran valor al momento de establecer distancias esperadas para el recorrido del robot. Finalmente, la sintaxis de LRP y sus diagramas de estado animados en vivo facilitaron enormemente el proceso de desarrollo.

Resumo: Este trabalho trata da geração e otimização de trajetórias de um manipulador robótico planar (2D) de três graus de liberdade, num ambiente livre de obstáculos. Visto que a cinemática inversa de braços robóticos é um problema complexo que, em geral, geram múltiplas soluções, otimizam-se, aqui, estas soluções através de algoritmos genéticos (AGs). A função de avaliação do AG tem caráter multi-objetivo, de forma a minimizar os deslocamentos angulares e obter de forma precisa a posição da garra, usando funções desenvolvidas para o ambiente Matlab, tais como, GAOT e PLANMANT, devido a sua facilidade de programação e geração de gráficos. A seguir, foram obtidos resultados através de programa desenvolvido em linguagem C, utilizando a biblioteca GAUL, e tem-se avaliado o desempenho computacional de processamento. E finalmente, para a validação experimental deste estudo, tem-se implementado este procedimento em um manipulador robótico Robix RCS-6 de configuração similar ao modelo simulado. Os resultados mostram que o método implementado é eficiente, computacionalmente rápido e viável em aplicações reais. / Abstract: This work treats of the generation and optimization of trajectories for a planar robotic manipulator (2D) of three degrees of freedom, in free environment obstacles. Since the inverse kinematics of robotic arms are a complex problem that, generally, generate multiple solutions, here are optimized these solutions through genetic algorithms (AGs). The evaluation function of the AG has multi-objective character which minimize the angular displacements and the positional errors, being used functions developed for the Matlab environment, such as, GAOT and PLANMANT, due its compliance of programming and graphics generation. Immediately, results were obtained through program developed in language C, using the GAUL library. The computational processing performance has been evaluated. And finally, for the experimental validation of this study, has been implemented this procedure in a robotic manipulator Robix RCS-6 of similar configuration to the simulated model. The results show that the implemented method is efficient, and computationally fast and viable in real applications. KEYWORDS: Robotic manipulator, Optimal trajectory, Inverse kinematics, Genetic algorithm. / Orientador: Victor Orlando Gamarra Rosado / Coorientador: Francisco José Grandinetti / Banca: Mauro Pedro Peres / Banca: Luiz Octavio Mattos dos Reis / Banca: José Rui Camargo / Banca: Carlos Alberto Chavez / Doutor

Orientador: Suely Cunha Amaro Mantovani / Banca: Nobuo Oki / Banca: Carlos Aurélio Faria da Rocha / Resumo: A proposta deste trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema de navegação de um robô móvel autônomo utilizando-se de técnicas da lógica fuzzy, aqui desenvolvida na linguagem de descrição de hardware, VHDL, e a sua implementação em uma placa DE2 do fabricante Altera, usando o software de desenvolvimento, Quartus II, do mesmo fabricante. O objetivo do sistema de navegação proposto é o de que o protótipo do robô caminhe sem colidir em nenhum obstáculo (ande para frente, para esquerda, para direita e pare) usando para comunicação externa com o ambiente, três sensores de distância localizados um em cada lado do robô e um na frente, atuando através dessas informações em dois motores de passo. Os resultados desta implementação obtidos em simulação são satisfatórios e foram comparados aos resultados obtidos como o mesmo processo no MATLAB. / Abstract: The purpose of this work is to develop a navigation system of an autonomous mobile robot using fuzzy logic techniques, developed here in the hardware description language, VHDL, and its implementation on a DE2 - Altera board manufacturer, using the software development Quartus II, from the same manufacturer. The navigation system proposed in this work aims that the prototype robot rides without bumping into any obstacles (goes forward, to the left, to the right and stop) using for communication with the external environment three distance sensors, located one on each side of the robot and one at the front and acting through these information in two stepper motors. Simulation results obtained in the implementation developed here are reasonable compared to the same process done in MATLAB. / Mestre

Orientador: Norian Marranghello / Coorientador: Humberto Ferasoli Filho / Banca: Teodiano Freire Bastos Filho / Banca: João Eduardo Machado Perea Martins / Resumo: A pesquisa em robótica móvel tem sido impulsionada pelo avanço tecnológico. Existem frentes de pesquisas que abordam diferentes aspectos e desafios da robótica móvel, dentre as quais estão tópicos como a locomoção, navegação e arquiteturas de controle. Esse crescimento em pesquisas também acarreta uma maior necessidade por bases móveis, em outras palavras, por plataformas de robôs móveis de propósitos gerais, destinadas à pesquisa e, também, para fins educacionais. Esta situação é aplicável ao Laboratório de Automação e Computação Evolutiva (LACE) do IBILCE, Campus da Unesp de São José do Rio Preto. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma plataforma de robô móvel de baixo custo e de arquitetura de hardware, software e controle aberta, para propósitos gerais. A plataforma almeja a facilitação e flexibilização do processo de desenvolvimento de aplicações robóticas e estudos por meio de uma interface de comunicação simplificada e pela abstração da heterogeneidade dos dispositivos periféricos de hardware. Esta plataforma é capaz de oferecer maior liberdade em relação às linguagens de programação, paradigmas de controle e ambientes de desenvolvimento de seu software de controle, se estendendo aos dispositivos tecnológicos de controle / Abstract: The research on mobile robots has been driven by technological advance. There are re-search fronts on different aspects and challenges of mobile robots, among which are top-ics such as locomotion, navigation and control architectures. This growth in research also leads a greater need for mobile bases, in other words, for mobile robot platforms for gen-eral purposes, destined for research and educational purposes. This situation is applica-ble to the Laboratory of Evolutionary Automation and Computation of IBILCE, Unesp Campus of São José do Rio Preto. This work presents the development of a low cost mobile robot platform with an open hardware, software and control architecture, intended for general purposes. The platform aims at facilitating and flexibilizing the development process of robotic applications and studies through a simplified communication interface and abstracting the heterogeneity of the peripheral hardware devices. This platform is able to offer greater freedom in relation to programming languages, control paradigms, development environments of its control software, extending to the technological control devices / Mestre

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um ambiente de estudos para Telereabilitação Robótica utilizando jogos cooperativos desenvolvidos com o ambiente de desenvolvimento Unity e comunicação via sockets baseados em TCP/IP. Para tanto, fez-se necessário a implementação de um programa de controle de comunicação, um jogo e um sistema robótico. A fim de estudar este ambiente, foram implementados três métodos de comunicação entre o sistema robótico e o jogo, de acordo com a literatura. Os métodos são: Controle Teleoperado Direto (PD Simétrico), Controle Teleoperado por Variáveis de Ondas e Controle Teleoperado através de Ambiente Virtual. Para realizar a avaliação destes métodos foram implementados quatro simulações de atraso de comunicação, onde os seguintes parâmetros foram avaliados: estabilidade das mensagens enviadas e recebidas, sincronismos dos motores do sistema robótico e seus parâmetros (torque e velocidade) e sincronismo do sistema robótico com o ambiente lúdico (jogo). As situações de atraso criadas foram de: 1 milissegundo, 300 milissegundos, 600 milissegundos e 900 milissegundos. Todos os métodos implementados se mostraram suscetíveis a altos índices de atraso (especialmente ao testarmos atrasos artificiais de 600 e 900 milissegundos). O método que apresentou menores falhas foi o de controle de variáveis de ondas. / This dissertation presents the development of an study environment for telerehabilitation robotics using cooperative games developed with Unity (Game Engine) and communication with sockets based on TCP/IP protocol. For this purpose, it was necessary to implement a control program of communication, one game and a robotic system. To study this environment, three methods of communication between the robotic system and the game according to the literature were implemented. These methods are: Direct Teleoperated Control (symmetrical PD), Teleoperated Control for Wave Variables and Teleoperated Control through Virtual Environment. In order to evaluate these methods were implemented four simulations delay of communication, where the following parameters were evaluated: stability of messages sent and received, timings of the motors of the robotic system and its parameters (torque and speed) and timing of the robotic system with playful environment (game). The delay simulations were created: 1 millisecond, 300 milliseconds, 600 milliseconds and 900 milliseconds. All implemented methods proved susceptible to high rates of delay (especially when we test artificial delays of 600 and 900 milliseconds). The method presented minor flaws was the Teleoperated Control for Wave Variables.

Los humanos y los animales han evolucionado desarrollando la capacidad de utilizar sus sentidos para sobrevivir. La fusión sensorial, que es uno de los pilares de esta evolución, se realiza de forma natural por animales y humanos para conseguir una mejor interacción con el entorno circundante. La emergencia de nuevos sensores, técnicas de procesamiento avanzado, y hardware de proceso mejorado, han hecho viable la fusión de muchos tipos de datos. Actualmente los sistemas de fusión sensorial se han utilizado de manera extensiva para el seguimiento de objetos, identificación automática, razonamiento, etc. Aparte de otras muchas áreas de aplicación (como la monitorización de sistemas complejos, el control automático de fabricación industrial...) las técnicas de fusión también se utilizan en el campo de la inteligencia artificial y la robótica. Esta tesis aporta el modelo FSR-BAY, para la fusión sensorial robótica. Este modelo tiene en cuenta algunos aspectos que desde nuestro punto de vista han sido tratados de manera secundaria por la mayoría de las arquitecturas de fusión actuales: la información incompleta e incierta, las capacidades de aprendizaje y el utilizar una representación homogénea de la información, independiente del nivel de fusión. También se proporcionan dos casos de estudio del modelo propuesto aplicado a un agente autónomo. El primer caso trata la fusión cooperativa de la información utilizando para fusionar información proveniente de varios sensores de un mismo tipo. El segundo caso fusiona de manera competitiva información tanto heterogénea como homogénea. / Throughout their evolution, both humans and animals have developed the capacity to use their senses to help them to survive. One of the pillars of this evolution; sensory fusion, is achieved naturally by animals and humans to obtain the best possible interaction with the surrounding environment. In the field of computers the emergence of new sensors, advanced processing techniques, and improved hardware have made possible the fusion of many different types of data. Nowadays, sensory fusion systems have been used extensively to follow objects, for automatic identification, reasoning, etc. Apart from the many other areas of application (such as the motorization of complex systems, the automatic control of industrial fabrication processes.) fusion techniques are also being used in the fields of artificial intelligence and robotics. This thesis presents the FSR-BAY model for robotic sensory fusion. This model takes into consideration certain aspects that in our opinion have been treated in a secondary manner by the majority of today's fusion architects: Incomplete and uncertain information learning capacities and the use of a homogeneous representation of the information, independent of the level of fusion. Two studies of the proposed model applied to an autonomous agent are also described. The first case deals with cooperative fusion of the information using various sensors of the same type to provide the information, and the second case describes the situation of competitive fusion when the information is provided both homogeneously and heterogeneously.

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Modelos baseados na teoria de Processos Decisórios de Markov (PDM) têm sido propostos para situações realistas a serem enfrentadas por robôs móveis aplicados a tarefas que envolvem navegação (vigilância, distribuição de mensagens, etc.). Entretanto, um aspecto crítico em problemas reais é a enorme dimensão do espaço de estados. Como praticamente todos os algoritmos de aprendizagem de controle ou planejamento que utilizam PDM são baseados em um mapeamento explícito entre estados e ações, tal situação normalmente força o uso de representações do espaço de estados compactas, para as quais não existem algoritmos de aprendizagem ou planejamento comprovadamente eficientes, ou mesmo convergentes nos casos mais gerais. O objetivo deste trabalho é a análise de mecanismos que permitam o planejamento online eficiente em robótica móvel, em situações realistas nas quais não é possível o uso de uma representação explícita dos estados devido à dimensão do espaço de estados. É considerada uma técnica de planejamento relatada na literatura conhecida como Amostragem Esparsa (AE). Esta técnica é baseada em amostragem esparsa de instâncias simuladas de um modelo do PDM que representa a interação do robô com o seu ambiente, e pode ser combinada ao uso de opções (macro-operadores) que correspondem a seqüências de ações primitivas. O uso de opções pode ser visto como uma melhoria ao desempenho do algoritmo de AE, pois em tarefas de aprendizagem, seu uso produz exploração mais efetiva do espaço de estados, o que acelera a convergência do aprendizado. Entretanto, o tempo de execução deste algoritmo é exponencial no nível de exploração e no número de amostras a serem gerados. Deste modo, este trabalho propõe uma melhoria para o algoritmo de AE, através da utilização de informações pré-processadas do ambiente a ser explorado. Tais informações são adquiridas a partir da execução do algoritmo de aprendizado por reforço Q-Leaning sobre uma discretização do espaço de estados deste ambiente.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de medição de perpendicularidade para ser integrado a uma ferramenta robótica de furação, aplicação de selante e inserção de prendedores e corrigir possíveis desvios angulares. Para o desenvolvimento deste sistema de medição foi proposta uma metodologia chamada DTW (Design To Weight) que visa guiar o projetista para a criação de peças com massas reduzidas. Este processo de desenvolvimento é aplicado no decorrer do trabalho e o projeto detalhado de cada peça e funcionalidade é apresentado, mostrando os benefícios do uso da metodologia DTW. Em seguida, um procedimento de calibração e validação é descrito e executado e finalmente os resultados das medições são comparados aos objetivos iniciais do projeto para poder avaliar se o sistema de medição proposto pode ser utilizado na ferramenta robótica em desenvolvimento.

Esta tese apresenta uma arquitetura distribuída para agentes autônomos do tipo móvel. As características dessa arquitetura são estudadas pela sua instanciação na forma de três agentes computacionais que possuem funcionalidades voltadas à exploração de "nichos". A metodologia utilizada para testar e validar a operacionalidade desses agentes é um ambiente simulado. A arquitetura é modelada em três níveis hierárquicos. O nível reativo é constituído por uma rede de agentes nelulosos. Essa rede é uma estrutura distribuída, que conecta agentes sensoriais a agentes motores e é capaz de controlar a locomoção de um agente em um ambiente desconhecido, utilizando um enfoque de Solução Distribuída de Problemas. O nível instintivo é formado por um conjunto de agentes interdependentes, que dispõem de um certo conhecimento. Esse conhecimento é expresso por regras de produção e corresponde a esquemas de comportamento estereotipados, que podem ser aplicados ao nível reativo de acordo com a situação do agente no ambiente. Esses esquemas de comportamento têm inspiração biológica. O nível cognitivo consiste simplesmente em um autômato comportamental, utilizado para gerenciar os objetivos globais do agente. As características da arquitetura são: baixo custo computacional, adaptação, distribuição, inspiração biológica, robustez, flexibilidade e utilização de esquemas de comportamento baseados em contexto. O fato da arquitetura incluir duas comunidades distintas de agentes computacionais - os níveis reativo e instintivo - permite que conceitos como competição, cooperação e conflito possam ser estudados dentro de um enfoque conceitual de Inteligência Artificial Distribuída. Finalmente, com essa arquitetura pode-se investigar questões ligadas à análise e à síntese de comportamentos em agentes autônomos.