A principal forma de transporte de petróleo e derivados, entre outras substâncias, são os dutos, e um dos processos críticos relacionados é a sua inspeção periódica, que é necessária e obrigatória, de alto custo devido à sua complexidade, e que na maioria das vezes são realizadas manualmente, em procedimentos demorados, pouco confiáveis e insalubres devido ao meio e aos riscos a que o trabalhador é exposto. Este trabalho tem o objetivo de testar diversas aplicações e situações de um sistema de inspeção de dutos robótico desenvolvido. O interesse de observação foi a praticidade e facilidade de montagem e desmontagem do equipamento sobre a tubulação, a agilidade dos graus de liberdade propostos para o sistema, a flexibilidade do equipamento para utilização de diferentes métodos de inspeção, a rapidez e confiabilidade dos resultados de inspeção por ultrassom para varredura de espessuras em busca de corrosão generalizada interna de uma tubulação e a capacidade de precisão e resolução desta inspeção por ultrassom. Para abordar estes pontos, foram realizados uma série de testes, inicialmente para verificação do bom funcionamento dos graus de liberdade do sistema, e posteriormente com métodos diferenciados de inspeção, como testes para medição geométrica externa de uma tubulação, testes com sistemas de ultrassom embarcado em laboratório e em campo com diferentes malhas de inspeção e com um ou múltiplos cabeçotes, e para diferentes tubulações e formatos de redução de espessuras de parede na tubulação. / The main way for transporting petroleum and substances alike is through ducts, and one of the most critic processes involved is the periodic inspection, wich is necessary and mandatory, with a high cost due to its complexity, and, in most cases, done manually in long time consuming procedures and with little reliability and high risk for the workers involved. This work is intended to test various situations of a robotic inspection system developed. The observation interest was the practicity and easiness of assembling and disassembling the equipment on the pipes, the agility of degrees of freedom proposed for the system, the flexibility of the equipment for the use in different methods of inspection, the quickness and reliability of the results by ultrasound for scanning different thicknesses of a duct in search of "generalized internal corrosion" and the level of precision and resolution of this ultrasound scan. To approach this topics, a series of test were conducted, at first to check if the degrees of freedom of the system were working as intended and afterwards with different methods of inspection, such as external geometric measurements of the pipes, tests with onboard ultrasound systems in lab and on the field with different inspection grades and with one or multiple ultrasound sensors, and for different kinds of pipes and thickness reduction shapes of the pipe's walls.

Magíster en Ciencias, Mención Computación / A lo largo de la historia, la humanidad se ha esforzado por desarrollar máquinas que faciliten la vida de las personas, frecuentemente concentrándose en producir máquinas autónomas que logren reemplazar a los humanos en tareas específicas. En dicho contexto, la Robótica es a menudo identificada como la disciplina que mejor simboliza el desarrollo de máquinas autónomas. En general, un robot autónomo debe exhibir al menos 3 capacidades: i) percepción de su entorno, ii) navegación y desplazamiento, e iii) interacción con su entorno. En particular, dentro de las formas interacción posibles, la manipulación de objetos es interesante, puesto que faculta al robot para modificar el ambiente de acuerdo con sus necesidades. Para que un robot pueda manipular un objeto es necesario definir una estrategia de agarre, es decir, un punto de agarre y una parametrización del efector que permita realizar el agarre según las restricciones de la tarea en ejecución. La generación de dichas estrategias es conocida como síntesis de agarres y durante la última década ha sido abordada principalmente mediante el uso de información sensorial, con el fin de identificar las características del objeto que permiten definir una estrategia de agarre adecuada. Esta tesis propone un descriptor local 3D original, denominado Directed Curvature Histograms (DCH), el cual describe la vecindad de un punto utilizando la forma en que varía la curvatura de la superficie en distintas direcciones. A diferencia de los enfoques basados en curvatura existentes en la literatura, DCH utiliza la dirección en la que varía la curvatura como un elemento significativo para la descripción de los datos. El presente trabajo también propone un método para la síntesis de agarres que utiliza DCH, combinando técnicas de aprendizaje no-supervisado y supervisado. Tal método difiere de los enfoques actuales puesto que basa sus hipótesis en el estudio del comportamiento humano en la manipulación de objetos, presentado por Feix et al. [1]. Además, el método propuesto saca provecho de la información sensorial 3D disponible, aprendiendo simultáneamente a identificar puntos de agarre adecuados, así como parametrizaciones apropiadas para manipular un objeto arbitrario. Los resultados experimentales muestran que DCH es capaz de reflejar las variaciones en la curvatura de una superficie, en diferentes direcciones. Tales resultados también muestran que la información suministrada por DCH permite que el método de síntesis de agarres propuesto pueda entrenar un clasificador (índice ROC igual a 0.961), con el objetivo de identificar los puntos de agarre y parametrizaciones adecuadas para manipular un objeto arbitrario. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por Proyecto FONDECYT 1140783

Nos últimos anos, observamos o alvorecer de uma grande quantidade de aplicações que utilizam robôs autônomos. Para que um robô seja considerado verdadeiramente autônomo, é primordial que ele possua a capacidade de aprender sobre o ambiente no qual opera. Métodos de SLAM (Localização e Mapeamento Simultâneos) constroem um mapa do ambiente por onde o robô trafega ao mesmo tempo em que estimam a trajetória correta do robô. No entanto, para obter um mapa completo do ambiente de forma autônoma é preciso guiar o robô por todo o ambiente, o que é feito no problema de exploração. Câmeras são sensores baratos que podem ser utilizadas para a construção de mapas 3D. Porém, o problema de exploração em mapas gerados por métodos de SLAM monocular, i.e. que extraem informações de uma única câmera, ainda é um problema em aberto, pois tais métodos geram mapas esparsos ou semi-densos, que são inadequados para navegação e exploração. Para tal situação, é necessário desenvolver métodos de exploração capazes de lidar com a limitação das câmeras e com a falta de informação nos mapas gerados por SLAMs monoculares. Propõe-se uma estratégia de exploração que utilize mapas volumétricos locais, gerados através das linhas de visão, permitindo que o robô navegue em segurança. Nestes mapas locais, são definidos objetivos que levem o robô a explorar o ambiente desviando de obstáculos. A abordagem proposta visa responder a questão fundamental em exploração: "Para onde ir?". Além disso, busca determinar corretamente quando o ambiente está suficientemente explorado e a exploração deve parar. A abordagem proposta é avaliada através de experimentos em um ambiente simples (i.e. apenas uma sala) e em um ambiente compostos por diversas salas. / In recent years, we have seen the dawn of a large number of applications that use autonomous robots. For a robot to be considered truly autonomous, it is primordial that it has the ability to learn about the environment in which it operates. SLAM (Simultaneous Location and Mapping) methods build a map of the environment while estimating the robot’s correct trajectory. However, to autonomously obtain a complete map of the environment, it is necessary to guide the robot throughout the environment, which is done in the exploration problem. Cameras are inexpensive sensors that can be used for building 3D maps. However, the exploration problem in maps generated by monocular SLAM methods (i.e. that extract information from a single camera) is still an open problem, since such methods generate sparse or semi-dense maps that are ill-suitable for navigation and exploration. For such a situation, it is necessary to develop exploration methods capable of dealing with the limitation of the cameras and the lack of information in the maps generated by monocular SLAMs. We proposes an exploration strategy that uses local volumetric maps, generated using the lines of sight, allowing the robot to safely navigate. In these local maps, objectives are defined to lead the robot to explore the environment while avoiding obstacles. The proposed approach aims to answer the fundamental question in exploration: "Where to go?". In addition, it seeks to determine correctly when the environment is sufficiently explored and the exploration must stop. The effectiveness of the proposed approach is evaluated in experiments on single and multi-room environments.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo simplificado dos membros inferiores de um robô bípede, composto basicamente por uma cintura, dois fêmures, duas tíbias e dois pés. A estrutura mecânica do modelo em questão, possui seis graus de liberdade e tem as dimensões aproximadas de um ser humano de estrutura mediana. Seu sistema de controle e de geração de trajetórias é desenvolvido utilizando funcionalidades disponíveis no Robot Operating System (ROS), porém ao contrário da maioria dos controladores existentes no ROS, este projeto propõe implementar um pacote contendo um controlador multivariável (multi-input, multi-output (MIMO)), utilizando a técnica de controle por torque calculado. Para a geração de trajetórias das pernas do robô, implementam-se três tipos diferentes de geração, a interpolação linear, cubica e de quinto grau. Para os testes de validação do sistema de controle e de geração de trajetórias utiliza-se o simulador Gazebo. / This work presents the development of a simplified model of a biped robot’s lower limbs, composed basically by the waist, two femurs, two tibia and two feet. The model’s mechanical structure has six degree of freedom and its dimensions are comparable to a human being’s body. Its control and trajectory generation systems are developed making use of some features available in the Robot Operation System (ROS) tool. However, contrary to most of the controllers offered by ROS, this project suggests the implementation of a new package, including a MIMO (multi-input multi-output) controller, making use of the calculated torque technique. As for the trajectory generation system, three different methodologies are applied of the interpolation: linear, cubic and polynomial quintic. To validate both control and trajectory generation systems, the Gazebo simulator is used.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_2272_TeseDoutoradoLuisEduardoMartinsdeLima.pdf: 3795836 bytes, checksum: 1f2a82cd5770c73db68423740b238b4e (MD5) Previous issue date: 2007-12-07 / Esta tese apresenta uma arquitetura de controle para um robô quadrúpede com 16 graus de liberdade (4 por perna), o Guará*. A proposta de desenvolvimento desta arquitetura visa estabelecer uma plataforma de estudo de problemas inerentes a robôs móveis quadrúpedes, tais como a geração de andaduras, o controle de movimentos complexos, a transposição de obstáculos e a implementação de reflexos de estabilidade. O desafio aqui enfrentado é dotar o robô de autonomia suficiente para processar, a bordo do mesmo, o controle da locomoção e estratégias de transposição de obstáculos, através do uso de uma arquitetura que permita uma interação eficaz do robô com o ambiente em que ele navega, com custo computacional reduzido. A arquitetura de controle proposta inclui o uso de comportamento reflexivo de estabilidade. A estrutura hierárquica desta arquitetura concentra o processamento da modelagem cinemática do robô e a tomada de decisão para definição dos movimentos a serem realizados (em uma locomoção livre ou com a presença de obstáculos) no nível mais alto de controle que é o supervisor, sendo utilizada uma rede de comunicação CAN (Controller Area Network) para a distribuição das informações a serem processadas nos níveis inferiores de controle (níveis coordenador e atuador). Para permitir a interação reativa do robô com o ambiente de navegação, objetivando a estabilidade de equilíbrio, o controle do Guará faz uso de um acelerômetro de dois eixos que fornece informações para controladores nebulosos processados do nível coordenador de controle. Esta configuração define reações contra inclinações indesejáveis da plataforma do Guará (mergulho e rolagem) geradas no decorrer da locomoção. O uso do controle hierárquico contribui para a robustez da arquitetura de controle, estabelecendo no nível mais alto de controle (nível supervisor) a flexibilidade para assumir tarefas distintas e complexas (modelagem cinemática e dinâmica, mapeamento do ambiente, dentre outras), enquanto nos níveis inferiores da hierarquia de controle concentram-se as tarefas que exigem respostas imediatas a estímulos externos ou estabilização de equilíbrio do robô. ∗ O nome Guará é inspirado na espécie quadrúpede canídea denominada popularmente Lobo Guará.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_2305_Tese Doutorado Renato de Sousa Damaso.pdf: 3317894 bytes, checksum: ee682e748773955194dfcd44780fb04e (MD5) Previous issue date: 2006-05-12 / Neste trabalho são investigadas estratégias para o controle de manipuladores, usando realimentação por visão, na realização da tarefa de aproximação e agarre de um objeto em seu entorno. Primordialmente, são tratadas estratégias que dispensem a necessidade de modelos prévios de correlação entre o espaço visual e o espaço motor. São apresentados e analisados resultados das implementações experimentais realizadas com um robô industrial e com um protótipo de manipulador. A principal contribuição desta tese de doutorado é a proposição de uma estratégia para a construção experimental e incremental do modelo visuo-motor para manipuladores realimentados por visão binocular, sendo necessário um número relativamente reduzido de experimentos. São propostas duas estruturas de dados para armazenar as informações estimadas, sendo uma endereçada pelo extremo operativo do manipulador e a outra pela posição do objeto. O modelo obtido é utilizado na coordenação do manipulador para a realização da tarefa de interesse. O arranjo é capaz de adaptar o modelo visuo-motor a mudanças no manipulador ou no sistema de visão, e de lembrar-se de informações inferidas em experimentos anteriores. O método de construção incremental do modelo visuo-motor é confrontado com um método de atualização iterativa do jacobiano. Ao final, são apresentados resultados destes dois métodos implementados na mesma plataforma experimental.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T17:22:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 82654.pdf: 2666397 bytes, checksum: 6f6e054cd0889eb5fc494eaa824440a2 (MD5) Previous issue date: 1991 / Este trabalho trata do problema de planejamento de trajetórias de manipuladores servo controlados, com ênfase no uso dos polinômios cúbicos de hermite para a geração da trajetória. Esta é formada pela justaposição de vários trechos, onde cada trecho tem a sua formulação dada por um polinômio de Hermite. Com base neste princípio vários tipos de trajetórias foram formulados, como as de três trechos, a de quatro trechos, a genérica. Uma outra aplicação deste tipo de formulação é a definição de trajetórias adaptativas, com possibilidade de redefinição do objetivo da trajetória em tempo real. Estas formulações são usadas na simulação de um manipulador articulado, dentro de uma célula de trabalho.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-09T03:04:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337448.pdf: 3498677 bytes, checksum: 97e277f0aa604ec567126cb8398c888c (MD5) Previous issue date: 2015 / Veículo subaquático autônomo (AUV, do inglês autonomous underwater vehicle) é uma classe de dispositivo robótico que se move sob a água, controlado pelo seu próprio sistema embarcado, acionado por um sistema de propulsão adequado e com fonte autônoma de energia. O Sistema de Controle de Missão (SCM) é o elemento do sistema embarcado de um veículo autônomo responsável em coordenar as ações realizadas pelos demais subsistemas, guiando o veículo durante todas as fases da missão, com base em um plano previamente elaborado e no comportamento discreto dos diversos componentes do veículo. Esta tese propõe uma arquitetura para o SCM baseado em dois componentes principais: uma estrutura de controle supervisório e um gerenciador de missão. O primeiro componente é baseado na Teoria de Controle Supervisório (TCS). A TCS é neste caso usada para a modelagem dos vários subsistemas e restrições relacionadas com a realização de missões de AUVs em ambientes não-estruturados, e para a síntese de supervisores responsáveis em garantir que especificações de segurança e operação sejam atendidas para qualquer missão do veículo. O segundo componente é responsável pela execução de um plano de missão, escolhendo a melhor sequência de eventos habilitada pelo controle supervisório segundo um critério de otimização baseado em algoritmos de planejamento e busca. Para validação da arquitetura proposta, o SCM é implementado empregando o ROS (robot operating system) com a estrutura de controle supervisório integrada mediante geração automática de código. O teste do SCM proposto é realizado em um ambiente para simulação do comportamento dinâmico contínuo e dirigido a eventos de todo o sistema embarcado de um AUV. Os resultados demonstram que o SCM proposto é capaz de garantir a realização de missões em ambientes não-estruturados, atendendo a critérios de segurança especificados pelos modelos formais da TCS. Ao mesmo tempo, o SCM permite o replanejamento de missões ao gerar um plano de missão alternativo possibilitando o tratamento de diversas situações não previstas no plano original. Além disso, a arquitetura proposta para o SCM combina ações deliberativas, que envolvem planejamento, com ações reativas sem necessidade de planejamento e com tempos de execuções relativamente pequenos.<br> / Abstract : Autonomous underwater vehicle (AUV) is a class of robotic device that moves beneath the water, it is controlled by its own embedded system, triggered by a suitable propulsion system and with an autonomous source of energy. The Mission Control System (MCS) is the element of the embedded system of an autonomous vehicle responsible for coordinating the actions conducted by several subsystems, driving the vehicle during all phases of the mission based on a previously elaborated plan and on the discrete behavior of the vehicle remaining components. This thesis proposes an MCS architecture based on two main components: a supervisory control structure and a mission manager. The supervisory structure is based on Supervisory Control Theory (SCT) and it is used for modelling the several subsystems and constraints related to the AUV missions in unstructured environments, as well as for the synthesis of supervisores responsible for ensuring that safety and operation specifications are met for any kind of vehicle mission. The second component, the mission manager, is responsabile for carrying out a mission plan, choosing the best sequence of events enabled by the supervisory control according to an optimization criterion based on planning and search algorithms. To validate the proposed architecture, the MCS is implemented using ROS (robot operating system) with the supervisory control models integrated through automatic code generation. The test of the MCS is performed in a simulation environment that emulates the whole AUV continous and event-driven dynamics. The results demonstrate that the proposed MCS is capable of performing missions in unstructured environments, meeting safety criteria specified by the formal models of the CST. In the meantime, the MCS allows the mission replanning by generating an alternative mission enabling the treatment of several situtations unforeseen in the original plan. Moreover, the proposed architecture for the MCS combines deliberative actions, related to planning, with reactive actions without planning and with relatively small execution times.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-09T03:10:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337443.pdf: 8928663 bytes, checksum: a2f8d703433ef22eb9652e65aba7d27a (MD5) Previous issue date: 2015 / A locomoção de robôs móveis apresenta desafios no controle da execução de trajetórias, principalmente quando o tipo de robô exibe não-holonomia, pois as restrições de movimento e atuação imprimem, entre outras, redução no conjunto factível de trajetórias. As principais soluções da literatura, aplicáveis e de desempenho comprovado, não apresentam uma forma automática para cálculo de parâmetros de controle que garantam requisitos de desempenho. Este trabalho desenvolve estruturas de locomoção compostas por controladores fuzzy baseados em modelos Takagi-Sugeno (TS-Fuzzy) que são capazes de representar o problema de rastreamento de trajetórias e solucioná-lo com qualidade equivalente às principais técnicas existentes e fornecem, ainda, capacidade de cálculo automático de ganhos que garantem requisitos de desempenho do sistema de controle, ou em caso de não haver solução, acusar inexistência de tais ganhos. Descreve-se uma solução completa de locomoção, composta pelos compensadores propostos e uma técnica de planejamento de locomoção capaz de gerar referências factíveis às limitações de Robôs Móveis Diferenciais (RMDs). Com esta solução foi possível a aplicação prática e a análise de desempenho das estruturas de controle descritas. Os desenvolvimentos teóricos são ilustrados através de aplicações experimentais e simuladas, baseadas na plataforma robótica Powerbot que representa um RMD de médio porte.<br> / Abstract : The challenges in locomotion control of non-holonomic mobile robots come from constraints related to sub actuation and trajectory feasibility. The main solutions found in the literature, with proved performance and applicability does not show an automatic method to compute control gains that guarantee global performance requirements. This work develops locomotion structures composed by Takagy-Sugeno fuzzy model based controllers. These structures are capable to represent and solve the trajectory-tracking problem with quality equivalent to the main existent techniques with the capability to compute the controller gains automatically, ensuring performance requirements to the compensator or even evince their absence in case of no solution. The document describes a full locomotion solution, composed by the developed controllers and a methodology of locomotion planning. The planning method is capable of generating feasible references over the locomotion and actuation constraints of the differential mobile robots (DMRs). This solution provides the practical application and performance analysis of the proposed control architectures. The theoretical achievements of this work are illustrated by experimental and simulated scenarios based on the Powerbot robotic platform, witch one represents a DMR of medium size.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-06-26T01:04:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 307711.pdf: 2294819 bytes, checksum: 5f5032af579c51b1d37580bf4b0aaf0c (MD5) / Em máquinas e equipamentos, podem ser encontrados vários casos em seus acionamentos onde a dependência apresentada entre o torque e a velocidade angular dos motores elétricos é um fator influente nos resultados obtidos. Na usinagem, esta dependência é uma das responsáveis, por exemplo, pela presença de vibrações nos processos de remoção de material. Na robótica, especificamente nos manipuladores seriais, este fator é um dos responsáveis pela geração de erros de trajetória de posição e força, devido à impossibilidade de se controlar a força e a velocidade de maneira independente. Assim, emerge a necessidade de um sistema que permita o controle independente do torque e da velocidade angular. Neste trabalho, propõe-se uma metodologia baseada no Método de Davies que permite analisar o comportamento cinetoestático de um mecanismo qualquer, determinando as características necessárias para atingir a um número de graus de liberdade adequado, obtendo o controle de forma independente do torque e da velocidade angular entregues pelo mecanismo, com relação ao comportamento dos seus atuadores. Esta metodologia foi avaliada mediante sua aplicação em estudos de caso, onde foram procurados mecanismos que, cumprindo com determinadas características, permitem obter a independência das variáveis de torque e velocidade angular. São apresentados neste trabalho, a fundamentação teórica para desenvolvimento dos modelos matemáticos e de mecanismos e uma comparação dos resultados teóricos (resultantes da aplicação da metodologia) da dependência das variáveis do sistema e do seu comportamento, com resultados obtidos mediante simulações feitas em software de prototipagem matemática. / In machinery and equipment, can be found several cases in their drives, where the presented dependency between the torque and the angular velocity of the electric motors is an influential factor in results obtained. In machining, this dependency is one of the responsible, for instance, for the presence of vibrations within the material process removal. In robotics, specifically in serial manipulators, this factor is responsible for the generation of error regarding the force trajectory, due to the inability to control force and angular velocity independently. Thus, the need for a system allowing independent control of the torque and angular velocity comes out as a problematic issue. In this paper, it is proposed a methodology based on Davies' Method that permit to analyze the kinetostatic behavior of any one mechanism, determining the necessary characteristics to achieve a number of degrees of freedom appropriate, gaining control independently of the torque and angular velocity delivered by the mechanism with respect to the conduct of its actuators. This methodology was evaluated through its application in studies case, where was looking for mechanisms, carried out with specific characteristics, in order to achieve the independence of torque and angular velocity variables. This paper sets forth the theoretical bases for the development of mathematical models and mechanisms, and a comparison of theoretical results (outcome from the application of the methodology) from a dependency of the system variables and their behavior, with results obtained from simulations on prototyping mathematics softwares.