Orientador: Alberto Elfes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-25T15:02:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Queiroz_LucianoRodriguesde_M.pdf: 9074459 bytes, checksum: 04a03bf32e9a4cafe3d766b90047bc0e (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: A falta de acessibilidade à educação avançada, caracterizada pelo distanciamento tecno-científico crescente entre os países desenvolvidos e em desenvolvimento, é um problema que vem sendo considerado por educadores e pesquisadores de várias áreas. Com o desenvolvimento da Informática e principalmente com o advento da Internet, abriram-se novas fronteiras para a educação a distância, cujos limites e possibilidades ainda não são plenamente conhecidos. Neste sentido, vários estudos estão sendo realizados no que diz respeito a criação e implantação de Laboratórios Virtuais de Pesquisa e Desenvolvimento. Tais laboratórios constituem-se em ferramentas que permitem a aproximação de grupos de pesquisa geograficamente dispersos, através de meios de comunicação de dados, sons e imagens, que promovem a integração de seus recursos computacionais e laboratoriais pela interoperabilidade de dados e aplicativos. Neste trabalho, é proposto e implementado o primeiro Laboratório Virtual do país. O laboratório é acessível pela Internet, e baseado em uma arquitetura cliente-servidor. incorporando naturalmente os conceitos de telepresença. A plataforma experimental é o robô Nomad 200, equipado com sensores de distância e uma câmera de vídeo. Dois modo, de telepresença permitem a utilização do sistema: telepresença básica, onde seqüência de comandos de movimentação do robô ou de processamento de imagens compõe a interface de operação; e telepresença avançada, onde tais seqüência são geradas automaticamente. de forma automática. Além do estudo prático com o robô, nesta tese são também abordados OS conceitos teóricos de educação a distância e laboratórios virtuais. Uma proposta de classificação de laboratórios Virtuais e uma análise dos vários Laboratórios existentes são, assim, apresentados; bem como várias sugestões de trabalhos futuros. / Abstract: The lack of accessibility to advanced education, characterized by the growing technological and scientific gap between industrialized and emergent countries, is a problem being increasingly considered by researchers of several areas. With the most recent developments in computer science and the Internet, new and unexplored frontiers have opened up for distance learning projects. Within these, an important of R & D Virtual Laboratories. Such laboratories constitute a class that bring together geographically distant research groups, through the integration of their laboratorial and computational resources. In this work we propose and implement the first Brazilian Robotics and Computer Vision Virtual Laboratory. It is accessible via the Internet, based on a client-server architecture, and naturally incorporates the concept of telepresence. The experimental platform is a Nomad 200 mobile robot, equipped with distance sensors and a video camera. Two telepresence modes coexist in this system. In the basic mode, operation is performed through manually-generated sequences of motion or image processing commands. In the adyanced mode, such sequences are automatically generated. Besides de practical implementation of the laboratory, this thesis also deals with the theoretical aspects of distance learning and virtual laboratories. A classification scheme for virtual laboratories is proposed, and several existing laboratories are analyzed and classified according to it Several suggestion for future work are presented at the end of the thesis. / Mestrado / Mestre em Ciência da Computação

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / En este trabajo se presenta un sistema de detección de objetos para robots móviles basado en la información visual entregada por las cámaras del robot y el estado de los encoders de cada articulación. Debido a la baja capacidad de procesamiento que poseen los computadores de este tipo de robots, no es posible utilizar técnicas clásicas de visión computacional para la detección de objetos. Por ésto, esta tesis propone un sistema de percepción alternativo, de bajo consumo computacional, de alto desempeño y robusto. El sistema desarrollado no sólo detecta objetos sino que también les calcula: la pose respecto al sistema de referencia del robot y el error de la medición dada por una matriz de covarianza. También identifica el objeto detectado en caso de tratarse de objetos repetidos en el entorno. El ambiente de trabajo es el fútbol robótico, por lo que los objetos de interés a detectar corresponden a: los arcos, las líneas de la cancha y sus respectivas intersecciones. Dado que éstos objetos poseen una geometría regular, los sistemas de percepción se basan en el ajuste de modelos de líneas rectas que luego son considerados posibles bordes de los objetos. Los puntos que conforman las líneas de borde son determinados a partir de la información de color para el caso de arcos, e información de altos gradiente de intensidad para el caso de las líneas. Luego una serie de reglas dispuestas en cascada determinan si los modelos encontrados corresponden a objetos en la imagen. La detección de objetos también hace uso de la información del estado de los encoders de los motores de cada articulación para eliminar falsos positivos y para calcular la pose de los objetos respecto al sistema de referencia del robot. Éste cálculo se realiza mediante técnicas de geometría proyectiva y hace uso de la información sobre el estado de la cámara, el cual está dado por una matriz homogénea calculada a partir de la información de los encoders. Dado que el estado de la cámara está sometido a condiciones de ruido e imperfecciones de fabricación del robot, se ha diseñado un sistema de calibración que mejora notablemente la exactitud del cálculo de la pose de los objetos detectados. Las detecciones son acompañadas de una matriz de covarianza generada a partir de funciones determinadas mediante análisis de información estadística. De esta forma las detecciones pueden ser utilizadas como observaciones directas para estimadores de estados basados en filtros de Kalman extendido (por ejemplo, el proceso de auto-localización). Con esta información el comportamiento del filtro de Kalman es más cercano a la realidad y menos susceptible a oscilaciones dadas por detecciones con poses ruidosas (como por ejemplo, cuando el objeto se encuentra a grandes distancias). Dado que los objetos líneas, esquinas y t-líneas son ambiguos, es decir, no se pueden identificar utilizando sólo información visual, se ha diseñado un sistema de identificación basado en la auto-localización del robot. El sistema funciona con una tasa de detección alta (93.8\% para el caso de los arcos) y funciona a una velocidad de aproximadamente 10 cuadros por segundo, lo cual satisface lo esperado. El sistema funciona en un robot móvil humanoide que posee un procesador AMD Geode de 500MHz y con 256MB de memoria RAM.

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Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / En este trabajo se propone un nuevo enfoque probabilístico para la búsqueda informada de objetos mediante robots. La metodología está basada en un marco bayesiano que usa convoluciones entre verosimilitudes de observación y máscaras de relación espacial para estimar el mapa de probabilidad de encontrar el objeto buscado. Por medio del uso de máscaras de relación espacial, relaciones espaciales complejas entre los objetos pueden ser definidas como sumas ponderadas de las relaciones espaciales básicas utilizando matrices de coocurrencia como pesos. La estrategia de búsqueda considera dos métodos distintos para seleccionar la ruta por donde debe navegar el robot que son el cálculo del campo de visión óptimo que cubre la mayor probabilidad de encontrar el objeto buscado, y el cálculo de un máximo global de la utilidad esperada sobre las regiones creadas sobre el mapa. Ambos métodos permiten obtener una nueva pose óptima a partir de la pose actual y la información del mapa de probabilidad del objeto buscado. El algoritmo de búsqueda es validado en un ambiente de oficina con cuatro clases de objetos ("monitor", "teclado", "cpu", y "router") y se consideraron cuatro relaciones espaciales básicas ( muy cerca , cerca , lejos , muy lejos ). Los experimentos combinan estadísticas sobre la coocurrencia de objetos y sobre la detección en ambientes reales, y las pruebas de búsqueda usan una herramienta de simulación realista en el que varias pruebas comparan once algoritmos de búsqueda de objetos. Las simulaciones se realizaron utilizando diferentes escalas de vista en la detección de objetos; es decir que se verifica como varia la detección del sensor (cámara) en diferentes rangos de distancias: 1.0 , 1.25 , 1.50 , 1.75 , 2.0 , 2.25 y 2.50 [mt], esto con el fin de analizar el efecto de la calidad de la detección (tanto la calidad de una cámara como la del algoritmo de detección) en la tasa de detección.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Ingeniero Civil Eléctrico / El objetivo de esta tesis es diseñar e implementar un sistema de modelamiento del entorno. Este debe recibir como entradas la morfología del terreno, imágenes segmentadas y el la pose del auto y generar en base a estas variables un modelo del entorno (\textit{Mapa Local)} que permita a otro módulo posterior la generación de trayectorias seguras para el vehículo. Este sistema corresponde al módulo \textit{Estimador Mapa Local} del proyecto \textit{Vehículo Autónomo} del AMTC. El diseño del sistema toma ideas de diversas fuentes, muchas de ellas de vehículos participantes del DARPA Grand Challenge 2005, ya que este desafío es muy similar al problema que se desea resolver. Se utilizan datos de segmentación visual y de sensores de rango, fusionando ambas fuentes de información para obtener un modelo del entorno, denominado \textit{Mapa Local}, más preciso y robusto que cualquiera de las dos entradas de manera independiente. Se comparan dos variantes de detecciones de obstáculos en base a las mediciones de sensores de rango. El primer método, denominado método de frecuencias, toma la información y calcula la energía en diferentes bandas de frecuencia e intenta estimar la navegabilidad del terreno en base a estos valores. El segundo método, de diferencias de altura, tiene un enfoque similar, sin embargo calcula la mayor diferencia de altura de un punto central con una vecindad de diferentes radios, luego se utilizan dichos valores de la misma manera que en el método anterior. En ambos casos se estudia el efecto de utilizar o no la información de la segmentación visual para complementar la caracterización. Tomando las características disponibles para cada método, se estima el costo de que el vehículo navegue por cada lugar del entorno, costos altos implican peligro, mientras que bajos indican zonas seguras para la navegación. Es justamente esta caracterización del entorno, en base a costos, la que se denomina \textit{Mapa Local}. Para probar las diferentes variantes del sistema se graban 4 diferentes bases de datos, correspondientes a mediciones realizadas por el vehículo mientras era conducido manualmente. Se diseñan medidas de desempeño para comparar el rendimiento de las variantes. Estas intentan reflejar la cantidad de eventos fatales (choques), eventos indeseados (paradas frente a detecciones falsas de obstáculos) y conducción normal, que el vehículo hubiera encontrado si fuese conducido por el sistema. Estas características se calculan para diferentes velocidades de conducción, por lo que para cada variante probada se tienen 4 curvas que caracterizan su desempeño. Al comparar los métodos propuestos se logra concluir que la información visual enriquece el \textit{Mapa Local} y logra un mejor desempeño, siempre y cuando se logre una fusión con bajos errores, en caso contrario esta información puede producir bajas de rendimiento. En cuanto a los métodos de detección de obstáculos, el método de diferencias de altura obtuvo una ligera ventaja en el desempeño, pero esta es muy poco significativa para seleccionar uno por sobre el otro.

Este trabalho versa sobre o projeto e implementação de um controlador de força/torque para um manipulador robótico industrial. Uma proposta de cunho prático, considerando-se as características da planta, foi implementada no manipulador industrial Puma 560 com um sensor de força/torque de seis eixos montado em seu pulso. Considerando-se a inacessibilidade do controle de posicionamento do Puma 560 e a não modificação do projeto original do robô, foi implementada uma malha externa de controle de força/torque sobreposta à malha interna de controle de posição do controlador original. Uma das contribuições deste trabalho foi o desenvolvimento de um simulador geral de manipuladores robóticos de elos seriais rígidos, no ambiente do MATLAB/SIMULINKâ. O simulador desenvolvido, por generalidade, difere dos simuladores usuais que utilizam MATLAB/SIMULINKâ, devido sua flexibilidade advinda da possibilidade de se simular qualquer manipulador dessa categoria e da facilidade de utilização devido à interface desenvolvida para o usuário. O mesmo foi amplamente usado neste trabalho, tanto para o projeto e sintonia dos ganhos do controlador externo de força/torque, quanto para simulações. Finalizando, o trabalho objetiva contribuir no esclarecimento de uma metodologia para aplicação destes controladores em manipuladores em contato com o "ambiente".

Las misiones espaciales actuales y futuras no se entienden sin la utilización de robots. Es dentro de este ámbito general en el que se plantea la presente Tesis Doctoral, con el propósito de proponer tecnologías para el control y guiado de robots en órbita que les permita desarrollar las misiones en las que están actualmente implicados y en las que, sin duda, estarán en un futuro próximo. Para la implementación y simulación de los distintos algoritmos y controladores propuestos se ha implementado un framework basado en ROS denominado OnOrbitROS. Este entorno extiende las capacidades de ROS para permitir la simulación de sistemas robóticos espaciales en órbita. Tras definir y validar esta herramienta se han realizado distintas aportaciones tanto para la planificación como para el control de robots espaciales en órbita. Estas aportaciones se han aplicado tanto a sencillos manipuladores en libre flotación como a complejos robots humanoides guiados empleando realimentación sensorial procedente de cámaras y sensores de fuerza. Así, se ha propuesto un algoritmo de planificación para robots en órbita capaz de generar de forma automática los movimientos que ha de describir un robot para alcanzar un determinado objetivo. Este algoritmo, basado en optimización, definirá las trayectorias de las articulaciones o del efector final del robot. Tras proponer este algoritmo se ha trabajado en la propuesta de controladores con el propósito de realizar el seguimiento de las trayectorias definidas. Se han propuesto nuevos controladores con distintas propiedades, aplicaciones y características dinámicas cuyos resultados avalan su aplicación en robots de estas características. Cabe destacar, por ejemplo, la definición de ontroladores basados en optimización, controladores con realimentación visual y fuerza, controladores basados en velocidad, fuerza o aceleración, etc. A lo largo de la Tesis se exponen cada uno de estos controladores, se describen sus características y aplicaciones, y se muestra su desempeño en la realización de tareas típicas desarrolladas por estos robots en órbita.

Ingeniero Civil Electricista / La presente Memoria de Título se centra en el diseño de una estrategia de control difuso, tipo Mamdani, para evasión de obstáculos presentes en ruta de un Vehículo terrestre Guiado Autónomamente (AGV, por sus siglas en inglés), y la consiguiente verificación del enfoque propuesto para el caso en que la operación del vehículo se simula a través de un modelo dinámico en ambiente MATLAB®- Simulink (el cuál a su vez emula un automóvil Volkswagen® modelo Tiguan, año 2010). Este trabajo se enmarca dentro de uno de los proyectos interdisciplinarios del área de Automatización y Robótica del Centro Avanzado de Tecnología para Minería, perteneciente a la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, que busca el desarrollo de un AGV capaz de operar en ambientes similares a los encontrados en faenas a rajo abierto de la minería. Con este fin, se estudia en detalle las variables dinámicas que definen el comportamiento de un móvil en el plano a través de un modelo tipo bicicleta , al cual se integran características propias del automóvil que se desea simular: retardos, zonas muertas y limitadores de pendientes propios de los actuadores del AGV. La incorporación de los elementos mencionados al modelo creado permiten lograr resultados satisfactorios, generando rutas coherentes en su comportamiento y llegando a un error cuadrático medio entre la velocidad real del vehículo y la adquirida por el modelo en simulación no superior a un 4,6%. Para la implementación de la estrategia difusa de control de evasión de obstáculos se establece un controlador supervisor de ruta, que permite guiar al vehículo en caso de no detectarse un obstáculo. Dicho controlador es capaz de garantizar que el vehículo se mantenga en su carril; mostrando un error de seguimiento que no supera los 50 [cm] y caracterizado por una longitud de oscilación de aproximadamente 500 [m] en un periodo de 1 minuto, a una velocidad constante de 30 [Km/h]. Por otra parte, para efectos de la detección de un obstáculo en ruta de colisión, se implementa una estrategia que caracteriza el área frente del vehículo en tres zonas (central y laterales), para con ello determinar la ruta ideal a seguir, considerando al obstáculo como una función de probabilidad Gaussiana bivaluada, de medias y desviación estándar conocidas. Finalmente se presenta el diseño e implementación definitivos para el controlador propuesto, el cual es capaz de evadir obstáculos en ruta de colisión, manipulando el ángulo del volante y la velocidad del vehículo. Los resultados obtenidos al aplicar la lógica difusa de tipo Mamdani fueron satisfactorios, al permitir la evasión de obstáculos con una probabilidad mayor al 99,9%. Todo esto inmerso en un efectivo protocolo de seguridad que garantiza que el AGV no colisionará con un vehículo antecesor que frene intempestivamente o con obstáculos imposibles de evadir. Junto con lo anterior se minimiza la probabilidad de vuelco o derrape del vehículo a través de una disminución de la aceleración lateral gracias a una reducción planificada de su velocidad longitudinal.

Ingeniera Civil Industrial / El presente trabajo tiene como objetivo diseñar una metodología que permita entregar una evaluación técnica y económica para la introducción de robótica en la industria Metalmecánica. El contar con esta metodología es importante para Indura S.A., quien integrará en su gama de productos la venta de robots soldadores, buscando cumplir con el modelo de negocios DELTA centrando los esfuerzos de marketing en satisfacer a sus clientes en las nuevas tecnologías entregadas al mercado. La metodología escogida para enfrentar el problema es realizar un análisis de introducción de robots soldadores en un cliente Indura, específicamente Bosca S.A., quien produce estufas a leña las cuales para ser armadas deben ser soldadas. Este análisis consistirá en realizar un estudio de su sistema productivo actual a través de la herramienta de Simulación Arena, de forma de buscar una solución más eficiente y que permita integrar el robot más eficientemente. Luego, buscar el layout para la solución robotizada, de acuerdo a las capacidades de espacio físico de Bosca. Finalmente realizar un estudio económico de esta solución y a partir de esto definir la metodología necesaria para el estudio. Como primera instancia para el estudio se caracterizó el sistema productivo actual de Bosca el cual consta de 1 línea de 11 puestos de trabajo, la cual trabaja secuencialmente desde el puesto 1 al 11. Luego se generó el modelo de simulación, y a partir de este se evaluaron distintos escenarios para el sistema productivo, encontrando los puntos críticos del proceso, llegando a la conclusión que la forma más eficiente de trabajar era dividir la línea en 4 líneas independientes de 3 puestos de trabajo cada una, logrando así un aumento de un 37,93% en la capacidad productiva. A partir de este proceso más eficiente, se definió la solución robotizada, donde la celda robótica sería el puesto 2 de cada línea de trabajo. Así gracias a la disminución de tiempos muertos del robot y a la mayor eficiencia de la solución se logró un aumento en el nivel productivo con respecto a la situación actual de un 44,73%. El coto mensual para Bosca de un soldador es de Ch$858.208 y el de un Robot es de Ch$725.312, de acuerdo a una amortización a 10 años. El costo de la inversión para la Solución Robótica propuesta es de US$633.000, de acuerdo a la evaluación económica realizada, sólo tomando en cuenta la variación en el costo de mano de obra por estufa, se concluye que la inversión es recuperada en un periodo de 5 años. El ingreso extra gracias a la disminución de los costos en mano de obra, es de US$849.500. Se concluye que para el caso de Bosca, la inversión de robotización de sus procesos se justifica económicamente, ya que el introducir este sistema logra minimizar el costo de mano de obra por unidad producida. Además se concluye que para un caso general en estudio es importante como primera paso determinar el factor de operación y el costo de mano de obra del caso en estudio, de forma de obtener el costo por metro lineal de soldadura, y detectar si es viable o no la introducción de robótica en ese caso. Si esta es viable entonces se seguirá con el estudio y se realizará la propuesta al cliente.

Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 19/12/2019. / Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / El objetivo principal del tema de memoria es la elaboración de un plan de negocios para la creación de un Centro de Robótica Educativa que llamaremos EduLAB. Este centro responde a un plan estratégico de posicionamiento, aumento de ingresos, ayudar a su expansión y sustentabilidad en el tiempo de Edustorm, empresa con 6 años de experiencia y pionera en la enseñanza de la robótica educativa en colegios de la región metropolitana. Para la ejecución de este plan de negocios se diseñó una metodología basada en Etapas y Aplicación del Modelo Canvas, incluyendo dos encuestas exploratorias de mercado, un plan de marketing estratégico, un modelo operacional, una estructura organizacional y una evaluación económica del proyecto. Se realizó una evaluación de proyecto calculado a 5 años con una TIR del 23% y una inversión inicial de $ 48 millones, donde se obtiene que el proyecto es rentable y atractivo, con una recuperación de la inversión desde el cuarto año, tomando los resguardos frente a riesgos inherentes, los que incluyen la sensibilidad frente a las variables de costo y precio de los servicios y productos. A partir del Análisis de Mercado desarrollado, es posible inferir que el perfil de clientes denominado Geek, que tiene afición por la tecnología y la computación, es el segmento objetivo a abordar estimado en cerca de 112.676 personas dentro de la Región Metropolitana y por otro lado se puede observar que el mercado de la robótica educativa en Chile es aún incipiente, con pocos competidores maduros. Todo esto nos permite concluir que estamos en presencia de un negocio de rentabilidad media y estable en el tiempo. Para la sustentabilidad del negocio se sugiere tener una representación de uno o más fabricantes de kits de robótica, que permita establecer una barrera de entrada ante futuros competidores y se recomienda la postulación del proyecto a un fondo concursable estatal, de tal manera de obtener un subsidio por innovación educacional. Finalmente el presente proyecto entregará las bases para implementar el modelo de negocios de un Centro de Robótica Educativa que permitirá a Edustorm llevarlo a la práctica para aumentar las oportunidades como empresa de nicho y con ello en un mediano y largo plazo aumentar sus rendimientos y aporte en el ámbito educacional chileno.