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Um aspecto importante da interação humana é a atenção compartilhada. Ela é um processo de comunicação onde uma pessoa redireciona a sua atenção para um objeto ou evento e a outra pessoa ou pessoas seguem o seu olhar para o mesmo lugar. O processo é finalizado com a pessoa que segue a atenção realizando um apontamento sobre o objeto e um comentário sobre a situação. Esta habilidade importante é aprendida por nós durante o período da infância e hoje, alguns pesquisadores em robótica estão tentando desenvolver arquiteturas robóticas para aprender essa habilidade em robôs. Deste modo, o laboratório de aprendizado de robôs está trabalhando em uma arquitetura robótica para esse fim. Ela é composta por três módulos, percepção de estímulo, controle de consequência e emissão de resposta. Esta arquitetura robótica foi avaliada no controle de uma cabeça robótica e foi capaz de aprender a seguir o olhar e identificar alguns objetos. No entanto, todos esses módulos têm algumas limitações. A fim de ter uma melhor interação entre um robô e um humano e reduzir os efeitos das limitações, algumas melhorias foram desenvolvidas. Entre elas incluem um novo algoritmo de classificação das posições da cabeça através do histograma de gradiente orientado, inserir novas funcionalidades (definidas como reflexos) ao módulo de controle de consequência e novos algoritmos de aprendizado para selecionar a melhor ação. Todas as modificações realizadas reduziram as limitações e pode melhorar as interações entre um robô e um ser humano / One important aspect of human interaction is the shared attention. It is a communication process where one person redirect his or her attention to an object or event and the other person or people follow gaze to the same place. This process end with a pointing and a comment about the situation by the person that follows the attention. This important ability was learned by us during the childhood and some roboticist are trying to develop robotics architectures to learn this ability in robots. In this way, the Learning Lab Robotics has been working on a robotic architecture used with this proposed. It is composed by three modules, stimulus perception, consequence control and response emission. This robotic architecture was evaluated to control a robotic head and it was capable to learn to follow gaze and identify some objects. However, all of these modules have some limitations. In order to take a better interaction between a robot and a human and reduce the effects of limitations, some improvements were developed. They include a new head pose classification algorithm using histogram of oriented gradient, increase the capability of consequence control with new reflexes and new learning algorithms to select the best action. All modification reduce the limitations and it can improve the interactions between a robot and a human being

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Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major Automação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Dr. Eugénio da Costa Oliveira

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2015-07-08T14:11:15Z No. of bitstreams: 1 2014_JohnRobertMunozChavez.pdf: 2770568 bytes, checksum: ac9bc2e6f54c0a80db874126c197bc40 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2015-07-17T12:26:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_JohnRobertMunozChavez.pdf: 2770568 bytes, checksum: ac9bc2e6f54c0a80db874126c197bc40 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-17T12:26:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_JohnRobertMunozChavez.pdf: 2770568 bytes, checksum: ac9bc2e6f54c0a80db874126c197bc40 (MD5) / Na área da robótica móvel cada vez que um robô é posto a navegar em qualquer ambiente, torna-se necessário garantir a sua integridade física. Para evitar uma colisão providenciamse sensores cuja função é perceber o ambiente de trabalho a fim de estimar a posição dos obstáculos que possam surgir no seu caminho. Pensando nisso, foram desenvolvidas técnicas baseadas em metodologias reativas como a Zona Virtual Deformável (ZVD) que gera uma área de proteção ao redor do robô. O presente trabalho investiga a situação de um robô que possui a limitação de ter um sensor laser a frente, o que impede a percepção do obstáculo mesmo após tê-lo evitado, o que ainda pode por em risco a sua integridade. A partir daí propõem-se o desenvolvimento de um algoritmo para estimar a posição do obstáculo a frente do robô inclusive quando ele se encontra fora do alcance do sensor. Para realizar a estimativa da posição do osbtáculo, implementou-se o filtro de partículas integrado a uma ZVD, que vai se deformar pela interação do robô com o ambiente. A deformação da ZVD gera ações de controle para minimizar sempre a deformação, fazendo com que o robô evite a colisão. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In mobile robotics each time a robot is set to navigate in an environment, it is necessary to ensure their physical integrity. To avoid a collision with obstacles, sensors are employed to perceive the environment in order to estimate the position of the obstacles near the robot. Several techniques have been developed based on reactive methods such as Deformable Virtual Zone (DVZ) that generates a protective area around the robot. This work assumes that the robot has the limitation of having only one laser sensor forward, which prevents the perception of obstacle after it has been avoided, but can still be near the robot. Based on this assumption, an algorithm is proposed to estimate the position of obstacles detected ahead of the robot and to track them even when they are out of the sensor range. A particle filter is proposed to estimate the obstacle pose and it is integrated into a DVZ around the robot, which will be deformed according to the interaction of the robot with the environment. The deformation of the DVZ generates control actions that minimize deformation and help the robot to avoid the collision with detected obstacles.

Um aspecto importante da interação humana é a atenção compartilhada. Ela é um processo de comunicação onde uma pessoa redireciona a sua atenção para um objeto ou evento e a outra pessoa ou pessoas seguem o seu olhar para o mesmo lugar. O processo é finalizado com a pessoa que segue a atenção realizando um apontamento sobre o objeto e um comentário sobre a situação. Esta habilidade importante é aprendida por nós durante o período da infância e hoje, alguns pesquisadores em robótica estão tentando desenvolver arquiteturas robóticas para aprender essa habilidade em robôs. Deste modo, o laboratório de aprendizado de robôs está trabalhando em uma arquitetura robótica para esse fim. Ela é composta por três módulos, percepção de estímulo, controle de consequência e emissão de resposta. Esta arquitetura robótica foi avaliada no controle de uma cabeça robótica e foi capaz de aprender a seguir o olhar e identificar alguns objetos. No entanto, todos esses módulos têm algumas limitações. A fim de ter uma melhor interação entre um robô e um humano e reduzir os efeitos das limitações, algumas melhorias foram desenvolvidas. Entre elas incluem um novo algoritmo de classificação das posições da cabeça através do histograma de gradiente orientado, inserir novas funcionalidades (definidas como reflexos) ao módulo de controle de consequência e novos algoritmos de aprendizado para selecionar a melhor ação. Todas as modificações realizadas reduziram as limitações e pode melhorar as interações entre um robô e um ser humano / One important aspect of human interaction is the shared attention. It is a communication process where one person redirect his or her attention to an object or event and the other person or people follow gaze to the same place. This process end with a pointing and a comment about the situation by the person that follows the attention. This important ability was learned by us during the childhood and some roboticist are trying to develop robotics architectures to learn this ability in robots. In this way, the Learning Lab Robotics has been working on a robotic architecture used with this proposed. It is composed by three modules, stimulus perception, consequence control and response emission. This robotic architecture was evaluated to control a robotic head and it was capable to learn to follow gaze and identify some objects. However, all of these modules have some limitations. In order to take a better interaction between a robot and a human and reduce the effects of limitations, some improvements were developed. They include a new head pose classification algorithm using histogram of oriented gradient, increase the capability of consequence control with new reflexes and new learning algorithms to select the best action. All modification reduce the limitations and it can improve the interactions between a robot and a human being

Ingeniero Civil Mecánico / Un robot blando es una nueva clase de máquina que se caracteriza por estar conformado principalmente por materiales altamente deformables y blandos, como elastómeros. Estos robots pueden lograr tareas complejas mediante sistemas simples y de bajo costo. El presente trabajo de título consiste en el diseño y fabricación de un robot blando similar a un gusano y en la implementación de control de lazo cerrado sobre este, utilizando sensores blandos que otorgan sentido táctil. La motivación de este trabajo es producir resultados de interés científico, dado que no existen precedentes de esto en la literatura. El robot desarrollado se inspira en el cuerpo de los gusanos terrestres y cuenta con dos tipos de músculos de acción neumática: uno de deformación preferente radial (ubicados como cabeza y cola) y otro axial (entre estos dos), los cuales imitan un metámero (segmento muscular) de un gusano y permiten desarrollar un movimiento peristáltico en cavidades mediante una ejecución coordinada. Los actuadores radiales se hinchan anclándose a las paredes y el actuador axial desplaza el cuerpo del robot. El robot está conformado principalmente por resina de silicona altamente deformable. Se utiliza un diseño de sensor blando resistivo para medir deformación, compuesto de una matriz de silicona y canales internos rellenos de metal líquido. La deformación de los canales genera un cambio en la resistencia al variar la geometría del conductor. Estos sensores se ubican en el manto del actuador radial junto con una banda estriada, de esta forma, además de medir deformación, la localización de la presión en las estrías cierra rápidamente los canales al ocurrir contacto, alzando la señal del sensor. Se fabrica una serie de sensores y actuadores blandos mediante moldes impresos en 3D. Estas componentes son ensambladas y caracterizadas en diversos ensayos, demostrando que efectivamente existe un cambio perceptible en la señal del sensor cuando el actuador radial se expande y hace contacto con las paredes internas de una cavidad, luego, el uso de la derivada de la señal permite la toma de decisiones. Se propone, diseña e implementa un sistema de control para el robot, utilizando un Arduino UNO como controlador, el cual recibe la señal acondicionada de estos sensores a través de un circuito de amplificación, y manipula un arreglo de transistores para la activación de compresores y válvulas del circuito neumático. El algoritmo de movimiento se programa mediante la definición de estados y condiciones de transición basadas en el uso de la derivada promedio y el tiempo transcurrido. Finalmente, el sistema completo se ensambla y se realizan pruebas de concepto, demostrando que el robot puede trepar verticalmente en un tubo circular de diámetro variable bajo un mismo controlador, e incluso en cavidades abiertas (como planos divergentes) e irregulares.

Ingeniero Civil Mecánico / El informe que a continuación se presenta, expone las directrices que guiarán el trabajo de tesis: Análisis del comportamiento colectivo presentado por robots vibracionales . Este trabajo de título tiene por objeto realizar el estudio y modelamiento del comportamiento individual y colectivo presentado por una serie de robots vibracionales autónomos de geometría cúbica. Como punto inicial, se considera el diseño del cuerpo de los robots en el programa Solid- Works para su posterior construcción en las impresoras tridimensionales modelo MakerBot 2, disponibles en el laboratorio de fabricación digital (FABLAB). Motores vibradores de celular servirán como elemento motriz y pilas de reloj serán la fuente de energía de los robots. La primera etapa del proceso de modelamiento se realizará mediante el rastreo de los cubos utilizando la cámara Optitrack Trio , gracias a la cual será posible conocer las trayectorias y velocidades de los robots. Con estos datos, se obtendrá un modelo estadístico de la cinemática de los robots (trayectoria y velocidad) mediante el software Matlab . En paralelo, se desarrollará una simulación realista de los cubos utilizando la librería Open Dynamics Engine (ODE) perteneciente al lenguaje de programación C++. Esta simulación será validada al enfrentar los datos obtenidos con las mediciones realizadas a los robots por medio de la cámara Optitrack Trio . En una segunda etapa, se dotará a estos robots modulares de interacciones para determinar la infl uencia de las mismas en el comportamiento presentado por los robots. La determinación de patrones de ordenamiento, al igual que en la primera etapa, será determinada mediante el seguimiento obtenido mediante el software Motive perteneciente a la marca Optitrack . Tal como en la primera etapa, se implementarán simulaciones realistas de los robots y sus interacciones para luego realizar la validación pertinente. Finalmente, se procederá a formular un modelo estocástico del movimiento de estos robots que servirá como herramienta para futuras investigaciones dentro del campo de la robótica modular.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / El presente trabajo para optar al título de magíster en ciencias de la ingeniería, mención mecánica radica en el diseño, fabricación y caracterización de una población heterogénea de robot modulares blandos. Cada robot modular es capaz de realizar un movimiento único y que en conjunto logran realizar tareas más complejas y complicadas. Cada diseño posee una característica propia la cual logra que el comportamiento de cada robot modular blando sea completamente diferente a otro. Principalmente se utiliza una fibra idealmente no extensible para impedir o guiar la expansión en ciertas direcciones logrando que el robot tenga la capacidad de rotar, de inclinar, de deslizar o de expandir en una dirección o en dos direcciones. Todos los robot modulares son simulados en un software de elementos finitos y dinámica de fluido computacional con las propiedades de un material tipo hiperelástico y un material idealmente inextensible, los cuales son sometidos a un procedimiento de presurización y despresurización controlado para observar su comportamiento e.g. su desplazamiento, deslizamiento o rotación. La fabricación de cada robot modular es realizado utilizando el método llamado litografía blanda, el cual se usa un tipo de elastómero que dentro de sus características se destacan su gran capacidad expansiva y su resistencia a la rotura. Esta silicona es depositada en moldes generadas por impresión 3D con el método llamado modelado por deposición fundida el cual es un proceso de fabricación utilizado para el modelado de prototipos y la producción a pequeña escala. Se ha realizado una comparación entre los datos adquiridos mediante las simulaciones y los datos empíricos obtenidos en base a las pruebas hechas de presurizado y despresurizado. Se adquieren el error estándar del comportamiento controlado que presenta cada módulo mediante su desviación estándar dividida por la raíz cuadrada del número de repeticiones. En esta tesis se ha podido concluir que la población de robots modulares blandos presenta un gran potencial para ser utilizados en variadas áreas de la investigación, gracias a su versatilidad para lograr diferentes configuraciones en su sistema logrando así una amplia gama de movimientos.