Tese de Mestrado Integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Automação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Tese de mestr.. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1999

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Professor Doutor Fernando Manuel Ferreira Lobo Pereira e do Engenheiro João Tasso de Figueiredo Borges de Sousa

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 Professor Fernando Manuel Ferreira Lobo Pereira

En la actualidad, existe gran cantidad de contaminación en las playas del litoral peruano y las hay de varios tipos, tales como residuos orgánicos, plásticos, metálicos, desmonte y dañinos como residuos hospitalarios. Esto se genera debido a la poca cantidad de contenedores adecuados para los residuos mencionados; lo cual causa la poca afluencia de visitantes y la reducción de flora y fauna en el litoral peruano. Para solucionar este problema, este proyecto plantea el diseño de un robot autónomo de recolección de residuos en playas de arena para un área de 100m x 40m. Previamente a la limpieza, el encargado de la recolección debe asignar una etiqueta al robot, y delimitar el área de trabajo a través de la interfaz de usuario; de esta forma, el microcomputador del robot puede generar una ruta ideal. Para su navegación autónoma, el robot debe obtener, en tiempo real, imágenes de su camino frontal y así identificar posibles obstáculos en su camino. La captación de residuos se puede dividir en cuatro etapas, la primera es la recolección de residuos más arena utilizando el tambor rotativo frontal; la segunda es la filtración de arena de los residuos utilizando un motor de vibración montado debajo de un recipiente perforado; la tercera es el transporte desde el recipiente hacia el depósito de almacenamiento utilizando un solo cangilón instalado sobre 2 ejes con cadenas y sprockets impulsados por un motorreductor DC; finalmente, la cuarta etapa es el almacenamiento y liberación de los residuos en el depósito utilizando una tolva que posee celdas de carga y una cámara para monitorear el peso y nivel; además, una compuerta inferior impulsada por un cilindro eléctrico DC. La energía del robot es proporcionada por un banco de baterías del tipo Li-Po. La autonomía energética de este banco debe ser mayor a una hora, funcionando con una velocidad lineal de 0.5m/s. Por otro lado, debe ser posible la recarga del banco mediante un pad de carga magnético.

En el presente trabajo de investigación se plantea diseñar un sistema robótico autónomo cuya función principal es la de orientar a pacientes de hospitales a sus respectivas salas de atención, ya sea brindando información del camino que debe seguir el usuario, o moviéndose para servir como guía. El uso del robot busca también, evitar el contagio de enfermedades que se producen por el contacto cercano entre personas. Para lograr el objetivo del proyecto se tuvo que definir los requerimientos del sistema, realizar una búsqueda del estado de la tecnología para reconocer los componentes utilizados por sistemas robóticos autónomos, esquematizar las funciones del sistema, proponer tres conceptos de solución y, mediante un análisis técnico-económico, elegir el mejor concepto para obtener una solución óptima. En el diseño del robot se tomó en cuenta las características que se deben incluir en un robot social, como la implementación de un rostro que incremente en los usuarios la confianza para interactuar con la máquina, y la tecnología necesaria para el movimiento autónomo del robot en ambientes con la presencia de personas y objetos.

Las investigaciones realizadas en los últimos años en el campo de los sistemas de transporte inteligente (ITS) en sistemas de asistencia a la conducción (ADAS), infraestructuras inteligentes y conducción autónoma de vehículos han impulsado de manera decisiva la implantación de sistemas inteligentes en el transporte por carretera. Gracias a las investigaciones realizadas por diversos grupos y proyectos a nivel mundial, así como al desarrollo tecnológico de los últimos años, es posible encontrar en la actualidad vehículos más seguros y confortables. Son muchas las aplicaciones que se han implementado en vehículos comerciales. Cabe citar los sistemas de antibloqueo de frenos (ABS), control de crucero (CC), ayudas para el aparcamiento o el control de estabilidad (ESC), entre otras. No es utópico pensar que en un futuro cercano los vehículos autónomos estarán conviviendo con los vehículos convencionales, comunicándose e interactuando entre ellos. En esta tesis se presenta el desarrollo de diferentes sistemas de control para vehículos autónomos que permiten gestionar maniobras individuales y cooperativas en diferentes escenarios urbanos y en autovías. Primero se describen las contribuciones hechas en el control lateral y longitudinal, utilizando tanto técnicas de control clásico como técnicas de inteligencia artificial, fundamentalmente control borroso y neuro-borroso. En una segunda parte del trabajo se describen una serie de experimentos que validan los sistemas de control propuestos. Por ese motivo se han considerado las diferentes plataformas de pruebas con las que cuenta el programa AUTOPÍA. Conjuntamente, estudios realizados en el estado de la técnica, así como el manejo de entornos virtuales, han permitido validar los resultados presentados en esta tesis. Los cuales, en su totalidad han sido probados en vehículos reales en pista de pruebas dedicadas, así como en carreteras reales. Esta arquitectura de control para vehículos autónomos busca ser independiente de los vehículos y de los escenarios utilizados. En este sentido se han utilizado vehículos eléctricos e impulsados a gasolina para entornos urbanos, esto es: segmentos rectos y curvos, calles con doble sentido, rotondas, salidas de calles bloqueadas y comunicaciones con la infraestructura y entre vehículos. Por otra parte, se presentan experimentos a mayor velocidad, usando vehículos de propulsión a gasolina, donde se han ajustado los controladores borrosos que primero fueron probados a bajas velocidades. Gracias a estas aportaciones, el equipo AUTOPÍA ha podido participar en la primera competición de vehículos autónomos a nivel europeo: el GCDC 2011. Entre las principales contribuciones de esta tesis destaca el sistema de control lateral en cascada para vehículos autónomos, el cual permite trasladar de forma más eficiente el conocimiento humano a la conducción en entornos urbanos. Además, este sistema de control es de fácil sintonía, siendo extrapolable a todo tipo de maniobras, como la marcha atrás y las rotondas. Por otro lado, el control longitudinal neuro-borroso permite mejorar los resultados obtenidos utilizando controladores clásicos y borrosos, gracias a la introducción de nuevas variables de control y el conocimiento de conductores expertos.

The presented work focuses on the theoretical and practical aspects concerning the design and development of a formal method to build a mission control system for autonomous underwater vehicles bringing systematic design principles for the formal description of missions using Petri nets. The proposed methodology compounds Petri net building blocks within it to de_ne a mission plan for which it is proved that formal properties, such as reachability and reusability, hold as long as these same properties are also guaranteed by each Petri net building block. To simplify the de_nition of these Petri net blocks as well as their composition, a high level language called Mission Control Language has been developed. Moreover, a methodology to ensure coordination constraints for teams of multiple robots as well as the de_nition of an interface between the proposed system and an on-board planner able to plan/replan sequences of prede_ned mission plans is included as well. Results of experiments with several real underwater vehicles and simulations involving an autonomous surface craft and an autonomous underwater vehicles are presented to show the system's capabilities. / El treball presentat en aquesta tesi està centrat en el disseny i desenvolupament d'un mètode formal per a construir un sistema de control de missió per a vehicles submarins autònoms, que aporta principis sistemàtics de disseny per a la descripció formal de missions. La metodologia proposada parteix d'uns blocs elementals de construcció, descrits mitjançant xarxes de Petri. La composició d'aquests blocs entre si genera un pla de missió per el qual diverses propietats, com ara accessibilitat o reutilització, són garantides sempre i quan aquestes mateixes propietats siguin també garantides per a cada un dels blocs elementals de construcció. Per simplificar la definició d'aquests blocs, així com per simplificar-ne la seva composició, s'ha desenvolupat un llenguatge d'alt nivell anomenat Mission Control Language. A més, s'ha inclòs una metodologia per assegurar la coordinació de restriccions entre equips de múltiples robots. També s'ha establert una interfície entre el sistema proposat i un planificador a bord del vehicle capaç de planificar/replanificar seqü_encies de plans de missió prèviament definits. Per tal de demostrar les capacitats del sistema, s'han presentat resultats d'experiments amb diversos vehicles submarins reals, així com simulacions amb vehicles autònoms submarins i en superfície.

In the context of the financial crisis of the last years,a centralizing tendency has grown, leaving asidethe attribution of powers to Regional Governments. The margin of the economic intervention of those entities has been reduced to the management and  implementation of the solutions previously developed and imposed by the Central Government.In this article, the outstanding author presents us a legal analysis, on the basis of the Italian case, as to whether it is reasonable to chase social-economic development, excluding the system of local self-governments, or relegating them to a purely passive role. / En el contexto de la crisis financiera de los últimosaños, se ha dado una tendencia centralizadora queha dejado de lado la atribución de potestades a losGobiernos Regionales. El margen de intervencióneconómica de dichas entidades se ha visto reducido a la gestión y ejecución de soluciones desarrolladas e impuestas por el Gobierno Central.En este artículo, la destacada autora nos plantea un análisis jurídico, tomando como base el caso italiano, respecto a si es que es razonable perseguir el crecimiento económico-social, excluyendo el sistema de los gobiernos autónomos, o relegándolos a un rol meramente pasivo.

En la actualidad existen varias marcas de robots limpiadores en el mercado, sin embargo, estos robots no realizan su misión de forma eficiente, debido a que presentan errores sistemáticos al momento de desplazarse en un ambiente requerido, por lo que no logran limpiar adecuadamente la suciedad. Se realizó un estudio de los motivos por los cuales los robots actuales presentan problemas y se determinó que los algoritmos de control que usan para desplazarse sobre una habitación no son del todo eficientes, por lo que es necesario plantear otros algoritmos que complementen y así se puedan disminuir los errores. La presente tesis es desarrollada con el objetivo de diseñar un robot de limpieza que sea capaz de desplazarse de forma autónoma sobre todos los espacios de una habitación y limpie de forma eficiente todas las partículas de suciedad presentes en el interior de dicha habitación. Asimismo, se propone el uso de un algoritmo de Aprendizaje de Máquina a través del entrenamiento de una Red Neuronal Convolucional que le permite al robot aprender a reconocer objetos y partes de la habitación para que en su recorrido de limpieza se pueda guiar y le sirva como retroalimentación en su propósito de localizarse. En el documento se detalla el diseño mecatrónico del robot limpiador describiendo los componentes mecánicos y de desplazamiento del robot; los sensores, actuadores y circuitos de alimentación de energía; así como la arquitectura de control y diagramas de flujo de los algoritmos involucrados. Con el objetivo de validar el funcionamiento del diseño de robot planteado, se realizaron simulaciones computacionales del recorrido y limpieza de un robot dentro de una habitación requerida. Con los resultados obtenidos se concluye que es posible mejorar el desempeño de los robots actuales a través del uso de algoritmos de Inteligencia Artificial que le permiten al robot ir aprendiendo a reconocer objetos a lo largo de su desplazamiento. Finalmente, el robot propuesto tiene un costo estimado del sistema mecánico y electrónico de S/. 5’610 y un costo de diseño de S/. 5’625 para el proyecto, teniendo en cuenta que el costo de diseño va a disminuir conforme el robot sea fabricado en grandes volúmenes de producción.