DECAT - Departamento de Controle e Automação
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Item Desenvolvimentos e aplicações de dispositivos robóticos em ambientes de mineração : proposta de sistema de vedação para o EspeleoRobô II e ferramenta de remoção de cobertura de borracha para emenda de correias.(2021) Barros, Luiz Guilherme Dias de; Freitas, Gustavo Medeiros; Pritzelwitz, Philip von; Freitas, Gustavo Medeiros; Pritzelwitz, Philip von; Pessin, Gustavo; Becker, MarceloCom o aumento da demanda por segurança nas operações e com a ascensão da robótica imposta pela terceira revolução industrial, os dispositivos robóticos passaram a ser mais comumente empregados para tarefas com riscos expressivos ao trabalhador ou em locais onde a precisão do processo é uma exigência. Na mineração especificamente, dispositivos robóticos móveis têm sido utilizados cada vez com uma maior frequência para inspeção de ativos e locais de difícil acesso e/ou espaços confinados. Em outra frente, a Vale também emprega robôs manipuladores fixos em tarefas como lavagem de caminhões fora de estrada, movimentação de amostras em laboratório, solda de vagões, dentre outros. Estas tarefas contêm particularidades de processo ou esforço elevado para serem realizadas por humanos. Esta dissertação trabalha com as duas frentes citadas, e em uma delas apresenta o desenvolvimento do projeto de vedação de um dispositivo robótico móvel, denominado EspeleoRobô II, a partir da versão I desse mesmo robô, para implementação de um sistema de vedação que permitisse inspeções em locais parcialmente alagados e/ou com lama. Foram realizados testes de campo, que validam a metodologia de vedação proposta e infere ao robô um grau de proteção IP-67. A outra frente apresenta um estudo inicial para implementação de um sistema automatizado para preparação de emenda de correias, especificamente na etapa de remoção da cobertura de borracha da correia, onde uma ferramenta rotativa acoplada a um braço manipulador e posicionada ao lado do transportador realiza a tarefa de corte. Atualmente este processo é manual e expõe o trabalhador a diversos riscos como utilização de materiais cortantes e condições ergonômicas adversas. Para validar a proposta, foi desenvolvida uma bancada de testes instrumentada que simula a tarefa de corte para estimativa dos esforços envolvidos no processo de corte automático. Os resultados apresentados até o momento validam a ferramenta como possível solução aplicável no processo.Item Planejamento de caminhos para robôs móveis em ambientes acidentados.(2019) Santos, Alexandre Souza; Freitas, Gustavo Medeiros; Freitas, Gustavo Medeiros; Alves Neto, Armando; Araujo Neto, Wolmar; Pessin, GustavoA equipe de Espeleologia da Vale possui uma plataforma robótica, o EspeleoRobô, capaz de se locomover em terrenos acidentados e realizar a inspeção e mapeamento de cavidades naturais. Por se tratar de um dispositivo teleoperado, sua operacionalidade depende da qualidade de comunicação com a base de controle. Uma solução para o problema seria dar autonomia ao EspeleoRobô. Sendo assim, o presente trabalho corresponde a um passo inicial para o desenvolvimento de um sistema de navegação autônomo, no qual o objetivo é analisar técnicas de planejamento de caminho que otimizem a navegação do robô em terrenos acidentados considerando seu modelo cinemático. O ambiente é representado por malhas triangulares modeladas como um grafo, onde são gerados caminhos ótimos utilizando o algoritmo de Dijkstra implementado no Matlab considerando as seguintes métricas como função de custo: distância percorrida, transversalidade do terreno e consumo energético do robô. Ainda, é proposta uma função de custo que considera múltiplos objetivos durante o planejamento de caminho, onde a relação entre elas é ajustada pelo operador por meio de pesos. São consideradas a arquitetura do robô e estimações dos pontos de contato do mesmo no ambiente, onde é realizado um estudo para analisar a interação do robô com o terreno utilizando os softwares Pybullet e V-REP. Para validação das métricas são feitas simulações utilizando mapas 3-D artificiais e um mapa real de cavidade natural.Item Novo procedimento para inspeção de rolos de transportadores de correia utilizando um dispositivo robótico.(2019) Garcia, Gabriel Carvalho; Freitas, Gustavo Medeiros; Sinatora, Amilton; Freitas, Gustavo Medeiros; Pessin, Gustavo; Costa, Ramon Romankevicius; Lizarralde, Fernando CésarOs transportadores de correia (TCs) desempenham um papel importante no transporte de materiais em diferentes indústrias. Particularmente, a sua utilização em processos de mineração é extensa e vital para a operação desta indústria. Dessa forma, a inspeção dos componentes de transportadores de correias, como os rolos, é uma tarefa fundamental para garantir o correto funcionamento do equipamento. Visando apresentar uma solução efetiva para inspeção de transportadores de correias, é proposta uma metodologia de inspeção utilizando um dispositivo robótico composto por uma plataforma móvel capaz de se mover em diferentes terrenos, transpor obstáculos e subir e descer escadas com diferentes inclinações; um manipulador robótico; e um conjunto de sensores. A metodologia proposta retira os operadores das áreas de risco e fornece informações mais precisas do estado do equipamento. Além disso, a implementação do sistema não exige nenhuma modificação da estrutura existente dos TCs. Uma série de testes de campo preliminares validam o conceito proposto para operações no ambiente da mineração e permitem analisar a capacidade de inspeção do sistema. Para realizar uma inspeção efetiva é desenvolvida uma estratégia de controle cinemático de corpo completo para seguimento de trajetória. Com base no modelo cinemático do conceito do robô proposto, é apresentado um método de controle para comandar tanto a plataforma móvel quanto o manipulador robótico, considerando o dispositivo como um sistema de corpo completo. Tal método utiliza um controlador do tipo feed-forward em conjunto com linearização entrada/saída por feedback, responsável por lidar com as restrições não-holonômicas da plataforma móvel. A estratégia é validada por meio de simulações utilizando ROS e V-REP.Item Análise de mobilidade de um dispositivo robótico para inspeção remota de cavidades.(2016) Rocha, Filipe Augusto Santos; Freitas, Gustavo Medeiros; Magalhães, Paulo Henrique Vieira; Freitas, Gustavo Medeiros; Magalhães, Paulo Henrique Vieira; Costa, Ramon Romankevicius; From, Pal JohanEsta dissertação aborda o estudo da mobilidade de dispositivos robóticos que se locomovem sobre terrenos não estruturados. O robô investigado aqui é projetado para a inspeção de cavidades naturais. Este pode utilizar diferentes modos de locomoção, como rodas, rodas tipo estrela, pernas e até configurações híbridas. A comutação entre os modos é possibilitada por um sistema de troca rápida dos mecanismos de locomoção. Métricas são usadas para quantificar o consumo energético, estabilidade, capacidade de transpor obstáculos e velocidade de translação. Um ambiente de simulação é desenvolvido integrando o simulador V-REP, Robot Operating System (ROS) e bibliotecas em Python. É possível comandar os elementos virtuais através do ROS e obter as métricas de mobilidade através das bibliotecas. Diferentes ensaios são propostos para a avaliação do desempenho dos modos. Em especial, um dos ensaios é realizado em ambiente representativo baseado no mapa tridimensional de uma caverna real. Informações são obtidas através do cálculo das métricas propostas. Testes de campo utilizando um protótipo do robô mostram o comportamento do mesmo em diversas situações. Os resultados e comparações obtidos permitem avaliar as características de cada modo de locomoção e inferir as vantagens e desvantagens do uso de cada um. Os códigos implementados são disponibilizados em anexo e em repositórios na internet.