DECAT - Departamento de Controle e Automação
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Resultados da Pesquisa
Item Aplicação de aprendizado por reforço profundo em uma atividade de pick and place executada por um manipulador robótico de 6 graus de liberdade.(2022) Campos, Felipe Rigueira; Freitas, Gustavo Medeiros; Pessin, Gustavo; Freitas, Gustavo Medeiros; Pessin, Gustavo; Coelho, Bruno Nazário; Perez Imaz, Héctor Ignacio AzpúruaAplicações com robôs autônomos tem desempenhado um papel importante na indústria e na vida cotidiana. Dentre elas, as atividades de manipulação e deslocamento de objetos se destacam pela ampla variedade de possíveis aplicações. Essas atividades em ambientes estáticos conhecidos podem ser implementadas por meio de lógicas previstas pelo desenvolvedor, porém isso pode ser inviável em ambientes dinâmicos. Técnicas de Aprendizado de Máquinas têm procurado substituir a programação pré-definida pelo processo de ensinar o robô como agir, utilizando por exemplo algoritmos de Aprendizado por Reforço (AR). Esta dissertação apresenta a implementação de dois algoritmos de AR, Deep Deterministic Policy Gradient (DDPG) e Proximal Policy Optimization (PPO), para controle de orientação e posição de um manipulador robótico de 6 graus de liberdade (6-DoF). Os resultados foram analisados por meio de gráficos e simulações robóticas no software CoppeliaSim, e demonstram que o DDPG teve uma convergência mais rápida do aprendizado em atividades mais simples, porém se a complexidade do problema aumenta, ele pode não obter um comportamento satisfatório. Já o PPO consegue resolver problemas mais complexos, entretanto limita a taxa de convergência para o melhor resultado a fim de evitar instabilidade no aprendizado.Item Algoritmos evolutivos para solução da cinemática inversa de robôs com até sete graus de liberdade : um estudo da aplicabilidade em processos de mineração.(2020) Farnese, Matheus Alves e; Pessin, Gustavo; Freitas, Gustavo Medeiros; Pessin, Gustavo; Freitas, Gustavo Medeiros; Cocota Júnior, José Alberto Naves; Osório, Fernando SantosO cálculo da cinemática inversa de um manipulador robótico consiste em determinar a posição das juntas do robô de forma que seu efetuador alcance uma posição e orientação definida. Conforme a arquitetura do robô e a pose desejada, o problema pode possuir uma, múltiplas, inúmeras ou até mesmo nenhuma solução. Essa dissertação apresenta o desenvolvimento e aplicação de técnicas de algoritmos genéticos para determinação da cinemática inversa à de um manipulador robótico de até sete graus de liberdade. Buscando melhor desempenho para a aplicação específica, são investigadas diferentes configurações de algoritmos genéticos, considerando os efeitos da população inicial, número de gerações, métodos de seleção, crossover e mutação. São apresentados também os resultados da ponderação da função objetivo do algoritmo genético para melhorar a eficiência energética da movimentação do robô. Para levar o manipulador ate a pose determinada pelo AG é proposto e implementado um controle de trajetória através das velocidades das juntas, calculadas através de um polinômio de quinto grau. Todas as soluções propostas são simuladas em ambientes virtuais utilizando os manipuladores IRB120 e IRB6700. Para validar a solução com 6DoF, os algoritmos desenvolvidos no MatLab são integrados ao RobotStudio. Já as simulações para validação das soluções de 7DoF e o controle de velocidade são realizadas integrando o MatLab ao CoppeliaSim. Por fim, estão apresentados nessa dissertação testes dos resultados alcançados aplicados em um robô real.Item Manipulação aérea : aplicação de drones para medição de vibrações mecânicas.(2021) Marques, Matheus Neves; Coelho, Bruno Nazário; Pessin, Gustavo; Sansão, João Pedro Hallack; Coelho, Bruno Nazário; Pessin, Gustavo; Sansão, João Pedro Hallack; Costa, Adilson Rodrigues da; Alves Neto, ArmandoA Robótica Móvel vem sendo aplicada para solucionar diversos problemas para a indústria, dentre os quais se destacam aqueles que colocam em risco vidas humanas. Atividades em altura, ambientes insalubres e espaços confinados são exemplos de áreas onde robôs vêm substituindo a mão de obra humana. O presente trabalho apresenta um breve estudo sobre Manipulação Aérea e suas possibilidades de aplicação no setor de Mineração, com ênfase na tarefa de medição de vibrações mecânicas de estruturas e máquinas em altura. Manipulação aérea consiste na combinação da versatilidade e agilidade de plataformas aéreas (como drones) com a capacidade de manipulação de braços robóticos. Tais características tornam promissora a aplicação desses robôs móveis em atividades de manutenção e inspeção de estruturas e máquinas em altura, bem como a coleta de amostras em sítios minerais e limpeza de dispositivos de difícil acesso. Em tal trabalho se projetou um dispositivo para ser acoplado a um drone, fornecendo a este a capacidade de realizar a medição de vibrações mecânicas em máquinas e estruturas em altura.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 Estudo prospectivo e testes de conceito para a programação de equipamentos autônomos aplicados à navegação e manipulação no carregamento de explosivos.(2018) Ferreira, Jhony Alan Tavares; Freitas, Gustavo Medeiros; Freitas, Gustavo Medeiros; Magalhães, Paulo Henrique Vieira; Reis, Agnaldo José da Rocha; Coelho, Bruno NazárioO desenvolvimento de tecnologias aplicadas à mineração tem crescido signi cativamente nos últimos anos. Para as mineradoras, a adoção de novas tecnologias em automa- ção e operação remota representa uma grande oportunidade para ganhos em produtividade e segurança. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma solução integrada para navegação e manipulação autônomas que pode ser utilizada em processos de mineração. A solução proposta é validada através de simulações e testes reais; a aplicação alvo escolhida foi o carregamento autônomo de explosivos. Essa aplicação pode reduzir e até eliminar os riscos a que os operadores estão expostos em ambientes como área de desmonte com presença de explosivos. Para validação experimental foram utilizados uma plataforma móvel de porte médio com um braço robótico acoplado. O teste de conceito proposto consiste em 3 etapas - navegação autônoma, processamento de imagens e manipulação - para emular um carregamento autônomo de explosivos em laboratório.