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Título: Interface de controle por métodos de autonomia adaptável deslizante para robôs de inspeção
Título(s) alternativo(s): Control interface through adaptable sliding autonomy methods for inspection robots
Autor(es): Palar, Piatan Sfair
Orientador(es): Oliveira, Andre Schneider de
Palavras-chave: Interação homem-máquina
Robôs - Controle automático
Radiofrequência
Sistemas difusos
Sistemas de controle inteligente
Eletromiografia - Métodos
Simulação (Computadores)
Tanques - Armazenamento - Inspeção
Human-computer interation
Robots - Automatic control
Radio frequency
Fuzzy Systems
Intelligent control systems
Electromyography - Methods
Computer simulation
Tanks - Storage - Inspection
Data do documento: 10-Jul-2020
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: PALAR, Piatan Sfair. Interface de controle por métodos de autonomia adaptável deslizante para robôs de inspeção. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2020.
Resumo: Este trabalho realiza uma implementação de uma interface humano-robô para um robô escalador de inspeção de cordões de solda em tanques de armazenamento na indústria petroquímica. Para realizar esta interface, primeiramente foi apresentada uma pesquisa do estado da arte em Interação Humano-Robô, Autonomia, Autonomia Variável e Modos de Autonomia em sistemas robóticos e sistemas autônomos em geral. Após isto, um sistema controlador de rádio frequência transmissor-receptor comumente utilizado para comandar gruas, guindastes e pontes rolantes foi especificado e adaptado para controlar o robô. Um driver foi desenvolvido para tornar este controlador compatível com o sistema robótico ROS (Robot Operating System), utilizado neste trabalho. Para auxiliar no controle e adquirir mais dados de entrada do operador, foi adicionado um bracelete eletromiográfico comercial chamado Myo. Este bracelete é utilizado no antebraço e é capaz de detectar gestos do operador e ângulos de rotação do braço. As informações do controle industrial e do bracelete são utilizadas para comandar o robô através de um controlador Fuzzy. Este controlador atua na variação da autonomia durante a operação do robô, utilizando como entrada dados da velocidade angular aplicada no controle industrial, leitura de eletromiografia, posição do cordão de solda no tanque de armazenamento e os ângulos de rotação executados pelo antebraço do operador, gerando um sistema que é capaz de reconhecer a habilidade e corrigir erros do operador em tempo de operação. A saída do controlador Fuzzy é o modo de autonomia a ser aplicado no robô. Os modos aplicados foram: Manual, onde o operador controla a velocidade angular e linear do robô; Compartilhado, onde as velocidades angular e linear do robô são divididos entre o operador e o sistema autônomo do robô; Supervisório, onde o robô controla a velocidade angular, mantendo-se sobre o cordão de solda, e o operador controla a velocidade linear; e Autônomo, onde apenas o ponto final é definido pelo operador e o robô controla as velocidades linear e angular. Estes modos além do modo de Autonomia Variável foram analisados através de experimentos com o robô em ambiente simulado, demonstrando a utilidade de cada um destes modos em situações diversas.
Abstract: This work implements a human-robot interface for a climbing robot for inspecting weld beads in storage tanks in the petrochemical industry. To accomplish this, first a research on the state-ofthe-art of Human-Robot Interaction, Autonomy, Sliding Autonomy and Levels of Autonomy in robotics systems and autonomous systems was presented. Then, an industrial joystick that works with radio frequency with an transmitter and a receiver, commonly used to move cranes and hoists, was specified and adapted to control the robot. A driver was developed to make this joystick compatible with the Robot Operating System – ROS, used in this work. To add more control and input data from the operator, a electromyographic armband called Myo was appended to the system. This armband is worn in the forearm and is capable of detecting gestures from the operator and rotation angles from the arm. Information from the industrial joystick and the armband are used to control the robot via a Fuzzy controller. This controller works in the sliding autonomy during the robot operation, using as inputs data from the angular velocity of the industrial controller, electromyography reading, weld bead position in the storage tank and rotation angles executed by the operator’s arm, to generate a system capable of recognition of the operator’s skill and correct mistakes from the operator in operating time. The output from the Fuzzy controller is the level of autonomy to be used by the robot. The levels implemented are: Manual, where the operator controls the angular and linear velocities of the robot; Shared, where the velocities are shared between operator and the autonomous system; Supervisory, where the robot controls the angular velocity to stay in the weld bead and the operator controls the linear velocity; and Autonomous, where an end point is defined by the operator and the robot controls both linear and angular velocities. This levels of autonomy along with the proposed sliding autonomy are then analyzed through robot experiments in a simulated environment, showing the purpose of each one of these modes.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5110
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