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Aplicações possíveis da área de Robó5ca & Sensoriametno Prof. Dr. Eng. Fernando Passold
Ver. Jan/2011
Aplicações possíveis da área de Robó5ca & Sensoriametno Prof. Dr. Eng. Fernando Passold
Ferramentas:
• Robôs • Colônias de Robôs • E@quetas RFID • Sensoriamento Remoto • Métodos de O@mização • Algoritmos de Aprendizado • Processamento de Imagens
Possíveis Aplicações • Controle Automa5zado de estoque:
Usando tags RFID + robôs móveis* à – Localizar mercadorias, – Definir posicionamento das mercadorias
(função da sazonalidade, espaço manobras, período de tempo até liberação – problema de o@mização).
• Ex: Supermercado (mais restrições: controle de prazos de validade, questões de marke@ng). Ex: Porto Seco: agilizar despacho mercadorias.
– Levar em conta idiossincrasias dos operadores? (sistema com capacidade de aprendizado).
– *Pode ser um (ou mais) ponte(s) rolante(s) automa@zada (robô de Gantry).
Possíveis Aplicações
• Robôs para Coleta Remota de amostras biológicas e geológicas
• Controle ecológico, exploração de minerais.
• 1 único ou uma colméia.
Robô tuna (MIT)
Possíveis Aplicações • Robôs para Checagem
(manutenção preven@va)
• Verificar estado de pás de grandes turbinas, de oleodutos, ...
• Realizar inspeção de linhas de transmissão aéreas, de túneis aquá@cos (hidroelétricas), ...
• ...
• Esperado incremento brutal com chegada dos nano-‐robôs):
Possíveis Aplicações • Robôs automa@zação de portos marí@mos (ou mesmo secos). Inclui empilhadeiras, guindastres e mesmo caminhões.
Austrália: Porto de Brisbane. hcp://www.patrick.com.au/IRM/Content/technology/autostrad.html.
Possíveis Aplicações • Robôs automa@zação de portos marí@mos (ou mesmo secos). Inclui empilhadeiras, guindastres e mesmo caminhões.
• 18 autonomous straddle carriers; • Contêineres de até 65 TONS; • Até 30 Km/h + 120 TONS; • 30 contêineres/hora. • Sem incidentes (2005 – 2007)
Austrália: Porto de Brisbane. hcp://www.patrick.com.au/IRM/Content/technology/autostrad.html.
Possíveis Aplicações • Robôs uso na Agricultura:
• Agricultura de precisão, controle de pragas, pulverização e colheitas automa@zadas, etc.
Possíveis Aplicações • Sensoriamento Remoto:
• Coleta (remota) de dados atmosféricos (prevenção de alagamentos);
• Coleta (remota) de condições tráfego (contador de carros, detecção incidentes – possível uso de câmeras + sensores indu@vos);
• Supervisão de cabeças de gado no campo (usando e@quetas RF-‐ID, Wi-‐Max)
Possíveis Aplicações
• Veículos Inteligentes:
ALGUMAS DEFINIÇÕES... Seguem
Tipos de Robôs:
• Manipulador • Móvel manipulado (ou teleguiado) • Móvel autônomo
Robôs Manipuladores
90% Controle de Posição.
8% Equipados com sensor de força ($$$).
Robôs Moveis Tele-‐operados
Robôs Móveis Autônomos
Caracterís@cas:
• Mobilidade; • Autonomia; • Certa “inteligência”; • Braço manipulador?
Colônia de Robôs • Grupo de “agentes” (no caso,
robôs móveis que podem ser todos homogêneos – “swarm” ou heterogêneos) que trabalham de forma colabora@va e coopera@va resultando num comportamento próprio de um grupo (ou comunidade), similar ao que ocorre em comunidades de insetos como as formigas.
• Podem ser implementados usando abordagem de Mul@-‐agentes1 (daí a referencia anterior a agentes).
1 Novo paradigma da área de Inteligência Ar@ficial.
Mul@-‐agentes
• Paradigma recente da área de IA; • Visa introduzir robustez ao sistema.
Inteligência Ar@ficial | Aprendizado
INFORMAÇÕES PESSOAIS Fernando Passold
Fernando Passold
• Eng. Elétrica, UFSC, 1989. • Msc.Eng. UFSC/Eng. Elétrica/Biomédica,
1995 • Dr. Eng. UFSC/Eng. Elétrica/Dept.
Automação de Sistemas (DAS), 2004 • Prof. Titular I, Universidade de Passo Fundo
(desde 1995). • Prof. Colaborador, Eng. Eletrônica (08/2008
– 02/2010) na Universidade Católica de Valparaíso (Chile).
• Robó@ca Móvel; • Colônia de Robôs; • Sensoriamento Remoto; • Aprendizagem por máquinas.
• Métodos de O@mização!?
Interesses atuais:
• Palavras-‐chave: – Inteligência Computacional; Redes Neurais
Ar=ficiais; Robôs Manipuladores; Controle de posição; Controle de força.
• Áreas de Aplicação: – Engenharia Elétrica : Eletrônica Industrial,
Sistemas e Controles Eletrônicos, Controle de Processos Eletrônicos, Retroalimentação.
– Engenharia Mecânica: Processos de Fabricação, Robo=zação. Indústria Metal-‐Mecânica; de Controle de Qualidade e Produ=vidade; Fabricação de Equipamentos de Instrumentação Médico-‐Hospitalares, Instrumentos de Precisão e Óp=cos, Equipamentos Para Automação Industrial,
Doutorado: Controle Neural de Posição e Força em Manipuladores Robó@cos (2004).
Redes Neurais Ar@ficiais: • Aplicações:
– Reconhecimento de padrões (caracteres, etc),
– Capacidade de Aprendizado (supervisionado ou não).
– Algoritmos de treinamento off-‐line (sistemas de reconhecimento e diagnós=co) ou on-‐line (área de controle)
Doutorado: Controle Neural de Posição e Força em Manipuladores Robó@cos (2004). • Palavras-‐chave: Inteligência Computacional;
Redes Neurais Ar=ficiais; Robôs Manipuladores; Controle de posição; Controle de força.
• Áreas de Aplicação: – Engenharias / Área: Engenharia Elétrica /
Subárea: Eletrônica Industrial, Sistemas e Controles Eletrônicos / Especialidade: Controle de Processos Eletrônicos, Retroalimentação.
– Engenharias / Área: Engenharia Mecânica / Subárea: Processos de Fabricação / Especialidade:Robo=zação. Setores de a=vidade: Indústria Metal-‐Mecânica; Qualidade e Produ=vidade; Fabricação de Equipamentos de Instrumentação Médico-‐Hospitalares, Instrumentos de Precisão e Óp=cos, Equipamentos Para Automação Industrial,
Papel da RN: Compensação dinâmica on-‐line:
Baixo ruído: Aumento da precisão.
Doutorado: Controle Neural de Posição e Força em Manipuladores Robó@cos (2004).
Fig.: Feedforward Error-‐Learning Controller
Doutorado: Controle Neural de Posição e Força em Manipuladores Robó@cos (2004). • Palavras-‐chave: Inteligência Computacional;
Redes Neurais Ar=ficiais; Robôs Manipuladores; Controle de posição; Controle de força.
• Áreas de Aplicação: – Engenharias / Área: Engenharia Elétrica /
Subárea: Eletrônica Industrial, Sistemas e Controles Eletrônicos / Especialidade: Controle de Processos Eletrônicos, Retroalimentação.
– Engenharias / Área: Engenharia Mecânica / Subárea: Processos de Fabricação / Especialidade:Robo=zação. Setores de a=vidade: Indústria Metal-‐Mecânica; Qualidade e Produ=vidade; Fabricação de Equipamentos de Instrumentação Médico-‐Hospitalares, Instrumentos de Precisão e Óp=cos, Equipamentos Para Automação Industrial,
Fig.: Relação Custo x Bene{cio.
Doutorado: Controle Neural de Posição e Força em Manipuladores Robó@cos (2004). • Experiência Prá=ca com:
– Sistema Operacional de Tempo-‐Real;
– Programação concorrente e em tempo-‐real (ro=nas de controle, adapta=vas e de segurança)
– Programação orientada a objetos (definição dos próprios objetos, expansão de atributos e métodos).
Mestrado: Sistema Especialista Hibrido em Anestesiologia para Pacientes Crí@cos (1995) • Sistema inteligente de apoio a
tomada de decisão. • Sistema híbrido: regras + redes
neurais ar@ficiais.
• Uso de sistema especialista baseado em regras (forward chaining) + Redes Neurais (MLP-‐BP, aprendizado off-‐line, ro@nas de diferentes anestesiologistas, pacientes crí@cos) =
• Indicação de um plano anestesiológico mostrando melhores opções de drogas (planos seguidos por indicação de drogas seguidos por probabilidade de melhor adequação à cada caso.
Disciplinas Ministradas – UPF (Eng. Elétrica) • Introdução à Engenharia Elétrica: introduzi em 2006 o
uso de kits LEGO-‐ blog: hcp://usuarios.upf.br/~fpassold/LEGO/)
• Circuitos Digitais (I e II): Eletrônica Digital, em (II) é exigido um Projeto Final da Disciplina que corresponde a 30% da média semestral.
• Laboratórios de Circuitos Digitais (I e II): experimentos prá@cos de Circuitos Digitais I e II (pas@lhas TTL);
• Informá@ca Aplicada Para Engenharia Elétrica (I e II): linguagem ANSI-‐C
• Laboratório de Controle Automá@co II (linha de Mecatrônica): experimentos prá@cos relacionados com algoritmos de controle por computador; PID , experiências pra@cas com processo de "Bola-‐&-‐Tubo”
• Programação Mecatrônica: uso de MATLAB para introduzir lógica de programação (an@go curso seqüencial de Mecatrônica da UPF)
• Orientação de Projetos De Graduação (TCCs: Trabalhos de Conclusão de Curso).
Disciplinas Lecionadas • Circuitos Digitais (I e II, UPF, PUCV
– Eletrônica Digital, teoria e laboratórios)
• Controle Automá@co (PUCV, teoria + simulações usando MATLAB/Simulink)
• Lab. Controle Automá@co II (“Digital”) (UPF, uso de MATLAB, modelagem de sistema térmico, alteração de algoritmos digitais de controle em processo de “bola-‐em-‐tubo”)
• Linguagens de Programação (Pascal, C, MATLAB, Prolog)
• Robó@ca Móvel (introdução, orientação de grupos de estudo – compe@ções de robó@ca).
Disciplinas Lecionadas • Circuitos Digitais (I e II, UPF, PUCV
– Eletrônica Digital, teoria e laboratórios)
• Controle Automá@co (PUCV, teoria + simulações usando MATLAB/Simulink)
• Lab. Controle Automá@co II (“Digital”) (UPF, uso de MATLAB, modelagem de sistema térmico, alteração de algoritmos digitais de controle em processo de “bola-‐em-‐tubo”)
• Linguagens de Programação (Pascal, C, MATLAB, Prolog)
• Robó@ca Móvel (introdução, orientação de grupos de estudo – compe@ções de robó@ca).
Disciplinas Lecionadas • Circuitos Digitais (I e II, UPF, PUCV
– Eletrônica Digital, teoria e laboratórios)
• Controle Automá@co (PUCV, teoria + simulações usando MATLAB/Simulink)
• Lab. Controle Automá@co II (“Digital”) (UPF, uso de MATLAB, modelagem de sistema térmico, alteração de algoritmos digitais de controle em processo de “bola-‐em-‐tubo”)
• Linguagens de Programação (Pascal, C, MATLAB, Prolog)
• Robó@ca Móvel (introdução, orientação de grupos de estudo – compe@ções de robó@ca).
Disciplinas Lecionadas • Circuitos Digitais (I e II, UPF, PUCV
– Eletrônica Digital, teoria e laboratórios)
• Controle Automá@co (PUCV, teoria + simulações usando MATLAB/Simulink)
• Lab. Controle Automá@co II (“Digital”) (UPF, uso de MATLAB, modelagem de sistema térmico, alteração de algoritmos digitais de controle em processo de “bola-‐em-‐tubo”)
• Linguagens de Programação (Pascal, C, MATLAB, Prolog)
• Robó@ca Móvel (introdução, orientação de grupos de estudo – compe@ções de robó@ca).
Disciplinas Ministradas – UPF (Eng. Elétrica) • Introdução à Engenharia Elétrica: introduzi em 2006 o
uso de kits LEGO-‐ blog: hcp://usuarios.upf.br/~fpassold/LEGO/)
• Circuitos Digitais (I e II): Eletrônica Digital, em (II) é exigido um Projeto Final da Disciplina que corresponde a 30% da média semestral.
• Laboratórios de Circuitos Digitais (I e II): experimentos prá@cos de Circuitos Digitais I e II (pas@lhas TTL);
• Informá@ca Aplicada Para Engenharia Elétrica (I e II): linguagem ANSI-‐C
• Laboratório de Controle Automá@co II (linha de Mecatrônica): experimentos prá@cos relacionados com algoritmos de controle por computador; PID , experiências pra@cas com processo de "Bola-‐&-‐Tubo”
• Programação Mecatrônica: uso de MATLAB para introduzir lógica de programação (an@go curso seqüencial de Mecatrônica da UPF)
• Orientação de Projetos De Graduação (TCCs: Trabalhos de Conclusão de Curso).
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• Circuitos Digitais (I e II): Eletrônica Digital, em (II) é exigido um Projeto Final da Disciplina que corresponde a 30% da média semestral.
• Laboratórios de Circuitos Digitais (I e II): experimentos prá@cos de Circuitos Digitais I e II (pas@lhas TTL);
• Informá@ca Aplicada Para Engenharia Elétrica (I e II): linguagem ANSI-‐C
• Laboratório de Controle Automá@co II (linha de Mecatrônica): experimentos prá@cos relacionados com algoritmos de controle por computador; PID , experiências pra@cas com processo de "Bola-‐&-‐Tubo”
• Programação Mecatrônica: uso de MATLAB para introduzir lógica de programação (an@go curso seqüencial de Mecatrônica da UPF)
• Orientação de Projetos De Graduação (TCCs: Trabalhos de Conclusão de Curso).
Disciplinas Ministradas – UPF (Eng. Elétrica) • Introdução à Engenharia Elétrica: introduzi em 2006 o
uso de kits LEGO-‐ blog: hcp://usuarios.upf.br/~fpassold/LEGO/)
• Circuitos Digitais (I e II): Eletrônica Digital, em (II) é exigido um Projeto Final da Disciplina que corresponde a 30% da média semestral.
• Laboratórios de Circuitos Digitais (I e II): experimentos prá@cos de Circuitos Digitais I e II (pas@lhas TTL);
• Informá@ca Aplicada Para Engenharia Elétrica (I e II): linguagem ANSI-‐C
• Laboratório de Controle Automá@co II (linha de Mecatrônica): experimentos prá@cos relacionados com algoritmos de controle por computador; PID , experiências pra@cas com processo de "Bola-‐&-‐Tubo”
• Programação Mecatrônica: uso de MATLAB para introduzir lógica de programação (an@go curso seqüencial de Mecatrônica da UPF)
• Orientação de Projetos De Graduação (TCCs: Trabalhos de Conclusão de Curso).
Disciplinas Ministradas – UPF (Eng. Elétrica) • Introdução à Engenharia Elétrica: introduzi em 2006 o
uso de kits LEGO-‐ blog: hcp://usuarios.upf.br/~fpassold/LEGO/)
• Circuitos Digitais (I e II): Eletrônica Digital, em (II) é exigido um Projeto Final da Disciplina que corresponde a 30% da média semestral.
• Laboratórios de Circuitos Digitais (I e II): experimentos prá@cos de Circuitos Digitais I e II (pas@lhas TTL);
• Informá@ca Aplicada Para Engenharia Elétrica (I e II): linguagem ANSI-‐C
• Laboratório de Controle Automá@co II (linha de Mecatrônica): experimentos prá@cos relacionados com algoritmos de controle por computador; PID , experiências pra@cas com processo de "Bola-‐&-‐Tubo”
• Programação Mecatrônica: uso de MATLAB para introduzir lógica de programação (an@go curso seqüencial de Mecatrônica da UPF)
• Orientação de Projetos De Graduação (TCCs: Trabalhos de Conclusão de Curso).
Disciplinas Ministradas – UPF (Eng. Elétrica) • Introdução à Engenharia Elétrica: introduzi em 2006 o
uso de kits LEGO -‐ blog:hcp://usuarios.upf.br/~fpassold/LEGO/)
• Circuitos Digitais (I e II): Eletrônica Digital, em (II) é exigido um Projeto Final da Disciplina que corresponde a 30% da média semestral.
• Laboratórios de Circuitos Digitais (I e II): experimentos prá@cos de Circuitos Digitais I e II (pas@lhas TTL);
• Informá@ca Aplicada Para Engenharia Elétrica (I e II): linguagem ANSI-‐C
• Laboratório de Controle Automá@co II (linha de Mecatrônica): experimentos prá@cos relacionados com algoritmos de controle por computador; PID , experiências pra@cas com processo de "Bola-‐&-‐Tubo”
• Programação Mecatrônica: uso de MATLAB para introduzir lógica de programação (an@go curso seqüencial de Mecatrônica da UPF)
• Orientação de Projetos De Graduação (TCCs: Trabalhos de Conclusão de Curso).
Orientação de TCCs – UPF (Eng. Elétrica) • Orientação de Projetos De Graduação (TCCs: Trabalhos de
Conclusão de Curso): – Processo da Bola & Tubo (kit autônomo, firmware
atualizável, comunicação e bypass via porta serial PC); – Controle de robô bípede usando MATLAB/Simulink (11
d.o.f.., controle via MATLAB + porta paralela PC); – Sistema microprocessado carregador/ciclador de
baterias especiais (capaz de recarregar 5 diferentes @pos de bateria: NiCd, NiMH, SLA, Li-‐Ion e Li-‐Po e determinar vida ú@l real da bateria em % da capacidade nominal);
– Computador de Bordo Automo5vo (DSPic 18F6585 + barramento CAN + interface gráfica LCD de 128 x 64 pixels)
– Controlador Automá5co para Barras de Pulverização Agrícola (sobe/baixa barra, controle manual/auto, ajuste da altura).
Obs.: TCCs duram 1 semestre na UPF
Disciplinas Ministradas – PUCV (Eng. Eletrônica) • Sistemas Digitais: Eletrônica Digital
Combinacional e Seqüencial num único semestre;
• Robó5ca Industrial: 2 encontros semanais + 1 taller prá@co quase semanal usando 5 kits Lego NXT. 1ª Parte: Robôs Manipuladores, 2ª Parte: Robôs Móveis. (opta@va).
• Controle Automá5co: conceitos básicos da área de controle “analógico” tradicional, farto uso de MATLAB. Provas no Lab. De Info. Usando MATLAB (inovador).
• Orientação de Projetos de Conclusão de Curso (TCCs).
TCCs/PUCV (Eng. Civil Eletrônica, 6 anos) • Projeto e Desenvolvimento de um sistema embarcado
de visão ar@ficial para contagem e discriminação de objetos em movimento (Diseño Y Desarrollo De Un Sistema Embebido De Visión Ar=ficial Para La Cuenta Y Discriminación De Objetos En Movimiento): contagem de salmões numa correia transportadora em movimento. Uso de sensor de imagem CCD. Baixo custo (componentes: Chile: US$ 390,00). Envolveu convenio com empresa empreendedora.
• SLAM Aplicado (a Robó@ca Móvel): estudo de algoritmos para Localização e Mapeado Simultâneos (uso em robó@ca móvel, filtros de par�culas).
• Desenvolvimento de uma Plataforma móvel para fins acadêmicos (Desarrollo de una Plataforma Robó=ca Móvil para fines académicos). Conta com cinturão de sensores de distancia (infravermelho e ultrassom), servomotores de velocidade, placa Arduino ATMega128, netbook com HD de estado sólido executando Microso� Robo@cs Studio (simulador de robôs da Microso�). Custo material, Chile: US$ 1,725.00
TCCs/PUCV (Eng. Civil Eletrônica, 6 anos) • Projeto e Desenvolvimento de um sistema embarcado
de visão ar@ficial para contagem e discriminação de objetos em movimento (Diseño Y Desarrollo De Un Sistema Embebido De Visión Ar=ficial Para La Cuenta Y Discriminación De Objetos En Movimiento): contagem de salmões numa correia transportadora em movimento. Uso de sensor de imagem CCD. Baixo custo (componentes: Chile: US$ 390,00). Envolveu convenio com empresa empreendedora.
• SLAM Aplicado (a Robó@ca Móvel): estudo de algoritmos para Localização e Mapeado Simultâneos (uso em robó@ca móvel, filtros de par�culas).
• Desenvolvimento de uma Plataforma móvel para fins acadêmicos (Desarrollo de una Plataforma Robó=ca Móvil para fines académicos). Conta com cinturão de sensores de distancia (infravermelho e ultrassom), servomotores de velocidade, placa Arduino ATMega128, netbook com HD de estado sólido executando Microso� Robo@cs Studio (simulador de robôs da Microso�). Custo material, Chile: US$ 1,725.00
Robó@ca Móvel + SLAM
Ex. SLAM (Aspirador de pó, SAMSUNG)
TCCs/PUCV (Eng. Civil Eletrônica, 6 anos) • Projeto e Desenvolvimento de um sistema embarcado
de visão ar@ficial para contagem e discriminação de objetos em movimento (Diseño Y Desarrollo De Un Sistema Embebido De Visión Ar=ficial Para La Cuenta Y Discriminación De Objetos En Movimiento): contagem de salmões numa correia transportadora em movimento. Uso de sensor de imagem CCD. Baixo custo (componentes: Chile: US$ 390,00). Envolveu convenio com empresa empreendedora.
• SLAM Aplicado (a Robó@ca Móvel): estudo de algoritmos para Localização e Mapeado Simultâneos (uso em robó@ca móvel, filtros de par�culas).
• Desenvolvimento de uma Plataforma móvel para fins acadêmicos (Desarrollo de una Plataforma Robó=ca Móvil para fines académicos). Conta com cinturão de sensores de distancia (infravermelho e ultrassom), servomotores de velocidade, placa Arduino ATMega128, netbook com HD de estado sólido executando Microso� Robo@cs Studio (simulador de robôs da Microso�). Custo material, Chile: US$ 1,725.00
A@vidades Docentes: Organização de Compe@ções
• Fes5val das Baratas, UPF, em 2004 (hcp://usuarios.upf.br/~fpassold/baratas/);
A@vidades Docentes: Organização de Compe@ções • Desafio LEGo-‐SUMo
UPF'2006 (hcp://usuarios.upf.br/~fpassold/lego sumo/);
A@vidades Docentes: Grupo Robó@ca Móvel
• Orientação do Grupo interno de Robó@ca Móvel (2004 ~ 2007): – 1º Lugar Robô-‐Sumo da UFRGS em 2005 (3 Kg);
A@vidades Docentes: Grupo Robó@ca Móvel
• Orientação do Grupo interno de Robó@ca Móvel (2004 ~ 2007): – 2º lugar Robô-‐Sumo II da UFRGS em 2006;
• 2 x dsPIC30f6014 (18F30) • Sensor CCD (imagem) • Bateria Li-‐Po
“Scanner laser”
• 2 x dsPIC30f6014 (18F30) • Sensor CCD (imagem) • Bateria Li-‐Po
“Scanner laser”
• Orientação do Grupo interno de Robó@ca Móvel (2004 ~ 2007): – 1º lugar Robô-‐Sumo III da UFRGS em 2007.
Fim