Supervisão, comando e controlo para sistemas robóticos

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Área de Especialização em Sistemas Autónomos

Esta dissertação aborda a temática da interacção homem-máquina no controlo, comando e supervisão de veículos autónomos. O tópico de Supervisão tem vindo a ganhar importância com o surgimento de novos e florescentes nichos de mercado para aplicação de sistemas robóticos tais como a monitorização ambiental e a monitorização de infra-estruturas, onde se destaca, a t´titulo de exemplo, a robótica submarina que tem sido impulsionada pela indústria extractiva em off-shore e pela indústria da construção de infraestruturas costeiras ou em off-shore. As funcionalidades apresentadas por estes sistemas ainda dependem fortemente da supervisão do utilizador humano. As características da supervisão, por sua vez, dependem do grau de autonomia com que estes sistemas são capazes de desempenhar as tarefas que lhes são atribuídas. As questões de supervisão já há algum tempo têm despertado em si alguma atenção por parte da comunidade robótica motivo pelo qual se assiste `a transferência de projectos do seio da comunidade de ”I&D” para a comunidade de desenvolvimento e serviços, onde a problemática da supervisão assume um papel fundamental para o sucesso das aplicações dos sistemas robóticos. O trabalho desenvolvido permitiu a apresentação de uma arquitectura para a supervisão de sistemas autónomos. O contributo do trabalho apresentado nesta dissertação alicerça-se numa abordagem experimental, que através da análise de casos de estudo, ocorre ao longo de duas linhas de trabalho: uma de carácter conceptual dirigida ao projecto e que resulta numa proposta de arquitectura orientada para a supervisão; e outra que resulta em linhas orientadoras das interfaces de comando homem-máquina. A motivação para este trabalho surge como resposta aos desafios colocados pelos projectos que ocorrem no LSA/ISEP/IPP que protagonizam um papel relevante na interacção homem máquina, e que são por exemplo o futebol robótico, a recolha de dados oceanográficos (batimetria) executada por um ASV (Veículo Autónomo de Superfície) e a localização de tags”(dispositivos identificadores) dentro de edifícios fechados usando pontos de acesso de redes sem fio. Complementarmente `a solução conceptual para a supervisão desenvolvemos diferentes e variadas interfaces gráficas como elementos integrantes da interacção homem - sistema autónomo e que resultaram na implementação do sistema de supervisão da equipa de futebol robótico ISePorto e do sistema de batimetria com o veículo ROAZ. Os resultados obtidos, confirmaram que os paradigmas de supervisão tendo em conta a iniciativa mista, promovem soluções mais versáteis e operacionalmente mais eficazes.

The main focus of this dissertation is the man-machine interaction problem in autonomous vehicles control and supervision. The Supervision topic has been gaining importance with the arise of new and growing market niches for robotic systems applications in environmental and infrastructures monitoring like submarine robotics supported by both off-shore extractive industry and off-shore and coast infrastructure construction industry. The systems functionalities are still strongly dependent on human supervision. The supervision characteristics are, in return, dependent on the autonomy degree of the systems capability of performing the designated tasks. The supervision problematic have gathered the attention of the robotics community for some time, in terms of the project transfer from the R&D community to service and development community, where supervision takes a fundamental role in robotic systems applications success. This dissertation’s contribute is based in an experimental approach, by analysis of study cases, along two work lines: one, of conceptual character and project driven, results in a supervision guided architecture proposal; and the other results in man-machine command interfaces guidelines. This works’ motivation comes as an answer to the challenges placed by the projects in LSA/ISEP/IPP that take a relevant part in man-machine interaction, like robotics football, ocean data recovery (bathymetry) executed by an ASV (Autonomous Surface Vehicle) and the localization of tags (identifying devices) inside closed buildings using wireless net points. Complementary to the conceptual solution for supervision were developed several different graphical interfaces as integration elements in a human-autonomous system interaction and that result from ISePorto robotic football team supervision systems and the bathymetry systems with the vehicle ROAZ. The results obtained have confirmed that the supervision paradigms, considering a mixed initiative, promote more versatile and operationally more effective solutions.