Um algoritmo PSO híbrido para planejamento de caminhos em navegação de veículos utilizando A*

Utilizar robôs autônomos capazes de planejar o seu caminho é um desafio que atrai vários pesquisadores na área de navegação de robôs. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo implementar um algoritmo PSO híbrido para o planejamento de caminhos em ambientes estáticos para veículos holonômicos e não holonômicos. O algoritmo proposto possui duas fases: a primeira utiliza o algoritmo A* para encontrar uma trajetória inicial viável que o algoritmo PSO otimiza na segunda fase. Por fim, uma fase de pós planejamento pode ser aplicada no caminho a fim de adaptá-lo às restrições cinemáticas do veículo não holonômico. O modelo Ackerman foi considerado para os experimentos. O ambiente de simulação de robótica CARMEN (Carnegie Mellon Robot Navigation Toolkit) foi utilizado para realização de todos os experimentos computacionais considerando cinco instâncias de mapas geradas artificialmente com obstáculos. O desempenho do algoritmo desenvolvido, A*PSO, foi comparado com os algoritmos A*, PSO convencional e A* Estado Híbrido. A análise dos resultados indicou que o algoritmo A*PSO híbrido desenvolvido superou em qualidade de solução o PSO convencional. Apesar de ter encontrado melhores soluções em 40% das instâncias quando comparado com o A*, o A*PSO apresentou trajetórias com menos pontos de guinada. Investigando os resultados obtidos para o modelo não holonômico, o A*PSO obteve caminhos maiores entretanto mais suaves e seguros.

Plataforma de controlo e simulação robótica

A robótica tem evoluído no sentido de criar robots e componentes cada vez mais evoluídos a preços acessíveis. Este facto permitiu que o desenvolvimento de aplicações no âmbito da robótica se tenha massificado e que a utilidade dos robots se tenha alargado a diferentes áreas de aplicação. Apesar da evolução dos robots e dos componentes para os mesmos, subsistem limitações que restringem a utilização de robots a certas aplicações, nomeadamente quando a capacidade de processamento e de memória não é suficiente para executar as aplicações. A forma para ultrapassar estas limitações tem residido essencialmente em duas abordagens: limitar as aplicações desenvolvidas à medida dos recursos disponíveis no hardware; ou estender as capacidades do robot usando recursos externos ao robot, quer por extensão do hardware do robot, quer por controlo remoto dos componentes do robot. Atendendo a esta problemática, foi desenvolvida uma plataforma que estende as capacidades dos robots segundo uma abordagem que usa o controlo remoto do robot, para capacitar as aplicações de controlo desenvolvidas de mais recursos, nomeadamente em termos de capacidade de processamento e memória. A plataforma desenvolvida disponibiliza ainda um simulador que virtualiza um campo de simulação e um robot, e simula a forma como estes interagem. O simulador é integrado na plataforma de forma semelhante aos adaptadores para robots, para que as aplicações desenvolvidas possam ser usadas quer em robots reais como no simulador.

Robótica móvel: sistema de condução autónoma

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo Automação e Electrónica Industrial

Estado da Arte da Computação Evolutiva Aplicada à Eletrónica

A Computação Evolutiva enquadra-se na área da Inteligência Artificial e é um ramo das ciências da computação que tem vindo a ser aplicado na resolução de problemas em diversas áreas da Engenharia. Este trabalho apresenta o estado da arte da Computação Evolutiva, assim como algumas das suas aplicações no ramo da eletrónica, denominada Eletrónica Evolutiva (ou Hardware Evolutivo), enfatizando a síntese de circuitos digitais combinatórios. Em primeiro lugar apresenta-se a Inteligência Artificial, passando à Computação Evolutiva, nas suas principais vertentes: os Algoritmos Evolutivos baseados no processo da evolução das espécies de Charles Darwin e a Inteligência dos Enxames baseada no comportamento coletivo de alguns animais. No que diz respeito aos Algoritmos Evolutivos, descrevem-se as estratégias evolutivas, a programação genética, a programação evolutiva e com maior ênfase, os Algoritmos Genéticos. Em relação à Inteligência dos Enxames, descreve-se a otimização por colônia de formigas e a otimização por enxame de partículas. Em simultâneo realizou-se também um estudo da Eletrónica Evolutiva, explicando sucintamente algumas das áreas de aplicação, entre elas: a robótica, as FPGA, o roteamento de placas de circuito impresso, a síntese de circuitos digitais e analógicos, as telecomunicações e os controladores. A título de concretizar o estudo efetuado, apresenta-se um caso de estudo da aplicação dos algoritmos genéticos na síntese de circuitos digitais combinatórios, com base na análise e comparação de três referências de autores distintos. Com este estudo foi possível comparar, não só os resultados obtidos por cada um dos autores, mas também a forma como os algoritmos genéticos foram implementados, nomeadamente no que diz respeito aos parâmetros, operadores genéticos utilizados, função de avaliação, implementação em hardware e tipo de codificação do circuito.

Desenvolvimento e aplicação do algoritmo enxame de partículas na determinação da máxima injeção nodal em redes de energia elétrica

O objetivo desta dissertação é a determinação da máxima injeção nodal numa rede de energia elétrica, ou seja, qual o valor total máximo de potência ativa que é possível injetar e qual a sua distribuição pelos diversos nós da rede simultaneamente. Determinámos esta máxima injeção nodal em duas situações distintas: injeção não simultânea, injetando potência em um só nó de cada vez e injeção simultânea, injetando potência em todos os nós da rede simultaneamente. Sendo este um problema de natureza combinatória, utilizámos para esta determinação o algoritmo conhecido como nuvem ou enxame de partículas, adaptando-o ao nosso problema. Desenvolvemos o software na linguagem de programação Python utilizando o ambiente Eclipse. Para resolver o trânsito de energia utilizámos o programa PSSE University.Para os exemplos de aplicação utilizámos duas redes de energia elétrica, uma de 6 e outra de 14 barramentos. Estas redes foram baseadas nas redes IEEE 6 BUS e IEEE 14 BUS respetivamente. Concluímos que o algoritmo nuvem ou enxame de partículas cumpriu o objetivo traçado, obtendo as melhores soluções para cada um dos casos, máxima injeção nodal não simultânea e máxima injeção nodal simultânea. No contexto deste problema, o parâmetro chave do algoritmo, comprovado pelos ensaios feitos, é a velocidade máxima de deslocação das partículas, tomando valores típicos de 7 a 10 para a rede de 6 barramentos e de 20 a 25 para a de 14 barramentos.

EICAR, Electrónica, Informática, Comunicaciones, Automática y Robótica para la producción de bienes y servicios (Programa de ModernizaciónTecnológica III I-P - PAE 2006)

El presente proyecto denominado “EICAR, Electrónica, Informática, Comunicaciones, Automática y Robótica para la Producción de Bienes y Servicios” asocia estratégicamente a un importante grupo de instituciones del sector científico-tecnológico, privado y gobierno con el objetivo de formar recursos humanos altamente capacitados, desarrollar conocimiento y tecnología de punta, en el campo convergente de la electrónica, informática y computación industrial, comunicaciones y automática, y su transferencia para el desarrollo activo de sectores estratégicos del país, a través de la ejecución de seis Programas: 1) Desarrollo de sistemas inteligentes para eficientizar el uso racional de la energía; 2) I+D para el desarrollo de sistemas complejos de aeronáutica y aeroespacio; 3) Desarrollos para la plataforma de TV Digital y su integración a Internet; 4) Trazabilidad de productos agropecuarios y agroindustriales; 5) Elaboración de un plan estratégico para el desarrollo de infraestructura en TICs del Corredor Bioceánico del Centro basado en sistemas GPS y Proyecto Galileo; 6) Monitoreo de las tendencias tecnológicas de los Programas propuestos.

Dissecção robótica da artéria torácica interna direita por esternotomia mediana

A utilização de sistemas robóticos em cirurgia cardíaca visa à diminuição do trauma operatório. A revascularização do miocárdio totalmente endoscópica, assistida por robô DaVinci (Intuitive Surgical, Sunnyvale, Califórnia) é factível e seu aprendizado deve ser realizado em etapas. O primeiro passo é o preparo da artéria torácica interna esquerda, já por via totalmente endoscópica. O caso apresentado propõe a dissecção da artéria torácica interna direita por esternotomia completa. Propõe um novo passo rumo ao procedimento completamente endoscópico, visando à diminuição de lesões decorrentes da curva de aprendizado.The use of robotic systems in cardiac surgeries aims at decreasing the surgical trauma.

Métodes d'aprenentatge per reforç basats en la política i la seva aplicació a la robótica

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Robot Locomotion Group del Massachusetts Institute of Technology, Estats Units, entre març i agost del 2006. Es descriu la feina portada a terme en el camp de l'aprenentatge per reforç (RL), una metodologia molt utilitzada en aprenentatge artificial. En RL, un agent intenta maximitzar un valor escalar (càstig o premi) obtingut com a resultat de la seva interacció amb l'entorn. L'objectiu d'un sistema basat en RL és el de trobar una política d'actuació òptima que relaciona l'estat de l'entorn amb una acció determinada que maximitzi la suma de reforços futurs. El principal avantatge és que no utilitza cap base de dades conegudes, així que l'agent no rep informació sobre quina decisió triar, com succeeix en molts tipus d'aprenentatge, sinó que ha de triar per descobrir aquelles accions que tenen un valor més alt, sent molt adient en robòtica aplicada. Els principals desavantatges són uns temps de convergència sovint elevats i la manca de generalització quan tractem variables contínues. Principalment, el treball s’ha centrat en l'estudi de noves i més complexes metodologies basades en RL que combinessin dos tipus d'algorismes: els basats en funcions de valor i els representats únicament per una política d'actuació. Posteriorment s'analitzà la seva aplicabilitat en aplicacions robòtiques reals. En tots els estudis i les simulacions s’ha utilitzat un braç robòtic dissenyat i contruït al laboratori. El tipus de robot, anomenat Acrobot, és un banc de proves molt utilitzat en els camps de teoria de control i aprenentatge.

Análisis de prestaciones de sistemas de comunicaciones inalámbricas en aplicaciones de robótica: sistema software

Una característica importante de la robótica es la comunicación entre sistema base y robot que puede establecerse de forma remota. Ello representa la base del proyecto que se describe a continuación, el cual se descompone de dos partes, una por cada miembro del proyecto: sistema software y sistema hardware. En el sistema software analizaremos las diferentes tecnologías inalámbricas (características, funcionamiento, seguridad, etc.), se realizará una comparativa de los diferentes módulos de comunicación y finalmente decidiremos aquellos que nos interesa para la implementación en Radiofrecuencia (RF) y Bluetooth. En este sistema también estudiaremos la interfaz gráfica que se utilizará, así como los programas creados en este entorno para realizar las implementaciones. En el sistema hardware trataremos de realizar el control de dos periféricos de forma independiente, un servomotor y un sonar, que nos servirán como ejemplo para analizar una posible comunicación entre varios robots y un PC. Por lo tanto, en este apartado analizaremos a fondo los diferentes componentes que harán posible tanto la comunicación, vía RF y Bluetooth, como el control de los diferentes dispositivos.

Análisis de prestaciones de sistemas de comunicaciones inalámbricas en aplicaciones de robótica: sistema hardware

Una característica importante de la robótica es la comunicación entre sistema base y robot que puede establecerse de forma remota. Ello representa la base del proyecto que se describe a continuación, el cual se descompone de dos partes, una por cada miembro del proyecto: Sistema software y sistema hardware. En el sistema software analizaremos las diferentes tecnologías inalámbricas (características, funcionamiento, seguridad, etc.), se realizará una comparativa de los diferentes módulos de comunicación y finalmente decidiremos aquellos que nos interesa para la implementación en Radiofrecuencia (RF) y Bluetooth. En este sistema también estudiaremos la interfaz gráfica que se utilizará, así como los programas creados en este entorno para realizar las implementaciones. En el sistema hardware trataremos de realizar el control de dos periféricos de forma independiente, un servomotor y un sonar, que nos servirán como ejemplo para analizar una posible comunicación entre varios robots y un PC. Por lo tanto, en este apartado analizaremos a fondo los diferentes componentes que harán posible tanto la comunicación, vía RF y Bluetooth, como el control de los diferentes dispositivos.

Iniciación del alumno al campo de la investigación en una asignatura multidisciplinar orientada a la robótica

La asignatura de libre elección en la que se realizó la experiencia que se indica pretende ser un trampolín de iniciación para aquellos alumnos de la Universidad Europea de Madrid que tengan inquietud por descubrir el mundo de la robótica. Con una clase de alumnos procedentes de muchas titulaciones distintas, Licenciado en Odontología, Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Ingeniero Industrial, Ingeniero Informático, Ingeniero en Telecomunicaciones, Técnicos en Obras Públicas y alumnos internacionales, el reto de hacer de la asignatura algo interesante para ellos implicaba saber adaptarse a distintos niveles tanto disciplinar (varias carreras) como académico (los alumnos eran tanto de los primeros cursos como de los últimos). Basándose en el uso del portafolio y el aprendizaje basado en problemas se fueron inculcando los conocimientos básicos necesarios para desarrollar lo que sería el final de la asignatura. Este objetivo final es el que hizo que los alumnos vieran de cerca la labor de un investigador y un grupo de trabajo multidisciplinar. El reto consistió en que debían hacer una solicitud 'ficticia' de un proyecto PROFIT. Los PROFIT constituyen programas de ayuda y fomento a la investigación técnica convocados por el Ministeriode Industria, Turismo y Comercio. Las plantillas son accesibles desde Internet y de esta forma los alumnos pudieron realizar una memoria clara y precisa de sus proyectos. Además, como elemento final de evaluación se invitó a dos profesores expertos en robótica de otra universidad al día de la presentación en el que los alumnos entregaban la memoria y defendían sus trabajos. Tres profesores en total, dos de otra universidad y el profesor de la asignatura asistieron a su defensa y pusieron de manera independiente los trabajos en orden según sus preferencias, al ser 5 grupos la nota debía ponerse entre 10, 9, 8, 7 y 6. La media de la decisión de los tres profesores configuró la nota final.

Implementación de movimientos suaves en robots industriales mediante splines cúbicos: aplicación a un laboratorio remoto de robótica

La solución a los problemas de disponibilidad horaria para la realización de sesiones prácticas por parte de los estudiantes se encuentra en los laboratorios remotos, que permiten a estos interactuar con los elementos instalados en los laboratorios sin necesidad de estar presentes físicamente. Este proyecto pretende crear un laboratorio remoto para la asignatura “Robótica y Automatización Industrial” impartida en la ETSE, UAB, en el cual los estudiantes puedan ejecutar trayectorias de tipo spline cúbico en un brazo robot y observar a través de vídeo en tiempo real los movimientos del robot desde cualquier lugar con conexión a Internet.

Diseño y puesta en marcha de un laboratorio remoto de robótica

Este proyecto surge de la iniciativa de mejorar la calidad docente de las prácticas en la asignatura Robótica y Automatización Industrial impartida en la ETSE (Escola Tècnica Superior d’Enginyeria) de la UAB, mediante un sistema innovador. El objetivo es sustituir las actuales prácticas, basadas en la realización de simulaciones en entorno MATLAB para verificar las ecuaciones que gobiernan a los robots manipuladores, por un entorno de prácticas más atractivo consistente en un robot manipulador real, que podrá ser programado para la realización de tareas de PPO (Pick and Place Operation).