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Type: Dissertação
Title: Sistema de navegação semiautônomo para robótica móvel assistiva baseado em movimentos de cabeça e comandos de voz
Author: Maciel, Guilherme Marins
First Advisor: Silva Junior, Ivo Chaves da
Co-Advisor: Marcato, André Luís Marques
Referee Member: Ramos, Tales Pulinho
Referee Member: Oliveira, Leonardo Willer de
Resumo: O campo da robótica assistiva lida com as tecnologias voltadas para pessoas com imparidades físicas. Alguns deficientes possuem tetraplegia e não podem movimentar os membros inferiores e superiores mas, dependendo do grau da lesão, podem acionar as musculaturas do ombro e pescoço. Visando este grupo, o presente trabalho propõe uma arquitetura de sistema semiautônomo para cadeiras de rodas inteligentes (CRIs) baseada na plataforma Robotic Operating System (ROS), embarcado em uma Raspberry Pi 3, com ênfase em baixo custo e não necessidade de localização global. É apresentada uma proposta de interface homem-máquina baseada em comandos de voz, na qual uma central de controle utiliza uma Rede de Petri para configurar e administrar o sistema. As transições são disparadas por um conjunto de frases. Depois de cada evento, o usuário recebe uma frase de retorno através de alto-falantes. Para o sistema de navegação é utilizado um controle compartilhado de velocidade, em que, utiliza-se uma Unidade de Medição Inercial (IMU) para reconhecer o padrão de movimento desejado através de medições da inclinação da cabeça do usuário. Paralelamente, um algoritmo inteligente emprega uma câmera de profundidade para reconhecer os obstáculos nos arredores e atuar em conjunto no controle, de modo a aumentar a manobrabilidade e segurança. Uma metodologia de travessia de passagens estreitas de forma autônoma é uma outra técnica proposta. Nesta técnica duas extremidades de um acesso delgado são reconhecidas por meio da câmera de profundidade e um controlador não-linear realiza a tarefa. Nos resultados, as metodologias propostas foram analisadas através de modelos de CRIs em Matlab e na plataforma de simulação Gazebo. Para testes práticos, foi utilizado um robô diferencial Pionner-P3DX. Os resultados exibidos nesta dissertação se revelaram promissores, evidenciando a aplicabilidade do sistema.
Abstract: The field of assistive robotics works with technologies aimed at people with phy-sical impairments, some handicapped have quadriplegia and cannot move the lower and upper limbs, but, depending on the degree of injury, the shoulder and neck musculature can be used. Aiming at this group, the present work proposes a semiautonomous sys-tem architecture for smart wheelchairs based on the Robotic Operating System (ROS) platform, embedded in a Raspberry Pi 3, with emphasis on low cost and no need for global localization. A proposal for a human-machine-interface based on voice commands is presented, where the control center uses a Petri Net to configure and administer the system. Transitions are triggered by a set of phrases and after each event, the user re-ceives a return phrase through speakers. For the navigation system, a shared control of velocity is used. An Inertial Measurement Unit (IMU) is applied to recognize the desired movement pattern through measurements of the user's head inclination. In parallel, an intelligent algorithm employs a depth camera to recognize obstacles around and work together in control, increasing maneuverability and safety. Another technique proposed is a methodology of autonomous narrow passages crossing, the depth camera recognizes the borders of thin access and a non-linear controller performs the task. In the results, the proposed methodologies were analyzed using simulated models in the Matlab and the Gazebo platform. For practical tests, a Pioneer-P3DX differential robot was used, the results presented in this dissertation were promising, evidencing the applicability of the system.
Keywords: Cadeira de rodas inteligente
Controle compartilhado
Tecnologia assistiva
Smart wheelchair
Shared control
Assistive technology
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Access Type: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/6645
Issue Date: 22-Jan-2018
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Elétrica (Dissertações)



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