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Dissertação

{en_GB=Cooperation of Humans and Robots Underwater} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=Mergulhadores em ambientes submarinos são confrontados com enormes desafios como fraca visibilidade, falta de sentido de orientação, dependência de equipamentos de respiração, que potencialmente afeta o desenvolvimento do trabalho do mergulhador e aumenta as probabilidades de ocorrer acidentes. Tendo isto em mente, o trabalho presente aborda o problema de criar estratégias de cooperação entre mergulhadores e veículos submarinos autónomos (AUV), com o intuito de aumentar níveis de segurança e eficiência. Numa perspetiva prática, o nosso trabalho contribui com a proposta de uma arquitetura de cooperação com um mergulhador, através dos sistemas de navegação e controlo de um AUV. Neste enquadramento, apresentamos soluções de estado da arte relacionadas com a localização e seguimento de um mergulhador via sensores e algoritmos implementados no veículo, seguido pelo desenho do sistema de controlo do mesmo. Finalmente, numa perspetiva teórica, os controladores são projetados explorando técnicas de análise Lyapunov de sistemas não linear e controlo geométrico, alcançado soluções finais robustas provadas formalmente. Apresentam-se resultados de simulações realizadas com o objetivo de provar o desempenho das mesmas soluções, na presença de ruído, incerteza de parâmetros do modelo do veículo e correntes oceânicas, num cenário realístico em cooperação com um mergulhador. Por fim, delineámos um plano de trabalhos futuro neste relativamente novo tema de trabalho e os problemas embebidos na teoria de controlo, que se encontraram aquando o desenvolvimento do nosso trabalho., en=In underwater environments, human divers face enormous challenges commonly related with poor visibility, lack of orientation, heavy equipment, limited breathing time and pressure-related issues. This does not only hinder the diver's work performance, but also increases the probabilities of occurring accidents. With this in mind, the present work addresses the problem of enabling cooperative strategies between the diver and autonomous underwater vehicle (AUV) aiming to increase task safety and efficiency levels. From a practical perspective, our work contributes by proposing a cooperation architecture between a diver and the AUV guidance, navigation and control systems. Under this cooperation framework, we present state of the art solutions to localize and track the diver via algorithms and on board sensors of the AUV and follow up by designing its control system. And from a theoretical perspective, the derivation of the controllers exploit nonlinear Lyapunov based techniques and geometric control analysis tools, achieving robust properties and performance that are proved formally. Simulations results are presented and discussed, in the presence of measurement noise, constant ocean current disturbances and uncertainty in the model parameters of our vehicle, that illustrate the performance and robustness achieved with the proposed control system in a realistic cooperative scenario with a diver. Future work is highlighted, suggesting subsequent directions on this relatively new field of cooperation between diver and robots and the control problems faced while analyzing the stability of our control system.}
Keywords: {pt=Controlo geométrico, Estabilidade de sistemas não lineares, Interação robot-mergulhador, Seguimento de caminho, Seguimento de alvos, Veículos submarinos autónomos, en=Autonomous underwater vehicles, Diver-robot interaction, Target tracking, Geometric control, Stability of nonlinear systems, Path following}

Discussão: dezembro 21, 2021, 8:0