Dissertação

{pt_PT=Object handover between humans and robots in microgravity} {} EVALUATED

{pt=A área de investigação alusiva a robots espaciais colaborativos apresenta-se como uma área com elevado impacto, uma vez que os robots desempenham missões colaborativas com mais precisão durante tarefas longas, mais rápido e sem requererem fatos espaciais, revelando-se eficientes e economicamente viáveis. Não obstante, a colaboração humano-robot no espaço é ainda um desafio relativamente a questões como a manipulação de objetos num ambiente espacial ou a mobilidade devido à peculiar dinâmica de movimento de um robot equipado com um manipulador. Assim, a presente dissertação tem como objetivo a formulação de um algoritmo que permita a um robot espacial aéreo equipado com um manipulador transferir um objeto de/para um humano de uma forma fluente, dinâmica e bem sucedida. Adicionalmente, é proposto um estudo sistemático com utilizadores que visa explorar as preferências destes entre um comportamento de impedância rígido e não-rígido do robot durante a transferência do objecto e entender o impacto destes comportamentos no sucesso da tarefa. O algoritmo proposto é formulado com recurso a uma máquina finita de estados que inclui um controlador de impedância na fase de transferência. A implementação e validação do algoritmo é efetuada no simulador do robot NASA Astrobee e os dois comportamentos de impedância são estudados com sucesso. Seguidamente, é desenvolvida uma interface de realidade virtual que permite a interação entre o utilizador e o simulador. Por fim, foi realizado o estudo sistemático com utilizadores. Os resultados mostram que o comportamento rígido do robot apresentou maior preferência e sucesso de transferência nas tarefas propostas., en=The collaborative space robots field is an emerging research field with high impact as robots perform collaborative missions with high precision during lengthy tasks, on an accelerated schedule and do not require spacial suits, making them efficient and economically viable. However, human-robot collaboration in space is still a challenge concerning key issues such as manipulation of weightless objects and mobility due to the peculiar motion dynamics of the robot and the manipulator. Therefore, this dissertation aims to formulate an algorithm that enables a free-flyer robot equipped with a manipulator to perform a successful, fluent and dynamic robot-to-human and human-to-robot object handover. Additionally, a systematic user study is proposed with the goal of analysing the user’s preferences between a rigid and compliant impedance robot behavior during the object handover and understanding the impact of those behaviors on the success of the task. The proposed algorithm is formulated with resource to a finite-state machine that encompasses a designed impedance controller for the transfer phase enabling a dynamic interaction between both task participants. Following, the algorithm is implemented and validated on the simulator of NASA's Astrobee free-flyer robot and the two impedance behaviors are successfully studied. Furthermore, a virtual reality user interface is developed. This interface enables an accurate interaction with the robot simulator. Lastly, the proposed systematic user study was conducted. Results showed that the rigid behavior was overall more preferable and registered higher transfer success during the tasks.}
{pt=Colaboração Humano-Robot, Transferência Objectos Microgravidade, Manipulação Espacial, Controlo de Força, Controlo de Impedância, Realidade Virtual, en=Human-Robot Collaboration, Microgravity Object Handover, Space Manipulation, Force Control, Impedance Control, Virtual Reality}

Abril 16, 2020, 16:0

Orientação

ORIENTADOR

Rodrigo Martins de Matos Ventura

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Auxiliar