00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IC - INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IC
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Campo DCValorIdioma
dc.contributor.advisor1Vieira, Tiago Figueiredo-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8601011832053651pt_BR
dc.contributor.referee1Vieira, Thales Miranda de Almeida-
dc.contributor.referee2Araujo, Icaro Bezerra Queiroz de-
dc.contributor.referee3Oliveira, Douglas Cedrim-
dc.creatorLima, Bruno Gabriel Cavalcante-
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/8431979831649134pt_BR
dc.date.accessioned2023-03-23T21:58:31Z-
dc.date.available2023-03-14-
dc.date.available2023-03-23T21:58:31Z-
dc.date.issued2021-05-26-
dc.identifier.citationLIMA, Bruno Gabriel Cavalcante. Controle natural humano-robô orientado a usuário com Thin-plate Splines e LRCN. 2023. 104 f. Dissertação (Mestrado em Informática) – Programa de Pós-graduação em Informática, Instituto de Computação, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2021.pt_BR
dc.identifier.urihttp://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/10764-
dc.description.abstractThis work proposes a novel vision-based robotic-arm teleoperation approach. By using a single depth-based camera, such an approach exempts the user from using any wearable devices. Through applying a natural user interface, such an approach also leverages the conventional fine-tuning process of the robotic position control calibration, turning the process into a direct capture of the human body. The proposed approach consists of two main parts. The first is a nonlinear customizable movement mapping based on Thin-Plate Splines (TPS), to directly transfer human body motion to robotic arm motion. Such mapping allows for matching dissimilar bodies, with different kinematics constraints and different workspace shapes. The second is a Deep Neural Network hand-state classifier based on Long-term Recurrent Convolutional Networks (LRCN), which exploits the temporal coherence of the acquired depth data. In the end, validation and evaluation of the proposed approach are performed. For the hand-state classifier, a cross-validation experiment comparing the current approach with a baseline is performed. Results reveal an increase in the classifier accuracy through exploring the temporal coherence present in sequential depth data. For the movement mapping, a user study is performed over a set of practical experiments involving variants of pick-and-place tasks in a simplified manufacturing environment. For this study, we developed a validation environment using Robot Operating System (ROS) as the main framework. Also compared to a baseline, the position mapping approach using TPS revealed better comfort and precision of user control in regions near to robot workspace boundaries, where the baseline approach showed a poor performance. Moreover, results suggested that the new approach did not present an increase in the experiment’s task difficulty.pt_BR
dc.description.sponsorshipFAPEAL - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Alagoaspt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Alagoaspt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Informáticapt_BR
dc.publisher.initialsUFALpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectInteração homem-robôpt_BR
dc.subjectTeleoperaçãopt_BR
dc.subjectMapeamento cinemáticopt_BR
dc.subjectInteligência artificialpt_BR
dc.subjectHuman-robot interactionpt_BR
dc.subjectTeleoperationpt_BR
dc.subjectNatural user interfacept_BR
dc.subjectKinematics mappingpt_BR
dc.subjectThin Plate Splinept_BR
dc.subjectLong-term recurrent convolutional networkspt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOpt_BR
dc.titleControle natural humano-robô orientado a usuário com Thin-plate Splines e LRCNpt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
dc.description.resumoEste trabalho propõe uma nova abordagem no ramo da teleoperação de braços robóticos baseada em visão computacional, Thin-Plate Splines e Redes Recorrentes. Utilizando uma única câmera de profundidade como sensor de entrada, tal abordagem isenta o usuário da necessidade de utilizar quaisquer dispositivos vestíveis. Através da aplicação de uma interface natural de usuário, esta abordagem inovadora facilita o ajuste fino paramétrico outrora necessário para a calibração de usuário para o controle robótico de posição, transformando o processo de calibração numa direta captura de poses do corpo humano. Utilizando a mão do usuário como forma de controle, a abordagem proposta é constituída por duas partes principais. A primeira é um mapeamento de posição customizável com componentes lineares e não-lineares, baseado em Thin-Plate Splines (TPS), para transferir diretamente o movimento do braço humano para o movimento do braço robótico. Tal mapeamento permite a correspondência de corpos dissimilares com diferentes restrições cinemáticas e diferentes formatos de espaço de trabalho. A segunda é um classificador dinâmico do estado da mão do usuário, baseado em Redes Recorrentes Convolucionais de Longo-Prazo (LRCN), que explora a coerência temporal dos dados de profundidade adquiridos. Ao fim, é realizada uma validação e avaliação da abordagem proposta. Para o classificador da mão, é realizada uma validação cruzada comparando a abordagem proposta com um baseline. Resultados revelam uma elevação na acurácia do classificador ao se explorar as relações temporais entre as imagens de profundidade. Para o mapeamento de movimento, é realizado um estudo com usuários envolvendo variantes da tarefa de pick-and-place em um cenário simplificado de manufatura. Para esse estudo, um ambiente de validação foi desenvolvido utilizando o Robot Operaing System (ROS) como framework principal. Também comparado a um baseline, a abordagem utilizando TPS revelou maior conforto e precisão no controle dos usuários em regiões próximas dos limites do espaço de trabalho do robô, nas quais a abordagem convencional se mostrava prejudicada. Além disso, resultados sugerem que a nova abordagem não apresentou aumento na dificuldade das tarefas.pt_BR
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