Sistemas Robóticos Autónomos Interiores

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1 Sistemas Robóticos Autónomos Interiores Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores Outubro 2012

2 Relatório do Projeto FEUP Sistemas Robóticos Autónomos Interiores 1MIEEC_03 António Gomes (MIEEC) João Correia (MIEM) Nuno Ferreira (MIEEC) Pedro Marinho (MIEEC) Monitor: Telmo Lima Coordenador: Prof. Dr. Aníbal Matos Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores Outubro 2012

3 Resumo O avanço tecnológico é inegável na nossa sociedade e engloba vários aspetos do quotidiano, como os robôs. Estas máquinas apareceram e começaram a executar tarefas impossíveis e possíveis, fazendo nestas um trabalho mais rápido e preciso, sem nunca se cansar. Os sistemas robóticos autónomos de interiores são apenas uma derivação deste avanço tecnológico. É no enquadramento do Projeto FEUP que foi realizado este trabalho, partindo à descoberta deste mundo. Deste modo pesquisámos, perguntámos e descobrimos os sistemas robóticos autónomos de interiores. Percebemos o que são, o que fazem e como são feitos e apercebemo-nos também do potencial futuro destas máquinas. Futuro, esse, incerto, apresentando o confronto entre as inúmeras vantagens a vários níveis (custo, rapidez, qualidade, segurança, entre outros) com as preocupações de que estes sistemas tomem o lugar do ser humano e todo um conjunto de problemas éticos. Mais uma vez a sociedade debate-se com o avanço tecnológico, mas sem nunca perder o rumo do bom uso da tecnologia para garantir o melhor bem-estar possível. Palavras-chave: sistemas robóticos autónomos; robôs; robótica; indústria robótica.. iii

4 Agradecimentos É com prazer que agradecemos ao nosso coordenador, Prof. Dr. Aníbal Matos e ao nosso monitor, Telmo Lima, que nos receberam, incentivaram e educaram a todos os níveis para a realização deste trabalho. Agradecemos também por todo o apoio e disponibilidade durante a realização deste projeto. iv

5 Índice Resumo..iii Agradecimentos iv Introdução Definições Classificações de robôs Aplicações.6 4. Composição Tecnologias envolvidas Exemplos e níveis de autonomia Legislação Vantagens e desvantagens.14 Conclusão..15 Referências bibliográficas...16

6 Introdução Este trabalho foi realizado no âmbito da unidade curricular Projeto FEUP, ao longo do primeiro semestre do ano letivo 2012/2013 pelo grupo 1MIIEC_03, da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. O relatório aborda os sistemas robóticos autónomos interiores. Assim, o grupo procurou informar-se sobre o que são os sistemas robóticos, esclarecendo significações gerais e depois focalizando-se nos sistemas de interiores. Com os objetivos agora mais claros, estudaram-se os sistemas robóticos autónomos de interiores e descobriram-se as suas aplicações, os seus tipos, a sua composição, as tecnologias que envolve e as vantagens e desvantagens da utilização destes, bem como a legislação que o uso destes sistemas implicam. Os sistemas podem, assim, servir em hospitais, restaurantes, indústrias ou até mesmo em casa, abrindo um mundo de novas possibilidades. Garantem melhor qualidade, maior velocidade de execução, maior segurança, maior precisão e trabalham repetidamente e nalguns casos com pouco, ou mesmo nenhum, supervisionamento humano. A sociedade compete para o desenvolvimento destes sistemas e surgem estudos de toda a parte relacionados com estes, compilando os materiais a utilizar até às implicações éticas na sociedade. 2

7 1 - Definições Robótica - O termo refere-se ao estudo e à utilização de robots. Robot - Dispositivo capaz de realizar atividades como um ser humano; - Manipulador programável multifuncional, capaz de movimentar, peças ou dispositivos. Cumpre trajetórias programadas para cumprir grande uma variedade de tarefas. Robot móvel / Plataforma móvel - Plataforma com grande mobilidade translacional relativamente ao meio; - Um sistema com as seguintes características funcionais: a) Móvel: em que o sistema tem mobilidade total relativamente ao meio; b) Alguma autonomia: interação humana limitada; c) Capacidade percetiva: sensação e reação no meio envolvente. Os termos robot móvel, plataforma móvel, veiculo, robot, são muitas vezes usados com o mesmo significado. 3

8 2 - Classificação de robots Podemos classificar os robots móveis segundo diferentes perspetivas, cada uma com implicações diferentes no sistema de controlo do veículo: Indoors ou outdoors o Influencia na complexidade do modelo de representação do mundo e de reação. Tipo de locomoção o Com rodas, com pernas, com serpentina de juntas múltiplas, o Influência nos modelos de mobilidade e planeamento. Flexibilidade do corpo o Um corpo único ou vários corpos, corpo flexível ou rígido; o Influencia na complexidade do processamento de dados de sensores. Forma (de cilindro ou corpo alongado) o Simples ou complexa, com forte influência no planeamento de trajetórias, e de evitar obstáculos. Utilização o AGVs (automated guided vehicles), robot para serviços, pesquisa, educação. Duplicação o Dificultada com arquiteturas especialmente concebidas e/ou materiais especiais; o Forma de conceção tem influência no custo de desenvolvimento. 4

9 Meio usado na mobilidade o Terra, água, ar, tubos, superfície da água, espaço; o Influencia na forma de coordenação do controlo. Nível de autonomia o Teleoperado; o Totalmente autónomo; o Influencia na complexidade de todos os níveis de controlo. 5

10 3 - Aplicações As aplicações típicas dos robôs industriais incluem fundição, pintura, soldagem, montagem, movimentação de cargas, inspeção de produtos e realização de teste, tudo realizado com uma precisão, velocidade, e robustez elevadas, em muito diferente da mão humana. FIg. 1 Robô usado em Os robôs de apoio médico incluem serviços como fornecimento de comida, bebidas, medicação, transporte de relatórios e exames médicos, transporte de resíduos biológicos Os robôs de limpeza de áreas e superfícies são muito usados em supermercados, fábricas, aeroportos, limpeza de vidros. As coberturas destes através de sensores detetam as paredes e cobrem todas as superfícies, não deixando escapar qualquer pormenor. Fig. 2 Robô de limpeza usado em restaurante 6

11 Existem também robôs de serviço de atendimento de clientes, como apoio em museus (guias), restaurantes, etc. Estes estão cada vez mais a substituir os humanos em pequenas funções como servir a Robôs de entretenimento são robôs criados para interagir com pessoas divertindo-as. Existe uma grande variedade e realizam as mais variadas funções desde reconhecer vozes e faces (Sony Qrio), realizar conversas básicas e até formar expressões (Ifbot). Fig. 3 Qrio, robô da SONY 7

12 4 Composição e tecnologias envolvidas A engenharia em geral identifica o sistema autónomo como uma máquina, constituída por ligações mecânicas, circuitos elétricos, sensores e unidades de processamento de informação, capaz de realizar ações e intervenções no universo físico que a envolve. A interligação e interação destes vários elementos constituintes deverão permitir a realização de tarefas em ambientes dinâmicos ou mal estruturados, dotando o veículo de uma capacidade de adaptação que simule algum nível de autonomia. Como muitos destes veículos são extensões de sistemas designados robots, é muito comum associar este termo ao dos sistemas autónomos criando a designação Sistemas Robóticos Autónomos. 8

13 5 Níveis de autonomia Consideramos que um sistema (máquina ou veículo) terá mais autonomia quanto menor for a necessidade de intervenção humana para realizar uma tarefa. Um sistema totalmente operado por um humano não terá autonomia enquanto um sistema só supervisionado por um humano terá maior autonomia. Uma máquina que realize tarefas sem nenhuma intervenção humana (nem a sua supervisão) será uma máquina autónoma. O objectivo da engenharia é construir máquinas com graus de autonomia elevada ou, de forma equivalente, com baixa intervenção humana, utilizando as tecnologias e os conhecimentos atualmente disponíveis. 9

14 6 Exemplos ilustrativos Empresa: Helpmate Robotics Este sistema é orientado para utilização na medicina, nomeadamente em hospitais. É utilizado para transporte de diagnósticos médicos, comida, e medicamentos. Um sistema de abertura de portas e interface para elevadores, torna-se muito útil pois o robô é capaz de se deslocar de forma autónoma dentro do hospital. Usa um sistema de navegação por ultra sons e laser retrorrefletor. Fig. 4 Robô Helpmate Fig. 5 Caiaques robóticos Pesquisadores do MIT, Estados Unidos, transformaram caiaques comuns em caiaques robóticos, adicionando-lhes computadores de bordo, controlo por rádio, sistemas de propulsão, navegação e comunicação. O objetivo é construir frotas de pequenas embarcações autónomas e cooperantes úteis na busca por sobreviventes em acidentes marítimos, na localização de minas explosivas e até no monitoramento do tempo e na observação científica. A plataforma robótica foi batizada de SCOUT ("Surface Crafts for Oceanographic and Undersea Testing"). É que, uma vez testada e desenvolvida, poderá ser utilizada também para robôs subaquáticos. 10

15 A empresa norte-americana irobot acaba de lançar o primeiro ajudante-robô dedicado à limpeza doméstica. O Roomba promete aspirar o pó de todo o chão da casa de maneira totalmente autônoma, sem necessidade de intervenção humana. Após terminar a tarefa, o robô-aspirador desliga-se sozinho. Fig. 6 - O cérebro do Roomba é um processador de 8 bits, com apenas 256 bytes de memória O robô autónomo Urbie (em inglês) foi projetado para realizar várias operações urbanas, incluindo reconhecimento militar e operações de resgate. Permite, sobretudo, explorar áreas muitas vezes perigosas para o ser humano e é bastante versátil. Foi projetado pela NASA. Fig. 7 Imagem do Urbie 11

16 FIDO ("Field Integrated Design & Operations ) é o robô da NASA destinado a operações no planeta Marte. Um exemplo de um sistema robótico autónomo que servirá para explorar um planeta de que tanto se fala, através de fotografias e exploração do solo, por exemplo. As expectativas são tantas que a NASA decidiu mandar dois para o espaço. Fig. 8 e 9 Imagens do FIDO. 12

17 7 - Legislação Não existe legislação para a regulamentação dos sistemas robóticos autónomos, embora se possam encontrar as três leis de Asimov: 1. Um robô não pode causar danos a um ser humano, ou, por inação, permitir que um ser humano sofra danos; 2. Um robô deve obedecer às ordens dadas a ele por pessoas qualificadas a não ser que essas ordens violem a regra nº1; 3. Um robô deve proteger a sua própria existência a não ser que ela viole as regras nº1 e nº 2. Apesar de não constituírem legislação, a construção de alguns robots tem em conta estas leis. Atualmente, e perante a ausência de legislação, existem iniciativas de criação de códigos de conduta para os sistemas robóticos autónomos. Estas iniciativas surgem como resposta à crescente preocupação com o futuro dos humanos conciliado com os robôs, onde se imagina que os robots façam parte do quotidiano. Deste modo surgem questões relacionadas com a ética, e estas iniciativas procuram isso mesmo: uma criação de política de uso destes sistemas autónomos. Não é o presente que preocupa, mas sim o futuro. 13

18 8 - Vantagens e desvantagens Existem inúmeras vantagens na utilização de sistemas robóticos autónomos, mas também acarreta algumas consequências para o ser humano a utilização destes sistemas. Vantagens: Permite chegar a locais onde o ser humano não consegue seja devido por exemplo às condições climatéricas ou para fazer um reconhecimento antes da entrada das forças policias; Maior rapidez numa linha de produção e representa um menor custo; Maior qualidade nos produtos; Produção ininterrupta; Podem manipular instrumentos cirúrgicos muito menores e mais delicados, com maior precisão. Desvantagens: Menor número de empregos disponíveis para a população em geral; Menor movimentação financeira, devido ao baixo fluxo de dinheiro decorrente da retirada de empregadores do mercado; Se não existir uma política de controlo e uso poderá levantar graves problemas éticos; Vulnerável à existência de vírus. 14

19 9 - Conclusão Os sistemas robóticos autónomos interiores atuam nos mais variados palcos e indústrias e garantem um enorme leque de vantagens para o ser humano. Desde que surgiu o primeiro robô até hoje que se verificaram cada vez mais avanços e especializações, almejando a maior autonomia e segurança possíveis. O que preocupa é o futuro, pois este revela-se incerto. Crescem as preocupações sobre o lugar de robôs e humanos e ausência de legislação específica não responde às perguntas. Assim urge-se a criação de leis, de códigos de conduta e políticas de uso para estes sistemas, de modo a garantir sempre a superioridade humana sobre estes e a melhor qualidade de vida possível. Finalizando, atingimos os objetivos propostos e achámos benéfica a existência desta unidade curricular, pois possibilita a investigação de temas interessantes e ajuda na integração à nova realidade que é a faculdade. 15

20 Referências bibliográficas LEGISLACAO+ROBOTICA.html