EspeleoRobô - a robotic device to inspect confined environments

Azpúrua, Héctor; Rocha, Filipe Augusto Santos; García, Gabriel J.; Santos, Alexandre Souza; Cota, Eduardo; Barros, Luiz Guilherme Dias de; Thiago, Alexandre S; Pessin, Gustavo; Freitas, Gustavo

doi:10.1109/icar46387.2019.8981627

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“…Considerando as dificuldades mencionadas anteriormente, foi desenvolvido o EspeleoRobô (Cota et al, 2017;Azpurua et al, 2019), que é um dispositivo robótico que busca maior segurança e qualidade para a realização de inspeções em ambientes confinados. Além dos diversos sensores presentes no EspeleoRobô, que permitem o mapeamento em duas e três dimensões, e de câmeras de alta resolução, o robô pode ser equipado com sensores que informam a concentração de diferentes tipos de gases.…”

Section: Introdu ç ãOunclassified

Localização de Fontes de Gás Usando Aprendizagem por Reforço com Robôs Móveis na Indústria da Mineração

Sathler

Cid

Oliveira³

et al. 2021

Procedings Do XV Simpósio Brasileiro De Automação Inteligente

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Inspection operations are essential to guarantee operational safety in the mining industry. When carried out in confined environments, these processes demand attention to the various cliffs involved, among them the presence of harmful gases and lack of oxygen. Therefore, this paper presents an implementation of the deep reinforcement learning for gas source tracking using mobile robots. We present the necessary configurations for the simulation of a gas plume, including the parameters and architecture of the deep learning network used for gas source detection. Results generated in representative simulated environments show the technical feasibility of the proposed method and open the way for future applications with real robots. Resumo: Operações de inspeção são essenciais para garantir a segurança operacional na indústria da mineração. Estes processos, quando realizados em ambientes confinados, demandam atenção pelos diversos riscos envolvidos, entre eles a presença de gases nocivos e falta de oxigênio. Desta forma, o presente trabalho apresenta a implementação do aprendizado profundo por reforço para o rastreio de fonte de gás utilizando robôs móveis. Além das configurações necessárias para a simulação de uma pluma de gás, também são apresentados as configurações, parâmetros e arquitetura da rede de aprendizado profundo utilizada. Resultados gerados em ambientes simulados representativos mostram a viabilidade da técnica proposta e abrem caminho para futuras aplicações com robôs reais.

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Section: Introdu ç ãOunclassified

Localização de Fontes de Gás Usando Aprendizagem por Reforço com Robôs Móveis na Indústria da Mineração

Sathler

Cid

Oliveira³

et al. 2021

Procedings Do XV Simpósio Brasileiro De Automação Inteligente

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“…A utilização de robôs móveis para substituir a presença humana em ambientes perigosos tem atraído atenção da indústria e centros de pesquisa, possibilitando maior segurança para os profissionais envolvidos e diminuindo o risco de acidentes. Nesse sentido, o Instituto Tecnológico Vale (ITV) em parceria com a Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) vem desenvolvendo a plataforma robótica EspeleoRobô, com o objetivo de realizar missões de exploração e inspeção de ambientes confinados, como cavidades naturais, tubulações, e galerias de barragens (Azpurua et al, 2019).…”

Section: Introdu ç ãOunclassified

Exploração autônoma de ambientes planares utilizando um dispositivo robótico móvel

Leão

Amaral

Azpúrua

et al. 2021

Procedings Do XV Simpósio Brasileiro De Automação Inteligente

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This paper presents a system for autonomous exploration of planar environments using mobile robots, developed focusing on the implementation in the EspeleoRobô, a robotic device capable of inspecting confined environments. The exploration is carried out based on the detection of frontiers located at the edge of the environment known by the robot. When moving towards the identified frontiers, the robot generates a map of the traversed environment until the entire operating site is explored. For that, we employed a simultaneous localization and mapping strategy using a particle filter. During exploration, the identified frontier cells are clustered based on the distance between them. We propose two simple strategies to explore the environment, prioritizing navigation to the nearest frontier or the frontier with the highest number of cells. The robot movement is performed using a Dijkstra algorithm for path planning and a navigation control by artificial vector fields. The exploration system is validated through simulations and experiments with a real robot, creating complete maps representing the covered environments. The obtained results indicate a better performance while exploring the nearest frontiers, with smaller distances covered and fewer actions performed by the robot. Resumo: Este artigo apresenta um sistema de exploração autônoma de ambientes planares utilizando robôs móveis, desenvolvido com foco na implementação no EspeleoRôbô, um dispositivo robótico para a inspeção de ambientes confinados. A exploração é realizada com base na detecção de fronteiras localizadas no limite do ambiente conhecido pelo robô. Ao se mover em direção às fronteiras identificadas, o robô gera um mapa do ambiente percorrido, até que todo o local de operação seja explorado. Para tal, uma estratégia de localização e mapeamento simultâneos por filtro de partículas é empregada. Durante a exploração, as células de fronteira são agrupadas com base na distância entre elas. A exploração do ambiente pode ser realizada utilizando duas estratégias simples, priorizando a navegação até a fronteira mais próxima ou até a fronteira com maior número de células. A movimentação do robô é realizada utilizando um algoritmo de Dijkstra para planejamento de caminhos e um controle de navegação por campos vetoriais artificiais. O sistema de exploração é validado em simulações e experimentos com um robô real, sendo capaz de criar mapas completos dos ambientes percorridos de maneira satisfatória. Os resultados obtidos indicam um melhor desempenho da estratégia de exploração das fronteiras mais próximas, com menores distâncias percorridas e um menor número de ações realizadas pelo robô.

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“…Um exemplo de robô de serviço teleoperado é o Espele-oRobô, um dispositivo robótico desenvolvido em parceria entre o Instituto Tecnológico Vale (ITV) e a Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) para realizar a inspeção de ambientes confinados, cavidades naturais, galerias de barragens, drenos e moinhos de bolas. (Cota et al, 2017;Azpurua et al, 2019). A comunicação com o EspeleoRobô pode ser realizada por meio de um sistema de cabo umbilical, conforme ilustrado na Figura 1, ou via rádio.…”

Section: Introdu ç ãOunclassified

Comando de direção de antenas de rádio para teleoperação de robô móvel

Araújo

Júnior

Marques

et al. 2021

Procedings Do XV Simpósio Brasileiro De Automação Inteligente

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The EspeleoRobô is a teleoperated mobile robotic platform employed by the mining company Vale S.A. to explore confined environments. During inspection operations, it is common for the robot to encounter adversities, including loss of connection with the control base. This article focuses on the robotic device communication system, describing communication problems via radio signal and introducing signal strength decay models. Furthermore, we present command strategies for orienting directional antennas installed in a Pan-Tilt-Unit, so that the antennas are always pointing in the direction of the EspeleoRobô. To this end, two command strategies are investigated, one based on the robot's pose and the other using image processing. Simulations and field experiments help to verify the command strategies, demonstrating the proposed solution feasibility in improving data transmission between the mobile robot and the command base. Resumo: O EspeleoRobô é uma plataforma robótica móvel teleoperada utilizada pela mineradora Vale para a exploração de ambientes confinados. Durante operações de inspeções, é comum o robô se deparar com adversidades incluindo a perda da conexão com a base de controle. Este artigo tem como foco o sistema de comunicação do dispositivo robótico, descrevendo problemas de comunicação via sinal de rádio e introduzindo modelos de decaimento de intensidade de sinal. Além disso, são apresentadas estratégias de comando de orientação de antenas direcionais, instaladas num mecanismo Pan-Tilt de forma que as antenas estejam sempre apontando na direção do EspeleoRobô. Para tal, são investigadas duas estratégias de comando do mecanismo, uma baseada na pose do robô, e outra por processamento de imagens. As estratégias são verificadas por meio de simulações e experimentos de campo, demonstrando a viabilidade da solução proposta ao melhorar a transmissão de dados entre robô móvel e base de comando.

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EspeleoRobô - a robotic device to inspect confined environments

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Localização de Fontes de Gás Usando Aprendizagem por Reforço com Robôs Móveis na Indústria da Mineração

Localização de Fontes de Gás Usando Aprendizagem por Reforço com Robôs Móveis na Indústria da Mineração

Exploração autônoma de ambientes planares utilizando um dispositivo robótico móvel

Comando de direção de antenas de rádio para teleoperação de robô móvel

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