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Programa de Pós-Graduação em Instrumentação, Controle e Automação de Processos de Mineração. Departamento de Engenharia de Controle e Automação, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. A robótica móvel, desde o seu surgimento, sempre foi uma área que despertou o interesse e atenção de pesquisadores. Hoje, graças ao avanço tecnológico, robôs moveis estão cada vez mais disponíveis. Movida pela transformação digital, a indústria viu também a possibilidade de utilizar robôs móveis em suas instalações. Dentre as áreas industriais que apresentam grande importância para a economia brasileira, destaca-se a mineração. Diferentemente de outros ambientes, a mineração apresenta um universo desafiador aos robôs, dificultando o seu desenvolvimento. Este trabalho esta inserido neste contexto e é desenvolvido sobre três estudos de caso aplicados a mineração: (i) a necessidade de rastrear o minério de cobre ao longo da cadeia de produção, (ii) a necessidade de reconstruir ambientes confinados e (iii) a necessidade de inspecionar dutos da cadeia de produção. Foram propostas soluções para cada uma dessas necessidades: (i) desenvolvimento de hardware e software para melhorar o controle de rastreabilidade de minério de cobre por meio de lançamentos de etiquetas eletrônicas RFID, (ii) estudo investigativo em fotogrametria para executa-la em espaços confinados visando a reconstrução 3D do ambiente e (iii) a construção e avaliação de sistema computacional deep learning para a identificação de falhas precoces na tubulação de rejeitos da Usina do Salobo. Ao final de cada estudo de caso, considerações finais são apresentadas demonstrando os resultados obtidos. Mobile robotics, since its inception, has always been a focus of interest and attention of researchers. Today, thanks to technological advancement, mobile robots are increasingly available. Driven by the digital transformation, the industry also saw the possibility of using mobile robots in its facilities. Among the industrial areas that are of great importance to the Brazilian economy, mining stands out. Unlike other environments, mining presents a challenging universe for robots, making their development difficult. This work is inserted in this context and is developed on three case studies applied to mining: (i) the need to track copper ore along the production chain, (ii) the need to reconstruct confined environments, and (iii) the need to inspect pipelines in the production chain. Solutions were proposed for each of these needs: (i) hardware and software development to improve copper ore traceability control through the launch of RFID electronic tags, (ii) investigative study in photogrammetry to perform it in confined spaces aiming at the 3D reconstruction of the environment and (iii) the construction and evaluation of a deep learning computational system for the identification of early failures in the tailings pipe of the Salobo Plant. At the end of each case study, final considerations are presented demonstrating the results obtained.

Programa de Pós-Graduação em Instrumentação, Controle e Automação de Processos de Mineração. Departamento de Engenharia de Controle e Automação, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. A mineração é uma atividade tradicional no Brasil e apresenta um enorme potencial para aplicação de sistemas robóticos, apesar de poucos casos práticos e de sucesso serem percebidos atualmente. Nos últimos anos, nota-se uma evolução no grau de automação de processos, aplicações de robótica e sistemas autônomos no setor, motivada pela abrangência do escopo de atuação e pelo alto número de tarefas complexas, repetitivas, ergonomicamente desfavoráveis e insalubres encontradas nos mais variados processos. O objetivo desta pesquisa é o desenvolvimento e aplicações práticas de robôs industriais e de serviço em processos de mineração. Foram abordados três casos de estudo específicos, voltados para a utilização de um braço manipulador em um laboratório de análises de amostras de minério de ferro e o uso de plataformas móveis em atividades de inspeção de equipamentos e espaços confinados. Testes de campo foram realizados para validação dos sistemas, resultando em uma aplicação real e dois protótipos funcionais, com foco em produtividade e boas condições de trabalho. Mining is a traditional activity in Brazil and has a huge potential for robotic systems application, although few practical and successful cases are currently perceived. Over recent years, there has been an evolution in the level of process automation, robotics applications and autonomous systems in the mining sector, motivated by the high number of complex, repetitive, ergonomically unfavorable and unhealthy tasks found in the most varied processes. The goal of this research is the development and practical applications of industrial and service robots in mining processes. Three specific case studies were addressed, focused on the use of a robotic arm in an iron ore sample analysis laboratory and the use of mobile platforms in equipment and confined space inspection activities. Field tests were performed to validate the systems, resulting in a real application and two functional prototypes, focusing on productivity and good working conditions.

Programa de Pós-Graduação em Instrumentação, Controle e Automação de Processos de Mineração. Departamento de Engenharia de Controle e Automação, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. Os transportadores de correia (TCs) desempenham um papel importante no transporte de materiais em diferentes indústrias. Particularmente, a sua utilização em processos de mineração é extensa e vital para a operação desta indústria. Dessa forma, a inspeção dos componentes de transportadores de correias, como os rolos, é uma tarefa fundamental para garantir o correto funcionamento do equipamento. Visando apresentar uma solução efetiva para inspeção de transportadores de correias, é proposta uma metodologia de inspeção utilizando um dispositivo robótico composto por uma plataforma móvel capaz de se mover em diferentes terrenos, transpor obstáculos e subir e descer escadas com diferentes inclinações; um manipulador robótico; e um conjunto de sensores. A metodologia proposta retira os operadores das áreas de risco e fornece informações mais precisas do estado do equipamento. Além disso, a implementação do sistema não exige nenhuma modificação da estrutura existente dos TCs. Uma série de testes de campo preliminares validam o conceito proposto para operações no ambiente da mineração e permitem analisar a capacidade de inspeção do sistema. Para realizar uma inspeção efetiva é desenvolvida uma estratégia de controle cinemático de corpo completo para seguimento de trajetória. Com base no modelo cinemático do conceito do robô proposto, é apresentado um método de controle para comandar tanto a plataforma móvel quanto o manipulador robótico, considerando o dispositivo como um sistema de corpo completo. Tal método utiliza um controlador do tipo feed-forward em conjunto com linearização entrada/saída por feedback, responsável por lidar com as restrições não-holonômicas da plataforma móvel. A estratégia é validada por meio de simulações utilizando ROS e V-REP. Belt conveyors (BCs) play an important role in the transportation of materials in different industries. Particularly, its use in mining processes is extensive and vital to those operations. Therefore, inspecting the components of belt conveyors, such as idler rolls, is a fundamental task to ensure the equipment proper operation. Aiming to present an effective solution for belt conveyors inspection, we propose an inspection procedure using a robotic device composed by a mobile platform capable of moving in different terrains, overcoming obstacles and going up and down stairs with different slopes; a robotic manipulator; and a set of sensors. The proposed procedure removes operators from hazardous areas and provides more accurate information on the equipment condition. In addition, the system implementation does not require any modification on the existing BC structures. A series of preliminary field tests validate the proposed concept for operation in mining environment and allow us to analyze the inspection capacity of the system. We propose a whole body kinematic control for trajectory following in order to perform an effective inspection. Based on the kinematic model of the proposed robot concept, this work presents a control method to command both the mobile platform and the robotic manipulator, considering the device as a whole body system. The method uses a feed-forward controller with an input/output linearization by feedback responsible for dealing with the mobile platform non-holonomic constraints. Simulations using ROS and V-REP validate the strategy.

Programa de Pós-Graduação em Instrumentação, Controle e Automação de Processos de Mineração. Departamento de Engenharia de Controle e Automação, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. A equipe de Espeleologia da Vale possui uma plataforma robótica, o EspeleoRobô, capaz de se locomover em terrenos acidentados e realizar a inspeção e mapeamento de cavidades naturais. Por se tratar de um dispositivo teleoperado, sua operacionalidade depende da qualidade de comunicação com a base de controle. Uma solução para o problema seria dar autonomia ao EspeleoRobô. Sendo assim, o presente trabalho corresponde a um passo inicial para o desenvolvimento de um sistema de navegação autônomo, no qual o objetivo é analisar técnicas de planejamento de caminho que otimizem a navegação do robô em terrenos acidentados considerando seu modelo cinemático. O ambiente é representado por malhas triangulares modeladas como um grafo, onde são gerados caminhos ótimos utilizando o algoritmo de Dijkstra implementado no Matlab considerando as seguintes métricas como função de custo: distância percorrida, transversalidade do terreno e consumo energético do robô. Ainda, é proposta uma função de custo que considera múltiplos objetivos durante o planejamento de caminho, onde a relação entre elas é ajustada pelo operador por meio de pesos. São consideradas a arquitetura do robô e estimações dos pontos de contato do mesmo no ambiente, onde é realizado um estudo para analisar a interação do robô com o terreno utilizando os softwares Pybullet e V-REP. Para validação das métricas são feitas simulações utilizando mapas 3-D artificiais e um mapa real de cavidade natural. Vale’s Speleology team has a robotic platform, the EspeleoRobô, capable of moving on rough terrain while inspecting and mapping natural caves. Since the robot is a teleoperated device, its operability depends on the quality of communication with the control base. One solution to the problem is to provide autonomy for EspeleoRobô. Therefore, the present work consists on an initial step for the development of an autonomous navigation system, in which the objective is to analyze path planning techniques that optimize the robot navigation on rough terrain considering its kinematic model. We represent the environment using triangle meshes modeled as a graph and generate optimal paths with the Dijkstra’s algorithm implemented in Matlab considering the following metrics as cost function: traveled distance, terrain traversability, and robot power consumption. Moreover, this work proposes a cost function that accounts for multiple goals during the path planning, where the user can set the trade-off between them through weights. We are considering the robot architecture and the contact points between the terrain and the robot, where we study the robot-terrain interaction using Pybullet and V-REP. We validate the metrics through simulations using artificial 3-D and real natural cave maps.

Programa de Pós-Graduação em Instrumentação, Controle e Automação de Processos de Mineração. Departamento de Engenharia de Controle e Automação, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. Os processos de transporte de minério, realizado por caminhões fora de estrada, estão sujeitos, constantemente, a condições climáticas adversas, como neblina, chuva intensa e poeira, que impedem a operação segura no ambiente da mineração. Nesse sentido, a criação de um sistema de direção assistida, que auxilie os operadores nessas condições, é de grande valia para melhorar a utilização desses equipamentos. Essa pesquisa aplicada visa colaborar na implantação desse sistema, desenvolvendo códigos de processamento de imagens, no software Matlab, que realizam a fusão de imagens RGB e térmica visando criar uma imagem combinada, que contribui na identificação da cena contida em um ambiente de mineração sob condições climáticas adversas. A fusão das imagens é realizada utilizando a técnica Alpha Compositing, pela combinação da cor translúcida do primeiro plano com uma cor de fundo, produzindo assim uma nova cor combinada que é armazenada em um novo canal de cores. Além da fusão das imagens, os códigos identificam o ponto de fuga das estradas e seus limites, para posteriormente segmentar a imagem e identificar a área transitável pelos caminhões que operam no ambiente da mineração. O ponto de fuga é identificado através do cálculo do valor esperado da amostra de pontos definidos pelas interseções das bordas retas identificadas nas imagens. A área transitável é identificada por técnica que une, através de uma média ponderada, quatro métodos distintos, sendo eles: segmentação por superpixel, limiar de histogramas de cores, triângulo do ponto de fuga e distribuição normal multivariada. Após a definição do algoritmo para segmentação da área transitável da estrada em imagens é possível trabalhar com vídeos processando cada quadro (frame) individualmente, o que simula a situação operacional real dos caminhões. Os resultados alcançados demostram que a fusão de imagens obteve resultados 26% melhores se comparado ao processamento individual de imagens RGB e térmicas e foi possível identificar corretamente a estrada em mais de 65% das imagens e quadros de vídeos. Esperase, ao final da implantação de um sistema como esse, melhorar a segurança operacional e aumentar a produtividade, indicadores almejados por todas as mineradoras. The ore transport process, executed by haul trucks, are constantly subject to adverse weather conditions, such as fog, heavy rain and dust, which hamper safety operation of trucks in mining environments. In this sense, the creation of a power assisted steering system that helps the operators in these conditions is of great value to improve the usage of these equipment. This applied research aims to collaborate in the implantation of this system, developing image processing codes in Matlab software, which perform the fusion of RGB and thermal images aiming to create a combined image, which contributes to the identification of the scene contained in a mining environment under adverse weather conditions. The images are merged using the Alpha Compositing method, by combining the translucent foreground color with a background color, thus producing a combined color that is stored in a new color channel. In addition to the images fusion, the codes identify the vanishing point of the roads and their limits, to later segment the image and identify the drivable area that can be used by haul trucks operating in the mining environment. The vanishing point is identified by calculating the mean value of the sample points defined by the intersections of the straight edges identified in the images. The drivable area is identified by a technique that join, through a weighted average, four distinct methods: superpixel segmentation, color histogram threshold, vanishing point triangle and multivariate normal distribution. After defining the algorithm for segmentation of the drivable area of the road into images, it is possible to work with videos processing each frame individually, which simulates the actual operational situation of the trucks. The results show that image fusion achieved results 26% better compared to images RGB and thermals processed apart and it was possible to correctly identify the road in more than 65% of the images and video frames. At the end of the implementation of such a system, an improvement on operational safety and an increase in productivity are expected, which are indicators targeted by all mining companies.

Programa de Pós-Graduação em Instrumentação, Controle e Automação de Processos de Mineração. Departamento de Engenharia de Controle e Automação, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. O desenvolvimento de tecnologias aplicadas à mineração tem crescido signi cativamente nos últimos anos. Para as mineradoras, a adoção de novas tecnologias em automa- ção e operação remota representa uma grande oportunidade para ganhos em produtividade e segurança. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma solução integrada para navegação e manipulação autônomas que pode ser utilizada em processos de mineração. A solução proposta é validada através de simulações e testes reais; a aplicação alvo escolhida foi o carregamento autônomo de explosivos. Essa aplicação pode reduzir e até eliminar os riscos a que os operadores estão expostos em ambientes como área de desmonte com presença de explosivos. Para validação experimental foram utilizados uma plataforma móvel de porte médio com um braço robótico acoplado. O teste de conceito proposto consiste em 3 etapas - navegação autônoma, processamento de imagens e manipulação - para emular um carregamento autônomo de explosivos em laboratório. The development of mining technologies has grown signi cantly in recent years. For mining companies, the adoption of new technologies on automation and remote operation represents a great opportunity for gains in productivity and safety. This paper describes the development of an integrated solution for autonomous navigation and manipulation that can be applied to mining processes. The proposed solution was validated with simulated and real tests; the target application is the autonomous explosive charging. This solution can reduce or eliminate the risks to which operators are exposed in environments such as rock blast areas. The experimental validation was performed using a mobile platform with a robotic arm. The proposed concept test consists in 3 steps - autonomous navigation, image processing and manipulation - in order to emulate an autonomous explosives charging in laboratory.

Programa de Pós-Graduação em Instrumentação, Controle e Automação de Processos de Mineração. Departamento de Engenharia de Controle e Automação, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. O Brasil é um país em que predomina o clima tropical. Todas as minas da Vale, independentemente da commodity (ferro, manganês e ou cobre), sofrem o impacto das condições climáticas adversas, principalmente nos períodos chuvosos, com neblinas intensas, que interferem fortemente nas operações, reduzindo e/ou interrompendo os processos de lavra em determinados períodos do dia. Até o presente momento não foi desenvolvida uma tecnologia que viabilize com segurança a operação dos caminhões nos períodos de neblina intensa, bem como diminuir os riscos de perdas materiais significativas nos equipamentos em operação. As câmeras convencionais, já usadas para auxílio em manobras, geram imagens no formato RGB e possuem alcance elevado. Porém, em condições adversas, a visibilidade não é diferente do olhar humano, dificultando a identificação de obstáculos e até mesmo a pista de rolagem dos equipamentos. A possibilidade de incluir o sistema de laser pode auxiliar a operação em condições adversas, incluindo neblina, chuva e pouca luminosidade. A fusão dos dados da câmera RGB com a varredura laser deve auxiliar a operação dos equipamentos, identificando obstáculos e estradas com maior confiabilidade. O estudo proposto consiste em investigar técnicas capazes de fornecer informações sobre a estrada e obstáculos considerando imagens RGB e uma nuvem de pontos de varredura laser, assim como sua fusão. No processamento são utilizados filtros e redes neurais para o processamento de imagens, e algoritmos de identificação de aglomerados ou planos para processar nuvens de pontos. Para esse estudo as estratégias propostas para identificação de objetos por imagem atingiram 90% de acerto e as estratégias de identificação através da nuvem de pontos alcançaram 91% de acerto. Porém, quando o processamento é realizado com a fusão dos dados dos sensores 95% dos obstáculos são identificados. Apesar desta pesquisa consistir numa etapa preliminar inserida num projeto de escopo maior, os resultados obtidos com o processamento de dados podem ser considerados satisfatórios. Brazil is a country where the tropical weather is predominant. All Vale's mines, regardless of the commodity (iron, manganese, nickel, phosphate and copper), suffer impact of the adverse weather conditions, especially on the rainy season, with heavy fog, which strongly affects operations, reducing and/or interrupting the processes of mining outdoor in specific periods of the day. Up to the present moment it has not been developed a technology which could make feasible with security the off road operations on periods of heavy fog, as well as to reduce risks of significant material loss in equipments during operation. The conventional cameras, already used to assist maneuvers, generate images in RGB format and have increased range. However, in adverse conditions, the visibility is not different from the human eye, making difficult the identification of obstacles and even the equipment's rolling track. The possibility of including a laser system can support the operation in adverse conditions including fog, rain and poor visibility. The data fusion of RGB camera with sweep laser should support the equipments operation indentifying obstacles and roads with more reliability. The proposed study evaluates techniques capable to provide information regarding the road and obstacles considering RGB and a sweep laser cloud of points, such as its fusion. The strategy use filter and neural nets for images process, and algorithms of clusters identification or plans to process clouds of points. For this study the identification of objects by image reached 90%, through the cloud of points reached 91%. However, using data fusion allows to correctly identify 95% of the objects in the environment. Although this research consists in a preliminary stage inserted in a project of greater scope, the results obtained with data process can be considered satisfactory.

Programa de Pós-Graduação em Instrumentação, Controle e Automação de Processos de Mineração. Departamento de Engenharia de Controle e Automação, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. Uma sonda, equipamento utilizado para extrair variáveis físicas remotamente, é utilizada na indústria para pesquisa mineral por meio da extração de testemunhos do solo. Atualmente, esses equipamentos são importados, caros, inadequados às normas Brasileiras e possuem características dispensáveis como, capacidade de operação em temperaturas negativas. Visando a necessidade de desenvolvimento de um produto nacional, compatível com normas de emissão de poluentes e a NR-12, com alta eficiência e baixo consumo de combustível, é proposto um sistema de monitoramento de avanço e controle de rotação para uma sonda hidráulica de grande porte para prospecção mineral. Neste trabalho será monitorada a velocidade de avanço da ferramenta de corte e controlada a velocidade de rotação por meio do controle das pressões do sistema de acordo com a velocidade escolhida pelo operador. Será apresentado um estudo sobre a utilização de sensores para medir avanço e do uso de controladores PI para controle da rotação do motor hidráulico utilizando duas formas de basculamento para o motor hidráulico. O sistema de atuação enviará sinais de comando para os atuadores hidráulicos (como válvulas proporcionais) responsáveis pelo processo de perfuração propriamente dito. Os sistemas propostos foram responsáveis pela redução de custo operacional e aumento de produtividade no campo além de proteger os operadores com a utilização da norma NR-12. A drilling rig, a machine designated to remotely obtain physics evidences, is used in mineral research to extract cores. Nowadays, drilling machines available on global market are expensive, inadequate to Brazilian rules and they have dispensable characteristics as, capacity of operation in negative temperatures. Aiming at the need to develop a national product, compatible with pollutant emission standards and the brazilian regulatory standard NR-12, with high efficiency and low fuel consumption a drilling monitoring and rotation speed control system for a large hydraulic drilling rig for mineral prospecting is proposed. The actuators control the advancement of the drilling tool inside the borehole by exerting forces of weight and rotation. A study will be presented on the use of sensors to measure the drilling advance and the use of PI controllers to control the rotation of the hydraulic motor using two forms of displacement control for the hydraulic motor. The actuation system will send command signals to the hydraulic actuators (such as proportional valves) responsible for the actual drilling process. The proposed systems were responsible for the reduction of operational cost and increase of productivity in the field besides protecting the operators with the use of the norm NR-12.

Programa de Pós-Graduação em Instrumentação, Controle e Automação de Processos de Mineração. Departamento de Engenharia de Controle e Automação, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. In the mining industry, operator safety has always been a crucial point, and therefore demands attention. In addition, given the high investments made in the enterprise, the search for a consistent and e cient production process is also relevant. To increase productivity and safety, teleoperation techniques can be used to allow the operator to be removed from the risk areas and operate the equipment from a safe distance. The work presented in this master's thesis was developed at the Instituto Tecnológico Vale (ITV) as a part of a broader project that aims the development of a conceptual framework that enables the analysis and validation of the application of teleoperation techniques in mining equipment. These equipment could be either used for exploration, engineering or extraction. More speci cally, this framework will permit the analysis of relevant information for teleoperation. This work represents the initial step taken, which comprises the execution of proof-of-concept tests in laboratory using a robotic system. Di erent teleoperation interfaces schemes consisting of video and haptic devices are analyzed under di erent aspects and the user point of view is taken into account. The goal is to analyze the e ects of the force feedback and of di erent visual feedback during teleoperation and to evaluate which prede ned users characteristics can contribute to better performance during teleoperation. Experimental tests were performed using a commercial mobile robotic platform Seekur Jr and teleoperation interfaces consisting of the haptic devices Novint Falcon and Geomagic Touch. This platform can be programmed in such a way that it operates emulating a mining equipment. For practical application-oriented tests, di erent operations from a mining process can be used as application of study (e.g. explosive charging or excavators operations). For the purposes of this work, interfaces for the control of the robotic platform locomotion were analyzed. In order to evaluate the in uence of interface characteristics and users pro le on performance during teleoperation two experiments were conducted. The experiments consisted of guiding the robotic platform in a scenario containing obstacles, using the di erent interfaces. In this work, delays in communication during teleoperation were not addressed. Results show that the use of force feedback e ectively contributes for better performances in term of task execution time, number of collisions with obstacles and task completion in teleoperation activities. Moreover, additional visual information, such as the environment map, can also increase perception of obstacles. Na indústria da mineração, a segurança do operador sempre foi um ponto crucial, demandando, portanto, cuidadosa atenção. Além disso, dados os altos investimentos realizados no empreendimento, a busca por um processo de produção consistente e e ciente é também relevante. Com o objetivo de aumentar a produtividade e a segurança nas operações dentro da mineração, técnicas de teleoperação podem ser utilizadas para permitir que o operador seja removido das áreas de risco e opere o equipamento à distância. Em essência, a teleoperação significa que é possível haver uma separação física entre a unidade de comando (sistema local) e a unidade de execução (sistema remoto), ainda mantendo a relação entre os dois. Isto é, apesar da separação física, o sistema local é ainda capaz de comandar o sistema remoto. Idealmente, para que tal comando seja feito de maneira mais e caz possível, deseja-se prover ao operador uma experiência com o ambiente remoto de forma natural e realista, de tal forma que ele tenha a sensação de estar interagindo diretamente com o ambiente remoto, porém sem as perturbações típicas desses ambientes (ruído, vibrações, calor, etc.) e com a possibilidade de ampliação dessa percepção. Com a utilização da teleoperação, é possível, além de reduzir os riscos a que o operador está exposto em suas atividades, melhorar seu desempenho na operação destes equipamentos durante a realização das tarefas. O trabalho apresentado nesta dissertação de mestrado foi desenvolvido no Instituto Tecnológico Vale (ITV) como parte de um projeto mais amplo que visa o desenvolvimento de um arcabouço que permita a análise e validação da aplicação de técnicas de teleoperação a equipamentos de mineração. Estes equipamentos podem ser usados tanto para tarefas de exploração, quanto de engenharia ou extração. Mais especificamente, este arcabouço permitirá a análise de qual informação é relevante e auxilia o operador durante a operação do equipamento. No âmbito deste projeto, o trabalho descrito nesta dissertação de mestrado representa o primeiro passo dado, que compreende a execução de testes de conceito em laboratório usando um sistema robótico. Diferentes interfaces de teleoperação compostas por dispositivos hápticos e de vídeo são analisadas diante de diferentes aspectos e o ponto de vista do usuário é levado em consideração. O objetivo é analisar os efeitos da realimentação de força e da realimentação visual durante a realização de tarefas de maneira teleoperada e avaliar quais características predefinidas dos operadores podem contribuir para um melhor desempenho durante a teleoperação de um equipamento. Para realizar os testes, a plataforma robótica móvel comercial Seekur Jr e interfaces de teleoperação compostas por dispositivos hápticos Novint Falcon e Geomagic Touch são utilizados. Esta plataforma robótica pode ser programada de tal forma a operar emulando um equipamento de mineração. Para a realização de testes voltados a aplicações práticas, diferentes operações de um processo de mineração podem ser utilizadas como aplicação de estudo (carregamento de explosivos, operação de uma escavadeira, por exemplo). Para os fins de estudo deste trabalho, foram analisadas as interfaces para o controle da locomoção da plataforma robótica. Para avaliar a influência das características da interface e do perfil dos usuários no desempenho durante a teleoperação dois experimentos foram conduzidos. Os experimentos consistiram em comandar a plataforma robótica em um cenário contendo obstáculos utilizando as diferentes interfaces desenvolvidas. Neste trabalho, a presença de atrasos na comunicação durante a teleoperação não foi considerada. Os resultados mostram que o uso da realimentação de força efetivamente contribui para melhor desempenho durante a execução de tarefas de forma teleoperada, em termos do tempo de execução da tarefa, do número de obstáculos colididos e do nível de conclusão da tarefa. Além disso, informações visuais adicionais tais como um mapa do ambiente aumentam a percepção de obstáculos.

Programa de Pós-Graduação em Instrumentação, Controle e Automação de Processos de Mineração. Departamento de Engenharia de Controle e Automação, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. Esta dissertação aborda o estudo da mobilidade de dispositivos robóticos que se locomovem sobre terrenos não estruturados. O robô investigado aqui é projetado para a inspeção de cavidades naturais. Este pode utilizar diferentes modos de locomoção, como rodas, rodas tipo estrela, pernas e até configurações híbridas. A comutação entre os modos é possibilitada por um sistema de troca rápida dos mecanismos de locomoção. Métricas são usadas para quantificar o consumo energético, estabilidade, capacidade de transpor obstáculos e velocidade de translação. Um ambiente de simulação é desenvolvido integrando o simulador V-REP, Robot Operating System (ROS) e bibliotecas em Python. É possível comandar os elementos virtuais através do ROS e obter as métricas de mobilidade através das bibliotecas. Diferentes ensaios são propostos para a avaliação do desempenho dos modos. Em especial, um dos ensaios é realizado em ambiente representativo baseado no mapa tridimensional de uma caverna real. Informações são obtidas através do cálculo das métricas propostas. Testes de campo utilizando um protótipo do robô mostram o comportamento do mesmo em diversas situações. Os resultados e comparações obtidos permitem avaliar as características de cada modo de locomoção e inferir as vantagens e desvantagens do uso de cada um. Os códigos implementados são disponibilizados em anexo e em repositórios na internet. This dissertation treats the mobility of robotic devices that move over unstructured terrains. The robot studied here is designed for inspection of natural cavities. A mode of locomotion quick-change system allows the robot to use wheels, star wheels, legs and even hybrid configurations. Metrics enable quantifying and comparing energy consumption, stability, ability to overcome obstacles and speed of translation among the modes of locomotion. A simulation environment is developed by integrating the V-REP simulator, Robot Operating System (ROS) and Python libraries. It is possible to command the virtual elements using ROS nodes and obtain the mobility metrics through the libraries. Different tests are proposed for the evaluation of the performance of the modes. In particular, one of the analyses is performed in a representative environment based on the three-dimensional map of an real cave. Information is obtained by calculating the proposed metrics. Field tests using a prototype of the robot show the behavior of the robot in several situations. The results and comparisons obtained allow to evaluate the characteristics of each mode of locomotion and to infer the advantages and disadvantages of the use of each one. The implemented codes are available in an attachment and in repositories on the Internet.