Virtualização de ambientes em tempo real para interação multimodal : teleoperação com uso de realidade mista e feedback háptico

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dc.contributor.advisor-co1Mello, Ricardo Carminati de
dc.contributor.advisor-co1IDttps://orcid.org/0000-0003-0420-4273
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1569638571582691
dc.contributor.advisor1Frizera Neto, Anselmo
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-0687-3967
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8928890008799265
dc.contributor.authorVieira, Igor Batista
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0009-0007-9547-4485
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/
dc.contributor.referee1Rodríguez Díaz, Camilo Arturo
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0001-9657-5076
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2410092083336272
dc.contributor.referee2Alsina, Pablo Javier
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-2882-5237
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3653597363789712
dc.date.accessioned2025-10-23T17:57:49Z
dc.date.available2025-10-23T17:57:49Z
dc.date.issued2025-09-06
dc.description.abstractConventionalteleoperationinterfaces, basedontwo-dimensionalmonitorsandnon immersive controllers, present significant limitations for human-robot interaction. The absence of depth perception, restricted field of view, and high cognitive load hinder the operator’s ability to build an accurate mental model of the remote envi ronment, reducing the effectiveness of robot control. In this context, the integration of immersive technologies and haptic devices emerges as an alternative to enhance the user’s sense of presence, overcome perceptual barriers, and make teleoperation more natural and efficient. To address these challenges, this dissertation proposes the development of a multi modal teleoperation system, composed of a mobile robotic platform equipped with perception sensors, a simultaneous localization and mapping (SLAM) module, and an immersive interface based on Virtual Reality integrated with a haptic device. The architecture was designed to operate in a distributed manner, with processing shared between the robot and the operator station, enabling the construction of a low-latency digital twin. Two experimental studies were conducted: the first vali dated the accuracy of the visual mapping system compared to classical approaches, while the second evaluated the haptic interface in user teleoperation tasks. The results obtained confirmed the hypothesis that the combination between Vir tual Reality and haptic feedback provides a telepresence experience superior to tra ditional solutions. The system demonstrated robustness in environment mapping, low response time in data transmission, and an increased sense of immersion re ported by the users. Specifically, the user study demonstrated that the immersive interface was able to reduce the average number of collisions from 3.00 to less than 0.3 and decrease the perceived workload (NASA-TLX) by more than 50%. These f indings highlight the potential of the proposed approach as a relevant contribution to the advancement of robotic teleoperation, with possible applications in remote inspection, hazardous environments, and human-robot collaboration systems.
dc.description.resumoAs interfaces convencionais de teleoperação, baseadas em monitores bidimensio nais e controles não imersivos, apresentam limitações significativas para a interação humano-robô. A ausência de percepção de profundidade, o campo de visão restrito e aelevadacargacognitivadooperadordificultamaconstruçãodeummodelomen tal adequado do ambiente remoto e comprometem a eficácia das ações executadas. Nesse cenário, a integração de tecnologias imersivas e dispositivos hápticos surge como alternativa para ampliar o senso de presença do usuário, reduzir barreiras perceptivas e tornar a teleoperação mais natural e eficiente. Com esse objetivo, esta dissertação propôs o desenvolvimento de um sistema de teleoperação multimodal, composto por uma plataforma robótica móvel equipada com sensores de percepção, um módulo de mapeamento e localização simultâneos (SLAM)eumainterface imersiva baseada em Realidade Virtual integrada a um dis positivo háptico. A arquitetura foi projetada para operar de forma distribuída, com processamento compartilhado entre o robô e a estação do operador, possibilitando a construção de um gêmeo digital atualizado em baixa latência. Dois estudos ex perimentais foram conduzidos: o primeiro validou a precisão do sistema de ma peamento visual em comparação com abordagens clássicas, enquanto o segundo avaliou a interface háptica em tarefas de teleoperação com usuários. Osresultados obtidos confirmaram a hipótese de que a combinação entre Realidade Virtual e feedback háptico proporciona uma experiência de telepresença superior às soluções tradicionais. O sistema demonstrou robustez no mapeamento do ambi ente, baixo tempo de resposta na transmissão de dados e maior sensação de imersão por parte dos usuários. A avaliação com usuários demonstrou que a interface imer siva foi capaz de reduzir o número médio de colisões de 3,00 para menos de 0,3 e diminuir a carga de trabalho percebida em mais de 50%. Esses achados evidenciam o potencial da abordagem proposta como umacontribuição relevante para o avanço da teleoperação robótica, indicando ainda oportunidades de aplicação em cenários de inspeção remota, ambientes de risco e sistemas de colaboração humano-robô
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/20522
dc.languagepor
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Elétrica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
dc.rightsopen access
dc.subjectTeleoperação
dc.subjectInterface multimodal
dc.subject Realidade virtual
dc.subjectFeedback háptico
dc.subjectRobótica móvel
dc.subjectTeleoperation
dc.subjectMultimodal interface
dc.subjectVirtual reality
dc.subjectHaptic feedback
dc.subjectMobile robotics
dc.subject.cnpqEngenharia Elétrica
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dc.typemasterThesis
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Mestrado em Engenharia Elétrica