Reactive motion planning and local navigation of robots remains a significant challenge in the motion control of robotic vehicles. This thesis presents new results on vision guided navigation using optical flow. By detecting key image features, calculating optical flow and leveraging time-to-transit (tau) as a feedback signal, control architectures can steer a vehicle so as to avoid obstacles while simultaneously using them as navigation beacons. Averaging and balancing tau over multiple image features successfully guides a vehicle along a corridor while avoiding looming objects in the periphery. In addition, the averaging strategy deemphasizes noise associated with rotationally induced flow fields, mitigating risks of positive feedback akin to the Larsen effect. A recently developed, biologically inspired, binary-key point description algorithm, FReaK, offers process speed-ups that make vision-based feedback signals achievable. A Parrot ARDrone2 has proven to be a reliable platform for testing the architecture and has demonstrated the control law's effectiveness in using time-to-transit calculations for real-time navigation.

[pt] O presente trabalho refere-se à avaliação metrológica de um mesmo medidor ultra-sônico de vazão de líquido pelo método de tempo de trânsito, quando instalado em dois sistemas distintos de calibração, pertencentes, respectivamente, a dois laboratórios acreditados, ambos operando em conformidade com as especificações técnicas de instalação do fabricante e segundo os requisitos mínimos especificados em normas e recomendações internacionais. A pesquisa investigou o efeito na calibração introduzido por uma válvula e uma curva longa de 90° instaladas imediatamente à montante do trecho reto de medição, que tem o seu comprimento atendendo as condições mínimas especificadas nas normas aplicáveis. Concluiu-se pela necessidade de se utilizar pelo menos 40 diâmetros nominais (40 DN) de comprimento de trecho reto, para que a influência da presença da válvula e da curva longa possa ser considerada desprezível. O desenvolvimento do presente trabalho foi motivado pela crescente aplicação de medidores ultra-sônicos de vazão na indústria de petróleo e pela urgente necessidade de se contribuir para o avanço do conhecimento desta tecnologia e da normalização aplicável. Nesse sentido, o presente trabalho contribui: (i) para o melhor entendimento da tecnologia de medição e do processo de calibração de medidores ultra-sônicos de vazão de líquidos; (ii) para o avanço da normalização no setor, uma vez que inclui uma análise crítica de requisitos mínimos normalizados; (iii) para aprimoramento dos critérios de acreditação de laboratórios que realizam a calibração de medidores de vazão, já que avaliou desvios de calibração ocorridos em distintas instalações em conformidade com as normas aplicáveis. / [en] This work deals with the metrological evaluation of the same ultrasonic flow meter by the transit time method, when installed in two different calibrating systems, belonging, respectively, to two accredited laboratories, both operating according to the manufacture´s installation technical specification, and following the minimum requirements, as specified in international standards and recommendations. The research investigated the effect in calibration due to the installation of a valve and a long 90° curve, immediately upstream of the measurement test section, with its length dimensioned according to the minimum requirements of the applicable standards. It was concluded that a longer straight sections (at least 40 diameters) should be specified, so that the influence of the installation of the valve and the curve could be neglected. The development of the present work was motivated by the growing utilization of ultrasonic flow meters by the oil industry, and by the urgent need to contribute to the advance of the technology and the applicable standardization. In this aspect, this work contributes to: (i) a better understanding of the measurement technology and of the procedure of ultrasonic liquids flow meters; (ii) the advance of the technology standardization, since it includes a critical analysis of the minimum requirements, as specified by the standards; (iii) improving the laboratory accreditation criteria for flow meter calibration, because the influence of the installation in the calibration was experimentally shown.

[pt] A medição da velocidade de fluidos tem relevância considerável em aplicações industriais e científicas, nas quais medições com baixa incerteza são geralmente requeridas. Nesta tese, tem-se como objetivo projetar e modelar um sistema de medição de velocidade de vento utilizando fusão de dados das informações dos tempos de trânsito obtidas pelas técnicas de detecção de limiar e diferença de fase. Para este propósito, este trabalho é composto por duas partes principais. Na primeira parte, apresenta-se uma análise da propagação de incertezas das técnicas de detecção de limiar e diferença de fase considerando duas estruturas para a medição da velocidade do vento, e faz-se a comparação das faixas de medição e suas incertezas associadas para cada estrutura de medição. Na segunda parte deste trabalho, faz-se um estudo das técnicas de fusão de dados aplicadas a instrumentação e medição, identificandose duas técnicas principais baseadas em: (a) estimação de máxima probabilidade (MLE – Maximum Likelihood Estimation), (b) relação de compatibilidade fuzzy e operadores OWA (Order Weighted Average) com agregação parcial. Em seguida, estas técnicas de fusão são aplicadas para a estimação do tempo de trânsito, considerando-se várias medições independentes do tempo de trânsito obtidas pelas técnicas de detecção de limiar e diferença de fase. Finalmente, realiza-se uma análise da incerteza quantificando-se a incerteza de cada medição sobre o resultado final de fusão. Apresenta-se um estudo de caso englobando estas duas partes do trabalho, desenvolvendo-se o projeto e modelagem de um instrumento de medição de velocidade do vento com baixa incerteza, considerando-se as incertezas associadas, e o uso de técnicas adequadas de fusão de dados para prover informações com maior exatidão e confiabilidade. Resultados experimentais são realizados em um túnel de vento de baixa velocidade com o objetivo de verificar a consistência dos estudos teóricos apresentados. / [en] Flow speed measurement has considerable relevance in industrial and scientific applications, where measurements with low uncertainty are required. In this work, a system for wind speed measurement using ultrasonic transducers is designed and modelled. This system makes use of data fusion techniques for the time-of-flight estimation, combining independent information provided by the threshold detection and phase difference methods. For this purpose, this work consists of two main parts. The first part presents an analysis of uncertainty and error propagation concerning the threshold detection and phase difference techniques and considering two structures for the wind speed measurement. Measurement ranges are associated uncertainties are then compared for each of those estrutures. In the second part of this work, data fusion techniques applied to instrumentation and measurement are studied; two main techniques are singled out: (a) Maximum Likelihood Estimation (MLE), (b) Fuzzy compatibility relation and Order Weighted Average (OWA) operators with partial aggregation. These fusion techniques are then applied to the time-of-flight estimation, by considering several independent measurements obtained through the threshold detection and phase difference techniques. Finally, uncertainty analysis is carried out by quantifying the influence of each independent measurement on the global fusion result. A case study is also presented, where an instrument for wind speed measurements with low uncertainty is designed and modelled. Appropriate techniques of data fusion aimed at improving accuracy and realiability are considered. Experiments are performed in a wind tunnel in order to verify the consistency of the results in view of the theoretical studies.