A robótica móvel é uma área de pesquisa que está obtendo grande atenção da comunidade científica. O desenvolvimento de robôs móveis autônomos, que sejam capazes de interagir com o ambiente, aprender e tomar decisões corretas para que suas tarefas sejam executadas com êxito é o maior desafio em robótica móvel. O desenvolvimento destes sistemas inteligentes e autônomos consiste em uma área de pesquisa multidisciplinar considerada recente e extremamente promissora que envolve; por exemplo, inteligência artificial, aprendizado de máquina, estimação estatística e sistemas embarcados. Dentro desse contexto, esse trabalho aborda o problema de navegação e monitoramento de ambientes utilizando robôs móveis. Dada uma representação do ambiente (mapa topológico) e uma lista com urgências de cada uma das regiões do mapa, o robô deve estimar qual o percurso mais eficiente para monitorar esse ambiente. Uma vez que a urgência de cada região não visitada aumenta com o tempo, o trajeto do robô deve se adaptar a essas alterações. Entre as diversas aplicações práticas desse tipo de algoritmo, destaca-se o desenvolvimento de sistemas de segurança móveis inteligentes / The mobile robotics is a research area that has started to get some serious attention from the scientific community. The development of robots able to interact with the environment - to learn and make correct decisions so their tasks are successfully completed - is the biggest challenge in mobile robotics. The development of these intelligent and autonomous systems consists of a multidisciplinary research area considered recent and very promising that involves, for example, artificial intelligence, machine learning, statistical estimation and embedded systems. Within this context, this paper addresses the problem of navigation in dynamic environments with priorities using mobile robots. Given a representation of the environment (topological map) and a list of priorities for each region of the map, the robot must estimate what is the most efficient way to monitor this environment. As the dynamic priority of each region increases with time since the last visit of the robot, its trajectory must adapt to these changes. This approach is similar to the traveling salesman, but a solution that specifically addresses the problem described in this dissertation was not found in the literature. Among the many practical applications of this type of algorithm, we highlight the development of smart mobile security systems

A robótica móvel é uma área de pesquisa que está obtendo grande atenção da comunidade científica. O desenvolvimento de robôs móveis autônomos, que sejam capazes de interagir com o ambiente, aprender e tomar decisões corretas para que suas tarefas sejam executadas com êxito é o maior desafio em robótica móvel. O desenvolvimento destes sistemas inteligentes e autônomos consiste em uma área de pesquisa multidisciplinar considerada recente e extremamente promissora que envolve; por exemplo, inteligência artificial, aprendizado de máquina, estimação estatística e sistemas embarcados. Dentro desse contexto, esse trabalho aborda o problema de navegação e monitoramento de ambientes utilizando robôs móveis. Dada uma representação do ambiente (mapa topológico) e uma lista com urgências de cada uma das regiões do mapa, o robô deve estimar qual o percurso mais eficiente para monitorar esse ambiente. Uma vez que a urgência de cada região não visitada aumenta com o tempo, o trajeto do robô deve se adaptar a essas alterações. Entre as diversas aplicações práticas desse tipo de algoritmo, destaca-se o desenvolvimento de sistemas de segurança móveis inteligentes / The mobile robotics is a research area that has started to get some serious attention from the scientific community. The development of robots able to interact with the environment - to learn and make correct decisions so their tasks are successfully completed - is the biggest challenge in mobile robotics. The development of these intelligent and autonomous systems consists of a multidisciplinary research area considered recent and very promising that involves, for example, artificial intelligence, machine learning, statistical estimation and embedded systems. Within this context, this paper addresses the problem of navigation in dynamic environments with priorities using mobile robots. Given a representation of the environment (topological map) and a list of priorities for each region of the map, the robot must estimate what is the most efficient way to monitor this environment. As the dynamic priority of each region increases with time since the last visit of the robot, its trajectory must adapt to these changes. This approach is similar to the traveling salesman, but a solution that specifically addresses the problem described in this dissertation was not found in the literature. Among the many practical applications of this type of algorithm, we highlight the development of smart mobile security systems

A definição de abordagens de teste de software no contexto de sistemas embarcados críticos é de fundamental importância para a melhoria de qualidade desses sistemas. Este projeto de mestrado concentra-se essencialmente na área de robôs móveis que são sistemas críticos. O mapeamento das técnicas de teste dos programas tradicionais para sistemas robóticos móveis não é trivial, pois é necessário considerar as características inerentes a esses sistemas, as quais incluem comunicação, sincronização, não determinismo e paralelismo. Esses sistemas são formados por diferentes componentes, como sensores, atuadores e softwares de controle, os quais se comunicam, em geral, por meio de troca de mensagens. Nesse sentido, este projeto visa aproveitar a experiência adquirida pelo grupo de pesquisa do ICMC/USP com a proposição de critérios e ferramentas de teste para programas concorrentes, para o contexto de teste de integração de sistemas robóticos móveis. Assim, neste estudo é apresentado um comparativo sobre as similaridades e diferenças presentes em programas concorrentes e sistemas robóticos móveis com objetivo de auxiliar na adaptação dos critérios de teste. Dois estudos de caso foram conduzidos nos quais os critérios propostos para programas concorrentes foram aplicados a sistemas robóticos desenvolvidos em ROS. Como resultados, observou-se os critérios de teste são capazes de testar adequadamente aspectos de comunicação e sincronização de sistemas robóticos, contribuindo com a qualidade desses sistemas. / The definition of software testing approaches for the context of critical embedded systems is of fundamental importance for the quality improvement of these systems. This masters project focuses primarily in mobile robot area that are critical systems. The mapping of traditional testing techniques for robotic mobile systems is not trivial, because it is necessary to consider the characteristics of these systems, which include communication, synchronization, non-determinism and parallelism. These systems present different components such as sensors, actuators and control software, which communicate, usually by exchanging messages. In this sense, this project aims to use on the experience gained by the research group of the ICMC/USP with the of the concurrent program testing criteria for the integration testing of the mobile robotic systems. In this study we present a comparison of the similarities and differences present in concurrent programs and mobile robotic systems in order to assist in adapting the testing criteria. Two case studies were conducted in which the proposed concurrent program testing criteri were applied to robotic systems developed in ROS. As a result, there was the testing criteria are able to properly testing aspects of communication and synchronization of robotic systems, contributing to the quality of these systems.

A definição de abordagens de teste de software no contexto de sistemas embarcados críticos é de fundamental importância para a melhoria de qualidade desses sistemas. Este projeto de mestrado concentra-se essencialmente na área de robôs móveis que são sistemas críticos. O mapeamento das técnicas de teste dos programas tradicionais para sistemas robóticos móveis não é trivial, pois é necessário considerar as características inerentes a esses sistemas, as quais incluem comunicação, sincronização, não determinismo e paralelismo. Esses sistemas são formados por diferentes componentes, como sensores, atuadores e softwares de controle, os quais se comunicam, em geral, por meio de troca de mensagens. Nesse sentido, este projeto visa aproveitar a experiência adquirida pelo grupo de pesquisa do ICMC/USP com a proposição de critérios e ferramentas de teste para programas concorrentes, para o contexto de teste de integração de sistemas robóticos móveis. Assim, neste estudo é apresentado um comparativo sobre as similaridades e diferenças presentes em programas concorrentes e sistemas robóticos móveis com objetivo de auxiliar na adaptação dos critérios de teste. Dois estudos de caso foram conduzidos nos quais os critérios propostos para programas concorrentes foram aplicados a sistemas robóticos desenvolvidos em ROS. Como resultados, observou-se os critérios de teste são capazes de testar adequadamente aspectos de comunicação e sincronização de sistemas robóticos, contribuindo com a qualidade desses sistemas. / The definition of software testing approaches for the context of critical embedded systems is of fundamental importance for the quality improvement of these systems. This masters project focuses primarily in mobile robot area that are critical systems. The mapping of traditional testing techniques for robotic mobile systems is not trivial, because it is necessary to consider the characteristics of these systems, which include communication, synchronization, non-determinism and parallelism. These systems present different components such as sensors, actuators and control software, which communicate, usually by exchanging messages. In this sense, this project aims to use on the experience gained by the research group of the ICMC/USP with the of the concurrent program testing criteria for the integration testing of the mobile robotic systems. In this study we present a comparison of the similarities and differences present in concurrent programs and mobile robotic systems in order to assist in adapting the testing criteria. Two case studies were conducted in which the proposed concurrent program testing criteri were applied to robotic systems developed in ROS. As a result, there was the testing criteria are able to properly testing aspects of communication and synchronization of robotic systems, contributing to the quality of these systems.

Orientadores: Eleri Cardozo, Eliane Gomes Guimarães / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-08T01:18:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Coelho_PauloRodolfodaSilvaLeite_M.pdf: 3632525 bytes, checksum: 73b0d774d1efd6416d8fb34cc8abd4d7 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Este trabalho apresenta uma arquitetura para a construção de laboratórios de acesso remoto (conhecidos como WebLabs). A arquitetura segue o paradigma de computação orientada a serviço (COS). Nesta abordagem cada recurso físico ou lógico do laboratório é modelado como um Serviço Web. Desta forma, os experimentos podem ser disponibilizados pela composição destes serviços. Um modelo conceitual para WebLabs, bem como a implementação deste modelo são apresentados. Experimentos em robótica móvel também foram desenvolvidos como exemplos de utilização deste laboratório / Abstract: This work presents an architeture for building remote access laboratories (also known as WebLabs). The architecture follows the service oriented computing (SOC). In this approach each logical or physical resource of the laboratory is modeled as a Web Service. In this way, the experiments are built through the composition of such services. A conceptual model of WebLabs, as well as an implementation of this model are presented. Experiments in mobile robotic were also developed for this laboratory / Mestrado / Engenharia de Computação / Mestre em Engenharia Elétrica

Durante o processo de desenvolvimento de software a atividade de teste pode contribuir com a melhoria de qualidade, produtividade e redução de custos, por meio da aplicação de técnicas e critérios de teste. Esses instrumentos viabilizam a detecção de defeitos, minimizando a quantidade de falhas no produto final. Durante o desenvolvimento de sistemas robóticos móveis, técnicas VST (Virtual Simulation Tools/Technology) são enormemente utilizadas. Apesar dos testes usando simulação serem eficientes em alguns casos, eles não permitem uma sistematização da atividade de teste com relação à cobertura de código. Este projeto de doutorado contribui nessa direção, explorando essa lacuna e propondo uma abordagem de teste de integração híbrida, composta por teste funcional e estrutural, a qual explora defeitos relacionados à comunicação entre os processos do sistema robótico. Este estudo foi conduzido com base em conceitos explorados no teste de programas concorrentes, dado que os sistemas robóticos podem apresentar problemas similares aos encontrados nos programas concorrentes, como não determinismo, diferentes possibilidades de comunicação, entre outros. Durante o trabalho foi definida uma abordagem de teste de integração e critérios de cobertura aplicados a sistemas robóticos. Os estudos exploratórios conduzidos indicaram que a abordagem proposta é aplicável e pode contribuir para revelar defeitos não explorados pela simulação e técnicas de teste utilizadas anteriormente. / During the software development process the test activity contributes in terms of increased software quality, team productivity and cost reduction by application of techniques and test criteria. These mechanisms allow the defects detection, reducing the failures in the final product. In a robotic systems development context, VST techniques (Virtual Simulation Tools/Technology) are widely used. Although these approaches be efficient, in some cases they not allow great systematization of the test activity including code coverage analysis. This project explores this gap and proposes an approach for integration testing applied to robotic embedded systems, composed of functional and structural testing, looking for defects mainly related to the communication among processes of these systems. This study was initially conducted by mapping coverage criteria, defined for concurrent programs testing and exploring problems related to non-determinism, communication, and other undesired situations. During the project we defined an approach of integration testing and coverage criteria for mobile robotic systems. The exploratory case studies indicate that the proposed approach is applicable and can contributes to reveal defects not found using simulations or traditional testing of mobile robotic systems.

Orientador: Norian Marranghello / Banca: Evandro Luís Linhari Rodrigues / Banca: Alexandre César Rodrigues da Silva / Resumo: A utilização de robôs móveis mostra-se importante em atividades onde a atuação do ser humano é difícil ou perigosa. A exploração em locais de difícil acesso, como por exemplo em operações de resgate e em missões espaciais, é uma situação onde robôs móveis são frequentemente utilizados para evitar exposição dos especialistas humanos a situações de riscos. Na agricultura, robôs móveis são utilizados em tarefas de cultivo e na aplicação de agrotóxicos em quantidades mínimas para reduzir a poluição do meio ambiente. Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um sistema para controlar a navegação de um robô móvel autônomo por caminhos em plantações. O controle da direção do robô é realizado com base em imagens das trilhas as quais, após um processamento prévio, para extração de características, são submetidas a máquinas de vetores de suporte, para a definição da rota a ser seguida. O objetivo do projeto no qual este trabalho se insere é o controle do robô em tempo real, para tanto, o sistema foi implementado em hardware para mostrar que o ganho de desempenho pode ser melhor em relação à execução em software. Neste trabalho, relata-se a implementação de uma máquina de vetores de suporte a qual apresentou uma precisão em torno de 93% da rota adequada / Abstract: The use of mobile robots turns out to be interesting in activities where the actions of human beings is difficult or dangerous. The exploration in areas of difficult access, such as in rescue operations and in space missions, is a situation where mobile robots are often used to avoid exposure of human experts to risky situations. In agriculture, mobile robots are used in tasks of cultivation and application of pesticides in minute quantities to reduce environmental pollution. In this paper we present the development of a system to control an autonomous mobile robot navigation through tracks in plantations. Track images are used to control robot direction by preprocessing them to extract image features, and then submitting such characteristic features to a support vector machine to find out the most appropriate route. As the overall goal of the project to which this work is connected is the robot control in real time, the system was embedded onto a hardware platform to show that the performance gain can be better if compared to execution in software. However, in this paper we report the software implementation of a support vector machine, which presented around 93% accuracy in predicting the appropriate route / Mestre

Durante o processo de desenvolvimento de software a atividade de teste pode contribuir com a melhoria de qualidade, produtividade e redução de custos, por meio da aplicação de técnicas e critérios de teste. Esses instrumentos viabilizam a detecção de defeitos, minimizando a quantidade de falhas no produto final. Durante o desenvolvimento de sistemas robóticos móveis, técnicas VST (Virtual Simulation Tools/Technology) são enormemente utilizadas. Apesar dos testes usando simulação serem eficientes em alguns casos, eles não permitem uma sistematização da atividade de teste com relação à cobertura de código. Este projeto de doutorado contribui nessa direção, explorando essa lacuna e propondo uma abordagem de teste de integração híbrida, composta por teste funcional e estrutural, a qual explora defeitos relacionados à comunicação entre os processos do sistema robótico. Este estudo foi conduzido com base em conceitos explorados no teste de programas concorrentes, dado que os sistemas robóticos podem apresentar problemas similares aos encontrados nos programas concorrentes, como não determinismo, diferentes possibilidades de comunicação, entre outros. Durante o trabalho foi definida uma abordagem de teste de integração e critérios de cobertura aplicados a sistemas robóticos. Os estudos exploratórios conduzidos indicaram que a abordagem proposta é aplicável e pode contribuir para revelar defeitos não explorados pela simulação e técnicas de teste utilizadas anteriormente. / During the software development process the test activity contributes in terms of increased software quality, team productivity and cost reduction by application of techniques and test criteria. These mechanisms allow the defects detection, reducing the failures in the final product. In a robotic systems development context, VST techniques (Virtual Simulation Tools/Technology) are widely used. Although these approaches be efficient, in some cases they not allow great systematization of the test activity including code coverage analysis. This project explores this gap and proposes an approach for integration testing applied to robotic embedded systems, composed of functional and structural testing, looking for defects mainly related to the communication among processes of these systems. This study was initially conducted by mapping coverage criteria, defined for concurrent programs testing and exploring problems related to non-determinism, communication, and other undesired situations. During the project we defined an approach of integration testing and coverage criteria for mobile robotic systems. The exploratory case studies indicate that the proposed approach is applicable and can contributes to reveal defects not found using simulations or traditional testing of mobile robotic systems.

A demanda por mais flexibilidade nas fábricas e serviços originou um aumento no volume de operações internas de carga e descarga, devido à maior diversidade dos elementos transportados. Logo, na busca por um fluxo de materiais mais eficiente, as empresas passaram a investir em soluções tecnológicas, entre elas, o uso de Automated Guided Vehicles (AGVs), por conta do custo mais atrativo e do avanço em relação aos primeiros AGVs, que até então dependiam de uma infraestrutura adicional para suportar a navegação. Muitos AGVs modernos possuem movimentação livre e são orientados por sistemas que utilizam sensores para interpretar o ambiente, sendo assim, tornar os AGVs autônomos despertou o interesse de pesquisadores na área de robótica móvel para o desenvolvimento de sistemas capazes de auxiliar e coordenar a navegação. Novas técnicas de localização, tal como a localização baseada em marcadores reflexivos, e a construção de armazéns com layouts estruturados para a navegação viabilizaram o uso de AGVs autônomos, entretanto sua utilização em armazéns existentes ainda é um desafio. Neste contexto, o Laboratório de Robótica Móvel (LabRom) do Grupo de Mecatrônica da EESC/USP, através do projeto do Armazém Inteligente, tem pesquisado os problemas de: roteamento, gerenciamento das baterias, navegação e auto-localização. Robôs autônomos precisam de um sistema de auto-localização eficiente e preciso para navegar com segurança, o qual depende de um mapa e da interpretação do ambiente utilizando sensores embarcados. Para alcançar esse objetivo este trabalho propõe um Sistema de Auto-localização baseado no Extended Kalman Filter (EKF) como solução. O sistema, desenvolvido em linguagem C, interage com outros dois sistemas: roteamento e navegação e foi implementado em um armazém simulado utilizando o software Player/Stage, mostrando ser confiável no fornecimento de uma estimativa de localização baseada em odometria e landmarks com localização conhecida. O sistema foi novamente testado utilizando a odometria de um robô móvel Pioneer P3-AT e os valores de um sensor de medição laser 2D SICK LMS200 extraídos de um ambiente indoor real. Para este teste foi construído um feature-based map a partir de um desenho de planta baixa no formato CAD e utilizou-se o algoritmo de segmentação Iterative End-Point Fit (IEPF) para interpretar o ambiente. Os resultados mostraram que as vantagens oferecidas pelas características padronizadas de um ambiente indoor, semelhante a um armazém, podem viabilizar o uso do Sistema de Auto-localização em armazéns existentes. / The demand for more flexibility in factories and services led to an increase in the volume of internal operations of loading and unloading, due to the greater diversity of elements transported. Hence, in the search for a more efficient materials flow, companies went to invest in technology solutions, among them, the use of Automated Guided Vehicles (AGVs), on account of the more attractive cost and improvement over the first AGVs, which hitherto depended of an additional infrastructure to support navigation. Many modern AGVs have free movement and are guided by systems that use sensors to interpret the environment, thus make AGVs autonomous aroused the interest of researchers in the mobile robotics field to development of systems able to assist and coordinate the navigation. New localization techniques, such as localization based on reflective markers, and the construction of warehouses with structured layouts for navigation did feasible the use of autonomous AGVs, however its use in existing warehouses is still a challenge. In this context, the Mobile Robotics Lab (LabRom) of the Mechatronics Group of EESC/USP, through the Intelligent Warehouse Project, has researched the problems: routing, battery management, navigation and self-localization. Autonomous robots need an efficient and accurate self-localization system to safely navigate, which depends on one map and of the interpretation of the environment using embedded sensors. To achieve this goal, this work proposes a Self-Localization System based on the Extended Kalman Filter (EKF) as a solution. The system, developed in C language, interacts with two other systems: routing and navigation and was implemented in a simulated warehouse using the Player/Stage software, showing to be reliable in providing an estimative of localization based on odometry and landmarks with known localization. The system was again tested using the odometry of mobile robot Pioneer P3-AT and the values of a 2D Laser Rangefinder SICK LMS200 extracted from a real indoor environment. For this test was built a feature-based map from a floor plan design in CAD format and was used the segmentation algorithm Iterative End-Point Fit (IEPF) to interpret the environment. The results showed that the advantages offered by the standard features of indoor environment, like a warehouse, can enable the use of the Self-Localization System on the existing warehouses.

A demanda por mais flexibilidade nas fábricas e serviços originou um aumento no volume de operações internas de carga e descarga, devido à maior diversidade dos elementos transportados. Logo, na busca por um fluxo de materiais mais eficiente, as empresas passaram a investir em soluções tecnológicas, entre elas, o uso de Automated Guided Vehicles (AGVs), por conta do custo mais atrativo e do avanço em relação aos primeiros AGVs, que até então dependiam de uma infraestrutura adicional para suportar a navegação. Muitos AGVs modernos possuem movimentação livre e são orientados por sistemas que utilizam sensores para interpretar o ambiente, sendo assim, tornar os AGVs autônomos despertou o interesse de pesquisadores na área de robótica móvel para o desenvolvimento de sistemas capazes de auxiliar e coordenar a navegação. Novas técnicas de localização, tal como a localização baseada em marcadores reflexivos, e a construção de armazéns com layouts estruturados para a navegação viabilizaram o uso de AGVs autônomos, entretanto sua utilização em armazéns existentes ainda é um desafio. Neste contexto, o Laboratório de Robótica Móvel (LabRom) do Grupo de Mecatrônica da EESC/USP, através do projeto do Armazém Inteligente, tem pesquisado os problemas de: roteamento, gerenciamento das baterias, navegação e auto-localização. Robôs autônomos precisam de um sistema de auto-localização eficiente e preciso para navegar com segurança, o qual depende de um mapa e da interpretação do ambiente utilizando sensores embarcados. Para alcançar esse objetivo este trabalho propõe um Sistema de Auto-localização baseado no Extended Kalman Filter (EKF) como solução. O sistema, desenvolvido em linguagem C, interage com outros dois sistemas: roteamento e navegação e foi implementado em um armazém simulado utilizando o software Player/Stage, mostrando ser confiável no fornecimento de uma estimativa de localização baseada em odometria e landmarks com localização conhecida. O sistema foi novamente testado utilizando a odometria de um robô móvel Pioneer P3-AT e os valores de um sensor de medição laser 2D SICK LMS200 extraídos de um ambiente indoor real. Para este teste foi construído um feature-based map a partir de um desenho de planta baixa no formato CAD e utilizou-se o algoritmo de segmentação Iterative End-Point Fit (IEPF) para interpretar o ambiente. Os resultados mostraram que as vantagens oferecidas pelas características padronizadas de um ambiente indoor, semelhante a um armazém, podem viabilizar o uso do Sistema de Auto-localização em armazéns existentes. / The demand for more flexibility in factories and services led to an increase in the volume of internal operations of loading and unloading, due to the greater diversity of elements transported. Hence, in the search for a more efficient materials flow, companies went to invest in technology solutions, among them, the use of Automated Guided Vehicles (AGVs), on account of the more attractive cost and improvement over the first AGVs, which hitherto depended of an additional infrastructure to support navigation. Many modern AGVs have free movement and are guided by systems that use sensors to interpret the environment, thus make AGVs autonomous aroused the interest of researchers in the mobile robotics field to development of systems able to assist and coordinate the navigation. New localization techniques, such as localization based on reflective markers, and the construction of warehouses with structured layouts for navigation did feasible the use of autonomous AGVs, however its use in existing warehouses is still a challenge. In this context, the Mobile Robotics Lab (LabRom) of the Mechatronics Group of EESC/USP, through the Intelligent Warehouse Project, has researched the problems: routing, battery management, navigation and self-localization. Autonomous robots need an efficient and accurate self-localization system to safely navigate, which depends on one map and of the interpretation of the environment using embedded sensors. To achieve this goal, this work proposes a Self-Localization System based on the Extended Kalman Filter (EKF) as a solution. The system, developed in C language, interacts with two other systems: routing and navigation and was implemented in a simulated warehouse using the Player/Stage software, showing to be reliable in providing an estimative of localization based on odometry and landmarks with known localization. The system was again tested using the odometry of mobile robot Pioneer P3-AT and the values of a 2D Laser Rangefinder SICK LMS200 extracted from a real indoor environment. For this test was built a feature-based map from a floor plan design in CAD format and was used the segmentation algorithm Iterative End-Point Fit (IEPF) to interpret the environment. The results showed that the advantages offered by the standard features of indoor environment, like a warehouse, can enable the use of the Self-Localization System on the existing warehouses.