The population growth associated with natural resources shortage, food demand increasing and the lack of manpower for agricultural activities generate important challenges to agriculture and engineering. The challenges imply the improvement of productivity with fewer resources, This scenario is consisted parameters that generally are in opposite directions. This work presents the development of a rover to agriculture (R2A) to support agriculturescouting tasks, the tasks will be in the future important tools to improve the productivity and enable the use of less agricultural supplies. The research presents the development of a rover for agriculture (R2A) to support scouting tasks; tasks that in the future will improve productivity and allowed the use of less agricultural supplies. The study begins with a bibliographic review of Robots for agriculture, Rovers, and agricultural Rovers developed by different research institutions. After the review is presented the work methodology based on mechanic and mechatronic design methodologies; in the development of the methodology are presented the general crop characteristics, the proposed of scouting tasks, the benchmarking developing mathematical models, CAD (Computer Aided Design ) models, simulations and tests in order to know the different features of the Rovers and agricultural robots. Using the knowledge gained in the course of work is proposed the concept of a rover for agriculture R2A, the concept is compared in simulations, and developed the detailed design using CAE tools (Computer Aided Engineering) after it built a prototype and tested. As results are presented comparative simulations of R2A, their mathematical modeling, R2A simulations in ideally conditions highlighting their skills, and finally R2A tests and comparison are presented. / O crescimento populacional associado à escassez de recursos naturais, a crescente demanda alimentar e a falta de mão de obra para as actividades agrícolas geram importantes desafios para a agricultura e a engenharia. Os desafios implicam a melhoria da produtividade com menos recursos. O cenário é constituido por parâmetros que geralmente estão em direções opostas. O trabalho apresenta o desenvolvimento de um rover para agricultura (R2A) para suportar tarefas de Scouting, tarefas que no futuro melhorarão a produtividade e permitirão o uso de menos subministros agrícolas. O estudo começa pela revisão bibliográfica de Robôs para agricultura, Rovers e Rovers agrícolas desenvolvidos por diferentes instituições de pesquisa. Apos a revisão é apresentada a metodologia do trabalho baseada nas metodologias de projeto mecânico e mecatrônico; no desenvolvimento da metodologia são apresentadas as caraterísticas das culturas de maneira geral, a proposta de tarefas de Scouting, o benchmarking desenvolvendo modelos matemáticos, modelos CAD (Computer Aided Design) simulações e testes com o intuito de conhecer as diferentes caraterísticas dos Rovers e Robôs agrícolas. Usando o conhecimento no decorrer do trabalho é proposto o conceito do rover para agricultura R2A, o conceito é comparado em simulações, e feito o projeto detalhado usando ferramentas CAE (Computer Aided Enginnerring), após é construído o protótipo, e testado. Como resultados são apresentadas simulações comparativas do R2A, a sua modelagem matemática, simulações do R2A em condições ideais, destacando as suas capacidades, e finalmente são apresentados os testes e comparações do R2A.

Em um sistema computacional, os dados são armazenados na unidade de armazenamento, segundo alguma lógica, em estruturas denominadas arquivos. O Sistema de Arquivos é o responsável por estruturar, identificar, acessar, proteger e gerenciar esses arquivos, além de agir como um elo de ligação entre o usuário e o dispositivo, traduzindo comandos de alta abstração (oriundos do usuário) em comandos de baixo nível, compreensível a unidade de armazenamento. O presente trabalho visa a implementação de um sistema de arquivos para aplicação em dispositivos móveis baseado em computação reconfigurável. Tal sistema servirá de suporte para as aplicações que necessitem armazenar e/ou restaurar grande volume de dados, como a aquisição de imagens digitalizadas de câmeras CMOS. Este sistema também será utilizado como uma ferramenta inicial para o desenvolvimento de um módulo de armazenamento em uma placa baseada em computação reconfigurável a ser utilizada para fins didáticos. O sistema de arquivos implementado foi a FAT16 e o dispositivo de armazenamento de massa utilizado foram os cartões de memória SD-Secure Digital e MMC-MultiMediaCard / In computational systems, usually the data are stored in storage units, according to some logic, in structures called files. The File System is responsible for structure, identification, access, protection and management of the files. It also acts as a connector link between the user and the device, translating high level commands (derived for the user) into commands of low level, understandable for the storage unit. The present work aims to implement a File System for application in mobile devices based on reconfigurable computation. Such system will act as a support for the applications that need to store and/or to restore large volume of data, such as the acquisition of digital images from CMOS cameras. This system will also be used as an initial tool for the development of a storage module of a board, based on reconfigurable computation, to be used for didactic purposes. The implemented File System is based on FAT16 and the storage device used was the memory cards SD (Secure Digital) and MMC (MultiMedia- Card)

Este trabalho apresentou uma análise comparativa de algumas técnicas de correlações locais baseadas em intensidade luminosa, as quais são: Soma das Diferenças Absolutas, Soma dos Quadrados das Diferenças, Correlação Cruzada Normalizada, Transformada Rank e Transformada Censo. Para as comparações foram adotadas imagens estéreos disponíveis em repositórios de universidades e suas variantes com a inclusão de ruído e variação de intensidade luminosa. Após a implementação dos algoritmos escolhidos e a comparação de seus resultados, foi obtido que a Transformada Censo é um dos métodos com os piores resultados apresentando grande quantidade de correlações erradas. Foram apresentadas modificações para melhorar a performance desse método e os resultados obtidos foram melhores. / This work presents a comparative analysis of some local area intensity based correlation algorithm, which are: Sum of Absolute Differences, Sum of Squared Differences, Normalized Cross-Correlation, Rank Transform and Census Transform. For the tests stereo data sets are adopted. These data sets are available at universities websites and their variants with the inclusion of noise and variation of luminosity are created. After implementing the chosen algorithms a comparison were performed and the Census Transform was one of the methods that got the worst results showing large quantity of false correlations. On this work was presented some modifications to improve the performance of the Census Transform and the results obtained were better than the original Census Transform.

Este trabalho aborda o problema de planejamento de caminhos em robótica móvel autônoma utilizando campos potenciais. Dentre as várias técnicas de campos potenciais para controlar robôs, encontram-se as técnica de Campos Potenciais de Khatib1 (CP), Campo Potencial Harmônico (CPH), Campo Potencial Orientado (CPO) e Campo Potencial Localmente Orientado (CPLO). As técnicas CPH, CPO e CPLO são chamadas de técnicas baseadas em Problema de Valor de Contorno (PVC), pois são obtidas a partir de soluções de Equações Diferenciais Parciais (EDP) Elípticas em uma determinada condição de contorno, é obtido um sistema planejador de caminhos. Tais técnicas necessitam de uma etapa de solução de sistemas lineares, na qual se utiliza métodos iterativos, decorrentes da aplicação do método de diferenças finitas como solucionador das EDP. No presente trabalho, as técnicas de Campos Potenciais baseados em PVC foram estudadas e implementadas (usando processamento sequencial e paralelo), de modo a obter resultados de forma mais rápida e confiável. Foram utilizadas arquiteturas paralelas do tipo manycore. Finalmente, são feitas análises comparativas entre os vários métodos implementados. Todos os métodos estão prontos para serem incorporados tanto no simulador quanto nos times de robôs em desenvolvimento pelo grupo Warthog Robotics / This works details the task o path planning in autonomous mobile robots using potential fields techniques. Among potential fields techniques to control robots, there are Khatibs Potential Field2 (KPF), Harmonic Potential Field (HPF), Oriented Potential Field (OPF) and Locally Oriented Potential Field (LOPF). The HPF, OPF and LOPF techniques are called Boundary Value Problem (BVP) based, bacause they are obtained from numerical solutions of Elliptic Partial Differential Equations (PDE) in a well-defined boundary condition. These techniques go through a step of solving linear systems, in which is used iterative methods, that came from numerical solution of PDE. In this work, potential fields BVP based was studied and coded (using sequential and parallel architectures), to obtain results more quickly and reliably. And, finally, a comparative analyses of the various methods implemented are made. All methods are ready to be incorporated in the intelligent systens that are being developed by Warthog Robotics

Uma tendência crescente entre os pesquisadores da Robótica Móvel é a elaboração de sistemas robóticos descentralizados denominados enxames de robôs, nos quais a ação conjunta de cada agente leva à execução de tarefas de maneira mais robusta que quando realizada por um único robô. Um acréscimo adicional à robustez é conveniente em tais sistemas para que eles sejam de maior confiabilidade no mundo real. Neste trabalho, uma rede neural hierárquica desenvolvida para o aprendizado em tempo real inicialmente elaborada para o aprendizado de navegação de um único robô será estendida para controlar um enxame de robôs. O sistema realiza um balanceamento da influência de comportamentos implementados previamente em um robô de acordo com conhecimentos obtidos através da interação do mesmo com o ambiente. Cada robô possui sua própria rede neural, adquirindo seu conhecimento tanto independentemente quanto com o compartilhamento de informações com outros robôs. Espera-se que o uso de tal arquitetura permita uma adaptação mais rápida dos robôs ao ambiente, permitindo uma mudança em tempo real de seus parâmetros de acordo com as peculiaridades do ambiente no qual os robôs estão inseridos. A tarefa de escolta de um robô pelos demais é adotada para a avaliação de desempenho do modelo de rede neural proposto. Dois comportamentos são ponderados pela rede neural hierárquica: o de manutenção de uma distância preestabelecida a um agente e um outro de cobertura de área baseado em Diagramas Centroidais de Voronoi. Os testes foram feitos nos ambientes Player/Stage e indicam que a rede neural hierárquica torna os robôs capazes não apenas de aprender à medida que interagem com ambiente como de utilizar este conhecimento em tempo real para realizar a escolta de forma bem sucedida / A growing trend among Mobile Robotics researchers is developing robot swarms, in which a decentralized robot team solves tasks by combining simple behaviors. It is convenient to have mechanisms to increase a robot systems robustness. In this work, a neural network inspired in behavioral analysis is used to make robots from a swarm to learn how to act propoerly. This network combines two innate behaviors and, according to its experience, learns with the robots mistakes how to make this combination. Each robot has access to its own independent neural network, and can share its knowledge with neighboring robots. It is expected that such architecture learns by itself when to stimulate or supress each behaviors influence as it interacts with the environment. The task chosen to evaluate the proposed system is the escorting of a mobile agent. Two behaviors are balanced to achieve an escorting behavior: maintenance of a minimum distance between a robot and the escort target and an area coverage method based on Centroidal Voronoi Tessellations. Tests were meade using the Player/Stage simulator, and they show that the robots not only are capable of adapting themselves but also are able to use the stored knowledge to improve their effectiveness in doing the desired task

A maioria das propostas de planejamento de rotas para robôs móveis não leva em conta a existência de soluções para problemas similares ao aprender a política para resolver um novo problema; e devido a isto, o problema de navegação corrente deve ser resolvido a partir do zero, o que pode ser excessivamente custoso em relação ao tempo. Neste trabalho é realizado o acoplamento do conhecimento prévio obtido de soluções similares, representado por uma política abstrata, a um processo de aprendizado por reforço. Além disto, este trabalho apresenta uma arquitetura para o aprendizado por reforço simultâneo, de nome ASAR, onde a política abstrata auxilia na inicialização da política para o problema concreto, e ambas as políticas são refinadas através da exploração. A fim de reduzir a perda de informação na construção da política abstrata é proposto um algoritmo, nomeado X-TILDE, que constrói uma política abstrata estocástica. A arquitetura proposta é comparada com um algoritmo de aprendizado padrão e os resultados demonstram que ela é eficaz em acelerar a construção da política para problemas práticos. / Most work in path-planning approaches for mobile robots does not take into account existing solutions to similar problems when learning a policy to solve a new problem, and consequently solves the current navigation problem from scratch, what can be very time consuming. In this work we couple a prior knowledge obtained from a similar solution to a reinforcement learning process. The prior knowledge is represented by an abstract policy. In addition, this work presents a framework for simultaneous reinforcement learning called ASAR, where the abstract policy helps start up the policy for the concrete problem, and both policies are refined through exploration. For the construction of the abstract policy we propose an algorithm called X-TILDE, that builds a stochastic abstract policy, in order to reduce the loss of information. The proposed framework is compared with a default learning algorithm and the results show that it is effective in speeding up policy construction for practical problems.

O projeto de mestrado, denominado de forma abreviada como GPUServices, se insere no contexto da pesquisa e do desenvolvimento de métodos de processamento de dados de sensores tridimensionais aplicados a robótica móvel. Tais métodos serão chamados de serviços neste projeto e incluem algoritmos de pré-processamento de nuvens de pontos 3D com segmentação dos dados, a separação e identificação de zonas planares (chão, vias), e detecção de elementos de interesse (bordas, obstáculos). Devido à grande quantidade de dados a serem tratados em um curto espaço de tempo, esses serviços utilizam processamento paralelo por GPU para realizar o processamento parcial ou completo destes dados. A área de aplicação em foco neste projeto visa prover serviços para um sistema ADAS: veículos autônomos e inteligentes, forçando-os a se aproximarem de um sistema de processamento em tempo real devido ao contexto de direção autônoma. Os serviços são divididos em etapas de acordo com a metodologia do projeto, mas sempre buscando a aceleração com o uso de paralelismo inerente: O pré-projeto consiste de organizar um ambiente que seja capaz de coordenar todas as tecnologias utilizadas e que explore o paralelismo; O primeiro serviço tem a responsabilidade de extrair inteligentemente os dados do sensor que foi usado pelo projeto (Sensor laser Velodyne de múltiplos feixes), que se mostra necessário devido à diversos erros de leitura e ao formato de recebimento, fornecendo os dados em uma estrutura matricial; O segundo serviço em cooperação com o anterior corrige a desestabilidade espacial do sensor devido à base de fixação não estar perfeitamente paralela ao chão e devido aos amortecimentos do veículo; O terceiro serviço separa as zonas semânticas do ambiente, como plano do chão, regiões abaixo e acima do chão; O quarto serviço, similar ao anterior, realiza uma pré-segmentação das guias da rua; O quinto serviço realiza uma segmentação de objetos do ambiente, separando-os em blobs; E o sexto serviço utiliza de todos os anteriores para a detecção e segmentação das guias da rua. Os dados recebidos pelo sensor são na forma de uma nuvem de pontos 3D com grande potencial de exploração do paralelismo baseado na localidade das informações. Porém, sua grande dificuldade é a grande taxa de dados recebidos do sensor (em torno de 700.000 pontos/seg.), sendo esta a motivação deste projeto: usar todo o potencial do sensor de forma eficiente ao usar o paralelismo de programação GPU, disponibilizando assim ao usuário serviços de tratamento destes dados. / The master\'s project, abbreviated hence forth as GPUServices, fits in the context of research and development of three-dimensional sensor data processing methods applied to mobile robotics. Such methods will be called services in this project, which include a 3D point cloud preprocessing algorithms with data segmentation, separation and identification of planar areas (ground track), and also detecting elements of interest (borders, barriers). Due to the large amount of data to be processed in a short time, these services should use parallel processing, using the GPU to perform partial or complete processing of these data. The application area in focus in this project aims to provide services for an ADAS system: autonomous and intelligent vehicles, forcing them to get close to a real-time processing system due to the autonomous direction of context.The services are divided into stages according to the project methodology, but always striving for acceleration using inherent parallelism: The pre-project consists of organizing an environment for development that is able to coordinate all used technologies, to exploit parallelism and to be integrated to the system already used by the autonomous car; The first service has a responsibility to intelligently extract sensor data that will be used by the project (Laser sensor Velodyne multi-beam), it appears necessary because of the many reading errors and the receiving data format, hence providing data in a matrix structure; The second service, in cooperation with the above, corrects the spatial destabilization due to the sensor fixing base not perfectly parallel to the ground and due to the damping of the vehicle; The third service separates the environment into semantics areas such as ground plane and regions below and above the ground; The fourth service, similar to the above, performs a pre-segmentation of street cruds; The fifth service performs an environmental objects segmentation, separating them into blobs; The sixth service uses all prior to detection and segmentation of street guides.The received sensor data is structured in the form of a cloud of points. They allow processing with great potential for exploitation of parallelism based on the location of the information. However, its major difficulty is the high rate of data received from the sensor (around 700,000 points/sec), and this gives the motivation of this project: to use the full potential of sensor to efficiently use the parallelism of GPU programming, therefore providing data processing services to the user, providing services that helps and make the implementation of ADAS systems easier and/or faster.

Avanços técnicos na integração dos sistemas de comunicação e computação têm revelado interesse científico as potencialidades das redes de dispositivos telemáticos - nas quais integram equipamentos dotados de capacidade de transmissão e processamento de informação - em áreas que cobrem desde o ensino à distância, até telemedicina, automação remota e tele-instrumentação científica. Especialmente em virtude do reconhecimento das destacadas facilidades da Internet, dentre as aplicações mais visadas encontra-se o compartilhamento de recursos (dados e instrumentos) em escala global. Em um terreno ainda predominantemente marcado pelo empirismo característico das frentes de exploração recentes, este estudo investiga os fundamentos da operação à distância em redes telemáticas, através da identificação das atuais tendências no emergente campo do comando remoto via Internet, examinando os aspectos tecnológicos no que se concerne ao seu desenvolvimento e aplicações. A partir de uma extensa revisão do assunto, abarcando tanto o cenário acadêmico quanto a indústria industrial, o trabalho apresenta uma abordagem alternativa em relação às técnicas atualmente empregadas. Mediante a construção de um protótipo, o estudo introduz uma arquitetura experimental distribuída, baseada no conceito de ambiente virtual cooperativo, através da qual dispositivos tele-interativos exportam suas funcionalidades para os demais elementos na rede. Então, através de uma série de ensaios e avaliações, discutem-se as aplicações e limitações do mecanismo, bem como dos recursos tecnológicos atualmente disponíveis para a construção de efetivos sistemas de dispositivos telemáticos através da Internet. / Technical advances in the integration of computer and communication systems have drawn to the attention of scientific interest the potentialities of the telematic-device networks - where pieces of equipment endowed with information processing and transmission capabilities interact - in areas ranging from distance learning to telemedicine, remote automation and scientific tele-instrumentation. Particularly with the perception of the benefits brought about by the Internet, one of the most sought after applications is the global-wide resource (data and instruments) sharing systems. In a field still distinguished by the empirical practices that are typical in recent exploration fronts, this study investigates the foundations of distance operation in telematic networks by identifying the current trends in the emerging area of Internet-based remote command, examining the technological aspects that concerns to its development and application. Starting with an extensive review on the subject, covering both academic and industrial initiatives, this work introduces an alternative approach to the techniques currently employed. By means of a prototype, the study presents an experimental distributed architecture based on the concept of virtual cooperative environment, through which tele-interactive devices export their functionality to the other elements on the network. Then, through a set of tests and evaluations, applications and limitations of the mechanism are discussed, as well as the technological resources currently available for the development of effective telematic-device sharing systems over the Internet.

Cada vez mais observa-se a inserção de novas tecnologias em salas de aulas. Com o auxílio de políticas publicas, computadores ligados a internet tem estado presentes nas classes nos mais longinquos lugares do nosso país. Isto tem proporcionado que o conhecimento chegue de forma mais ampla e irrestrita a todas as crianças em fase de desenvolvimento. Na ultima decada, além de microcomputadores, tem-se observado a presença, em salas de aulas, de Ipads, celulares, cujos proprietários são os próprios alunos e até mesmo lousa eletrônica em escolas com poder aquisitivo maior. Aliado a isto, nota-se também a inserção de kits robóticos que tem motivado muito os alunos no aprendizado de raciocínio lógico e de programação, pois, eles experimentam o conceito: \"aprender por meio do fazer\". O uso de todas estas tecnologias tem como objetivo principal cativar a atenção dos alunos, incentivar a pesquisa e o aprendizado interativo, uma vez que o ensino antes expositivo dá lugar ao ensino interativo, isto é, que conta com a participação mais ativa do estudante. Nesta direção, esta dissertação de Mestrado traz uma inovação no sentido que está sendo proposto um sistema que permite que um robô humanoide seja inserido em salas de aulas. Trata-se de um protótipo que permite que o robô reconheça figuras geométricas planas, que pode ser estendido para outros tipos de conteúdos. O objetivo é a integração de um sistema de visão computacional em um ambiente de controle de um robô humanoide para torná-lo capaz de reconhecer figuras geométricas planas, para ser utilizada como uma ferramenta de ensino. Este sistema de visão é baseado em técnicas de Atenção Visual e utiliza uma rede neural LEGION para segmentar os objetos mais salientes da imagem e uma rede neural do tipo Multicamadas (MLP), para realizar a classificação desses objetos. Graças a este sistema de visão, o robô consegue discernir figuras sobrepostas independente do ambiente real no qual esteja inserido. Para avaliar o desempenho do sistema proposto, algumas aplicações foram desenvolvidas que envolveram a participação de crianças interagindo com o robô no reconhecimento de figuras geométricas. Embora sejam necessários uma maior numero de experimentos, os resultados obtidos indicam que o sistema proposto apresenta-se como uma ferramenta alternativa, promissora e interessante, tendo sida muito bem recebida por parte dos alunos e professores. / Increasingly there has been the introduction of new technologies in the classroom. With the help of public policies, computers connected to the internet has been used in the classes in the far reaches of our country. This has provided the knowledge reachs broader and unrestricted way to all children under development. In the last decade, besides computers, has been seen the presence in classrooms of Ipads, smart phones, owned by the students themselves and even electronic whiteboard in schools with higher purchasing power. Added to this, there is also the inclusion of robotic kits that has motivated much students in learning logical reasoning and programming, as they experience the concept: \"learning through doing\". The use of all these technologies aims to captivate the attention of students, encourage research and interactive learning, since the school, before exhibition, gives way to interactive teaching, that is, who has the most active student participation. In this direction, this Masters thesis brings an innovation in the sense that is being proposed a system that allows a robot humanoid is inserted into classrooms. It is a prototype that allows the robot to recognize planar geometric figures, which can be extended to other types of content. The goal is the integration of a computer vision system in a control a humanoid robot environment to make it able to recognize This has provided the knowledge gets broader and unrestricted way all children under development geometric figures, to be used as a teaching tool. This vision system is based on Visual Attention techniques and uses a neural network LEGION to target the salient objects image and a Multilayer (MLP) neural network, to perform the classification of these objects. Thanks to the vision system, the robot can distinguish independent of the actual environment in which overlapping figures is inserted. To evaluate the performance of the proposed system, some applications were developed that involved the participation of children interacting with the robot in the recognition of geometric figures. Although a larger number of experiments are needed, the results indicate that the proposed system is presented as an alternative tool, promising and interesting, and it was very well received by students and teachers.

Apesar da popularidade das câmeras onidirecionais aplicadas à robótica móvel e da importância do reconhecimento de objetos no universo mais amplo da robótica e da visão computacional, é difícil encontrar trabalhos que relacionem ambos na literatura especializada. Este trabalho visa avaliar um método para classificação de objetos em imagens onidirecionais, analisando sua eficácia e eficiência para ser aplicado em tarefas de auto-localização e mapeamento de ambientes feitas por robôs moveis. Tal método é construído a partir de um classificador de objetos, implementado através de máquinas de suporte vetorial, estendidas para a utilização de Aprendizagem de Múltiplos Núcleos. Também na construção deste método, uma etapa de retificação é aplicada às imagens onidirecionais, de modo a aproximá-las das imagens convencionais, às quais o classificador utilizado já demonstrou bons resultados. A abordagem de Múltiplos Núcleos se faz necessária para possibilitar a aplicação de três tipos distintos de detectores de características em imagens, ponderando, para cada classe, a importância de cada uma das características em sua descrição. Resultados experimentais atestam a viabilidade de tal proposta. / Despite the popularity of omnidirectional cameras used in mobile robotics, and the importance of object recognition in the broader universe of robotics and computer vision, it is difficult to find works that relate both in the literature. This work aims at performing the evaluation of a method for object classification in omnidirectional images, evaluating its effectiveness and efficience considering its application to tasks of self-localization and environment mapping made by mobile robots. The method is based on a multiple kernel learning extended support vector machine object classifier. Furthermore, an unwrapping step is applied to omnidirectional images, to make them similar to perspective images, to which the classifier used has already shown good results. The Multiple Kernels approach is necessary to allow the use of three distinct types of feature detectors in omnidirectional images by considering, for each class, the importance of each feature in the description. Experimental results demonstrate the feasibility of such a proposal.