Made available in DSpace on 2016-12-23T14:33:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Michael Andre Goncalves.pdf: 2112179 bytes, checksum: 307a2780cbf09d331a2e181c707299b7 (MD5) Previous issue date: 2013-08-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work, we investigated the use of A-star algorithms (A*) with hybrid state in au-tonomous navigation of vehicles in a three-dimensional space. We have modeled the vehicle position (origin), the goal and other points of interest in the world (states) as nodes of a graph. The cost of navigating between these nodes were modeled as edges of the graph, and a variant of the A* algorithm was used to choose the best path be-tween origin and goal. In order to be able to avoid obstacles and achieve fast algorithm, we used a combination of two heuristics to estimate the cost of the current node to the goal node: one considering only the obstacles and without the limitation of rotation of the vehicle, and its dual disregarding the obstacles and with limited cinematic R³. We implemented the proposed navigation solution and incorporated it to the framework of robotics CARMEN as a navigation module for autonomous vehicles. Our module interacts with other existing modules (interface modules with sensors, mapping, local-ization, etc.) by means of message exchanging. It enables practical use of the algo-rithm. Results of experiments performed on IARA (Intelligent Robotic Autonomous Automobile - autonomous drive car developed in UFES) showed the viability of using the algorithm in simple and structured environments, such as roads, as well as in un-structured and complex environments, such as parking lots and unpaved areas / Nesse trabalho nós investigamos o emprego do algoritmo A-estrela (A*) com estado híbrido na navegação autônoma de veículos em um espaço tridimensional. Nós mo-delamos a posição do veículo (origem), o destino e outros pontos de interesse no mundo (estados) como vértices de um grafo. O custo de navegar entre estes vértices foram modelados como arestas do grafo, e uma variante do algoritmo A* (A* com estado híbrido) foi utilizada para escolher o melhor caminho entre a origem e o destino. Para alcançar resultados mais rapidamente evitando obstáculos, utilizamos duas heu-rísticas combinadas para estimar o custo do vértice atual para o vértice destino: uma sem a limitação de rotação do veículo e considerando apenas os obstáculos, e a sua dual com limitação cinemática R³ desconsiderando os obstáculos. Nós implementamos a solução de navegação proposta e a incorporamos ao fra-mework de robótica CARMEN como um módulo de navegação para veículos autôno-mos. Nosso módulo interage com outros módulos existentes (módulos de interface com sensores, de mapeamento, de localização, etc.) via troca de mensagens, possi-bilitando a utilização prática do algoritmo. Resultados de experimentos realizados no IARA (Intelligent Autonomous Robotic Automobile carro de passeio autônomo de-senvolvido na UFES) mostraram a viabilidade de utilização do algoritmo tanto na na-vegação em ambientes estruturados e simples como estradas, quanto em ambientes não estruturados e complexos como estacionamentos e regiões sem pavimento

El síndrome de Guillain Barré es una polirradiculoneuropatía de evolución aguda o sub aguda que ataca progresivamente el sistema nervioso central impidiendo el movimiento de una persona progresivamente, empieza en los brazos y piernas y se extiende hasta el cuello, en el 50% de los casos se requiere de un ventilador mecánico, por lo que se considera una enfermedad critica, el problema de la enfermedad es que dificulta la comunicación entre los pacientes y su entorno, esto hace que durante el ciclo de la enfermedad, 1 año aproximadamente, este paciente presente complicaciones por la falta de comunicación. El presente proyecto de tesis está enfocado a desarrollar un Sistema de Visión artificial, basado en la detección de los movimientos del ojo que permitió solucionar el problema de la falta de comunicación de los pacientes con síndrome de Guillain Barre del Hospital Nacional Almanzor Aguinaga Asenjo. El SVA presenta una interfaz con algunos mensajes predefinidos, así como un teclado para escribir un mensaje propio, dirigiendo la mirada hacia el lugar que quieren realizar el “click”, referenciándose por un puntero que le permitirá asegurar el lugar exacto donde quiere clickear, para esto se usara la técnica de “tracking eye” o técnica de seguimiento de los ojos, mediante el uso de una cámara para captar los movimientos del ojo y poder usarlo en el sistema de visión artificial, que se desarrollara en base a la metodología propuesta por Kong y Nilson (2005), que consta de 3 etapas, la representación de la imagen, el procesamiento de la imagen y el análisis de la misma. La población de esta tesis es no probabilística por lo que se realiza en los 5 pacientes con SGB que se encontraban hospitalizados durante la realización de esta tesis. / Tesis

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2016-05-11T13:10:39Z No. of bitstreams: 1 PDF - Felipe de Lima Almeida.pdf: 2485820 bytes, checksum: d9170ede9f118facc73025280c9c4104 (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2016-07-21T20:46:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - Felipe de Lima Almeida.pdf: 2485820 bytes, checksum: d9170ede9f118facc73025280c9c4104 (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2016-07-21T20:46:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - Felipe de Lima Almeida.pdf: 2485820 bytes, checksum: d9170ede9f118facc73025280c9c4104 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-21T20:46:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Felipe de Lima Almeida.pdf: 2485820 bytes, checksum: d9170ede9f118facc73025280c9c4104 (MD5) Previous issue date: 2016-03-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Robotics as an innovative tool in the teaching of biology has enabled students to assimilate concepts and solve challenges, in addition to providing the leading role in the process of teaching and learning. In this perspective, the objective of this research is to analyze the robotic lego as innovative feature anchored in Lego® Education for learning Filo Arthropoda from the construction of a Digital Scorpion by a problem situation. Based on the contributions of Seymour Papert and Mediated Learning Experience - MLE Reuven Feuerstein highlight the contributions of the use of this tool for teaching biology. The descriptive exploratory survey was conducted from September to October 2015 and had as subjects eighty-three students enrolled in the second year of high school at a private school in the city of João Pessoa, Paraíba. Data collection instrument was used audio recordings and a questionnaire with objective and subjective questions. The data collected in this process were analyzed from seven categories of previously selected mediation. The results reveal that the approach of arthropods from the robot construction contributes to the improvement of educational practice as well as for better performance of students in biology classes. As an educational product, we developed a booklet to assist teachers in the area and Sciences that want to use the tool to use in the classroom. This material was structured from five steps: introduction of the problem, understanding of the problem, design a plan, organization and assembly, and systematization of knowledge. Thus, we offer the teacher an alternative mediator to make the classes more dynamic and interesting, and the student mediated the opportunity to act as a main character in the construction of knowledge through reflection and resolution of proposed challenges. The use of the learning model used in this study made us realize that the educational process is not just a set of steps, but the articulation of knowledge necessary for a transformation in the school environment. / A robótica como uma ferramenta inovadora no ensino de Biologia tem possibilitado aos alunos assimilarem conceitos e solucionarem desafios, além de proporcionar o protagonismo no processo de ensino e aprendizagem. Nesta perspectiva, o objetivo desta investigação é analisar a lego robótica como recurso inovador ancorado na Lego Education para a aprendizagem do Filo Arthropoda a partir da construção de um Scorpion Digital mediante uma situação-problema. Com base nas contribuições de Seymour Papert e da Experiência de Aprendizagem Mediada - EAM de Reuven Feuerstein, destacamos as contribuições da utilização desta ferramenta para o ensino de Biologia. A pesquisa exploratória descritiva foi realizada no período de setembro a outubro de 2015, e teve como sujeitos oitenta e três alunos regularmente matriculados na segunda série do ensino médio de uma escola privada na cidade de João Pessoa, Paraíba. Como instrumento de coleta de dados foi utilizado gravações de áudio e aplicação de questionário com questões objetivas e subjetivas. Os dados coletados neste processo foram analisados a partir das sete categorias de mediação previamente selecionadas. Os resultados obtidos nos revelam que a abordagem dos artrópodes a partir da construção de robôs contribui para a melhoria da prática educativa como também para um melhor desempenho dos estudantes nas aulas de Biologia. Como produto educacional, elaboramos um fascículo para auxiliar docentes da área e de Ciências que pretendem utilizar a ferramenta para aplicação em sala de aula. Este material foi estruturado a partir de cinco passos: introdução do problema, compreensão do problema, idealização de um plano, organização e montagem, e sistematização do conhecimento. Com isso, oferecemos ao professor mediador uma alternativa de tornar as aulas mais dinâmicas e interessantes, e ao aluno mediado a oportunidade de atuar como personagem principal na construção do conhecimento, através da reflexão e resolução dos desafios propostos. A utilização do modelo de aprendizagem utilizada neste trabalho nos fez perceber que o processo educativo não se resume apenas a um conjunto de etapas, mas sim à articulação de conhecimentos necessários para uma transformação no ambiente escolar.

A agricultura nacional, buscando uma maior integração e participação no mercado global, tende a investir cada vez mais na automação de máquinas e implementos agrícolas, visando maior eficiência e qualidade em seus produtos. Para responder rapidamente às mudanças impostas pelo mercado, o emprego do conceito de Agricultura de Precisão (AP), têm mostrado bons resultados, tais como uma melhor utilização das máquinas, melhor aproveitamento na área de plantio entre outros benefícios. Para tal, pesquisas voltadas ao desenvolvimento de máquinas, com nível elevado de automação, capazes de operar de forma autônoma, estão ganhando cada vez mais espaço no setor agrícola. Considerando esse cenário, no presente trabalho são apresentadas uma revisão sobre Controle Supervisório e Aquisição de Dados (SCADA), no contexto da Agricultura de Precisão, e a proposta de um modelo supervisório, aplicável na robótica móvel utilizando, como plataforma experimental o veículo Agribot. / National agriculture, seeking greater integration and participation in the global market tends to increasingly invest in the automation of agricultural machinery and implements, aiming at greater efficiency and quality in their products. To respond quickly to changes driven by the market, the use of the concept Precision Farming (PF) have shown good results, such as better machine utilization, better utilization in the planting area among others benefits. To this end, research aimed at developing machines with high level of automation, able to operate autonomous, are gaining more and more space in the agricultural sector. Considering this factor, this work is a review on the Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) in the Precision Farming context and the proposal of a supervisory model applicable in mobile agricultural robotics using as platform the vehicle Agribot.

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)

Esta tese propõe um modelo probabilístico geral para a localização cooperativa de multirrobôs. O problema da localização multirrobôs pode ser definido como: dado um modelo do ambiente, estimar a localização de cada robô em um grupo atuando em um mesmo ambiente, com base nas informações sensoriais oferecidas pelas medidas de odometria, medidas do ambiente e detecções. Detecção é a habilidade de um robô identificar outro e determinar a distância relativa entre eles. A idéia principal da localização cooperativa de multirrobôs consiste em integrar medidas coletadas por diferentes robôs, de modo que todos possam se beneficiar dos dados adquiridos pelos outros robôs do grupo. Desta forma, detecções podem ser usadas para refinar a estimativa de postura de cada robô com base nas estimativas dos outros. Comunicação fornece aos robôs a habilidade de compartilhar suas crenças de postura de forma que possam cooperar para melhorar a acurácia da localização. Aqui é explorado o uso de diferentes tipos de informação para comunicar entre os robôs: propagação da detecção positiva, detecção negativa e multidetecção, os quais são integrados em um novo algoritmo, chamado Localização de Markov para Multirrobôs Cooperativos (LMMC). Também é proposto um protocolo de comunicação para a troca de dados entre os robôs e um conjunto de critérios que possibilitam a redução da comunicação por meio da diminuição da quantidade de dados trocados entre robôs, de um modo eficaz e eficiente. Os experimentos realizados em ambientes simulados demonstram que a abordagem proposta pode conduzir a resultados significativamente melhores de localização quando comparada à abordagem com detecção única e ainda com uma menor quantidade de mensagens trocadas entre os robôs. / In this thesis we propose a general probabilistic model to cooperative multirobot localization. The multirobot localization problem can be stated as follows: given a model of the environment, estimate the location of each robot in a group within the same environment based on sensors information that provides odometric measurements, environment measurements, and detections. Detection is the ability of one robot to identify others and to determine the relative location of other robots relative to its own. The key idea behind the multirobot localization approach is to integrate measurements taken by different robots, so that each one can benefit from data gathered by other robots in a group. In this sense, detections can be used to refine the pose estimates of a robot based on the other\'s estimate. Communication provides robots with the ability to exchange their pose beliefs, so that they can cooperate in order to improve their localization accuracy. We explore the use of different types of information to exchange among robots: propagation of positive detection, negative detection, and multidetection, which are integrated in a new algorithm, called Cooperative Multirobot Markov Localization, CMML. We also contribute a communication protocol that deals with the data transmitted among robots, and a set of communication rules that aims at reducing the amount of data exchanged among robots in an effective and efficient way. Experimental results, carried out in simulated environments, demonstrate that our approach can yield better localization results than a single-detection approach, at significantly smaller communication overhead.

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.

Para ter uma aplicação real, um robô móvel deve poder desempenhar sua tarefa em ambientes desconhecidos. Uma arquitetura para robôs móveis que se adapte ao meio em que o robô se encontra é então desejável. Este trabalho apresenta uma arquitetura adaptativa para robôs móveis, de nome AAREACT, que aprende como coordenar comportamentos primitivos codificados por Campos Potenciais através de aprendizado por reforço. Cada comportamento utiliza a informação de apenas um tipo de sensor (visão, sonar ou odometria). O sensor de visão foi desenvolvido neste trabalho, e utiliza os tempos para colisão obtidos através da análise de seqüências de imagens para indicar a disposição dos objetos à frente do robô. A atuação da arquitetura proposta é comparada com a apresentada por uma arquitetura com coordenação fixa dos comportamentos, demonstrando melhor desempenho. Os resultados obtidos neste trabalho também apontam a alta capacidade de adaptação da arquitetura AAREACT. / It is desirable that mobile robots applied to real world applications perform their operations in previously unknown environments. Thus, a mobile robot architecture capable of adaptation is very suitable. This work presents an adaptive architecture for mobile robots called AAREACT, that has the ability of learning how to coordinate primitive behaviors codified by the Potential Fields method through reinforcement learning. Each behavior uses the information of a single sensor (vision, sonar or odometer). This work also brings details about the vision sensor\'s development, which uses time-to-crash information in order to detect distances to frontal obstacles. The proposed architecture\'s actuation is compared to that showed by an architecture that performs a fixed coordination of its behaviors, and shows a better performance. The obtained results also suggest that AAREACT has good adaptation skills.

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 objetivo deste trabalho é desenvolver um sistema de navegação global para que veículos agrícolas autônomos possam executar missões em campos de cultivo através de um sistema de planejamento de trajetórias. Missões podem ser entendidas como sendo tarefas (p.ex.: de monitoramento, coleta de amostras, etc.) através de pequenas rotas que os veículos devem seguir ao longo de seus trabalhos diários, percorrendo a menor distância possível entre os pontos de origem e destino. O planejamento de trajetória foi dividido em etapas para facilitar o entendimento de cada uma delas. O mapeamento apresentado neste trabalho foi feito em regiões de cultivo de café nos estados de São Paulo e Minas Gerais. Os pontos do mapa foram amostrados utilizando um módulo receptor de sinal GPS (Global Positioning System) ao longo dos caminhos onde é possível a passagem do veículo dentro da plantação. Uma etapa importante para o sucesso deste sistema é a etapa de pré-processamento dos dados. Nesta etapa são inseridas as relações entre os pontos do mapeamento da área. As missões foram pré-definidas de modo a testar o cálculo do caminho de custo mínimo que é realizado através do algoritmo de Dijkstra. A cada ponto da rota é fornecido o ângulo de direção com o qual o veículo deve estar em relação ao Norte geográfico. De acordo com a mudança pretendida do ângulo de direção é proposta uma suavização nesta mudança através da alteração do percurso para um arco de circunferência. Neste caso, o raio de giro é informado. A última etapa consiste em fornecer a velocidade máxima de deslocamento do veículo em função da mudança de direção e velocidade angular máxima do centro de massa do veículo. O sistema proposto neste trabalho foi capaz de determinar o caminho com a menor distância entre dois pontos do mapeamento (coordenadas geográficas) e o calcular da distância entre os pontos. Embora a fórmula utilizada para calcular a distância entre duas coordenadas geográficas considerar o formato da Terra como sendo uma esfera, isto não gerou erro significativo para a aplicação proposta. A suavização proposta possibilitou, em alguns pontos, o aumento da velocidade de deslocamento por fazer a mudança do ângulo de direção de forma menos abrupta. / The objective of this work is to develop a global navigation system for autonomous agricultural vehicles can perform missions in crop fields through a system of path planning. Missions can be understood as tasks (eg monitoring, sampling, etc.). Through small routes that vehicles must follow throughout their daily jobs, traveling the shortest possible distance between the points of origin and destination. The path planning was divided into steps to make it easy to understand each one. The mapping presented in this work was done in coffee-growing regions in the state of São Paulo and Minas Gerais. The map points have been sampled using a GPS receiver module along the path where it is possible to move the vehicle within the plantation. An important step for the success of this system is the data pre-processing step. In this step are inserted the relations between the points of the mapping. The missions are predefined in order to test if the calculation of the minimum cost path made by Dijkstra algorithm is correct. At each point of the route is given the vehicle heading angle (vehicle position towards the geographic North). According to the intended change of the heading angle is proposed a smoothing method to smooth this change by changing the route to an arc. In this case, the turning radius is reported. The last step is to provide the maximum speed of the vehicle due to the change of direction and maximum angular speed of the center of mass. The system proposed in this paper was able to determine the path with the shortest distance between two points of the mapping (geographic coordinates) and calculate the distance between these points. Although the formula used to calculate the distance between two geographical coordinates consider the shape of the Earth as a sphere, this did not generate significant errors for the proposed application. The proposed smoothing allowed, in some cases, to increase the vehicle speed by making the change of heading angle less abrupt.