Orientadores : Fernando Jose Von Zuben, Mauricio Fernandes Figueiredo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-01T05:04:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CrestaniJunior_PauloRoberto_M.pdf: 1502466 bytes, checksum: ce5e0fcbce6475900a9fbe86f52ccbb0 (MD5) Previous issue date: 2001 / Mestrado

Orientador: Pablo Siqueira Meirelles / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-31T18:38:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alvarez-Jacobo_JustoEmilio_M.pdf: 7357916 bytes, checksum: 36471c499450bbadf2fb1a62630efad2 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Este trabalho apresenta o projeto, implementação e construção do robô autônomo móvel RAM-I, o qual tem autonomia energética e de controle. A locomoção é feita através de motores de passo, controlados pelo módulo Controlador dos Motores, baseados no microcontrolador PIC 16F84. O módulo Principal recebe os sinais dos sensores externos e os processa conforme a estratégia de controle implementada. Esta é baseada na Arquitetura Subsumption, tomando as decisões que serão enviadas pela interface para o módulo Controlador dos Motores, sem necessidade de intervenção externa. A alimentação é feita por meio de baterias embarcadas. Será apresentado o projeto do Sistema, descrição das partes, implementação da estratégia de controle, modelagem do robô e por ultimo os resultados experimentais obtidos com o protótipo construído em laboratório / Abstract: This work presents the design, implementation and construction of a mobile autonomous robot RAM-I, which has autonomous energy supply and control. The locomotion is done through stepper motors, controlled by the module Controller of the Motors based on microcontroller PIC16F84. The Main module, also based in the PIC, receives the inputs signals from external sensors and processes according with the control strategy implemented, based on the Architecture of Subsumption, taking decisions that will be sent to the interface for the Motor Controller, without the necessity of external intervention. The power will be supplied by internal batteries. It will be presented the design of the system, description of the parts, implementation of the control strategy and modeling, as well as the experimental results obtained with the prototype constructed in the laboratory / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Este trabalho propõe um Ambiente de Programação de Robôs Móveis direcionado especialmente à língua portuguesa, que consiste em um novo ambiente de programação gráfica e textual, capaz de atender a perfis diferenciados de usuários. O ambiente de programação contém três módulos para programação de robôs móveis: o modulo C ou editor C, o módulo Assembly ou editor Assembly, e o módulo blocos que é um módulo que contêm blocos de programação para auxiliar os programadores inexperientes a programarem robôs móveis por meio de uma meta linguagem desenvolvida que encapsula a linguagem C. O diferencial deste trabalho consiste na Gramática adaptativa criada para robôs móveis, que é uma derivação das gramáticas descendentes recursivas com um mecanismo de busca (\"look ahead\"). A derivação encontra-se na definição formal de gramática que foi adaptada nessa proposta para permitir a categorização de terminais da gramática, adicionando um passo a mais na compilação, que é a checagem de categorias permitidas da linguagem. Nesta dissertação são relacionados alguns ambientes de programação de robôs disponíveis na literatura bem como uma discussão de suas características. Também são apresentados experimentos realizados com usuários não especializados em programação, principalmente crianças, e com o Laboratório de Robótica a Distância da Universidade de São Paulo em São Carlos, São Paulo / This work proposes a Mobile Robot Programming Environment focused in the Portuguese language, which is able to attend different user categories and where the user can work textually and graphically. The programming environment contains three different modules: the C module, or C editor; the Assembly module, or Assembly editor; and the block module, which contains programming blocks that can help novice programmers to develop software for mobile robots using a meta-language that encapsulates the C language. The major contribution of this work consists of the proposition of a novel adaptive grammar, specially developed to mobile robots, which is a derivation of recursive descendent grammars, containing a look ahead module. The derivation is found in the formal definition of the grammar, adapted to allow the specification of grammar terminals, adding one more compilation step, which is the check of language permitted categories. The document presents some robot programming environments found in literature and discusses their characteristics. The results show experiments performed with non-specialized users, mostly children, and with the Remote Robotics Laboratory of the University of São Paulo, in São Carlos, São Paulo state, Brazil

Orientadores: Paulo Augusto Valente Ferreira, Alessandro Correa Victorino, Samuel Siqueira Bueno / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-08T18:02:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Castro_CesarDantasde_M.pdf: 3031758 bytes, checksum: 02179aa87aa18297b9b19bef7fb5b647 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho disserta sobre o desenvolvimento e a implementação de um sistema de localização e mapeamento simultâneos (SLAM) para um veículo robótico aéreo. Utilizando tal sistema, um robô que sobrevoe determinada área, até então desconhecida, deve ser capaz de conhecer sua postura no ambiente e mapeá-lo, sem o auxílio de mapas ou outras informações externas. Para alcançar este objetivo, o sistema recebe informações de uma unidade de medição inercial e de uma câmera, que observa características do ambiente e, indiretamente, a posição e a atitude do robô. Para fundir as informações dos dois conjuntos sensoriais embarcados, é utilizada uma arquitetura baseada no filtro de Kalman estendido, que atua como um estimador tanto da localização do dirigível quanto do mapa. Este sistema representa um primeiro passo em direção a uma solução de SLAM em seis graus de liberdade para o Projeto AURORA, que visa o desenvolvimento de tecnologia em robótica aérea. Desta forma, a abordagem proposta é validada em um ambiente de simulação composto de sensores virtuais e do simulador dinâmico do projeto AURORA. Os resultados apresentados mostram a eficácia da metodologia / Abstract: This work addresses the development and implementation of a simultaneous localization and mapping (SLAM) system for aerial robotic vehicles. Through this system, a robot flying over an unknown region must be capable of detecting its position accurately and, at the same time, constructing a map of the environment without the help of maps or any other external information. To reach that goal, the system receives input data from an inertial measurement unit and a single camera, which observes features in the environment and, indirectly, the robot¿s position and attitude. The data from both onboard sensors are then fused using an architecture based on an extended Kalman filter, which acts as an estimator of the robot pose and the map. This system represents a first step towards a six degrees of freedom SLAM solution for Project AURORA, whose goal is the development of technology on aerial robotics. As such, the proposed methodology is validated in a simulation environment composed of virtual sensors and the aerial platform simulator of the AURORA project based on a realistic dynamic model. The reported results show the efficiency of the approach / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jacques Wainer / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T02:06:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinheiro_PauloGurgel_D.pdf: 41476694 bytes, checksum: f3d5b1e2aa32aa6f00ef7ac689a261e2 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Localização de robôs móveis é uma das áreas mais exploradas da robótica devido a sua importância para a resolução de problemas, como: navegação, mapeamento e SLAM. Muitos trabalhos apresentaram soluções envolvendo cooperação, comunicação e exploração do ambiente, onde em geral a localização é obtida através de ações randômicas ou puramente orientadas pelo estado de crença. Nesta tese, é apresentado um modelo de planejamento para localização utilizando POMDP e Localização de Markov, que indicaria a melhor ação que o robô deve efetuar em cada momento, com o objetivo de diminuir a quantidade de passos. O foco está principalmente em: i) problemas de difícil localização: onde não há landmark ou informação extra no ambiente que auxilie o robô, ii) situações de performance crítica: onde o robô deve evitar passos randômicos e o gasto de energia e, por último, iii) situações com múltiplas missões. Sabendo que um robô é projetado para desempenhar missões, será proposto, neste trabalho, um modelo onde essas missões são consideradas em paralelo com a localização. Planejar para cenários com múltiplos ambientes é um desafio devido a grande quantidade de estados que deve ser tratada. Para esse tipo de problema, será apresentado um modelo de compressão de mapas que utiliza padrões arquiteturais e de design, como: quantidade de portas, paredes ou área total de um ambiente, para condensar informações que possam ser redundantes. O modelo baseia-se na similaridade das características de desing para agrupar ambientes similares e combiná-los, gerando um único mapa representante que possui uma quantidade de estados menor que a soma total de todos os estados dos ambientes do grupo. Planos em POMDP são gerados apenas para os representantes e não para todo o mapa. Finalmente, será apresentado o modelo hierárquico onde a localização é executada em duas camadas. Na camada superior, o robô utiliza os planos POMDP e os mapas compactos para estimar a grossa estimativa de sua localização e, na camada inferior, utiliza POMDP ou Localização de Markov para a obtenção da postura mais precisa. O modelo hierárquico foi demonstrado com experimentos utilizando o simulador V-REP, e o robô Pioneer 3-DX. Resultados comparativos mostraram que o robô utilizando o modelo proposto, foi capaz de realizar o processo de localização em cenários com múltiplos ambientes e cumprir a missão, mantendo a precisão com uma significativa redução na quantidade de passos efetuados / Abstract: Mobile Robot localization is one of the most explored areas in robotics due to its importance for solving problems, such as navigation, mapping and SLAM. In this work, we are interested in solving global localization problems, where the initial pose of the robot is completely unknown. Several works have proposed solutions for localization focusing on robot cooperation, communication or environment exploration, where the robot's pose is often found by a certain amount of random actions or state belief oriented actions. In order to decrease the total steps performed, we will introduce a model of planning for localization using POMDPs and Markov Localization that indicates the optimal action to be taken by the robot for each decision time. Our focus is on i) hard localization problems, where there are no special landmarks or extra features over the environment to help the robot, ii) critical performance situation, where the robot is required to avoid random actions and the waste of energy roaming over the environment, and iii) multiple missions situations. Aware the robot is designed to perform missions, we have proposed a model that runs missions and the localization process, simultaneously. Also, since the robot can have different missions, the model computes the planning for localization as an offline process, but loading the missions at runtime. Planning for multiple environments is a challenge due to the amount of states we must consider. Thus, we also proposed a solution to compress the original map, creating a smaller topological representation that is easier and cheaper to get plans done. The map compression takes advantage of the similarity of rooms found especially in offices and residential environments. Similar rooms have similar architectural design features that can be shared. To deal with the compressed map, we proposed a hierarchical approach that uses light POMDP plans and the compressed map on the higher layer to find the gross pose, and on the lower layer, decomposed maps to find the precise pose. We have demonstrated the hierarchical approach with the map compression using both V-REP Simulator and a Pioneer 3-DX robot. Comparing to other active localization models, the results show that our approach allowed the robot to perform both localization and the mission in a multiple room environment with a significant reduction on the number of steps while keeping the pose accuracy / Doutorado / Ciência da Computação / Doutor em Ciência da Computação

Orientador: Paulo Roberto Gardel Kurka / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T21:38:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_DarlaCarolinedaSilva_M.pdf: 5678583 bytes, checksum: a6ed9886369705a8853f15d431565a3d (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O presente trabalho descreve um método de odometria visual empregando a técnica de fluxo óptico, para estimar o movimento de um robô móvel, através de imagens digitais capturadas de duas câmeras estereoscópicas nele fixadas. Busca-se assim a construção de um mapa para a localização do Robô. Esta proposta, além de alternativa ao cálculo autônomo de movimento realizado por outros tipos de sensores como GPS, laser, sonares, utiliza uma técnica de processamento óptico de grande eficiência computacional. Foi construído um ambiente 3D para simulação do movimento do robô e captura das imagens necessárias para estimar sua trajetória e verificar a acurácia da técnica proposta. Utiliza-se a técnica de fluxo óptico de Lucas Kanade na identificação de características em imagens. Os resultados obtidos neste trabalho são de grande importância para os estudos de navegação robótica / Abstract: This work describes a method of visual odometry using the optical flow technique to estimate the motion of a mobile robot, through digital images captured from two stereoscopic cameras fixed on it, in order to obtain a map of location of the robot. This proposal is an alternative to the autonomous motion calculation performed by other types of sensors such as GPS, laser, sonar, and uses an optical processing technique of high computational efficiency. To check the accuracy of the technique it was necessary to build a 3D environment to simulate the robot performing a trajectory and capture the necessary images to estimate the trajectory. The optical flow technique of Lucas Kanade was used for identifying features in the images. The results of this work are of great importance for future robotic navigation studies / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestra em Engenharia Mecânica

Orientadores: Douglas Eduardo Zampieri, Andre Mendeleck / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T05:32:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MirandaNeto_Arthurde_M.pdf: 21444077 bytes, checksum: e685627c310f9057b82e1bb7b7229228 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho apresentamos um sistema autônomo baseado em monovisão, aplicado ao controle de um robô móvel em tarefas de navegação por ambientes desconhecidos. Para o cumprimento de tarefas de navegação, o sistema não possui conhecimento inicial sobre o ambiente, tendo como fonte primária de informações, dados oriundos do sistema de visão. Os movimentos são estruturados através de um Algoritmo Genético, que define as ações a serem executadas pelo robô móvel. O sistema foi desenvolvido em uma arquitetura multicamadas, sendo elas: Visão Computacional, Estratégias de Navegação e Comandos. A camada de visão constitui-se de dois métodos principais: método de segmentação Threshold and Horizon Finder, baseado no método de busca do limiar ótimo proposto por Otsu; e um novo método para descarte de informações redundantes, baseado no Coeficiente de Correlação de Pearson. Na camada Estratégias de Navegação, apresentamos uma proposta de um sistema de navegação com aprendizado evolutivo. Na última camada Comandos, abordamos o protocolo de interface entre a aplicação e o projeto físico mecânico. Um experimento foi realizado com um protótipo real, cujos resultados validaram a metodologia proposta, demonstrando a capacidade de resposta do sistema em tempo real / Abstract: In this work we present an autonomous system based on monocular vision, applied to a mobile robot's control executing navigation tasks in an unknown environrnent. For the execution of navigation tasks, the system does not have previous knowledge of the environrnent. Its primary source of information is data originating from the vision system. The movements are structured through a Genetic AIgorithm that defines the actions to be executed by the mobile robot. The system was developed based on a multilayer architecture, where the three main layers are: Computer Vision, Navigation Strategies and Commands. The vision layer is constituted of two main methods: method of segmentation Threshold and Horizon Finder, based on the ideal threshold search method proposed by Otsu; and a new improved method for discarding redundant information, based on the Pearson's Coefficient Correlation. In the Navigation Strategies layer, we propose a navigation system with evolutive learning. In the last layer, Commands, we deal with the interface protocol between the application and the mechanical physical project. An experiment with a real prototype was executed, which results validated the proposed methodology, demonstrating that the system is able to give real time responses / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: João Maurício Rosário, Humberto Ferasoli Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T15:08:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alves_SilasFrancodosReis_M.pdf: 3766365 bytes, checksum: dbbe1298b44cd06d13a9d2e56dfe873e (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A navegação e a colaboração são aspectos importantes da robótica móvel. A navegação confere aos robôs móveis as habilidades básicas de interação com o ambiente, os obstáculos e agentes nele situado. Já a colaboração permite que os robôs coordenem sua navegação e interação com o ambiente de forma que os permita realizar tarefas complexas de forma rápida e eficiente. Neste trabalho de pesquisa foi desenvolvida uma plataforma de software que oferece suporte a algumas técnicas tradicionais de navegação e colaboração de robôs móveis. Com esta plataforma, é possível programar diferentes robôs com os mesmos componentes de software, o que reduz o tempo de desenvolvimento do aplicativo ao incentivar o reuso de software. Além disso, as técnicas de navegação e colaboração fornecidas pela plataforma amenizam o esforço em desenvolver o software de controle para robôs móveis colaborativos, pois a plataforma permite que o usuário concentre seus esforços na solução dos problemas pertinentes a aplicação do robô, uma vez que as técnicas de navegação e colaboração são fornecidas pela plataforma / Abstract: The navigation and collaboration are important aspects of mobile robotics. The navigation provides to mobile robots the basic skills of interaction with the environment, and the obstacles and agents located therein. The collaboration allows the robots to coordinate their navigation and interaction with the environment in a way that enables them to per-form complex tasks quickly and efficiently. This research project developed a software plat-form that supports some traditional navigation techniques and collaboration of mobile robots. With this platform, different robots can be programmed with the same software components, reducing the application's development time by encourage software reuse. Furthermore, the techniques of navigation and collaboration provided by the platform alleviate the effort to develop the control software for collaborative mobile robots, because the plat-form allows the user to focus their efforts on solving the problems relevant to the robot's application, since the navigation techniques and collaboration are provided by the platform / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

O planejamento probabilístico de mapa de rotas tem se mostrado uma poderosa ferramenta para o planejamento de caminhos para robôs móveis, devido a sua eficiência computacional, simplicidade de implementação e escalabilidade em diferentes problemas. Este método de planejamento possui duas fases. Na fase de construção, um mapa de rotas é gerado de forma iterativa e incremental, e armazenado na forma de um grafo G, cujos vértices são configurações livres, amostradas no espaço de configurações do robô e cujas arestas correspondem a caminhos livres de colisão entre tais configurações. Na fase de questionamento, dadas quaisquer configurações de origem e destino, \'alfa\' e \'beta\' respectivamente, o planejador conecta \'alfa\' e \'beta\' à G inserindo arestas que correspondem a caminhos livres de colisão, para então procurar por um caminho entre \'alfa\' e \'beta\' em G. Neste trabalho o foco reside principalmente na fase de construção do mapa de rotas. O objetivo aqui consiste em efetuar uma análise comparativa de diversas combinações de diferentes técnicas de amostragem das configurações livres e de diferentes técnicas de seleção de vértices em G, todas implementadas em um único sistema e aplicadas aos mesmos cenários. Os resultados propiciam um valioso auxílio aos usuários do planejamento probabilístico de mapas de rotas na decisão da melhor combinação para suas aplicações. / The probabilistic roadmap planning has emerged as a powerful framework for path planning of mobile robots due to its computational efficiency, implementation simplicity, and scalability in different problems. This planning method proceeds in two phases. In the construction phase a roadmap is incrementally constructed and stored as a graph G whose nodes are free configurations sampled on the robot\'s configuration space and whose edges correspond to collision-free paths between these configurations. In the query phase, given any start and goal configurations, \'alfa\' and \'beta\' respectively, the planner first connects \'alfa\' and \'beta\' to G by adding edges that correspond to collision-free paths, and then searches for a path in G between \'alfa\' and \'beta\'. In this work, we address mainly the roadmap construction phase. The goal here is to provide a comparative analysis of a number of combinations of different techniques for sampling free configurations and different node adding techniques, all implemented in a single system and applied to the same test workspace. Results help probabilistic roadmap planning users to choose the best combination for their applications.

O emprego de veículos autônomos é uma prática comumente adotada para a melhoria da produtividade no setor agrícola. No entanto, o custo computacional é um fator limitante na implementação desses dispositivos autônomos. A alternativa apresentada neste trabalho consistiu no desenvolvimento de um dispositivo de hardware dedicado para a navegação de robôs móveis agrícolas, o qual indica áreas navegáveis e não navegáveis, além do ângulo de inclinação do veículo em relação à linha de plantio. O desenvolvimento do projeto foi baseado em um método de extração de características visuais locais por meio do processamento de imagens coloridas obtidas por uma câmera de vídeo. O circuito foi implementado por meio de uma ferramenta de desenvolvimento baseado em um FPGA de baixo custo. O circuito consiste nas etapas de classificação, processamento morfológico e extração das linhas de navegação. Na primeira etapa, os pixels são classificados a partir do modelo de cores HSL em classes que representam as áreas passíveis e não passíveis de navegação. Posteriormente, a etapa de processamento morfológico realiza as tarefas de filtragem, agrupamento e extração de bordas. O processamento morfológico é realizado por meio de um arranjo de unidades de processamento dedicadas. Cada unidade pode realizar uma operação básica de morfologia matemática. O elemento estruturante utilizado na operação, bem como a operação realizada pela unidade, é configurado por meio de parâmetros do projeto. O processo de extração das linhas de orientação é realizado por meio do método de regressão linear por mínimos quadrados. A arquitetura proposta no projeto permitiu o processamento em tempo real de imagens para a aplicação de navegação autônoma de robôs móveis em ambientes agrícolas. / The use of autonomous vehicles is a generally adopted practice to improve the productivity in the agriculture sector. However, the computer requirements are a limiting factor for implementation of these autonomous devices. The alternative shown in this paper is the design of a dedicated hardware for the autonomous agricultural robot navigation. The project development was based on a local visual feature extraction method by processing digital images obtained from a color video camera. The circuit was implemented through a development tool based on a low cost FPGA. The circuit consists of stages of classification, morphological processing and guidance line extraction. In the first stage, the pixels are classified through HSL color model into classes that represent suitable and unsuitable area for navigation. Then, the morphological processing stage performs filtering, grouping and edge detection tasks. The morphological processing is carried out by an arrangement of dedicated processing units. Each unit can perform a basic operation of mathematical morphology. The structuring element used in the operation and the operation performed by the unit are configured through project parameters. The guidance line extraction process is performed through the linear regression method by least square. The architecture proposed in the design allowed the real-time image processing in autonomous robot navigation applications in agricultural environments.