Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-18T09:13:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T22:26:27Z : No. of bitstreams: 1 183123.pdf: 3586765 bytes, checksum: 0b1b6068cb2b9b4e67aa9ac0146417fe (MD5) / Este trabalho tem como objetivo projetar leis de controle de robôs móveis não-holonômicos com acionamento diferencial. Descreve-se aqui as propriedades estruturais dos robôs móveis, bem como a descrição dos tipos de rodas, as restrições de movimento associadas a cada uma delas e a caracterização de robôs móveis em cinco classes distintas. O controle de robôs móveis com acionamento diferencial pode ser dividido em controle da cinemática seguido pelo controle da parte dinâmica do sistema Por isso são apresentados, neste trabalho, quatro diferentes malhas de controle para a cinemática e uma única malha de controle para a dinâmica, baseada em redes neurais artificiais. Serão apresentadas, durante este trabalho, duas classes de tarefas para robôs móveis, a saber: rastreamento de trajetória de referência e convergência a um ponto. Para a primeira categoria foram utilizados dois controladores para a cinemática do sistema, sendo um descrito em coordenadas cartesianas e o outro descrito por meio de coordenadas polares. Para a tarefa de convergência a um ponto escolheu-se um controlador com realimentação suave invariante no tempo e outro com lei de controle descontínua, baseado na técnica de modos deslizantes. Uma vez que os parâmetros do modelo dinâmico do robô podem variar com o tempo e que são de difícil medição, desenvolveu-se uma estratégia de controle baseada em redes neurais artificiais. Neste trabalho utilizou-se um algoritmo de ajuste online dos pesos da rede neural e apresentou-se, também, a prova de estabilidade deste controlador tendo por base a teoria de Lyapunov. Resultados provenientes de simulação e de experimentos práticos foram apresentados com o intuito de validar os esquemas de controle propostos.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-18T16:07:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T02:08:29Z : No. of bitstreams: 1 142111.pdf: 8469843 bytes, checksum: 021dd70845137fcc3e8af6caf4ec17c8 (MD5)

El siguiente trabajo busca desarrollar y testear un controlador para un robot móvil con fines agrícolas. Enmarcado en un proyecto más grande, que actualmente desarrolla un prototipo de robot móvil con desplazamiento autónomo para colaborar en las tareas agropecuarias, este trabajo parte de las ecuaciones cinemáticas desarrolladas para este prototipo y desarrolla una estrategia de control mediante torque computado para el desplazamiento autónomo del vehículo en el medio y se realizan simulaciones de las mismas. Realizado este trabajo y obteniendo resultados certeros se deja todo pronto para continuar con la instancia experimental en el prototipo. / The following dissertation tries to develop and test a movil robot controller for agricultural purposes. Framed in a bigger proyect that is currently developing a mobile robot prototype with autonomous movement to help with agricultural work, this work starts in the kinematic equations developed for the prototype and develops a control strategy through computed torque control for the autonomous movement of the vehicle and simulations are performed of such computation. With this work finished and with the results obtained is ready to continue with the experimental instance in the prototype.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-11-25T17:23:31Z No. of bitstreams: 1 2014_RafaelCortesdePaiva.pdf: 7660330 bytes, checksum: eaad53db8e1c76edec638a3e30ee5f3e (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2014-11-25T17:58:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_RafaelCortesdePaiva.pdf: 7660330 bytes, checksum: eaad53db8e1c76edec638a3e30ee5f3e (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-25T17:58:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_RafaelCortesdePaiva.pdf: 7660330 bytes, checksum: eaad53db8e1c76edec638a3e30ee5f3e (MD5) / Nesse trabalho foi realizado o estudo de técnicas bio-inspiradas para gerar a marcha de um robô bípede. Foi utilizado o conceito de CPG, Central Pattern Generator (CPG), que é uma rede neural capaz de produzir respostas rítmicas. Elas foram modeladas como osciladores acoplados chamados de osciladores neurais. Para tanto foram utilizados alguns modelos de osciladores, o modelo de Matsuoka, o modelo de Kuramoto e o modelo de Kuramoto com acoplamento entre a dinâmica do oscilador e a dinâmica da marcha. Foram usados dois modelos de robôs, o Bioloid e o NAO. Para otimizar os parâmetros dos osciladores foram utilizados o Algoritmo Genético (AG), o Particle Swarm Optimization (PSO) e o Nondominated sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II). Foi utilizada uma função de custo que através de determinadas condições tem como objetivo obter uma marcha eficiente. No NSGA-II, além dessa função de custo, foi utilizada outra função de custo que considera o trabalho realizado pelo robô. Além disso, também foi utilizada a aprendizagem por reforço para treinar um controlador que corrige a postura do robô durante a marcha. Foi possível propor um framework para obter os parâmetros dos osciladores e através dele obter uma marcha estável em ambas as plataformas. Também foi possível propor um framework utilizando aprendizagem por reforço para treinar um controlador para corrigir a postura do robô com a marcha sendo gerado pelo oscilador de Kuramoto com acoplamento. O objetivo do algoritmo foi minimizar a velocidade do ângulo de arfagem do corpo do robô, dessa forma, a variação do ângulo de arfagem também foi minimizada consequentemente. Além disso, o robô andou mais “cautelosamente” para poder manter a postura e dessa forma percorreu uma distância menor do que se estivesse sem o controlador. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / This document describes computational optimized bipedal robot gait generators. Thegaits are applied by a neural oscillator, composed of coupled central pattern generators(CPG), which are neural networks capable of producing rhythmic output. The models ofthe oscillators used were the Matsuoka model, Kuramoto model and Kura moto model withcoupling between the dynamics of the oscillator and dynamics of the gait. Two bipedalrobots, a NAO and a Bioloid, were used. The neural oscillators were optimized with threealgorithms, a Genetic Algorithm (GA), Particle Swarm Optimization (PSO) and Nondominatedsorting Genetic Algorithm II (NSGA-II). It was used a fitness function that has theobjective to obtain an efficient gait through some conditions. In NSGA-II, besides this fitnessfunction, another one was used that has the objective to minimize the work done by therobot. Additionally, reinforcement learning techniques were used to train a controller thatcorrects the robots gait posture. It was proposed a framework to obtain the parameters of theoscillators used and obtain efficient gaits in both robots. Also, it was proposed a frameworkusing reinforcement learning to train a controller to correct the robots gait posture. The objective of the algorithm was to minimize the pitch angular velocity, consequently the pitchangle standard deviation was minimized. Additionally, the robot moved with more “caution” and walked less compared with the walk without the posture controller.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2009. / Submitted by Raquel Viana (tempestade_b@hotmail.com) on 2010-03-29T14:47:02Z No. of bitstreams: 1 2009_GlaucoGarciaScandaroli.pdf: 3618541 bytes, checksum: f9331bd3203fbf3e1f36d037b475814a (MD5) / Approved for entry into archive by Lucila Saraiva(lucilasaraiva1@gmail.com) on 2010-05-21T16:06:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_GlaucoGarciaScandaroli.pdf: 3618541 bytes, checksum: f9331bd3203fbf3e1f36d037b475814a (MD5) / Made available in DSpace on 2010-05-21T16:06:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_GlaucoGarciaScandaroli.pdf: 3618541 bytes, checksum: f9331bd3203fbf3e1f36d037b475814a (MD5) Previous issue date: 2009 / Esta dissertação é desenvolvida na área de estimação de estados em sistemas com restrições de igualdade. É feito um estudo de sistemas com restrições de igualdade e este trabalho apresenta uma forma de se utilizar sistemas descritores para realizar a estimação neste tipo de sistema. Também é apresentado um novo método para fusão de dados em sistemas com restrições de igualdade e correlação desconhecida. Para a validação destes estudos são desenvolvidas duas aplicações de robótica. Na área de robótica de reabilitação é feita a estimação de postura do pé de uma prótese robótica de perna. São apresentadas formas de se realizar essa tarefa utilizando mínimos quadrados não-lineares e os métodos de estimação com restrição. Os resultados obtidos comprovam que a utilização de estimadores que consideram as restrições melhora o processo de estimação. Na área de robótica móvel é proposto um método eficiente de estimação de localização utilizando teoria Bayesiana e dado as restrições existentes entre as estruturas de um mapa geométrico, avalia-se o método apresentado para fusão de dados em sistemas com restrições de igualdade e correlação desconhecida. Os resultados descritos corroboram que o mapa resultante é melhorado com o uso das restrições de igualdade e do método de localização proposto. ________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This dissertation is developed in the field of state estimation in non-linear systems with equality constraints. Systems with equality constraints are studied, and a method that employs descriptor systems to accomplish the task of estimation in this kind of system is proposed. This manuscript also presents a method for data fusion in systems subject to equality constraints, and unknown correlation. For the validation of the developed studies, this manuscript also describes two applications in the field of robotics. In the field of rehabilitation robotics, this dissertation presents the estimation of a robotic leg prosthesis’ foot with respect to ground. There are presented solutions to perform this task using non-linear least squares, and constrained estimation methods. The obtained results establish that the implementation using estimators that employ equality constraints improves the process of estimation. In the field of mobile robotics, this work proposes an efficient estimation method to accomplish the problem of localization based on the Bayesian theory. Also, given the existing constraints between the geometric map’s structures, the method for data fusion in systems subject to equality constraints and unknown correlation is evaluated. Results described corroborate that the resulting map is improved with the application of such equality constraints and the presented localization method.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:33:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao - Vitor Barbirato Azevedo-V8.pdf: 2614205 bytes, checksum: 2cd8e9de813b7e5bd2a43d09df2b2d48 (MD5) Previous issue date: 2012-12-10 / This work presents a computer vision system for real-time mapping of the traversable region ahead of an autonomous vehicle that relies mostly on a stereo camera. For each new image pair captured by the stereo camera, the system first determines the camera position with re-spect to the ground plane using stereo vision algorithms and probabilistic methods, and then projects the camera raw image to the world coordinate system using inverse perspective map-ping. After that, the system classifies the pixels of the inverse perspective map as traversable or not traversable, generating an instantaneous occupancy map. Next, the instantaneous occu-pancy map is integrated to a probabilistic occupancy map, using the Bayes filter to estimate the occupancy probability of each map location. Finally, the probabilistic occupancy map is used to localize the lateral limits of the traversable region. The performance of the system for mapping the traversable region was evaluated in compari-son to manually classified images. The experimental results show that the system is able to correctly map up to 92.22 % of the traversable locations between 20 and 35 m ahead of an autonomous vehicle with a False Acceptance Rate not superior to 3.57 % when mapping par-allelepiped pavements / Neste trabalho é apresentado um sistema para mapeamento da região trafegável em tempo real que se baseia principalmente em uma câmera estéreo. Para cada novo par de imagens recebido da câmera estéreo, o sistema primeiro determina a posição da câmera com respeito ao plano da região trafegável usando algoritmos de visão estéreo e métodos probabilísticos, e então projeta a imagem de referência para o sistema de coordenadas do mundo através de mapea-mento inverso de perspectiva. Depois disso, o sistema classifica os pixels da imagem projeta-da como trafegáveis ou não trafegáveis, gerando um mapa de ocupação instantâneo. Em se-guida, o mapa de ocupação instantâneo é integrado em um mapa de ocupação probabilístico usando o filtro de Bayes, que estima a probabilidade de ocupação de cada localização do ma-pa. Finalmente, o mapa de ocupação probabilístico é utilizado para localizar os limites laterais da região trafegável. O desempenho do sistema para mapeamento da região trafegável foi avaliado em comparação com imagens classificadas manualmente. Os resultados experimentais mostram que o sistema é capaz de identificar corretamente até 92,22% das localizações trafegáveis entre 20 e 35 m à frente do veículo com uma Taxa de Falsa Aceitação não superior a 3,57% no mapeamento do pavimento de paralelepípedos

Orientadores : Douglas Eduardo Zampieri, Andre Mendeleck / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-31T15:02:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_JoseFabioAbreude_M.pdf: 7564732 bytes, checksum: c02f34e46c1026a4be1448d102dca9cc (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: A navegação autônoma de veículos há muito desperta o interesse de pesquisadores, principalmente na área de inteligência artificial. Um dos problemas de grande importância é a determinação de uma trajetória, pois dela depende o veículo para que possa navegar pelo ambiente, evitando colidir com obstáculos, até alcançar uma ou mais posições pré-estabelecidas. Neste trabalho, é proposto um sistema para a geração de trajetórias, utilizando redes neurais artificiais, aplicado na navegação de robôs móveis em ambientes desestruturados. Numa primeira etapa foi abordado o uso de uma única rede neural do tipo Perceptron de Múltiplas Camadas (MLP), com uma arquitetura 28-20-2, para a resolução do problema. Entretanto, o sistema proposto apresentou um alto custo computacional para o treinamento da rede, quando da generalização das condições de trabalho, uma vez que o número de padrões utilizados era muito elevado. Numa etapa posterior, esta rede neural :MLP foi substituída por um sistema híbrido formado por funções lógicas e por 36 redes neurais :MLP. Os resultados da simulação computacional, apresentados na forma de gráficos, comprovam a eficiência do método para ambientes desestruturados / Abstract: The autonomous navigation of vehic1es has been an area of great interest for researchers for a long time, mainly in the area of artificial intelligence. One of the most interesting problems is that related to the trajectory generated for a vehic1e, which shall be guided in an environrnent, avoiding colliding with obstac1es in order to reach predefined positions. This thesis presents a methodology to generate trajectories using neural networks applied to mobile robot navigation. In a first approach, it has been used a single MLP neural network, with a 28-20-2 architecture, to solve this problem. However, this system presented a high computational effort for training the neural network, since the number of pattems increased due to the generalization of the environments. In a second approach this neural network has been improved to a hybrid system composed of logic operations and 36 MLP neural networks. The results of computer simulation presented graphically showed that the proposed methodology were efficient to guide the robot in unknown environments / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Paulo Roberto Gardel Kurka, Helder Anibal Hermini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T23:15:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Diogenes_LucianaClaudiaMartinsFerreira_D.pdf: 1973089 bytes, checksum: f2ce9df7707c0da30e35bae49d195299 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O presente trabalho tem como finalidade estabelecer um conjunto de procedimentos básicos de navegação e controle de robôs autônomos, baseado em imagens. Mapas de intensidade provenientes das imagens de duas câmeras são convertidos em mapas de profundidade, que fornecem ao robô informações sobre o seu posicionamento em um ambiente composto de objetos distintos. O modelo de robô de duas rodas com acionamento diferencial é usado, permitindo que o processo de navegação se dê através da fusão sensorial das informações obtidas pelas câmeras e dos dados de odometria do seu movimento. O filtro linear de Kalman é usado nesse processo de fusão, para obter estimativas ótimas de posição do robô, baseados nas imagens observadas pelas câmeras e pela informação de odometria medida pelos encoders de rotação das rodas. Realizamse simulações computacionais da tarefa de obtenção e processamento da imagem de um ambiente bidimensional simplificado, bem como do procedimento de navegação com fusão sensorial. As simulações têm por finalidade testar a viabilidade e robustez do procedimento de navegação, na presença de incertezas nas medidas de posição através de câmeras bem como nas medidas de odometria / Abstract: The work establishes a collection of procedures for image based navigation control of an autonomous robot. Intensity maps obtained from cameras are transformed in depth maps, which provide information about the robot's localization in an environment, comprised of distinct objects. A two wheeled, differential powered robot model is used, allowing the navigation process to combine double source information from the camera and odometry sensors. The Kalman filter technique is used in this information combination in order to yield optimal estimates of position of the robot, based on the camera and odometry information. Computational simulations are used to validate the image capture and processing, as well as the sensorial fusion technique, in a simplified bi-dimensional environment. The simulations are also useful in accessing the viability and robustness of the navigation process, in the presence of measurement uncertainties associated to the camera and odometry measurements / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor 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.

Orientador: Eleri Cardozo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T14:20:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Teixeira_FabioVieira_M.pdf: 4888310 bytes, checksum: 3976274cd7d3de15a58a9eec18e4aab5 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Na última década, as redes de sensores sem fio foram alvo de várias pesquisa em diversas áreas, entre elas a Robótica Móvel e Ambientes Inteligentes. Com o uso dessa tecnologia é possível estender as capacidades de sensoriamento de robôs móveis para o ambiente em que se encontram, além de aumentar a abrangência da conectividade sem fio. Devido à grande exploração da área e o grande avanço das tecnologias CMOS, novos módulos de sensoriamento, como câmeras, puderam ser desenvolvidos e embarcados em transceptores de baixo custo. A interconexão dessas fontes compostas de múltiplas mídias deu origem a uma nova tecnologia, as Redes de Sensores Multimídia Sem Fio. Essas redes possibilitam o desenvolvimento de uma grande quantidade de aplicações que antes não eram possíveis apenas com o uso de sensores escalares, por exemplo, em áreas relacionadas ao controle de tráfego, vigilância, automação residencial e cuidados com a saúde. Esta dissertação explora o uso desta nova tecnologia para o desenvolvimento de uma infraestrutura capaz de prover serviços a robôs móveis semi-autônomos em ambientes instrumentados para acessibilidade, a fim de auxiliá-los no cumprimento de seus objetivos / Abstract: In the last decade, Wireless Sensor Networks have been the subject of research in many areas, including Mobile Robotics and Smart Environments. Such technology enables the extension of the mobile robots' sensing capabilities towards the environment where they are operating, as well as the increasing of the wireless connectivity coverage. Due to the large exploration of the area and the steady advance of CMOS technologies, new sensing modules such as cameras have being developed and embedded into low cost transceivers. The interconnection of multiple media sources raised a new technology known as Wireless Multimedia Sensor Networks. These networks allow the development of a wide range of applications that were not possible before using only scalar sensors, especially in areas related to traffic control, surveillance, home automation, and health care. This dissertation explores this new technology for the development of an infrastructure that provides services to semi-autonomous mobile robots in environments instrumented for accessibility, in order to assist the accomplishment of the robot's goals / Mestrado / Engenharia de Computação / Mestre em Engenharia Elétrica