Orientador: Paulo Roberto Gardel Kurka / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T13:27:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DelgadoVargas_JaimeArmando_M.pdf: 4350704 bytes, checksum: 8e7dab5b1630b88bde95e287a62b2f7e (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este trabalho apresenta a implementação de um sistema de navegação com visão estereoscópica em um robô móvel, que permite a construção de mapa de ambiente e localização. Para isto é necessário conhecer o modelo cinemático do robô, técnicas de controle, algoritmos de identificação de características em imagens (features), reconstrução 3D com visão estereoscópica e algoritmos de navegação. Utilizam-se métodos para a calibração de câmera desenvolvida no âmbito do grupo de pesquisa da FEM/UNICAMP e da literatura. Resultados de análises experimentais e teóricas são comparados. Resultados adicionais mostram a validação do algoritmo de calibração de câmera, acurácia dos sensores, resposta do sistema de controle, e reconstrução 3D. Os resultados deste trabalho são de importância para futuros estudos de navegação robótica e calibração de câmeras / Abstract: This paper presents a navigation system with stereoscopic vision on a mobile robot, which allows the construction of environment map and location. In that way must know the kinematic model of the robot, algorithms for identifying features in images (features) as a Sift, 3D reconstruction with stereoscopic vision and navigation algorithms. Methods are used to calibrate the camera developed within the research group of the FEM / UNICAMP and literature. Results of experimental and theoretical analyzes are compared. Additional results show the validation of the algorithm for camera calibration, accuracy of sensors, control system response, and 3D reconstruction. These results are important for future studies of robotic navigation and calibration of cameras / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Este trabalho estuda o sistema de controle de um robô móvel, termo que designa veículos sem motorista humano e com capacidade de trafegar por rotas livremente escolhidas. As arquiteturas de controle utilizadas em robôs móveis são analisadas. A arquitetura adotada neste trabalho, de caráter funcional,é apresentada e discutida. O trabalho se concentra nos níveis mais simples de controle, relacionados ao controle de trajetória, cujo objetivo é garantir que o robô móvel percorra uma rota pré-definida. Um controlador de trajetória é proposto e projetado. O controlador resulta da aplicação da teoria de controle ótimo a um modelo de robô móvel em referencial fixo. Uma técnica recente de controle de robôs (técnica de atgs) é empregada para melhorar a robustez do controlador. O desempenho do controlador obtido com uso de atgs é comparado com o desempenho do controlador obtido inicialmente. Com o objetivo de validar esta proposta de controlador de trajetória, resultados fornecidos por simulações são discutidos. A análise do controlador foi respaldada com dados experimentais obtidos junto a um robô móvel, denominado Ariel, desenvolvido no laboratório de automação e sistemas (mecatrônica) da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. / This work studies the Control System of a Mobile Robot, term which refers to vehicles without human driver and with ability to follow arbitrary routes. This work analyses the Control Architectures frequently employed in Mobile Robots. The Architecture here adopted is a functional one, which is presented and described. This work focuses on the simplest levels of Control, those which are mainly related to the Trajectory Control, and whose objective is to guarantee that the Mobile Robot follows a specified route. A Trajectory Controller is proposed and designed. The Controller is based on Optimal Control Theory. A recently developed technique for robot control (called ATGS techinique) is used in order to improve the Controller robustness. Simulation results are discussed in order to validate the proposed Controller. The Controller analysis is tested in a real Mobile Robot (named Ariel) currently developed at Laboratório de Automação e Sistemas (Mecatrônica) , at Escola Politécnica of Universidade de São Paulo.

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

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:07:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao de Mestrado Andre Ferreira.pdf: 1498368 bytes, checksum: 2aae4b9a950b8f58a50287c6be0d5a6d (MD5) Previous issue date: 2004-06-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This thesis proposes a new strategy for a mobile robot to deviate from obstacles while navigating in a semi-structured environment. The proposed control architecture is based on a reactive approach, thus demanding low computational e®ort. It allows the robot to navigate from a starting point to a destination point without colliding to any obstacle in its path. The deviation from an obstacle is performed according to an escape angle calculated so that the new robot orientation is tangent to the obstacle. It is also shown that such strategy generates more e±cient trajectories, in the sense that the destination point is reached in less time while saving energy and reducing the demand on the robot motors. Another interesting aspect of the proposed strategy is that it also allows to implement the behaviors Wall Following and Corridor Following. The proposed methodology is validated through simulated examples and practical experiments as well, which were run in a PIONEER 2-DX mobile robot. / Neste trabalho é proposta uma nova estratégia para desvio de obstáculos em robótica móvel. A arquitetura de controle é baseada numa abordagem reativa, portanto com baixa demanda computacional, e é adequada a ambientes semi-estruturados. A estratégia proposta permite que o robô navegue em seguran»ca até um ponto de destino, desviando de obstáculos que possam surgir em seu trajeto. O ^angulo de desvio é calculado de forma que o robô siga o contorno do obstáculo, propiciando trajetórias mais eficientes quando navegando em presença de obstáculos, no sentido de que o ponto de destino é atingido em menor tempo, com menor desgaste dos motores do robô e menor consumo de energia. Outra característica desta estratégia é que os comportamentos Seguir Paredes, Seguir Corredores e Evitar Obstáculos podem ser implementados pelo mesmo controlador. A metodologia proposta é validada através de exemplos simulados e também de experimentos reais, usando o robô móvel PIONEER 2-DX.

Este trabalho estuda o sistema de controle de um robô móvel, termo que designa veículos sem motorista humano e com capacidade de trafegar por rotas livremente escolhidas. As arquiteturas de controle utilizadas em robôs móveis são analisadas. A arquitetura adotada neste trabalho, de caráter funcional,é apresentada e discutida. O trabalho se concentra nos níveis mais simples de controle, relacionados ao controle de trajetória, cujo objetivo é garantir que o robô móvel percorra uma rota pré-definida. Um controlador de trajetória é proposto e projetado. O controlador resulta da aplicação da teoria de controle ótimo a um modelo de robô móvel em referencial fixo. Uma técnica recente de controle de robôs (técnica de atgs) é empregada para melhorar a robustez do controlador. O desempenho do controlador obtido com uso de atgs é comparado com o desempenho do controlador obtido inicialmente. Com o objetivo de validar esta proposta de controlador de trajetória, resultados fornecidos por simulações são discutidos. A análise do controlador foi respaldada com dados experimentais obtidos junto a um robô móvel, denominado Ariel, desenvolvido no laboratório de automação e sistemas (mecatrônica) da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. / This work studies the Control System of a Mobile Robot, term which refers to vehicles without human driver and with ability to follow arbitrary routes. This work analyses the Control Architectures frequently employed in Mobile Robots. The Architecture here adopted is a functional one, which is presented and described. This work focuses on the simplest levels of Control, those which are mainly related to the Trajectory Control, and whose objective is to guarantee that the Mobile Robot follows a specified route. A Trajectory Controller is proposed and designed. The Controller is based on Optimal Control Theory. A recently developed technique for robot control (called ATGS techinique) is used in order to improve the Controller robustness. Simulation results are discussed in order to validate the proposed Controller. The Controller analysis is tested in a real Mobile Robot (named Ariel) currently developed at Laboratório de Automação e Sistemas (Mecatrônica) , at Escola Politécnica of Universidade de São Paulo.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-18T05:07:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T23:54:07Z : No. of bitstreams: 1 181777.pdf: 6095490 bytes, checksum: 3bb482ac9f88644a1154c3af6900791f (MD5) / As arquiteturas de controle para robôs móveis ganham em consistência quando baseadas nos modelos biológicos. Seguindo este ponto de vista a etologia, ou o estudo do comportamento animal no meio ambiente, provê os parâmetros para a análise da atuação do robô, e as redes neurais artificiais, cujos princípios originam-se das redes neuronais (naturais), são os mecanismos internos responsáveis pelas manisfestações comportamentais.Conexões de tipos diferentes de redes neurais artificiais aumentam a complexidade dos comportamentos como indica a arquitetura neural hierárquica PiramidNet. O conjunto de módulos comportamentais pode incluir elementos reativos e deliberativos. Mapas ou modelos do mundo são importantes suportes para deliberação. Neste trabalho as redes auto-organizáveis de Kohonen são utilizadas para mapeamento do ambiente de robótica móvel. Os resultados indicam a boa qualidade dos mapas gerados.Conclui-se que a fusão de robótica reativa e robótica deliberativa alarga o horizonte para o projeto de novas arquiteturas de controle de robôs móveis, e que o estudo dos seres vivos uma estratégia de engenharia razoável nesta questão.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T19:47:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 270310.pdf: 687729 bytes, checksum: 3142cd72b387e1729623ca7faf587b32 (MD5) / Esta dissertac¸ #ao prop#oe uma infraestrutura para alocac¸ #ao din#amica de tempo de processador em aplicac¸ #oes tempo real multi-modais. A infraestrutura distribui reservas de banda usando modelos de otimizac¸ #ao que podem ser combinados e estendidos para contemplar as necessidades do sistema. Uma vez que a natureza das aplicac¸ #oes varia, diversos modelos s#ao propostos de forma a suportar modos de operac¸ #ao discretos, cont´ýnuos ou h´ýbridos e otimizar um dado crit´erio de desempenho global do sistema ou a justic¸a entre tarefas. Os modelos s#ao generalizac¸ #oes de variada complexidade para o problema da mochila, para os quais algoritmos exatos, heur´ýsticas com garantias de desempenho e esquemas de aproximac¸ #ao em tempo polinomial s#ao propostos. Para fins de avaliac¸ #ao, a infraestrutura foi aplicada no sistema de vis#ao controle e navegac¸ #ao de um rob#o m´ovel, e tamb´em num decodificador multim´ýdia real. Ambas s#ao aplicac¸ #oes que capturam a natureza das tarefas que esta infraestrutura busca suportar. / This dissertation proposes a framework for dynamic, value-based processor time allocation in multi-modal real-time applications. The framework distributes time reservations using optimization models that can be combined and extended to meet the system#s needs. Because the nature of applications varies, several models were proposed to handle discrete, continuous or hybrid modes of operation and optimize task fairness or a given criterion of optimal system performance. The models range from simple to complex generalizations of the knapsack problem for which exac algorithms, heuristics with performance guarantees, and polynomial-time approximation schemes were proposed. As a means of evaluation, the framework was applied to the vision, control and guidance systems on a mobile robot and to a real multimedia decoder, applications that capture the nature of the tasks this framework aims to support.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T06:36:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 278409.pdf: 7563673 bytes, checksum: e15c39ba72bcfd2cfe832f027abb56c7 (MD5) / Este trabalho propõe uma arquitetura de controle inteligente para navegação de robôs móveis que foi resultante de uma série de construções prévias cuja evolução é descrita. A fim de prover maior flexibilidade e um menor custo computacional ao modelo de navegação proposto, foram estudadas técnicas de Inteligência Artificial, tais como, Redes Neurais Artificiais e Aprendizagem por Reforço, com o foco na questão do aprendizado em tempo de operação para ambos os níveis da arquitetura. A arquitetura final integra de maneira eficiente os níveis deliberativo e reativo, dispondo de um método de aprendizado adaptativo de mapa topológico no nível mais alto, suportado por um processo de aprendizado de mapeamento percepção ação no nível mais baixo. As implementações e resultados das simulações mostram o desenvolvimento progressivo do sistema de navegação proposto,capaz de prover a um robô móvel, com limitados recursos de sensores, memória e processamento, a habilidade de executar tarefas de navegação em labirintos do tipo T desconhecidos e modificáveis durante seu tempo de operação. Uma outra contribuição deste trabalho refere-se a uma nova descrição proposta para o dilema conhecido como "exploration versus exploitation", no contexto da integração entre os níveis reativo e deliberativo e como medida de desempenho.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-22T14:50:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 229254.pdf: 2122573 bytes, checksum: a43d7e8dfffdf45277d2339f63bce8ad (MD5) / Neste trabalho é realizado o estudo e a implementação de um sistema tempo-real embarcado para realizar o controle de seguimento de trajetória em veículos autônomos. O sistema desenvolvido emprega técnica de controle preditivo baseado em modelo, sendo destinado ao controle do comportamento cinemático e também do comportamento dinâmico do veículo. O controle do comportamento cinemático é baseado em modelo linearizado utilizando sistema de coordenadas locais e técnica de geração de trajetórias de aproximação, buscando uma condução suave e factível. O controle do comportamento dinâmico é destinado a aplicações de alto desempenho. O projeto e a implementação do sistema em questão foram desenvolvidos com base no paradigma de orientação a objetos visando a obtenção de código modular e de fácil manutenção, e que apresente estrutura lógica favorável à reutilização de software e à portabilidade. Realizou-se também uma análise criteriosa das restrições temporais do sistema, por ser este um sistema de tempo-real. Através de ensaios experimentais em diferentes plataformas comprova-se a eficiência do sistema embarcado desenvolvido, tanto em termos das técnicas de controle como da estruturação da aplicação. This work presents design and implementation of a real-time embedded system for path following on autonomous vehicle applications. The system uses Model Based Predictive Control algorithm and can be applied to control the kinematic and the dynamic behavior of autonomous vehicles. The kinematic behavior control is based on a linearized model using local frame coordinates and approaching path, to get smooth and feasible guidance. The dynamic behavior control is destined to high performance applications. The system's design and implementation process is based on the object-orientated paradigm, aiming for modularity, maintainability, extensibility, and reusability of the system software. Furthermore, the design process was driven to design the system in a platform-independent manner. Due to real-time caracteristics, detailed time constrains analysis are also performed. Experimental tests were performed to validate the system's eficiency regarding the control technique as far as the application structuring.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T08:48:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 266557.pdf: 24586083 bytes, checksum: 90ae506770a96d7cca8e7b1b0cd0fc52 (MD5) / O presente trabalho contribui para o desenvolvimento e construção de um robô móvel com rodas. A partir de trabalhos teóricos sobre controladores para robôs móveis com rodas, esta dissertação deriva as características necessárias em uma plataforma para desenvolvimento de testes práticos destes. Apresentam-se todas as decisões tomadas no projeto, relacionadas aos aspectos de hardware e firmware. O projeto mecânico define o leiaute e as características de atuação. Todas as peças são especificadas e cálculos de verificação da plataforma são apresentados. O projeto eletrônico proposto define os sensores, dispositivos e circuitos integrados que compõe a plataforma e proporciona uma solução para interligação destes componentes. Finalizando o trabalho a modelagem do sistema apresenta-se como suplemento ao objetivo do trabalho.