Sistemas de visão omnidirecional produzem imagens de 360º do ambiente podendo ser utilizados em navegação, tele-operação e controle servo visual de robôs. Este tipo de sistema dispensa o movimento da câmera para determinada direção de atenção mas requer processamento não convencional da imagem, uma vez que a imagem adquirida se encontra mapeada em coordenadas polares não lineares. Uma maneira efetiva de se obter uma imagem em um sistema omnidirecional é com o uso combinado de lentes e espelhos. Várias formas de espelhos convexos podem ser utilizadas montando-se uma câmera com o seu eixo óptico alinhado com o centro do espelho. Dentre as formas usadas, tem-se os cônicos, parabólicos, hiperbólicos e esféricos. Neste trabalho foi implementado um sistema de visão omnidirecional utilizando um espelho hiperbólico. Este sistema de visão desenvolvido é embarcado em um robô móvel e aplicado em uma tarefa de controle. A tarefa de controle de interesse neste trabalho é a de fazer com que o robô mantenha uma distância constante de um determinado alvo móvel. Esta tarefa é realizada com a realimentação em tempo real de informações visuais do alvo obtidas pelo sistema de visão para controle do robô utilizando uma abordagem de controle servo visual. / Omnidirectional vision systems can get images with a 360-degree of field of view. This type of system is very well suited for tasks such as robotic navigation, tele-operation and visual servoing. Such systems do not require the movement of the camera to the direction of attention of the robot. On the other hand, it requires a non-conventional image processing as the image captured by this vision system is mapped on a non-linear polar coordinate system. One effective way to obtain an image in an omnidirectional system is through the use of lenses and mirrors. Several different shapes of convex mirrors can be used, mounting the center of the mirror aligned with the camera optical axis. The most commonly used mirror shapes are conic, parabolic, hyperbolic and spherical. In this work a hyperbolical mirror was used to build an omnidirectional vision system. This system was mounted on a mobile robot and used in a control task. The task of interest here is the tracking in real time of a moving target keeping the distance between the robot and the target constant. This task is accomplished with data acquisition from the omnidirectional vision system, that is used as feedback to control the mobile robot in a visual servo approach.

Robôs móveis autônomos dependem da informação obtida de seus sensores para processos de tomada de decisão durante a realização de suas tarefas. A utilização de sistemas de visão permite a aquisição de um grande volume de dados sobre o ambiente no qual o robô se encontra. Particularmente, um sistema de visão omnidirecional é capaz de fornecer informações sobre todo o espaço ao redor do robô numa única imagem. Através do processamento de um par ou mais de imagens omnidirecionais pode-se obter as distâncias entre o robô e os objetos no seu ambiente de trabalho. Devido às incertezas inerentes a qualquer sensoriamento, um modelo probabilístico do mesmo faz-se necessário para que a informação sensorial adquirida possa ser utilizada para os processos de decisão internos do robô durante a execução de sua tarefa. Assim, tendo como único sensor um sistema de visão estéreo omnidirecional utilizado como fonte de informação para uma representação estocástica espacial do ambiente, conhecida como Grades de Evidência, o robô é capaz de determinar a probabilidade da ocupação dos espaços ao seu redor e assim navegar autonomamente no ambiente. Este artigo mostra um algoritmo estéreo com imagens omnidirecionais e um modelo do sistema de visão estéreo omnidirecional para atualização das Grades de Evidência. Este é a primeira etapa de um trabalho que visa a realização de tarefas de navegação e exploração de ambientes desconhecidos e não-estruturados tendo como base de conhecimento para o robô um modelo probabilístico baseado nas Grades de Evidência. / Autonomous mobile robots depend on information acquired with its sensors to make decisions during its task. The use of vision systems provide a large amount of data about the environment in which the robot is. Particularly, an omnidirectional vision systems provide information in all directions of the environment to the robot with just one image. Through the processing of a pair of omnidirectional images it is possible to obtain the distances between the robot and the objects in its work environment. Because of the uncertainty of all sensors, a probabilistic model is necessary so that the information acquired could be used in decision make processes. Having just an omnidirectional stereovision system as a source of information to an stochastic representation of the environment, known as Evidence Grids, the robot can determine the probability of occupation of the space in the environment and navigate autonomously. This article shows a stereo algorithm and a model of the omnidirectional stereovision system to update the Evidence Grid. This is the beginning of a work that have as objective make navigation and exploration of unknown and unstructured environment having as knowledge base a probabilistic model as Evidence Grids.

Robôs móveis autônomos dependem da informação obtida de seus sensores para processos de tomada de decisão durante a realização de suas tarefas. A utilização de sistemas de visão permite a aquisição de um grande volume de dados sobre o ambiente no qual o robô se encontra. Particularmente, um sistema de visão omnidirecional é capaz de fornecer informações sobre todo o espaço ao redor do robô numa única imagem. Através do processamento de um par ou mais de imagens omnidirecionais pode-se obter as distâncias entre o robô e os objetos no seu ambiente de trabalho. Devido às incertezas inerentes a qualquer sensoriamento, um modelo probabilístico do mesmo faz-se necessário para que a informação sensorial adquirida possa ser utilizada para os processos de decisão internos do robô durante a execução de sua tarefa. Assim, tendo como único sensor um sistema de visão estéreo omnidirecional utilizado como fonte de informação para uma representação estocástica espacial do ambiente, conhecida como Grades de Evidência, o robô é capaz de determinar a probabilidade da ocupação dos espaços ao seu redor e assim navegar autonomamente no ambiente. Este artigo mostra um algoritmo estéreo com imagens omnidirecionais e um modelo do sistema de visão estéreo omnidirecional para atualização das Grades de Evidência. Este é a primeira etapa de um trabalho que visa a realização de tarefas de navegação e exploração de ambientes desconhecidos e não-estruturados tendo como base de conhecimento para o robô um modelo probabilístico baseado nas Grades de Evidência. / Autonomous mobile robots depend on information acquired with its sensors to make decisions during its task. The use of vision systems provide a large amount of data about the environment in which the robot is. Particularly, an omnidirectional vision systems provide information in all directions of the environment to the robot with just one image. Through the processing of a pair of omnidirectional images it is possible to obtain the distances between the robot and the objects in its work environment. Because of the uncertainty of all sensors, a probabilistic model is necessary so that the information acquired could be used in decision make processes. Having just an omnidirectional stereovision system as a source of information to an stochastic representation of the environment, known as Evidence Grids, the robot can determine the probability of occupation of the space in the environment and navigate autonomously. This article shows a stereo algorithm and a model of the omnidirectional stereovision system to update the Evidence Grid. This is the beginning of a work that have as objective make navigation and exploration of unknown and unstructured environment having as knowledge base a probabilistic model as Evidence Grids.

The capacity of multiuser wireless network, unclear for many years, has always been a hot research topic. Many different operation schemes and coding techniques have been proposed to enlarge the achievable rate region. And omnidirectional relay scheme is one of them. This thesis mainly works on the achievable region of the all-source all-cast network with omnidirectional relay scheme. In order to better understand this problem, we first describe the half-duplex model on the one-dimensional and two-dimensional regular networks. And we present an optimal operation scheme for them to have the maximum achievable rate. For the one-dimensional general network, we proposed an achievable region that indicates valued improvement compared to the previous results. In the full-duplex model of the one-dimensional general network, the maximum achievable rate is presented with a simpler proof in comparison with the previous results. In this thesis, we also show some discussions on more general networks.

The purpose of this research is to find ways to create an omnidirectional antenna with high directivity in the vertical plane. The investigation is based on computer simulation using the program CST 2011. The objective is a narrow-band antenna that is omnidirectional in the horizontal plane and has maximum achievable directivity for a fixed size. Three of the most promising antenna designs are selected based on the current state of antenna technology. Their maximum directivities are estimated by means of well known relations in antenna theory. It is shown that the most suitable design is an omnidirectional antenna in the form of a cylindrical dipole antenna array with an active central dipole. For this antenna, excitation by means of a radial traveling wave, with a phase velocity smaller than speed of the light, is possible. It is found that for a certain value of a moderating factor it is possible to obtain a directivity that is 2.5 – 3 dB larger than that of a dipole or a linear antenna with uniform excitation. The antenna structures are modeled to determine the number of dipoles, their dimensions and the spacing between them that maximizes the directivity.

Novel and low-cost antennas suitable for WLAN access points are presented. The operating bandwidths of the proposed antennas can cover the 2.4/5.2/5.8 GHz WLAN bands, and the antenna gain is larger than 2 and 4 dBi in the 2.4 and 5 GHz bands; respectively. Besides, they can also generate the good omnidirectional radiation patterns in the azimuthal plane. Dipole antenna, folded dipole antenna, monopole antenna and circularly polarized antenna has been applied in the proposed designs, and good antenna performance has been obtained.

Simulation is often used in research and industry as a low cost, high efficiency alternative to real model testing. Simulation has also been used to develop and test powerful learning algorithms. However, optimized values in simulation do not translate directly to optimized values in application. In fact, heavy optimization in simulation is likely to exploit the simplifications made in simulation. This observation brings to question the utility of learning in simulation. The UT Austin Villa 3D Simulation Team developed an optimization framework on which a robot agent was trained to maximize the speed of an omni-directional walk. The resulting agent won first place in the 2011 RoboCup 3D Simulation League. This thesis presents the adaptation of this optimization framework to learn parameters in simulation that improved the forward walk speed of the real Aldebaran Nao. By constraining the simulation with tree models learned from the real robot, and manually guiding the optimization based on testing on the real robot, the Nao's walk speed was improved by about 30%. / text

The capacity of multiuser wireless network, unclear for many years, has always been a hot research topic. Many different operation schemes and coding techniques have been proposed to enlarge the achievable rate region. And omnidirectional relay scheme is one of them. This thesis mainly works on the achievable region of the all-source all-cast network with omnidirectional relay scheme. In order to better understand this problem, we first describe the half-duplex model on the one-dimensional and two-dimensional regular networks. And we present an optimal operation scheme for them to have the maximum achievable rate. For the one-dimensional general network, we proposed an achievable region that indicates valued improvement compared to the previous results. In the full-duplex model of the one-dimensional general network, the maximum achievable rate is presented with a simpler proof in comparison with the previous results. In this thesis, we also show some discussions on more general networks.

A utilização de ondas guiadas em técnicas de monitoramento de integridade estrutural tem se mostrado uma alternativa interessante para economia de tempo e de custos de operação. Técnicas com ondas guiadas apresentam a característica de monitorar trechos extensos de uma estrutura a partir de um único ponto de acesso, permitindo a inspeção de partes remotas e de difícil acesso. Entre os modos fundamentais de propagação de ondas guiadas em chapas, o modo SH0 possui a vantagem de não ser dispersivo, além de sofrer menores atenuações ao se propagar em superfícies em contato com fluidos. Neste trabalho é proposto um modelo de transdutor do modo SH0 de forma omnidirecional em uma chapa de aço utilizando um arranjo com cerâmicas piezoelétricas, que permita inspecionar determinada área de um componente através de um único modo de propagação. Para caracterizar e compreender o comportamento da resposta obtida foram realizadas simulações numéricas parametrizando características do modelo proposto, como o número de elementos piezoelétricos e dimensões geométricas dos componentes do transdutor. Para validação dos resultados do modelo numérico foram construídos modelos experimentais do transdutor, os quais foram instalados sobre uma chapa de aço de 2mm de espessura para verificação dos modos de propagação emitidos. Avaliando a relação entre intensidades de cada modo emitido e a qualidade da emissão de SH0 foi possível identificar as frequências que apresentaram resposta com a característica desejada. Também foi verificado o comportamento dos transdutores construídos ao serem excitados por ondas propagando na chapa, avaliando a sua utilização também como receptores. / The use of guided waves in structural health monitoring techniques has already proved to be an interesting alternative to reduce inspection time and overall operational costs. Guided waves techniques enable monitoring large structures from one single access point, allowing the inspection of distant and hard access parts. Among the fundamental propagation modes of guided waves in plates, the SH0 mode has the advantage of being non dispersive, as well as being subject to less attenuation when propagating through surfaces in contact with fluids. In this work, it is proposed one omnidirectional SH0 mode transducer in a steel plate using a piezoelectric ceramic array, which allows inspecting a component area through a single propagation mode. Numeric simulations parameterizating features of the transducer, such as the number of piezoelectric elements and the geometric dimensions of the transducer’s components, were developed to characterize and investigate the effect on the output response. To validate the numeric simulation results, experimental models of the transducer were built, which were installed on a 2mm thick steel plate to verify the generated propagation modes. The analysis of the relation between the intensity of each mode generated in the plate and the emission quality of the SH0 mode allowed the identification of frequencies that presented the most desirable response characteristics. The behavior of the built transducers was also studied when they were excited by waves propagating through the plate, evaluating the use of the transducers as signal receptors.

A utilização de ondas guiadas em técnicas de monitoramento de integridade estrutural tem se mostrado uma alternativa interessante para economia de tempo e de custos de operação. Técnicas com ondas guiadas apresentam a característica de monitorar trechos extensos de uma estrutura a partir de um único ponto de acesso, permitindo a inspeção de partes remotas e de difícil acesso. Entre os modos fundamentais de propagação de ondas guiadas em chapas, o modo SH0 possui a vantagem de não ser dispersivo, além de sofrer menores atenuações ao se propagar em superfícies em contato com fluidos. Neste trabalho é proposto um modelo de transdutor do modo SH0 de forma omnidirecional em uma chapa de aço utilizando um arranjo com cerâmicas piezoelétricas, que permita inspecionar determinada área de um componente através de um único modo de propagação. Para caracterizar e compreender o comportamento da resposta obtida foram realizadas simulações numéricas parametrizando características do modelo proposto, como o número de elementos piezoelétricos e dimensões geométricas dos componentes do transdutor. Para validação dos resultados do modelo numérico foram construídos modelos experimentais do transdutor, os quais foram instalados sobre uma chapa de aço de 2mm de espessura para verificação dos modos de propagação emitidos. Avaliando a relação entre intensidades de cada modo emitido e a qualidade da emissão de SH0 foi possível identificar as frequências que apresentaram resposta com a característica desejada. Também foi verificado o comportamento dos transdutores construídos ao serem excitados por ondas propagando na chapa, avaliando a sua utilização também como receptores. / The use of guided waves in structural health monitoring techniques has already proved to be an interesting alternative to reduce inspection time and overall operational costs. Guided waves techniques enable monitoring large structures from one single access point, allowing the inspection of distant and hard access parts. Among the fundamental propagation modes of guided waves in plates, the SH0 mode has the advantage of being non dispersive, as well as being subject to less attenuation when propagating through surfaces in contact with fluids. In this work, it is proposed one omnidirectional SH0 mode transducer in a steel plate using a piezoelectric ceramic array, which allows inspecting a component area through a single propagation mode. Numeric simulations parameterizating features of the transducer, such as the number of piezoelectric elements and the geometric dimensions of the transducer’s components, were developed to characterize and investigate the effect on the output response. To validate the numeric simulation results, experimental models of the transducer were built, which were installed on a 2mm thick steel plate to verify the generated propagation modes. The analysis of the relation between the intensity of each mode generated in the plate and the emission quality of the SH0 mode allowed the identification of frequencies that presented the most desirable response characteristics. The behavior of the built transducers was also studied when they were excited by waves propagating through the plate, evaluating the use of the transducers as signal receptors.