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.

Submitted by Marta Toyoda (1144061@mackenzie.br) on 2016-11-28T19:42:28Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Karen Stephanie Melo.pdf: 7297628 bytes, checksum: 1bfe8746a376099ee2c44b1cb271b713 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-28T19:42:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Karen Stephanie Melo.pdf: 7297628 bytes, checksum: 1bfe8746a376099ee2c44b1cb271b713 (MD5) Previous issue date: 2016-02-22 / Science Fiction is popularly known for movies that usually present spaceships, interplanetary travels, futuristic scenarios, and men living with highly advanced technology. However, even before the movies, Science Fiction is a literary genre originated in the beginning of the 20th century, in the United States, in magazines known as pulp fiction. With that, the genre started to develop itself, as magazine fans would give their opinion about the stories and, also, tried to write their own stories. One of these readers has become a great author of the genre and with his short stories he enabled readers to imagine how the world would be if there were robots so smart as human beings. This author, named Isaac Asimov, ended up influencing several other writers, movie directors and TV series producers who would create other very popular stories, such as Star Wars, Star Trek, Terminator, 2001: Space Odyssey, and others. As in Asimov’s short stories, these narratives will always put men before robots, which are sometimes friendly and helpful, and other times are mean and threatening to humans. In light of this, this paper proposes a study of three of Isaac Asimov’s short stories, published in pulp magazines in the 1940s and published as a compilation in the 1950s under the title of I, Robot, and of the movie Artificial Intelligence, directed by Steven Spielberg in 2001. The analysis of the corpus aims to comprehend how the relation between men and machine is established in Science Fiction and what this relation means, both in the 20th century literature and in the contemporary cinema. / A Ficção Científica é popularmente conhecida por filmes que, quase sempre, apresentam espaçonaves, viagens interplanetárias, cenários futurísticos e homens convivendo com tecnologias extremamente avançadas. No entanto, antes mesmo do cinema, a Ficção Científica é um gênero literário que teve sua origem no início do século XX, nos Estados Unidos, em revistas conhecidas como pulp fiction. Com isso, o gênero foi se desenvolvendo conforme os fãs das revistas emitiam suas opiniões sobre as narrativas e, também, se aventuravam em escrever suas próprias histórias. Um dos leitores dessas revistas tornou-se um grande autor do gênero e, com seus contos, levou os leitores a imaginarem como seria o mundo se existissem robôs tão inteligentes quanto os seres humanos. Esse autor, chamado Isaac Asimov, acabou por influenciar diversos outros escritores, diretores de cinema e produtores de séries de TV que viriam a criar outras narrativas bastante populares, como Star Wars, Star Trek, Terminator, 2001: Space Odyssey, entre outros. Assim como nos contos de Asimov, essas narrativas sempre colocam o homem diante da figura de um robô que ora é amigo e auxiliador, ora volta-se contra o ser humano. Diante disso, este trabalho propõe um estudo de três contos de Isaac Asimov, publicados em revistas pulp ao longo da década de 1940 e reunidas em coletânea em 1950 com o título de I, Robot (Eu, Robô) e do filme Artificial Intelligence, dirigido por Steven Spielberg e lançado em 2001. A análise do corpus tem como propósito entender de que modo se estabelecem as relações entre o homem e a máquina e seus sentidos na Ficção Científica, tanto na literatura do início do século XX, quanto no cinema contemporâneo.

Este trabalho trata da modelagem dinâmica e do projeto de sistemas de controle para um robô manipulador de arquitetura paralela assimétrica de três graus de liberdade, correspondente a três translações de seu efetuador no espaço tridimensional, concebido para tarefas de pega-e-põe (pick-and-place). Dentre os desenvolvimentos teóricos, procurou-se estender, para toda gama de robôs paralelos e topologicamente assimétricos, a abrangência dos procedimentos aplicados inicialmente a este caso específico. Foram empregados o Método de Lagrange e o Princípio dos Trabalhos Virtuais na obtenção de modelos dinâmicos baseados em hipóteses simplificadoras de corpos rígidos de massas concentradas e de massas distribuídas. Para o projeto de controladores, foram utilizadas as técnicas de torque computado e torque computado estendido. As formulações correspondentes a estas técnicas foram aprimoradas de forma a permitir o cálculo de esforços de controle de modo equivalente tanto nas coordenadas dos atuadores como nas coordenadas do efetuador e em conformidade com os requisitos de resposta dinâmica definidos para o robô. Tais requisitos podem ser inclusive anisotrópicos, o que se julga ser mais apropriado para robôs paralelos assimétricos. Particularmente em relação ao robô analisado, foram avaliados efeitos de simplificação do modelo dinâmico e da discretização do controlador (incluindo discretização com dupla frequência de amostragem) sobre os erros de controle de posição. Percebeu-se que os requisitos de alto desempenho das tarefas de pega-epõe levam o projeto do controlador ao limite de validade da hipótese simplificadora de corpo rígido e da capacidade de processamento do hardware de controle. / This work deals with the dynamic modeling and the design of control systems for an asymmetric parallel manipulator robot with three degrees of freedom, related to three translations of its end-effector in the tridimensional space, conceived for pick-andplace tasks. Among the theoretical developments, one of them was the extension of the proposed procedures, initially applied to this specific case, to the whole class of topologically asymmetric and parallel mechanisms. The Lagrange Method and the Principle of Virtual work were employed in order to build dynamic models based on rigid body assumption with either lumped or distributed mass simplification hypothesis. For the controllers design, computed torque and extended computed torque techniques were used. The formulations of such techniques were elaborated in order to allow the calculation of the control efforts to be executed equivalently both on the actuators coordinates and on the end-effector coordinates, in accordance with the dynamic response requirements defined for the robot. These requirements may be even anisotropic, what is considered to be more suitable for asymmetric parallel robots. Particularly about the analyzed robot, the effects of dynamic model simplification and controller discretization (including double sample rate discretization) on the position control errors were evaluated. It was realized that the high performance requirements for pick-and-place tasks push the controller design to the limit of validity of the rigid body assumption and of the control hardware processing capacity.

Este trabalho apresenta uma arquitetura de controle de movimento entre duas posturas distintas para um robô móvel sob rodas com acionamento diferencial em um ambiente estruturado e livre de obstáculos. O conceito clássico de eficiência foi utilizado para a definição das estratégias de controle: um robô se movimenta de forma eficiente quando realiza a tarefa determinada no menor tempo e utilizando menor quantidade energética. A arquitetura proposta é um recorte do modelo de Controle Hierárquico Aninhado (NHC), composto por três níveis de abstração: (i) Planejamento de Caminho, (ii) Planejamento de Trajetória e (iii) Rastreamento de Trajetória. O Planejamento de Caminho proposto suaviza uma geodésica Dubins - o caminho mais eficiente - por uma Spline Grampeada para que este caminho seja definido por uma curva duplamente diferenciável. Uma transformação do espaço de configuração do robô é realizada. O Planejamento de Trajetória é um problema de otimização convexa na forma de Programação Cônica de Segunda Ordem, cujo objetivo é uma função ponderada entre tempo e energia. Como o tempo de percurso e a energia total consumida pelo robô possui uma relação hiperbólica, um algoritmo de sintonia do coeficiente de ponderação entre estas grandezas é proposta. Por fim, um Rastreador de Trajetória de dupla malha baseado em linearização entrada-saída e controle PID é proposto, e obteve resultados satisfatórios no rastreamento do caminho pelo robô. / This work presents a motion control architecture between two different positions for a differential driven wheeled mobile robot in a obstacles free structured environment. The classic concept of efficiency was used to define the control strategies: a robot moves efficiently when it accomplishes the determined task in the shortest time and using less amount of energy. The proposed architecture is a clipping of the Nested Hierarchical Controller (NHC) model, composed of three levels of abstraction: (i) Path Planning, (ii) Trajectory Planning and (iii) Trajectory Tracking. The proposed Path Planning smoothes a geodesic Dubins - the most efficient path - by a Clamped Spline as this path is defined by a twice differentiable curve. A transformation of the robot configuration space is performed. The Trajectory Planning is a convex optimization problem in the form of Second Order Cone Programming, whose objective is a weighted function between time and energy. As the travel time and the total energy consumed by the robot has a hyperbolic relation, a tuning algorithm to the weighting is proposed. Finnaly, a dual-loop Trajectory Tracker based on input-output feedback linearization and PID control is proposed, which obtained satisfactory results in tracking the path by the robot.

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

Orientador: Eleri Cardozo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-26T06:38:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Olivi_LeonardoRocha_D.pdf: 17712423 bytes, checksum: a9b0ec521405e93735844f7ce8b3b968 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A mobilidade é uma competência humana extremamente valiosa, e pode ser perdida por diversas razões, tais como traumas na coluna vertebral, acidentes vasculares cerebrais, dentre outras. Algumas tecnologias desenvolvidas para as áreas médicas, como eletroencefalografia e eletromiografia, podem ser empregadas no desenvolvimento de Interfaces Humano-Máquina (Human-Machine Interface, ou, HMI) com o objetivo de permitir que pessoas com capacidades motoras severamente comprometidas possam comunicar e operar os mais diversos equipamentos. Assim, esses usuários podem conduzir robôs móveis por meio de uma HMI adaptada para suas capacidades motoras e cognitivas. Entretanto, essas interfaces apresentam erros na identificação da ação pretendida pelo usuário, os quais comprometem sobremaneira a experiência desse usuário na interação com o mundo exterior. Para o caso dos robôs móveis assistivos, o conceito de controle compartilhado (shared control) foi concebido para compensar as taxas de erros das HMIs, e a responsabilidade pela navegação do robô é dividida entre o usuário e um sistema supervisor automático. As abordagens mais populares na literatura comutam poucos modos de comportamentos específicos para situações individualizadas, como passagens estreitas e desvio de obstáculos. Esta tese propõe uma nova técnica de controle compartilhado, denominada de navegação assistida por campos vetoriais, a qual não possui modos de operação chaveados, evitando quaisquer instabilidades e abrangendo as configurações do ambiente de maneira ilimitada, além de minimizar significativamente os erros gerados pelas HMIs e facilitar a navegação do usuário. Os campos vetoriais oferecem as navegações manual e autônoma, ampliando a interação do usuário com o ambiente. Nessa nova técnica, o sistema de controle embarcado irá executar a ação identificada pela HMI em função dos estados do robô e do ambiente, com o objetivo de maximizar a segurança e capacidade de controle do usuário. Os resultados mostrados neste trabalho evidenciam uma nova forma de tratar o problema, obtendo ganhos significativos com relação ao estado da arte, com baixa complexidade computacional, alta flexibilidade a ambientes e usuários e otimização efetiva de erros, contribuindo para a recuperação da mobilidade dos usuários / Abstract: Human mobility is an extremely valued skill that can be lost due to various reasons, such as spinal cord injuries, strokes, amputations, among others. Technologies developed for the medical areas, such as electroencephalography and electromyography, can be employed in the development of Human-Machine Interfaces (HMI) with the objective of allowing people with severe mobility impairments to communicate and to operate a wide range of equipments. Therefore, these users are allowed to conduct assistive robots allow through a HMI designed according to the user's mobility and cognitive skills. However, these interfaces still present low performance in the correct identification of the intended action by the user, which severely compromise the experience of the user when interacting with external world. In the specific case of assistive mobile robots, a shared control concept was developed in order to compensate the high error rates produced by the HMIs, where the responsibility for the navigation of the mobile robot is shared among the user and an autonomous supervisor system. The mainly approaches shown in literature switch a few modes of specific behavior for individualized situations, such as narrow corridors and obstacle avoidance. This work presents a novel shared control technique, named assistive navigation by vector fields, which does not employ switching modes, avoiding any instabilities and covering the unlimited environment configurations, significantly minimizing the HMI errors, facilitating the user's navigation. The vector fields offer both manual and autonomous navigation, increasing the user's interaction with the environment. In this novel technique, the embedded control system incorporates the HMI command with the robot and environment states, aiming the maximization of user's security and control capabilities. Results shown a novel manner for treating the problem, obtaining substantial gains over the state of art works, with low computational complexity, high flexibility concerning environments and users and effective optimization of errors, contributing for the user's mobility retrieval / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Paulo Augusto Valente Ferreira, Samuel Siqueira Bueno / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-23T20:27:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_RenatoJose_M.pdf: 2887206 bytes, checksum: cfdb6978d48e6f68b3ae81fad838d7ed (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Esta dissertação tem como escopo o tema de localização de um veículo terrestre que evolui em ambiente externo. O trabalho consiste no desenvolvimento de técnicas de percepção sensorial capazes de fornecer estimativas de pose (posição e orientação), aspecto fundamental para toda tarefa de navegação robótica. Sucintamente, os enfoques abordados utilizam-se de diferentes classes de sensores como encoders, lasers, GPS e suas combinações, de maneira a minimizar as incertezas intrínsecas de cada sensor. A principal contribuição do trabalho está em uma nova formulação de odometria por otimização, bem como suas extensões para a estimação concomitante de polarizações. É apresentado também um esquema de estimação determinística de poses em batelada no contexto da fusão odometria-GPS, além da definição de mapeamentos por funções suaves que viabilizam o uso de medidas de orientação descontínuas. As metodologias são formuladas, avaliadas em simulação e validadas experimentalmente com a plataforma robótica do projeto VERO (Veículo Robótico de Exterior) do CTI Renato Archer / Abstract: This dissertation addresses the problem of localizing a ground vehicle that navigates in an outdoor environment. The work consists in the development of sensorial perception and odometry techniques capable of furnishing pose estimates (position and attitude), a fundamental aspect of any robotic navigation task. In short, we focus on exploring different sensor classes, such as encoders, lasers, GPSs, and their combinations, in order to minimize the intrinsic uncertainties of each sensor. The main contribution of the work is a new odometry formulation and its extension for simultaneous bias estimation. We also present a deterministic batch estimation framework for the odometry-GPS fusion, as well as the definition of mappings by smooth functions of the orientation state component that allow the use of discontinuous heading measures. Methodologies are formulated, analysed in simulation and experimentaly validated using the VERO ("VEículo RObótico de Exterior", in Portuguese) robotic platform / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores : Marconi K. Madrid, J. Reginaldo H. Carvalho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-02T00:47:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SilveiraFilho_GeraldoFigueiredoda_M.pdf: 8023500 bytes, checksum: 11850839474e305545cbb0b28afbce55 (MD5) Previous issue date: 2002 / Mestrado