Orientador: Prof. Dr. Luiz de Siqueira Martins-Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, 2017. / Esta dissertação trata do problema de navegação e orientação do robô móvel, que são considerados como as principais tarefas dele. Diferentes sistemas sensoriais, como o visual, ultra-som e infravermelho, executam com êxito a tarefa de navegação. No entanto, o desempenho desses sensores depende estritamente da neblina ambiente, neblina densa, condições subaquáticas. Um robô extremamente simples será apresentado com a qual a navegação ainda é possível. Para conseguir isso, replicar exatamente o que a natureza está fazendo não é obrigatório. É necessário apenas obter princípios envolvidos, por exemplo, em como um homem cego encontra o caminho ou mesmo como as baratas, ratos ou selos navegam. Toda a idéia é utilizar o robô móvel para que ele possa explorar um ambiente interno e encontrar a porta de saída por requisitos mínimos de detecção com a tentativa de fazer o robô mais simples com apenas informações de contato navegar. Portanto, uma antena é anexada a um robô de rodas comercialmente disponível. A antena faz o robô detectar o seu ambiente e não permite que o robô se guie muito perto da parede. Uma estratégia de navegação para um robô móvel é introduzida com base no mecanismo do homem cego encontrando sua maneira de usar a informação interativa obtida através de contatos e informações do próprio braço para entender a posição relativa dos objetos contatados ou sua própria posição e explorar em uma sala sem o mapa. O método apresentado para um robô equipado com uma antena de 1 DOF como um efetor final onde a variação de ângulo entre o braço do robô móvel DaNI e a parede vem de um codificador. Este robô simples escolhe uma direção de movimento e se move naquela direção na medida do possível. Finalmente, a viabilidade e a confiabilidade deste estudo são verificadas pelos resultados da simulação no LabVIEW. / This dissertation deals with the Navigation and orientation problem of mobile robot, which are considered as the main tasks of it. Different sensory systems such as visual, ultrasonic and infrared successfully perform navigation task. However, the performance of these sensors strictly depends on the ambient dark, dense fog, underwater conditions. An extremely simple robot will be presented with which navigation is still possible. To achieve this replicating exactly what nature is doing is not obligatory. It is necessary to just get principles involved in for instance how a blind man find its way or even how cockroaches, rats or seals navigate. The whole idea is to utilize the mobile robot so that it could explore an indoor environment and find the exit door by minimum sensing requirements with the attempt to make simplest robot with only contact information navigate. Therefore an antenna is attached to a commercially available wheeled robot. The antenna makes the robot sense its environment and does not allow the robot to steer too close to the wall. A navigation strategy for a mobile robot is introduced based on the mechanism of blind man finding their way using the interactive information obtained through contacts and own arm information to understand the relative position of the objects contacted or its own position and to explore in a room without the map. The method presented for a robot equipped with a 1-DOF antenna as an end effector where the angle variation between DaNI mobile robot arm and wall comes from an encoder. This simple robot chooses a motion direction and moves in that direction as far as possible. Finally, the feasibility and reliability of this study are verified by the simulation results in LabVIEW.

Orientador: Prof. Dr. Marat Rafikov / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, 2017. / O presente trabalho trata do controle de multiplos robos moveis enquanto mantem uma formação, atraves do uso do metodo de controle State-Dependent Riccati Equation. Seis robos com chassi diferencial são utilizados em um esquema onde um é considerado o lider e os outros cinco são considerados seguidores. Alterando parametros de formação, este trabalho busca obter cinco formações diferentes: Triangular, Echelon, Linha, Coluna e Quadrangular. Um painel de controle foi criado e simulações foram feitas utilizando o software LabVIEW, demonstrando o sucesso da aplicação do metodo de controle no problema de rastreamento de robos moveis em formação. Este trabalho tambem propõe estrategias anti-colisão para prevenir choques tanto com obstaculos quanto com outros robos. Um algoritmo é criado e implementado com sucesso para evitar colisões.

Submitted by Fernando Souza (fernandoafsou@gmail.com) on 2017-08-16T12:39:19Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 6585826 bytes, checksum: 7c4b9710f530b142defafd4f6be7d1a8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-16T12:39:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 6585826 bytes, checksum: 7c4b9710f530b142defafd4f6be7d1a8 (MD5) Previous issue date: 2016-02-19 / Abstract This paper aims to present a novel approach in planar RGB-D SLAM, here called Object Subtraction SLAM (OS-SLAM), using only low-cost RGB-D sensors such as the Microsoft Kinect. Our approach subtracts objects from the 3D environment and creates a clean 3D map projecting estimated planes without identified objects encountered along the mapping procedure aiming to increase accuracy. To validate our approach we performed four experiments, three in a real environment and one with an open dataset comparing them with other state-of-the-art algorithms. The algorithms were applied to a TurtleBot 2 platform which has a RGB-D sensor as its main sensor. The results demonstrated the efficiency on generated a clean and accurate map using the OS-SLAM algorithm. / Resumo Este trabalho tem como objetivo apresentar uma nova abordagem em RGB-D Planar SLAM, aqui chamada SLAM Baseado em Subtração de Objetos (OS-SLAM), utilizando apenas sensores RGB-D de baixo custo, como o Microsoft Kinect. Essa abordagem subtrai objetos do ambiente 3D e cria um mapa 3D limpo, projetando planos estimados sem os objetos identificados e encontrados ao longo do procedimento de mapeamento. Para validar esta abordagem, foram realizados quatro experimentos. Três deles em um ambiente real e um com um conjunto de dados abertos comparando-os com outros algoritmos do estado-da-arte. Os algoritmos foram aplicados a uma plataforma turtlebot 2, que tem um sensor RGB-D como seu sensor principal. Os resultados demonstraram a eficiência na geração de mapas limpos e precisos utilizando o algoritmo OS-SLAM

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:36:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3512497 bytes, checksum: 22606000aee179c4fa5e12daeebccb2c (MD5) Previous issue date: 2014-02-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The development of algorithms oriented to robotic systems, in simulation environments, supports the identification and prediction of many problems before their tests in real environments. However, there is still not a process to ensure that an algorithm evaluated in a simulation platform will similarly work when migrated to real robots. The interference of several factors, such as engine and sensors properties, as well as the lack of a methodology that supports the interaction simulation/reality is considered as one of the main problems in this transition, so that there is a large conceptual development gap between real and simulated environments. This work aims to contribute with the formalization of a conceptual model to assist in the transition process, in which it is possible to highlight the peculiarities that require further attention from developers.. For that end, as a case study, it was developed an anti-collision algorithm, which involves several characteristics of a robotic system. Its implementation was carried out in both Unity3D simulator and real robots developed in the Arduino platform. The results were obtained and compared by a quantitative analysis of graphs using MATLAB. All necessary changes were classified and evaluated, raising up an initial idea of the transition model, which formalizes the main particulars of the project / O desenvolvimento de algoritmos voltados para sistemas robóticos, em ambientes de simulação, auxilia na identificação e antecipação de muitos problemas antes mesmo de serem testados em ambientes reais. Porém, nada garante que um algoritmo avaliado em uma plataforma de simulação funcione quando migrado para robôs reais. A interferência de diversos fatores, como propriedades dos motores e sensores, bem como a falta de uma metodologia necessária para interação simulação/realidade, se caracteriza como um dos principais problemas desta transição, de modo que, existe um grande gap conceitual entre o desenvolvimento para ambientes reais e simulados. Este trabalho tem o objetivo de contribuir com a formalização de um modelo conceitual que auxilie no processo de transição, no qual é possível destacar as peculiaridades que carecem de uma maior atenção por parte dos desenvolvedores. Para isso, como estudo de casos, foi desenvolvido um algoritmo de anticolisão, que engloba diversas características de um sistema robótico, sendo realizada sua implementação tanto no simulador Unity3D, quanto em robôs reais desenvolvidos na plataforma Arduino. Os resultados foram obtidos e comparados através de uma análise quantitativa de gráficos originados pelo MATLAB. Todas as alterações necessárias foram classificadas e avaliadas, de forma que possamos ter uma ideia do modelo de transição inicial, o qual formalize as principais particularidades do projeto

Essa dissertação propõe um algoritmo e um equipamento (hardware) para captação de imagens da pupila do olho humano e processamento das mesmas a fim de obter, de forma portátil, autônoma, segura, não invasiva e em tempo real, informações sobre a pupila. Mais especificamente, o objetivo é obter informações que permitam determinar o diâmetro da pupila, tanto de forma estática (pupila com tamanho estável, sem a incidência intencional de luz) quanto dinâmica (pupila variando devido à aplicação de luz com intensidade variável). Tal sistema pode ser utilizado no setor da saúde, por exemplo, para realização da pupilometria, exame feito na área de oftalmologia, ou para medição da velocidade de expansão da pupila, exame auxiliar no diagnóstico de uma série de doenças que afetam o sistema nervoso. / This dissertation proposes an algorithm and a corresponding hardware implementation capable of capturing images from the human eye and processing these images to obtain, in a portable, autonomous, secure, and non-invasive way, in real time, information regarding the pupil. More specifically, the objective is to obtain information that allows the equipment to determine the pupil's diameter, both in static form (i.e., with constant light intensity) and in dynamic form (pupil under varying light intensity). Such a system can be used in the health sector, for example, in exams such as pupillometry, a test done by ophthalmologists, or for measuring the pupil's expansion rate, a test used in the diagnosis of a series of diseases that affect the nervous system.

Essa dissertação propõe um algoritmo e um equipamento (hardware) para captação de imagens da pupila do olho humano e processamento das mesmas a fim de obter, de forma portátil, autônoma, segura, não invasiva e em tempo real, informações sobre a pupila. Mais especificamente, o objetivo é obter informações que permitam determinar o diâmetro da pupila, tanto de forma estática (pupila com tamanho estável, sem a incidência intencional de luz) quanto dinâmica (pupila variando devido à aplicação de luz com intensidade variável). Tal sistema pode ser utilizado no setor da saúde, por exemplo, para realização da pupilometria, exame feito na área de oftalmologia, ou para medição da velocidade de expansão da pupila, exame auxiliar no diagnóstico de uma série de doenças que afetam o sistema nervoso. / This dissertation proposes an algorithm and a corresponding hardware implementation capable of capturing images from the human eye and processing these images to obtain, in a portable, autonomous, secure, and non-invasive way, in real time, information regarding the pupil. More specifically, the objective is to obtain information that allows the equipment to determine the pupil's diameter, both in static form (i.e., with constant light intensity) and in dynamic form (pupil under varying light intensity). Such a system can be used in the health sector, for example, in exams such as pupillometry, a test done by ophthalmologists, or for measuring the pupil's expansion rate, a test used in the diagnosis of a series of diseases that affect the nervous system.

Faculty of Engineering in collaboration with the National Agricultural and Livestock Investigation Institute is developing a low cost platform capable of dealing with challenges imposed by agricultural activities, specifically, fruit transportation inside fields. In this context, the consequent dissertation focuses on the development of a dynamic model of an all terrain articulated autonomous vehicle to be applied in the aforementioned platform. The study includes the kinematic and dynamic analysis of the vehicle. Once those models are deducted, they are put together against the ones obtained for a biarticulated robot arm without ground fixation. To sum up, results will be adapted for computational simulation which was done via Gazebo, an ambience of the robot operating system ROS. Through this simulations it was possible to determine the model validity for the autonomous operating robotic platform. / Facultad de Ingeniería en conjunto con el Instituto Nacional de Investigación Agropecuaria desarrolla una plataforma móvil de bajo costo capaz de enfrentar los retos impuestos por la actividad agrícola, más específicamente, asistencia en el transporte de fruta. Es en este contexto que el presente trabajo se enfoca en desarrollar un modelo dinámico de un vehículo autónomo articulado todoterreno para ser aplicado en la mencionada plataforma. El estudio comprende el análisis de la cinemática y dinámica del vehículo. Una vez obtenidos los modelos cinemáticos y dinámicos, se compara los mismos con los obtenidos para un brazo biarticulado sin vínculo a tierra. Finalmente se adaptan los resultados para simulación computacional la cual fue realizada utilizando el ambiente Gazebo del sistema operativo robótico ROS. A través de esta simulación se pudo comprobar la validez del modelo desarrollado para la plataforma robótica autónoma en operación.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2009. / Submitted by Raquel Viana (tempestade_b@hotmail.com) on 2011-06-06T19:17:32Z No. of bitstreams: 1 2009_YesidEnriqueCastroCaicedo.pdf: 3926334 bytes, checksum: 4872024e2a50cb5c304f149e4abf6366 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(tempestade_b@hotmail.com) on 2011-07-03T19:17:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_YesidEnriqueCastroCaicedo.pdf: 3926334 bytes, checksum: 4872024e2a50cb5c304f149e4abf6366 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-07-03T19:17:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_YesidEnriqueCastroCaicedo.pdf: 3926334 bytes, checksum: 4872024e2a50cb5c304f149e4abf6366 (MD5) / Este trabalho apresenta a modelagem e controle de um robô em bicicleta utilizando para isto o modelo de um Acrobot. Qualquer um de duas aproximações são possíveis para o robô: (a) uma configuração dedicada onde o robô e a bicicleta mesmo, e (b) o robô tem características humanas. No primeiro caso, a estabilidade do robô pode ser obtida por meio do movimento do guidão da bicicleta, com limitações de velocidade. A segunda opção permite que o robô seja controlado em baixas velocidades, inclusive quando fica parado (velocidade igual a zero). Neste caso, a modelagem do robô ciclista tem similaridade com o problema do pendulo duplo interaturado (Acrobot). Neste trabalho foram desenvolvidos controladores para a segunda aproximação. A primeira implementação foi desenvolvida baseada na teoria de controle moderno, envolvendo: (a) um controle de realimentação de estados baseado na alocação de pólos apropriada, garantindo estabilidade e (b) o projeto de um controlador de LQR (Linear Quadratic Regulator) que minimiza um critério de custo quadrático. O projeto destes dois tipos de controladores foram obtidos mediante a linearização das equações dinâmicas do sistema devido as não-linearidades implícitas. A segunda implementação foi desenvolvida baseada em alguns métodos de controle inteligente, envolvendo: (a) lógica difusa, (b) redes neurais artificiais e (c) um sistema de otimização neuro-difuso o qual mistura a capacidade de aprendizado das redes neurais com o poder de interpretação lingüística dos sistemas de inferência nebulosos. E feita uma comparação entre as técnicas de controle baseadas em especificações de desempenho obtidas da resposta do sistema, e também em alguns índices de desempenho. Para testar o desempenho dos controladores foram calculadas variáveis de estado do sistema e uma solução numérica foi aplicada com o intuito de obter a simulação do sistema. O projeto dos controladores e realizado em Matlab da empresa Mathworks, e um ambiente virtual foi desenvolvido usando a ferramenta Virtual Reality Toolbox, a qual permite obter os testes dos controladores sobre um modelo gráfico do robo ciclista. Finalmente foi realizada a implementação do controlador nebuloso sobre arquiteturas reconfiguráveis mediante a utilização da ferramenta xfuzzy e utilizando as ferramentas de projeto de processadores embarcados sobre FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) da Xilinx. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / This works presents the modeling and control system design for a robot that rides a bicycle using the well-known Acrobot model for slow speeds. In this case, either two approaches are possible for the robot: (a) a dedicated configuration where the robot is the bicycle itself, and (b) the robot having human characteristics. In the first one, the stability of the robot can be achieved by means of the movement of the handlebar of the bicycle, with limitation of speeds. Therefore, in low speeds the centrifugal force generated by the circular or elliptical movement as a response of the handlebar movement is not enough to keep the robot balanced. On the other hand, the second option allows the robot to be controlled for low speed, even for null speed. In this case, the modeling of the robot cyclist has similarity to the problem of the underactuated inverted double pendulum (Acrobot). In this work the implementation of the controller was achieved for the second option following two ways. The first one implementation was developed based on modern control theories, involving: (a) the states feedback controller issues based on the appropriated poles allocation, guarantying stability and (b) the designs of a LQR (Linear Quadratic Regulator) type controller that minimizes the criterion of quadratic cost. The design flow of both controllers are based on the linear dynamic equations of the system due to their implicit nonlinearities. The second one implementation was achieve by means of some intelligent control methods, involving: (a) fuzzy logic, (b) artificial neural networks and (c) tuning neuro-fuzzy systems, which merge the capacity of learning of the neural networks with the power of linguistic interpretation of the fuzzy inference systems (neuro-fuzzy system ANFIS, Adaptive _euro Fuzzy Systems). A comparison between the proposed techniques of control is done based on the performance specifications of the obtained system response, as well as the performance index, and the system response due to parameters variations. To test the performance of the implemented controllers, the state variables of the system were calculated and a numerical solution was applied in order to obtain the system simulation. The controllers design were developed in Matlab and a three-dimensional virtual environment was developed using the Virtual Reality Toolbox, which allow the designer to test all the controllers over an virtual graphic model of the cyclist robot. Finally, an implementation of the fuzzy controller has been achieved on reconfigurable architectures through of the Xfuzzy tool and the Xilinx embedded processor design tools for FPGAs (Field Programmable Gate Arrays).

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-10-25T14:26:59Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Walisson Gobbo de Aguas - 2018.pdf: 21788863 bytes, checksum: f0bc1f69408a7740ea628458461baf2d (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-10-25T14:28:33Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Walisson Gobbo de Aguas - 2018.pdf: 21788863 bytes, checksum: f0bc1f69408a7740ea628458461baf2d (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-25T14:28:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Walisson Gobbo de Aguas - 2018.pdf: 21788863 bytes, checksum: f0bc1f69408a7740ea628458461baf2d (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-09-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The development of new technologies is mainly related to the construction of devices that aim in some way to assist the human being in his tasks, making them faster, easier and more precise. Since the discovery of the transistor, more than 70 years ago by John Bardeen and Walter Brattain, there has been a huge revolution, and new research areas have been created, especially in cooperative robotics and multi-agent. With the steady increase in the number of robots in an industrial environment, scientists and technologists have often faced problems of cooperation and coordination between different robots and their self-control in a workspace. This led to the evolution of autonomous multirobotic cooperative systems. Developers of multi-robotic autonomous systems needed a model to test the proposed theories in terms of effectiveness and efficiency. Not surprisingly, they began to focus on robot soccer. Robots soccer players have great demands in all areas of robot technology, mechanics, sensors and artificial intelligence. Thus, the objective of this work is to develop a small multi-agent system (7.5x7.5x7.5cm) intended to play soccer in a predetermined dynamic environment. A prototype will be developed for comparison purposes with a previously developed robot focusing on improvements to the multiagent controller system and the physical structure of the hardware. / O desenvolvimento de novas tecnologias está ligado principalmente à construção de dispositivos que visam de alguma forma auxiliar o ser humano em suas tarefas, tornando-as mais rápidas, fáceis e precisas. Desde a descoberta do transistor, a mais de 70 anos por John Bardeen e Walter Brattain, ocorreu uma revolução enorme, fazendo com que novas áreas de pesquisas fossem criadas, principalmente em robótica cooperativa e multiagentes. Com o aumento constante do número de robôs em um ambiente industrial, cientistas e tecnólogos frequentemente enfrentaram problemas de cooperação e coordenação entre diferentes robôs e seu autocontrole em um espaço de trabalho. Isso levou à evolução dos sistemas autônomos cooperativos multi-robóticos. Os desenvolvedores de sistemas autônomos multi-robóticos precisavam de um modelo para testar as teorias propostas em termos de eficácia e eficiência. Não é uma surpresa que eles começaram a se concentrar no futebol de robôs. Os robôs jogadores de futebol possuem grandes demandas em todas as áreas da tecnologia de robôs, mecânica, sensores e de inteligência artificial. Dessa forma o objetivo desse trabalho é desenvolver um sistema multiagente de dimensões reduzidas (7,5x7,5x7,5cm) destinado a jogar futebol em um ambiente dinâmico pré determinado. Um protótipo será desenvolvido para fins de comparação com um robô já desenvolvido anteriormente tendo como foco melhorias no sistema controlador do multiagente e na estrutura física do hardware.

A maior parte dos mapas empregados em tarefas de navegação por robôs móveis representam apenas informações espaciais do ambiente. Outros tipos de informações, que poderiam ser obtidos dos sensores do robô e incorporados à representação, são desprezados. Hoje em dia é comum um robô móvel conter sensores de distância e um sistema de visão, o que permitiria a princípio usá-lo na realização de tarefas complexas e gerais de maneira autônoma, dada uma representação adequada e um meio de extrair diretamente dos sensores o conhecimento necessário. Uma representação possível nesse contexto consiste no acréscimo de informação semântica aos mapas métricos, como por exemplo a segmentação do ambiente seguida da rotulação de cada uma de suas partes. O presente trabalho propõe uma maneira de estruturar a informação espacial criando um mapa semântico do ambiente que representa, além de obstáculos, um vínculo entre estes e as imagens segmentadas correspondentes obtidas por um sistema de visão omnidirecional. A representação é implementada por uma descrição relacional do domínio, que quando instanciada gera um campo aleatório condicionado, onde são realizadas as inferências. Modelos que combinam probabilidade e lógica de primeira ordem são mais expressivos e adequados para estruturar informações espaciais em semânticas. / Most maps used in navigational tasks by mobile robots represent only environmental spatial information. Other kinds of information, that might be obtained from the sensors of the robot and incorporated in the representation, are negleted. Nowadays it is common for mobile robots to have distance sensors and a vision system, which could in principle be used to accomplish complex and general tasks in an autonomously manner, given an adequate representation and a way to extract directly from the sensors the necessary knowledge. A possible representation in this context consists of the addition of semantic information to metric maps, as for example the environment segmentation followed by an attribution of labels to them. This work proposes a way to structure the spatial information in order to create a semantic map representing, beyond obstacles, an anchoring between them and the correspondent segmented images obtained by an omnidirectional vision system. The representation is implemented by a domains relational description that, when instantiated, produces a conditional random field, which supports the inferences. Models that combine probability and firstorder logic are more expressive and adequate to structure spatial in semantic information.