Os dispositivos robóticos bípedes tem um grande potencial de aplicações tanto comerciais como para pesquisa. Dentre as presentes lacunas existentes que limitam a sua aplicabilidade prática tem um destaque especial a incapacidade de realizar uma marcha estável, robusta, versátil e eficiente no ponto de vista energético. No presente estado da arte, existem três principais estratégias de abordagem para o problema e algumas de suas implementações obtiveram sucesso em satisfazer pelo menos um dos requisitos listados, porém nunca todos eles de forma simultânea. Dentro deste cenário, este trabalho se propôs desenvolver um novo critério de estabilidade para marcha bípede que possibilite marchas versáteis, robustas e eficientes. Inicialmente foi realizada uma avaliação de diversos simuladores de código aberto e o Simbody foi definido como o mais apropriado para ser utilizado no desenvolvimento das simulações dinâmicas realizadas nesta Tese. Uma toolbox de MATLAB para auxiliar nos cálculos cinemáticos e dinâmicos foi desenvolvida em conjunto com um módulo de Inter Process Communication para realizar a comunicação entre o MATLAB e o simulador. Foi realizado um estudo da marcha bípede, implementando e avaliando as estratégias do Zero Moment Point e do Limit CycleWalking. Este estudo resultou numa proposta de controlador não linear comutado para robôs em Ciclo Limite. Na procura de um novo critério de estabilidade foi abordado o estudo da marcha humana. Um procedimento para identificar os mecanismos que controlam a estabilidade da marcha humana é analisar a mesma sob perturbações, como tropeços, ou na ultrapassagem de obstáculos. Na literatura existiam bastantes referências sobre este tema, porém, faltou uma comparação da marcha humana sob diferentes condições de visão com a marcha de robôs que utilizam o ZMP. Foi descoberto que os seres humanos privados de visão têm uma estratégia de ultrapassagem de obstáculos semelhante a um robô com ZMP. A partir do conhecimento adquirido deste estudo é proposto e formulado um novo critério de estabilidade, o Step Viability, inspirado na marcha humana e no conceito de N-Step Capturability. O Step Viability baseia-se na definição de restrições que garantem a viabilidade de realizar passos futuros que garantam a convergência para um ponto fixo em tempo finito. O critério foi implementado utilizando-se uma otimização de trajetória multi-fase. Múltiplos testes foram realizados utilizando-se o modelo Compass Gait com diferentes parâmetros (distribuição de massa, torque máximo disponível), com diferentes inclinações e com vários padrões de marcha desejados (periódico, aumento uniforme e até aleatório não periódico). Adicionalmente o critério foi testado em um modelo de 5 segmentos, sintetizando uma marcha com variação tanto linear quanto aleatória. O critério foi bem-sucedido na geração de uma marcha estável em todos os testes e os resultados foram consistentes. A marcha pode ser sintetizada completamente desacoplada do critério de estabilidade, e o modelo renunciou automaticamente do padrão desenhado em favor da estabilidade. / Bipedal robots present a great potential for both commercial and research applications. However, there are some drawbacks that limit their applicability in the real world. The most prominent is the inability to perform a stable, robust, versatile and efficient gait. There are three main state of the art strategies to approach this problem. However, none of them has been successful in satisfying all the listed requirements simultaneously. In this context, this work conducted a study of bipedal gait, both in humans and robots, in order to implement and evaluate existing stability strategies. As a first step, an evaluation of several open source simulators was performed and Simbody was chosen as the most adequate for the dynamic simulations carried out in this Thesis. A MATLAB toolbox to help in the kinematic and dynamic calculations was developed in conjunction with a module of an Inter Process Communication to perform the communication between MATLAB and the simulator. A bipedal gait study was carried out, implementing and evaluating Zero Moment Point and Limit Cycle Walking strategies. This study resulted in a proposed nonlinear switched controller for Limit Cycle robots. In the search for a new stability criterion, human gait was analyzed. A procedure to identify the mechanisms controlling human gait stability is to analyze gait under disturbances such as stumbling or overcoming obstacles. In the literature, there were many references on this subject, however, there was a lack of comparison of the human gait under different vision conditions with the gait of robots that use the ZMP. It was found that vision-deprived humans have an obstacle crossing strategy similar to robots with ZMP. From the knowledge acquired from this study, it is proposed a novel stability criterion, the Step Viability, inspired on human gait and the N-Step Capturability concept. The Step Viability is based on the definition of constraints that ensure the viability of performing future steps that guarantee convergence to a fixed point in finite time. The criterion was implemented using a multi-phase trajectory optimization. Multiple tests were performed using the Compass Gait model with different parameters (mass distribution, maximum available torque), with different slopes and with several desired gait patterns (periodic, uniform increase and even random non-periodic). Additionally, the criterion was tested in a 5-links model, synthesizing a gait with both linear and random velocity variation. The criterion was successful on generating a stable gait in all the tests and the results presented consistent data. The gait could be designed completely uncoupled from the stability criterion, yet the model automatically renounced to follow the desired pattern in favor of maintaining stability.

Este trabalho apresenta o projeto de dois controladores robustos, baseados no critério H∞ não linear, para o acompanhamento de trajetória de robôs móveis com rodas (RMRs). Estes controladores estabilizam o sistema em malha fechada e garantem que a norma L2 induzida entre os sinais de entrada (distúrbios) e saída seja limitada por um nível de atenuação &#947 > 0. Para o projeto, as equações dinâmicas não lineares do robô são descritas na forma quase linear a parâmetros variantes (quase-LPV), sendo os parâmetros parte do estado. Os controladores são resolvidos via desigualdades matriciais lineares (DMLs) e equações algébricas de Ricatti (EAR). Resultados em simulação com um estudo comparativo entre essas duas estratégias de controle e um controlador proporcional derivativo (PD) em conjunto com um controlador do tipo torque calculado são apresentados. Além disso, a implementação de dois métodos de localização de RMRs através de imagens é realizada. / This work presents the design of two robust controllers, based on nonlinear H∞ approach, for tracking trajectory of wheeled mobile robots (WMRs). These controllers stabilize the close-loop system and guarantee that induced L2 norm between input (disturbances) and output signals be bounded by an attenuation level &#947 > 0. For the design, the nonlinear dynamic equations of the robot are described in quasi linear parameter varying (quasi-LPV) form being the parameters part of the states. The controllers are solved via linear matrix inequalities (LMIs) and algebraic Riccati equation (ARE). Simulation results with a comparison study among these two control strategies and a proportional-derivative (PD) controller plus calculated torque are presented. Moreover, implementation of two methods of localization of WMRs based on images is accomplished.

O mapeamento de ambientes é um dos maiores desafios para pesquisadores na área de navegação autônoma. As técnicas existentes estão divididas em dois importantes paradigmas, o mapeamento métrico e o topológico. Diversos métodos de mapeamento que combinam as vantagens de cada um desses paradigmas têm sido propostos. Este projeto consiste na adaptação e extensão de um sistema integrado para navegação autônoma de robôs móveis através do aperfeiçoamento da interface e também da incorporação de uma técnica de mapeamento topológico. Para isso, a técnica conhecida como Grade de Ocupação, utilizada em geral para mapeamento métrico é combinada com um método de esqueletização de imagens para a realização do mapeamento topológico. Além disso, transformações morfológicas de erosão e abertura, adequadas a ambientes reais, foram utilizadas, visando reduzir a influência de ruídos na abordagem proposta, uma vez que devido a ruídos inerentes as leituras sensoriais obtidas pelo robô, o mapa topológico gerado apresenta diversas linhas topológicas desnecessárias, dificultando consequentemente a tarefa de navegação autônoma. Vários experimentos foram executados para verificar a eficiência da combinação de técnicas proposta, tanto em nível de simulação quanto em um robô real. Os resultados obtidos demonstraram que a técnica de esqueletização de imagens combinada ao mapeamento métrico do ambiente é uma forma simples e viável de se obter as linhas topológicas do espaço livre do ambiente. A aplicação das transformações morfológicas demonstrou ser eficiente para a criação de mapas topológicos livres de ruído, uma vez que elimina grande parte das linhas topológicas geradas em conseqüência dos ruídos dos sensores do robô / Environment mapping has been a great challenge for many researchers in the autonomous navigation area. There are two important paradigms for mapping, metric and topological mapping. Several mapping methods that combine the advantages of each paradigm have been proposed. This project consists to the adaptation and extension of a mobile robots autonomous navigation integrated system by improving the interface and incorporation of a topological mapping technique. For this, the technique known as Occupation Grid for metric mapping is combined with an image skeletonization method used for topological mapping. This work also aims to propose a set of morphology transformations to generation of topological maps suitable for real environments, seeking to reduce influence of noise in performed mapping. The topological map generated through this combination presents several unnecessary topological lines, due noise inherent to the own robot ability of capturing sensor signals, hindering consequently the task of autonomous navigation. Several experiments have been performed to verify the efficiency of the proposed approach. The results obtained demonstrate that image skeletonization technique combined with the metric mapping is a simple and feasible method for obtaining the topological lines corresponding to free space of the environment. The application of the morphology transformations demonstrated to be a useful method to the creation of topological maps considerably less noise, since it eliminates most of the topological lines generated in consequence of noise in the sensors

Frequently, autonomous mobile robots use path planning algorithms as a component of its navigation system. Such algorithms have, as its primary goal, the identification of obstacles free paths, preferably optimal, so the robot reaches its goal point. In this context, there are several heuristics to solve this problem, each one assigned to different types of maps, robots and obstacles. These heuristics may perform on previously known, partially known or completely unknown environments. In this thesis it is presented a geometric approach inspired by Linear Elastic Networks and Configuration Space Traversal approaches, for completely unknown environments. / Frequentemente, robôs móveis autônomos possuem algoritmos de planejamento de caminho como um componente de seu sistema de navegação. Tais algoritmos têm como função primária a identificação de um caminho livre de obstáculos, preferencialmente otimizado, para que o robô alcance seu objetivo. Nesse âmbito, há diversas heurísticas para a solução desse problema, cada uma direcionada a tipos de mapas, robôs e obstáculos diferentes. Essas heurísticas podem ser adequadas para ambientes previamente conhecidos, parcialmente conhecidos ou completamente desconhecidos. Neste trabalho é apresentada uma abordagem geométrica inspirada nos métodos de Redes Elásticas Lineares e Travessia no Espaço de Configuração, para o caso de um ambiente completamente desconhecido.

Submitted by Jessica Andrade (jessicastefanysa@gmail.com) on 2018-06-28T18:00:49Z No. of bitstreams: 1 TELMO.pdf: 5034534 bytes, checksum: d5ff82ed46adf98d29eb0e7b1578bb38 (MD5) / Approved for entry into archive by Margareth Ferreira Pinto (margarethfpinto@hotmail.com) on 2018-07-16T21:35:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TELMO.pdf: 5034534 bytes, checksum: d5ff82ed46adf98d29eb0e7b1578bb38 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-16T21:35:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TELMO.pdf: 5034534 bytes, checksum: d5ff82ed46adf98d29eb0e7b1578bb38 (MD5) Previous issue date: 2015 / O desenvolvimento de sistemas com complexidade necessária a uma abordagem mul- tiagente carrega consigo também aspectos de complexidade relacionados à avaliação dos diferentes níveis e componentes desse sistema. Um sistema multiagente pode ser com- posto por uma série de agentes heterogêneos, que apresentam variabilidade quanto à sua arquitetura interna, modelos utilizados para o seu desenvolvimento, linguagem de programação, de especificação e validação. Agregam-se a isso, contextos específicos de cada solução para com o ambiente para o qual foi projetado. Deste modo, impõem-se mecanismos que permitam estabelecer métricas de avaliação para cada nível do desenvol- vimento de um sistema multiagente, considerando dimensões como organização, comuni- cação entre agentes e os agentes em si. Esta dissertação apresenta como problemática, o estabelecimento de um benchmark para sistemas multiagente dentro do simulador de futebol de robôs Soccer Server 2D. Mais especificamente, este benchmark deve prover métricas e mecanismos de avaliação de esquemas organizacionais multiagente segundo os diferentes cenários que podem se estabelecer dentro da dinâmica de uma partida de futebol. Não obstante, deve-se permitir o estabelecimento de referências de avaliação da coletividade dos times implementados para o Soccer Server 2D, indiferente aos demais níveis de concepção do sistema. / The development of systems with the required complexity for a multi-agent approach, also carries complexity aspects related to the evaluation of different levels and compo- nents of such a system. A multi-agent system can be composed of a series of hetero- geneous agents, which have variability regarding its internal architecture, models used for its development, programming language, specification and validation. Added to this, are situated the particular contexts of each solution towards the environment for which it is designed. Therefore, it is needed mechanisms to establish evaluation metrics for each multi-agent system development level, taking into account dimensions such as or- ganization, communication between agents and the agents themselves. This dissertation presents as a problem, establish a benchmark for multi-agent systems within the robot soccer simulator Soccerserver 2D. Specifically, this benchmark should provide metrics and evaluation mechanisms of multi-agent organization schemes according to different scenarios that can be established within the dynamics of a football match . Nevertheless, it should be allowed the establishment of assessment referrals for the Robocup teams collectivity, regardless to other levels of system design.

Orientador: João Mauricio Rosario / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T16:01:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hervella_Cassio_M.pdf: 6637417 bytes, checksum: a9b3d4d37dcc1eba14ccf5bd3013af19 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Neste trabalho foi projetado, desenvolvido e implementado um sistema de controle programável flexível, para aplicação principal no controle de manipuladores e robôs industriais. Como método de abordagem global de um problema de controle automático, podemos dividí-lo em quatro partes principais, a primeira sendo a medição, aquisição e tratamento das grandezas a controlar, a segunda sendo o algoritmo de controle e o sistema de acionamento, a terceira sendo a automatização via programação e simulação de trajetórias e tarefas, e finalmente, a quarta parte sendo a interface homem-máquina. Sendo assim, subdividiu-se o sistema de controle desenvolvido em quatro módulos principais, sendo eles, o módulo de Monitoramento e Supervisão, o módulo de Controle e Acionamento, o módulo de Programação e Simulação e o módulo de Interface com o Usuário; por sua vez, estes módulos são compostos por vários sub-sistemas modulares, que foram projetados, desenvolvidos e testados separadamente, para que fossem flexíveis e confiáveis, tendo sido integrados em seguida, de várias maneiras, de modo a atender às características específicas de cada aplicação. Dentre os sistemas desenvolvidos, temos, por exemplo, interfaces de interface de entrada e saída de dados digitais, interfaces de supervisão de posição, interfaces de acionamento de potência, interfaces de decodificação de sinais de encoders; programas de testes para as interfaces desenvolvidas, programa de interface gráfica para utilização pelo usuário, e outros. Numa aplicação típica, no controle de um robô industrial, podemos ter diversos tipos de atuadores, sensores, mecanismos e arquiteturas do sistema mecânico a controlar, assim, com a substituição de alguns módulos, obtêm-se uma integração flexível que atende as necessidades de cada caso, sem que seja necessário um sistema de controle completamente novo, tomando a automação mais simples, eficiente e rápida. Por exemplo, na automação de um robô, podem ser necessários dois computadores, para que as cargas de processamento de dados de controle e a carga de processamento da interface gráfica com o usuário possam ser divididas entre estes; porém, numa aplicação, como o posicionamento de uma câmera de vídeo, a simplicidade do sistema mecânico, permite a utilização de um único computador, ou mesmo, uma interface dedicada, sendo mantida toda a estrutura global do sistema de controle / Abstract: In this work, it has been designed, developed and implemented a programmable flexible control system, for main application in the control of manipulators and industrial robots. As a global approaxing method for an automatic control problem, we can divide it in four main parts, the first beeing the measument, aquisition and treatment of the variables to control, the second beeing the control algorithm and the actioning system, the third beeing the automation throw programming and simulating of jobs and trajectories, and finally,the fourth beeing the man-machineinterface. Thus, we divided the developed control system in four main modules, which are, the Monitoring and Supervising module, the Actioning and Control module, the Simutation and Programming module and the User's Interface; which are compound by various modular subsystems, that were designed, developed and tested separately, so that they would be dependable and flexible, beeing then integrated, in many ways, to full-fill the specific caracteristics of each application. Within the developed systems, we have, for example, digital data input and output interface boards, position supervising boards, power driving boards, encoder sinal decodifying boards; test programs for the developed boards, graphics interface program to be utilized by the user, and others. In a tipical application, in controlling an industrial robot, we can have many diferent types of actuators, sensors, mechanisms and architectures of the mechanical system to control, thus, by substituting a few modules we can obtain a flexible integration that answers to the needs of each case, without the need of a completely new control system, making the automation more simple,eficient and fast. As an example, in the automation of a robot, may be neccessary two computers, so that the data processing loads of control and the user's graphics interface processing load can be divided between these, but, in an application, like a vídeo camera positioning, the simplicity of the mechanical system, enables the use of only one computer, or even, a dedicated board, beeing keept the global structure of the control system / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Esta tese trata de um robô bípede em caminhar dinâmico. Neste robô, que normalmente é um sistema sub-atuado, fazemos uso de um disco de inércia que funciona num certo sentido como um atuador adicional. Através deste disco, obtém-se mais liberdade para a elaboração de passos repetitivos e um aumento na robustez. Por outro lado, o sistema de controle dos passos deve controlar, além do passo propriamente dito, também a velocidade do disco, de modo que não sejam saturados os atuadores (motores elétricos). Apresentamos então um controlador capaz de realizar estas ações simultaneamente. / This Thesis is about a bipedal robot in a dynamic walking gait. In this robot, which is usually a under-actuated system, a inertial wheel is employed and acts as an additional actuator. By using this wheel, one can design a cyclic walking gait with increased robustness and with more freedom. On the other hand, the control system must take care of the step itself, and also must ensure that the wheel speed does not exceed the actuators (motors) limits. We present a controller able to perform this tasks.

O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um projeto para auxílio no ensino de robôs manipuladores em nível superior utilizando uma plataforma PC com sistema de segurança e software de tempo real. O sistema permite aos alunos testar soluções já existentes e configurar suas próprias alternativas para simulação e controle de um robô manipulador real com até seis graus de liberdade. / This text describes the project development to aid the robot manipulator learning at undergraduate courses using a PC-based architecture with security system and real time software. The system allows the students to test previous solutions and configure their own alternatives for simulating and controlling a real robot manipulator with up to six degrees-of-freedom

Orientador: Juan Francisco Camino dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T20:54:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Iossaqui_JulianoGoncalves_D.pdf: 6240978 bytes, checksum: 597b8a76b18670b60a9c6b9804b7b692 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Esta tese trata do problema de controle de trajetórias de robôs móveis não holonômicos com deslizamento longitudinal das rodas. As estratégias de controle propostas são projetadas usando dois modelos, um cinemático e um dinâmico, que consideram os deslizamentos longitudinais das rodas como parâmetros desconhecidos. A primeira estratégia de controle consiste em um controlador adaptativo projetado com base em um modelo cinemático que utiliza como entrada de controle, as velocidades angulares das rodas. Essas velocidades angulares são fornecidas por uma lei de controle cinemática que utiliza estimativa dos parâmetros de deslizamento desconhecidos, obtidas por meio de uma lei de adaptação. A segunda estratégia de controle consiste em um controlador adaptativo projetado com base em um modelo dinâmico simplificado que utilizam como entrada de controle, forças de propulsão aplicadas no centro das rodas. A lei de controle, que fornece essas forças, é projetada aplicando-se a técnica backstepping ao modelo dinâmico reduzido, que foi obtido com a utilização do método da dinâmica inversa. Os parâmetros de deslizamento longitudinal desconhecidos, necessários para a utilização do método da dinâmica inversa, são estimados por uma lei de adaptação. O filtro de Kalman unscented também é utilizado para estimar os parâmetros de deslizamento desconhecidos. Essas estimativas são utilizadas, da mesma forma que as estimativas obtidas pela lei de adaptação, nas leis que fornecem as velocidades angulares e as forças de propulsão das rodas. As estratégias propostas, baseadas na teoria de controle adaptativo e na teoria de filtragem, diferenciam-se basicamente pela técnica que utilizam para estimar os parâmetros de deslizamento. No caso das estratégias adaptativas, a estabilidade do sistema em malha fechada é garantida pela teoria de Lyapunov. Simulações numéricas são realizadas para apresentar o desempenho das estratégias de controle propostas em termos do erro de postura do robô para diferentes perfis de deslizamento / Abstract: This thesis deals with the trajectory tracking control problem of nonholonomic mobile robots with longitudinal slip of the wheels. The proposed control strategies are designed using a kinematic model and a dynamic model which consider the longitudinal slip of the wheels as unknown parameters. The first proposed control strategy consists in an adaptive controller based on a kinematic model that uses the wheel angular velocities as control input. These angular velocities are provided by a kinematic control law which uses the unknown slip parameters estimated by an adaptive rule. The second proposed control strategy consists in an adaptive controller based on a simplified dynamic model that uses the thrust forces applied on the center of the wheels as control input. The control law that provides these thrust forces is designed using the backstepping technique applied to a reduced dynamic model obtained using the inverse dynamic method. The unknown longitudinal slip parameters necessary to use the inverse dynamic method are estimated by an adaptation rule. The unscented Kalman filter is also used to estimate the unknown slip parameters. These estimates are used, in the same way as the estimates obtained by the adaptation rule, by the control laws that provide the angular velocities and the thrust forces. The main difference between the proposed control strategies, based on the adaptive control theory and on the filtering theory, is given by the technique used to estimate the slip parameters. In the case of the adaptive strategies, the stability of the closed-loop system is ensured by the Lyapunov theory. Numerical simulations show the performance of the proposed control strategies in terms of the posture error of the robot with different wheels slip profiles / Doutorado

Orientadores: Douglas Eduardo Zampieri, Isabelle Fantoni Coichot / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-19T04:14:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MirandaNeto_Arthurde_D.pdf: 4965049 bytes, checksum: 6d16ee5315ee6bbbfd893b534fde6729 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Esta tese aborda o problema de evitamento de obstáculos para plataformas terrestres semie autônomas em ambientes dinâmicos e desconhecidos. Baseado num sistema monocular, propõe-se um conjunto de ferramentas que monitoram continuamente a estrada a frente do veículo, provendo-o de informações adequadas em tempo real. A partir de um algoritmo robusto de detecção da linha do horizonte é possível investigar dinamicamente somente a porção da estrada a frente do veículo, a fim de determinar a área de navegação, e da deteção de obstáculos. Uma área de navegação livre de obstáculos é então representa a partir de uma imagem multimodal 2D. Esta representação permite que um nível de segurança possa ser selecionado de acordo com o ambiente e o contexto de operação. A fim de reduzir o custo computacional, um método automático para descarte de imagens é proposto. Levando-se em conta a coerência temporal entre consecutivas imagens, uma nova metodologia de gerenciamento de energia (Dynamic Power Management) é aplicada ao sistema de percepção visual a fim de otimizar o consumo de energia. Estas propostas foram testadas em diferentes tipos de ambientes, e incluem a deteção da área de navegação, navegação reativa e estimação do risco de colisão. Uma característica das metodologias apresentadas é a independência em relação ao sistema de aquisição de imagem e do próprio veículo. Este sistema de percepção em tempo real foi avaliado a partir de diferentes bancos de testes e também a partir de dados reais obtidos por diferentes plataformas inteligentes. Em tarefas realizadas com uma plataforma semi-autônoma, testes foram conduzidos em velocidades acima de 100 Km/h. A partir de um sistema em malha aberta, deslocamentos reativos autônomos foram realizados com sucesso / Resumé: Les études développées dans ce projet doctoral ont concerné deux problématiques actuelles dans le domaine des systèmes robotiques pour la mobilité terrestre: premièrement, le problème associé à la navigation autonome et (semi)-autonome des véhicules terrestres dans un environnement inconnu ou partiellement connu. Cela constitue un enjeu qui prend de l'importance sur plusieurs fronts, notamment dans le domaine militaire. Récemment, l'agence DARPA1 aux États-Unis a soutenu plusieurs challenges sur cette problématique robotique; deuxièmement, le développement de systèmes d'assistance à la conduite basés sur la vision par ordinateur. Les acteurs de l'industrie automobile s'intéressent de plus en plus au développement de tels systèmes afin de rendre leurs produits plus sûrs et plus confortables à toutes conditions climatiques ou de terrain. De plus, grâce à l'électronique embarquée et à l'utilisation des systèmes visuels, une interaction avec l'environnement est possible, rendant les routes et les villes plus sûres pour les conducteurs et les piétons. L'objectif principal de ce projet doctoral a été le développement de méthodologies qui permettent à des systèmes mobiles robotisés de naviguer de manière autonome dans un environnement inconnu ou partiellement connu, basées sur la perception visuelle fournie par un système de vision monoculaire embarqué. Un véhicule robotisé qui doit effectuer des tâches précises dans un environnement inconnu, doit avoir la faculté de percevoir son environnement proche et avoir un degré minimum d'interaction avec celui-ci. Nous avons proposé un système de vision embarquée préliminaire, où le temps de traitement de l'information (point critique dans des systèmes de vision utilisés en temps-réel) est optimisé par une méthode d'identification et de rejet d'informations redondantes. Suite à ces résultats, on a proposé une étude innovante par rapport à l'état de l'art en ce qui concerne la gestion énergétique du système de vision embarqué, également pour le calcul du temps de collision à partir d'images monoculaires. Ainsi, nous proposons le développement des travaux en étudiant une méthodologie robuste et efficace (utile en temps-réel) pour la détection de la route et l'extraction de primitives d'intérêts appliquée à la navigation autonome des véhicules terrestres. Nous présentons des résultats dans un environnement réel, dynamique et inconnu. Afin d'évaluer la performance de l'algorithme proposé, nous avons utilisé un banc d'essai urbain et réel. Pour la détection de la route et afin d'éviter les obstacles, les résultats sont présents en utilisant un véhicule réel afin d'évaluer la performance de l'algorithme dans un déplacement autonome. Cette Thèse de Doctorat a été réalisée à partir d'un accord de cotutelle entre l' Université de Campinas (UNICAMP) et l'Université de Technologie de Compiègne (UTC), sous la direction du Professeur Docteur Douglas Eduardo ZAMPIERI, Faculté de Génie Mécanique, UNICAMP, Campinas, Brésil, et Docteur Isabelle FANTONI-COICHOT du Laboratoire HEUDIASYC UTC, Compiègne, France. Cette thèse a été soutenue le 26 août 2011 à la Faculté de Génie Mécanique, UNICAMP, devant un jury composé des Professeurs suivants / Abstract: This thesis addresses the problem of obstacle avoidance for semi- and autonomous terrestrial platforms in dynamic and unknown environments. Based on monocular vision, it proposes a set of tools that continuously monitors the way forward, proving appropriate road informations in real time. A horizon finding algorithm was developed to sky removal. This algorithm generates the region of interest from a dynamic threshold search method, allowing to dynamically investigate only a small portion of the image ahead of the vehicle, in order to road and obstacle detection. A free-navigable area is therefore represented from a multimodal 2D drivability road image. This multimodal result enables that a level of safety can be selected according to the environment and operational context. In order to reduce processing time, this thesis also proposes an automatic image discarding criteria. Taking into account the temporal coherence between consecutive frames, a new Dynamic Power Management methodology is proposed and applied to a robotic visual machine perception, which included a new environment observer method to optimize energy consumption used by a visual machine. This proposal was tested in different types of image texture (road surfaces), which includes free-area detection, reactive navigation and time-to-collision estimation. A remarkable characteristic of these methodologies is its independence of the image acquiring system and of the robot itself. This real-time perception system has been evaluated from different test-banks and also from real data obtained by two intelligent platforms. In semi-autonomous tasks, tests were conducted at speeds above 100 Km/h. Autonomous displacements were also carried out successfully. The algorithms presented here showed an interesting robustness / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica