Perception and software architecture for mobile robotics

When developing software for autonomous mobile robots, one has to inevitably tackle some kind of perception. Moreover, when dealing with agents that possess some level of reasoning for executing their actions, there is the need to model the environment and the robot internal state in a way that it represents the scenario in which the robot operates. Inserted in the ATRI group, part of the IEETA research unit at Aveiro University, this work uses two of the projects of the group as test bed, particularly in the scenario of robotic soccer with real robots. With the main objective of developing algorithms for sensor and information fusion that could be used e ectively on these teams, several state of the art approaches were studied, implemented and adapted to each of the robot types. Within the MSL RoboCup team CAMBADA, the main focus was the perception of ball and obstacles, with the creation of models capable of providing extended information so that the reasoning of the robot can be ever more e ective. To achieve it, several methodologies were analyzed, implemented, compared and improved. Concerning the ball, an analysis of ltering methodologies for stabilization of its position and estimation of its velocity was performed. Also, with the goal keeper in mind, work has been done to provide it with information of aerial balls. As for obstacles, a new de nition of the way they are perceived by the vision and the type of information provided was created, as well as a methodology for identifying which of the obstacles are team mates. Also, a tracking algorithm was developed, which ultimately assigned each of the obstacles a unique identi er. Associated with the improvement of the obstacles perception, a new algorithm of estimating reactive obstacle avoidance was created. In the context of the SPL RoboCup team Portuguese Team, besides the inevitable adaptation of many of the algorithms already developed for sensor and information fusion and considering that it was recently created, the objective was to create a sustainable software architecture that could be the base for future modular development. The software architecture created is based on a series of di erent processes and the means of communication among them. All processes were created or adapted for the new architecture and a base set of roles and behaviors was de ned during this work to achieve a base functional framework. In terms of perception, the main focus was to de ne a projection model and camera pose extraction that could provide information in metric coordinates. The second main objective was to adapt the CAMBADA localization algorithm to work on the NAO robots, considering all the limitations it presents when comparing to the MSL team, especially in terms of computational resources. A set of support tools were developed or improved in order to support the test and development in both teams. In general, the work developed during this thesis improved the performance of the teams during play and also the e ectiveness of the developers team when in development and test phases.

Novo roteiro para a Arte Nova em Aveiro e Ílhavo: proposta de uma aplicação mobile

A presente investigação tem como objeto de estudo a Arte Nova nas cidades de Aveiro e Ílhavo, traduzindo-se posteriormente na criação de uma aplicação mobile de um roteiro diferenciador referente ao património Arte Nova localizado nas duas cidades. Existe em Aveiro, uma tomada de consciência notória relativa ao património que se enquadra no espírito e nas características do estilo Arte Nova. Isso em muito se deve à originalidade e diversidade de interpretações que a caracterizam localmente. No entanto, apesar dos melhoramentos efetuados na comunicação deste património, especialmente depois da reabilitação do edifício Mário Belmonte Pessoa e da sua transformação em Museu Arte Nova, o roteiro atual não contempla todos os artefactos do estilo existentes na cidade e exclui aqueles que se encontram fora do centro urbano da cidade de Aveiro. Em Ílhavo a realidade é completamente díspar da encontrada na cidade vizinha, Aveiro, não existindo grande decoro pelo tratamento da informação referente ao estilo Arte Nova, apenas algumas referencias breves em guias culturais e um roteiro limitado no site da Câmara Municipal de Ílhavo. Paralelamente a isto, a região de Aveiro tornou-se numa das regiões com o espólio mais significativo do país. Dada à sua importância cultural e local, o roteiro diferenciador que propomos nesta investigação irá intervir de forma a melhorar o que já existe, passando pelo aprofundamento de conhecimentos sobre o tema, catalogação, cruzamento e agrupamento de toda a informação dos artefactos que se encontrem dispersos pelas duas cidades, de forma a tornar mais fácil a procura e o acesso à informação. Numa primeira fase, a investigação irá focar-se nos conteúdos afetos a cada um dos artefactos, sendo estes metodologicamente trabalhados através do método triangular de Francisco Providência, a interpretação autoral (autoria) que se traduz na evolução dos edifícios (tecnologia) e a relevância da sua história (programa) para o património nacional. Posteriormente, os conteúdos anteriormente referidos serão adaptados a uma aplicação mobile que facilitará o acesso à informação previamente selecionada referente a cada artefacto, apresentando uma breve história sobre as manifestações da Arte Nova nas cidades de Aveiro e Ílhavo. Esta aplicação mobile permitirá perceber a evolução dos edifícios desde a sua construção até à atualidade, ao nível de recuperação estrutural ou da falta de reabilitação e recuperação dos mesmos. Contribuirá para conhecer se os edifícios mantiveram (ou não) as suas características originais relativas ao desenho e tecnologia, para tal fará valerse de tecnologias como Realidade Aumentada, assim como os princípios de elaboração e leitura de QR codes, para facilitar o acesso, localização e compreensão dessa mesma informação, permitindo ainda que o seu utilizador embarque numa viagem no tempo e experiencie o roteiro de uma forma diferente. Paralelamente, pretende-se que este roteiro funcione como um roteiro único do património Arte Nova nas duas cidades, com o intuito de se expandir a outras cidades e se tornar num roteiro único do património Arte Nova na região de Aveiro. A diversidade do património Arte Nova nesta região assenta no cunho pessoal e social que os proprietários atribuíram aos seus artefactos, assim como na formação e a capacidade artística fortemente influenciada pela técnica pessoal, temperamento e sensibilidade dos seus autores, fazendo destes artefactos autênticas obras de arte, que merecem o seu estudo. Constatou-se, ao nível dos resultados que o protótipo da aplicação mobile, se adequaram ao que foi anunciado, a nível investigativo, e por isso, interessou a este estudo confirmar a demonstração do que foi enunciado. No entanto, concluiu-se que o respetivo protótipo necessita de ser ‘afinado’ em estudos futuros. Independentemente, das fragilidades encontradas, considera-se que este protótipo de aplicação mobile poderá servir como meio de excelência para a integração de conteúdos que vão mais além do que a visualização dos artefactos. Assim, contribui-se para o adensamento e acesso ao conhecimento sobre a história da Arte Nova em Portugal.

Some results on open-edge and open mobile guarding of polygons and triangulations

This paper focuses on a variation of the Art Gallery problem that considers open-edge guards and open mobile-guards. A mobile guard can be placed on edges and diagonals of a polygon, and the ‘open’ prefix means that the endpoints of such an edge or diagonal are not taken into account for visibility purposes. This paper studies the number of guards that are sufficient and sometimes necessary to guard some classes of simple polygons for both open-edge and open mobile-guards. A wide range of polygons is studied, which include orthogonal polygons with or without holes, spirals, orthogonal spirals and monotone polygons. Moreover, this problem is also considered for planar triangulation graphs using open-edge guards.