Object transportation by multiple mobile robots controlled by attractor dynamics: theory and implementation

Dynamical systems theory is used as a theoretical language and tool to design a distributed control architecture for teams of mobile robots, that must transport a large object and simultaneously avoid collisions with (either static or dynamic) obstacles. Here we demonstrate in simulations and implementations in real robots that it is possible to simplify the architectures presented in previous work and to extend the approach to teams of n robots. The robots have no prior knowledge of the environment. The motion of each robot is controlled by a time series of asymptotical stable states. The attractor dynamics permits the integration of information from various sources in a graded manner. As a result, the robots show a strikingly smooth an stable team behaviour.

Using attractor dynamics to generate decentralized motion control of two mobile robots transporting a long object in coordination

Dynamical systems theory is used here as a theoretical language and tool to design a distributed control architecture for a team of two mobile robots that must transport a long object and simultaneously avoid obstacles. In this approach the level of modeling is at the level of behaviors. A “dynamics” of behavior is defined over a state space of behavioral variables (heading direction and path velocity). The environment is also modeled in these terms by representing task constraints as attractors (i.e. asymptotically stable states) or reppelers (i.e. unstable states) of behavioral dynamics. For each robot attractors and repellers are combined into a vector field that governs the behavior. The resulting dynamical systems that generate the behavior of the robots may be nonlinear. By design the systems are tuned so that the behavioral variables are always very close to one attractor. Thus the behavior of each robot is controled by a time series of asymptotically stable states. Computer simulations support the validity of our dynamic model architectures.

Hand gesture recognition system based in computer vision and machine learning : applications on human-machine interaction

Sendo uma forma natural de interação homem-máquina, o reconhecimento de gestos implica uma forte componente de investigação em áreas como a visão por computador e a aprendizagem computacional. O reconhecimento gestual é uma área com aplicações muito diversas, fornecendo aos utilizadores uma forma mais natural e mais simples de comunicar com sistemas baseados em computador, sem a necessidade de utilização de dispositivos extras. Assim, o objectivo principal da investigação na área de reconhecimento de gestos aplicada à interacção homemmáquina é o da criação de sistemas, que possam identificar gestos específicos e usálos para transmitir informações ou para controlar dispositivos. Para isso as interfaces baseados em visão para o reconhecimento de gestos, necessitam de detectar a mão de forma rápida e robusta e de serem capazes de efetuar o reconhecimento de gestos em tempo real. Hoje em dia, os sistemas de reconhecimento de gestos baseados em visão são capazes de trabalhar com soluções específicas, construídos para resolver um determinado problema e configurados para trabalhar de uma forma particular. Este projeto de investigação estudou e implementou soluções, suficientemente genéricas, com o recurso a algoritmos de aprendizagem computacional, permitindo a sua aplicação num conjunto alargado de sistemas de interface homem-máquina, para reconhecimento de gestos em tempo real. A solução proposta, Gesture Learning Module Architecture (GeLMA), permite de forma simples definir um conjunto de comandos que pode ser baseado em gestos estáticos e dinâmicos e que pode ser facilmente integrado e configurado para ser utilizado numa série de aplicações. É um sistema de baixo custo e fácil de treinar e usar, e uma vez que é construído unicamente com bibliotecas de código. As experiências realizadas permitiram mostrar que o sistema atingiu uma precisão de 99,2% em termos de reconhecimento de gestos estáticos e uma precisão média de 93,7% em termos de reconhecimento de gestos dinâmicos. Para validar a solução proposta, foram implementados dois sistemas completos. O primeiro é um sistema em tempo real capaz de ajudar um árbitro a arbitrar um jogo de futebol robótico. A solução proposta combina um sistema de reconhecimento de gestos baseada em visão com a definição de uma linguagem formal, o CommLang Referee, à qual demos a designação de Referee Command Language Interface System (ReCLIS). O sistema identifica os comandos baseados num conjunto de gestos estáticos e dinâmicos executados pelo árbitro, sendo este posteriormente enviado para um interface de computador que transmite a respectiva informação para os robôs. O segundo é um sistema em tempo real capaz de interpretar um subconjunto da Linguagem Gestual Portuguesa. As experiências demonstraram que o sistema foi capaz de reconhecer as vogais em tempo real de forma fiável. Embora a solução implementada apenas tenha sido treinada para reconhecer as cinco vogais, o sistema é facilmente extensível para reconhecer o resto do alfabeto. As experiências também permitiram mostrar que a base dos sistemas de interação baseados em visão pode ser a mesma para todas as aplicações e, deste modo facilitar a sua implementação. A solução proposta tem ainda a vantagem de ser suficientemente genérica e uma base sólida para o desenvolvimento de sistemas baseados em reconhecimento gestual que podem ser facilmente integrados com qualquer aplicação de interface homem-máquina. A linguagem formal de definição da interface pode ser redefinida e o sistema pode ser facilmente configurado e treinado com um conjunto de gestos diferentes de forma a serem integrados na solução final.

TRAILER project overview: tagging, recognition and acknowledgment of informal learning experiences

The evolution of new technology and its increasing use, have for some years been making the existence of informal learning more and more transparent, especially among young and older adults in both Higher Education and workplace contexts. However, the nature of formal and non-formal, course-based, approaches to learning has made it hard to accommodate these informal processes satisfactorily, and although technology bring us near to the solution, it has not yet achieved. TRAILER project aims to address this problem by developing a tool for the management of competences and skills acquired through informal learning experiences, both from the perspective of the user and the institution or company. This paper describes the research and development main lines of this project.

Smart object for 3D interaction

This paper reports on the creation of an interface for 3D virtual environments, computer-aided design applications or computer games. Standard computer interfaces are bound to 2D surfaces, e.g., computer mouses, keyboards, touch pads or touch screens. The Smart Object is intended to provide the user with a 3D interface by using sensors that register movement (inertial measurement unit), touch (touch screen) and voice (microphone). The design and development process as well as the tests and results are presented in this paper. The Smart Object was developed by a team of four third-year engineering students from diverse scientific backgrounds and nationalities during one semester.

Anotação colaborativa de conteúdos utilizando jogos com propósito

Com o crescimento da informação disponível na Web, arquivos pessoais e profissionais, protagonizado tanto pelo aumento da capacidade de armazenamento de dados, como pelo aumento exponencial da capacidade de processamento dos computadores, e do fácil acesso a essa mesma informação, um enorme fluxo de produção e distribuição de conteúdos audiovisuais foi gerado. No entanto, e apesar de existirem mecanismos para a indexação desses conteúdos com o objectivo de permitir a pesquisa e acesso aos mesmos, estes apresentam normalmente uma grande complexidade algorítmica ou exigem a contratação de pessoal altamente qualificado, para a verificação e categorização dos conteúdos. Nesta dissertação pretende-se estudar soluções de anotação colaborativa de conteúdos e desenvolver uma ferramenta que facilite a anotação de um arquivo de conteúdos audiovisuais. A abordagem implementada é baseada no conceito dos “Jogos com Propósito” (GWAP – Game With a Purpose) e permite que os utilizadores criem tags (metadatos na forma de palavras-chave) de forma a atribuir um significado a um objecto a ser categorizado. Assim, e como primeiro objectivo, foi desenvolvido um jogo com o propósito não só de entretenimento, mas também que permita a criação de anotações audiovisuais perante os vídeos que são apresentados ao jogador e, que desta forma, se melhore a indexação e categorização dos mesmos. A aplicação desenvolvida permite ainda a visualização dos conteúdos e metadatos categorizados, e com o objectivo de criação de mais um elemento informativo, permite a inserção de um like num determinado instante de tempo do vídeo. A grande vantagem da aplicação desenvolvida reside no facto de adicionar anotações a pontos específicos do vídeo, mais concretamente aos seus instantes de tempo. Trata-se de uma funcionalidade nova, não disponível em outras aplicações de anotação colaborativa de conteúdos audiovisuais. Com isto, o acesso aos conteúdos será bastante mais eficaz pois será possível aceder, por pesquisa, a pontos específicos no interior de um vídeo.

Extending the learning object definition to represent programming problems

The present generation of eLearning platforms values the interchange of learning objects standards. Nevertheless, for specialized domains these standards are insufficient to fully describe all the assets, especially when they are used as input for other eLearning services. To address this issue we extended an existing learning objects standard to the particular requirements of a specialized domain, namely the automatic evaluation of programming problems. The focus of this paper is the definition of programming problems as learning objects. We introduce a new schema to represent metadata related to automatic evaluation that cannot be conveniently represented using existing standards, such as: the type of automatic evaluation; the requirements of the evaluation engine; or the roles of different assets - tests cases, program solutions, etc. This new schema is being used in an interoperable repository of learning objects, called crimsonHex.

Visual programming of XSLT from examples

Vishnu is a tool for XSLT visual programming in Eclipse - a popular and extensible integrated development environment. Rather than writing the XSLT transformations, the programmer loads or edits two document instances, a source document and its corresponding target document, and pairs texts between then by drawing lines over the documents. This form of XSLT programming is intended for simple transformations between related document types, such as HTML formatting or conversion among similar formats. Complex XSLT programs involving, for instance, recursive templates or second order transformations are out of the scope of Vishnu. We present the architecture of Vishnu composed by a graphical editor and a programming engine. The editor is an Eclipse plug-in where the programmer loads and edits document examples and pairs their content using graphical primitives. The programming engine receives the data collected by the editor and produces an XSLT program. The design of the engine and the process of creation of an XSLT program from examples are also detailed. It starts with the generation of an initial transformation that maps source document to the target document. This transformation is fed to a rewrite process where each step produces a refined version of the transformation. Finally, the transformation is simplified before being presented to the programmer for further editing.

Sistema de auto calibração visual para robots do ISePorto, baseado em EKF

Os sistemas de perceção existentes nos robôs autónomos, hoje em dia, são bastante complexos. A informação dos vários sensores, existentes em diferentes partes do robôs, necessitam de estar relacionados entre si face ao referencial do robô ou do mundo. Para isso, o conhecimento da atitude (posição e rotação) entre os referenciais dos sensores e o referencial do robô é um fator critico para o desempenho do mesmo. O processo de calibração dessas posições e translações é chamado calibração dos parâmetros extrínsecos. Esta dissertação propõe o desenvolvimento de um método de calibração autónomo para robôs como câmaras direcionais, como é o caso dos robôs da equipa ISePorto. A solução proposta consiste na aquisição de dados da visão, giroscópio e odometria durante uma manobra efetuada pelo robô em torno de um alvo com um padrão conhecido. Esta informação é então processada em conjunto através de um Extended Kalman Filter (EKF) onde são estimados necessários para relacionar os sensores existentes no robô em relação ao referencial do mesmo. Esta solução foi avaliada com recurso a vários testes e os resultados obtidos foram bastante similares aos obtidos pelo método manual, anteriormente utilizado, com um aumento significativo em rapidez e consistência.

Enhancing informal learning recognition through TRAILER project

International Workshop on solutions that Enhance Informal LEarning Recognition – WEILER 2013

Combate à fraude em jogos de casino, assistida por computador

No decorrer dos últimos anos tem-se verificado um acréscimo do número de sistemas de videovigilância presentes nos mais diversos ambientes, sendo que estes se encontram cada vez mais sofisticados. Os casinos são um exemplo bastante popular da utilização destes sistemas sofisticados, sendo que vários casinos, hoje em dia, utilizam câmeras para controlo automático das suas operações de jogo. No entanto, atualmente existem vários tipos de jogos em que o controlo automático ainda não se encontra disponível, sendo um destes, o jogo Banca Francesa. A presente dissertação tem como objetivo propor um conjunto de algoritmos idealizados para um sistema de controlo e gestão do jogo de casino Banca Francesa através do auxílio de componentes pertencentes à área da computação visual, tendo em conta os contributos mais relevantes e existentes na área, elaborados por investigadores e entidades relacionadas. No decorrer desta dissertação são apresentados quatro módulos distintos, os quais têm como objetivo auxiliar os casinos a prevenir o acontecimento de fraudes durante o decorrer das suas operações, assim como auxiliar na recolha automática de resultados de jogo. Os quatro módulos apresentados são os seguintes: Dice Sample Generator – Módulo proposto para criação de casos de teste em grande escala; Dice Sample Analyzer – Módulo proposto para a deteção de resultados de jogo; Dice Calibration – Módulo proposto para calibração automática do sistema; Motion Detection – Módulo proposto para a deteção de fraude no jogo. Por fim, para cada um dos módulos, é apresentado um conjunto de testes e análises de modo a verificar se é possível provar o conceito para cada uma das propostas apresentadas.

Projecto de desenho para a identidade visual do Município de Esposende

Trabalho de natureza profissional para a atribuição do Título de Especialista do Instituto Politécnico do Porto, na área de Design, defendido a 23-02-2015.

Análise de Capacidade Processo Inspeção Visual

Este trabalho foi realizado no âmbito do Mestrado em Engenharia Mecânica, especialização em Gestão Industrial, do Instituto Superior de Engenharia do Porto. O estudo foi desenvolvido na Continental Mabor – Indústria de Pneus S.A., sendo analisado o processo de Inspeção Visual dos pneus. Face à atual conjuntura de mercado, as empresas devem estar munidas de dados detalhados e precisos relativos aos seus processos produtivos. A Capacidade instalada apresenta-secomo um parâmetro determinante na medida em que condiciona diretamente a resposta a solicitações de clientes. Esta é fortemente influenciada pelo Layout fabril, pelo que a otimização do mesmo é fundamental numa perspetiva de ganho de Capacidade produtiva. O relatório iniciou-se com a determinação do Tempo Previsto da operação segundo o referencial REFA. Seguidamente quantificaram-se as atuais perturbações através de auditorias ao processo. Deste modo obteve-se uma Capacidade instalada de 59380 pneus/dia. A análise das perturbações desenvolveu-se a partir de um diagrama causa-efeito, no qual foram identificadas diversas potenciais causas, classificadas posteriormente por uma equipa experiente e conhecedora do processo. Assim, conhecidas as perturbações de maior impacto, foi apresentada uma solução de Layout que visou a sua minimização. O ganho estimado, em termos de Capacidade, após a implementação da solução proposta é de 3000 pneus/dia. Este ganho de 5% é significativo na medida em que é obtido sem a necessidade de aquisição de novos equipamentos nem de área fabril adicional. É expectável que esta implementação proporcione ainda melhorias no processo produtivo subsequente - Uniformidade, especificamente na alimentação do mesmo. A quantificação desta melhoria, na sequência deste trabalho, apresenta-se como uma oportunidade de estudo futuro.

Smart Plastic Antibody Material (SPAM) tailored on disposable screen printed electrodes for protein recognition: application to Myoglobin detection

This work introduces two major changes to the conventional protocol for designing plastic antibodies: (i) the imprinted sites were created with charged monomers while the surrounding environment was tailored using neutral material; and (ii) the protein was removed from its imprinted site by means of a protease, aiming at preserving the polymeric network of the plastic antibody. To our knowledge, these approaches were never presented before and the resulting material was named here as smart plastic antibody material (SPAM). As proof of concept, SPAM was tailored on top of disposable gold-screen printed electrodes (Au-SPE), following a bottom-up approach, for targeting myoglobin (Myo) in a point-of-care context. The existence of imprinted sites was checked by comparing a SPAM modified surface to a negative control, consisting of similar material where the template was omitted from the procedure and called non-imprinted materials (NIMs). All stages of the creation of the SPAM and NIM on the Au layer were followed by both electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV). AFM imaging was also performed to characterize the topography of the surface. There are two major reasons supporting the fact that plastic antibodies were effectively designed by the above approach: (i) they were visualized for the first time by AFM, being present only in the SPAM network; and (ii) only the SPAM material was able to rebind to the target protein and produce a linear electrical response against EIS and square wave voltammetry (SWV) assays, with NIMs showing a similar-to-random behavior. The SPAM/Au-SPE devices displayed linear responses to Myo in EIS and SWV assays down to 3.5 μg/mL and 0.58 μg/mL, respectively, with detection limits of 1.5 and 0.28 μg/mL. SPAM materials also showed negligible interference from troponin T (TnT), bovine serum albumin (BSA) and urea under SWV assays, showing promising results for point-of-care applications when applied to spiked biological fluids.