Método de correspondência para sistemas de visão multi-câmara

Os sistemas de perceção visual são das principais fontes de informação sensorial utilizadas pelos robôs autónomos, para localização e navegação em diferentes meios de operação. O objetivo passa por obter uma grande quantidade de informação sobre o ambiente que a câmara está a visualizar, processar e extrair informação que permita realizar as tarefas de uma forma e ciente. Uma informação em particular que os sistemas de visão podem fornecer, e a informação tridimensional acerca do meio envolvente. Esta informação pode ser adquirida recorrendo a sistemas de visão monoculares ou com múltiplas câmaras. Nestes sistemas a informação tridimensional pode ser obtida recorrendo a técnica de triangulação, tirando partido do conhecimento da posição relativa entre as câmaras. No entanto, para calcular as coordenadas de um ponto tridimensional no referencial da câmara e necessário existir correspondência entre pontos comuns às imagens adquiridas pelo sistema. No caso de más correspondências a informação 3D e obtida de forma incorreta. O problema associado à correspondência de pontos pode ser agravado no caso das câmaras do sistema terem características intrínsecas diferentes nomeadamente: resolução, abertura da lente, distorção. Outros fatores como as orientações e posições das câmaras também podem condicionar a correspondência de pontos. Este trabalho incide sobre problemática de correspondência de pontos existente no processo de cálculo da informação tridimensional. A presente dissertação visa o desenvolvimento de uma abordagem de correspondência de pontos para sistemas de visão no qual é conhecida a posição relativa entre câmaras.

Desenvolvimento e Controlo de um Veículo Autónomo Aéreo Quadrotor

A crescente necessidade de meios de inspecção e recolha de informação de infraestruturas e do meio ambiente natural, origina o recurso a meios tecnológicos cada vez mais evoluídos. Neste contexto, os robôs móveis autónomos aéreos surgem como uma ferramenta importante. Em particular, os veículos aéreos de asa móvel, pela sua manobrabilidade e controlo podem-se utilizar eficazmente em meios complexos como cenários interiores onde o ambiente é parcialmente controlado. A sua utilização em coordenação com outros veículos robóticos móveis e em particular com a crescente autonomia de decisão, permitem uma eficiência elevada, por exemplo, em tarefas de recolha automática de informação, vigilância, apoio a comunicações, etc. A inexistência de um veículo autónomo de asa móvel no cenário multi-robótico desenvolvido pelo Laboratório de Sistemas Autónomos do Instituto Superior de Engenharia do Porto, aliada às suas aplicações referidas, criou a necessidade do desenvolvimento de um veículo desta gama. Identificou-se, pois, o desenvolvimento de um veículo autónomo aéreo do tipo quadrotor com capacidade de vôo base estabilizado como o problema a resolver. Foi efectuado um levantamento de requisitos do sistema, a caracterização de um veículo autónomo aéreo Vertical Take-off and Landing - VTOL, e efectuado um trabalho de pesquisa a fim de possibilitar o conhecimento das técnicas e tecnologias envolvidas. Tendo em vista o objectivo de controlo e estabilização do veículo, foi efectuada a modelização do sistema que serviu não só para a melhor compreensão da sua dinâmica mas também para o desenvolvimento de um simulador que possibilitou a validação de estratégias de controlo e avaliação de comportamentos do veículo para diferentes cenários. A inexistência de controladores de motores brushless adequada (frequência de controlo), originou o desenvolvimento de um controlador dedicado para motores brushless, motores esses utilizados para a propulsão do veículo. Este controlador permite uma taxa de controlo a uma frequência de 20KHz, possui múltiplas interfaces de comunicação (CAN, RS232, Ethernet, SPI e JTAG), é de reduzido peso e dimensões e modular, visto ter sido implementado em dois módulos, i.e., permite a sua utilização com diferentes interfaces de potência. Projectou-se um veículo autónomo aéreo em termos físicos com a definição da sua arquitectura de hardware e software bem como o sistema de controlo de vôo. O sistema de estabilização de vôo compreende o processamento de informação fornecida por um sistema de navegação inercial, um sonar e o envio de referências de velocidade para cada um dos nós de controlo ligados a um barramento CAN instalado no veículo. A implementação do veículo foi alcançada nas suas vertentes mecânica, de hardware e software. O UAV foi equipado com um sistema computacional dotando-o de capacidades para o desempenho de tarefas previamente analisadas. No presente trabalho, são também tiradas algumas conclusões sobre o desenvolvimento do sistema e sua implementação bem como perspectivada a sua evolução futura no contexto de missões coordenadas de múltiplos veículos robóticos.

Development of advanced human robot interaction systems

O trabalho aqui apresentado é a Dissertação da minha Tese do curso de Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores do ISEP, realizada em parceria com o INESC TEC. O trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema avançado de interação entre homem-robô, usando ferramentas de software livres e de domínio público e hardware pouco dispendioso e facilmente acessível. Pretende-se que o sistema desenvolvido possa ser adotado por pequenas ou micro empresas, daí a restrição monetária. Este tipo de empresas tem, por norma, uma capacidade de investimento pequena, e ficam impossibilitadas de aceder a este tipo de sistemas automatizados se estes forem caros. No entanto, o robô continua a ser um componente fundamental, sendo dispendioso. Os trabalhos realizados pelos sistemas robóticos podem por um lado, ser repetitivos sem necessidade de grandes ajustes; por outro lado, o trabalho a realizar pode ser bastante diverso, sendo necessários bastantes ajustes com (possivelmente) programação do robô. As empresas podem não ter disponível mão-de-obra qualificada para realização da programação do robô. Pretende-se então um sistema de “ensino” que seja simples e rápido. Este trabalho pretende satisfazer as necessidades de um sistema de interação homem-robô intuitivo mesmo para operadores que não estejam familiarizados com a robótica. Para simplificar a transferência de informação da tarefa a desempenhar pelo sistema robótico é usado um sistema de infravermelhos para delinear a operação a desempenhar, neste caso concreto uma operação de soldadura. O operador usa um apontador com marcadores, a posição destes marcadores é detetada usando duas câmaras para permitir o posicionamento tridimensional no espaço. As câmaras possuem filtros infravermelhos para separar o espectro de luz. Para o controlo do sistema e interface com o robô é usado um computador de baixos recursos computacionais e energéticos, e também de baixo custo. O sistema desenvolvido é portanto computacionalmente leve para poder ser executado neste computador.

Relational navigation and archiving of multimedia information for contemporary dance

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Robot Manipulator Systems: Analysis and Control

Manipulator systems are rather complex and highly nonlinear which makes difficult their analysis and control. Classic system theory is veil known, however it is inadequate in the presence of strong nonlinear dynamics. Nonlinear controllers produce good results [1] and work has been done e. g. relating the manipulator nonlinear dynamics with frequency response [2–5]. Nevertheless, given the complexity of the problem, systematic methods which permit to draw conclusions about stability, imperfect modelling effects, compensation requirements, etc. are still lacking. In section 2 we start by analysing the variation of the poles and zeros of the descriptive transfer functions of a robot manipulator in order to motivate the development of more robust (and computationally efficient) control algorithms. Based on this analysis a new multirate controller which is an improvement of the well known “computed torque controller” [6] is announced in section 3. Some research in this area was done by Neuman [7,8] showing tbat better robustness is possible if the basic controller structure is modified. The present study stems from those ideas, and attempts to give a systematic treatment, which results in easy to use standard engineering tools. Finally, in section 4 conclusions are presented.

Kitchen robot prod. line development. Proj. of Bowden cables cutting and thermal forming machine.

This document presents particular description of work done during student’s internship in PR Metal company realized as ERASMUS PROJECT at ISEP. All information including company’s description and its structure, overview of the problems and analyzed cases, all stages of projects from concept to conclusion can be found here. Description of work done during the internship is divided here into two pieces. First part concerns one activities of the company which is robotic chefs (kitchen robot) production line. Work, that was done for development of this line involved several tasks, among them: creating a single-worker montage station for screwing robots housing’s parts, improve security system for laser welding chamber, what particularly consists in designing automatically closing door system with special surface, that protects against destructive action of laser beam, test station for examination of durability of heating connectors, solving problem with rotors vibrations. Second part tells about main task, realized in second half of internship and stands a complete description of machine development and design. The machine is a part of car handle latch cable production line and its tasks are: cutting cable to required length and hot-forming plastic cover for further assembly needs.

UJI Navigation Network, Development of a pedestrian spatial network within the University Jaume I of Castellón (Spain)

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

Study on the development of an autonomous mobile robot

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

A volumetric hybrid representation for obstacle detection in all-terrain robots

This dissertation presents an approach aimed at three-dimensional perception’s obstacle detection on all-terrain robots. Given the huge amount of acquired information, the adversities such environments present to an autonomous system and the swiftness, thus required, from each of its navigation decisions, it becomes imperative that the 3-D perceptional system to be able to map obstacles and passageways in the most swift and detailed manner. In this document, a hybrid approach is presented bringing the best of several methods together, combining the lightness of lesser meticulous analyses with the detail brought by more thorough ones. Realizing the former, a terrain’s slope mapping system upon a low resolute volumetric representation of the surrounding occupancy. For the latter’s detailed evaluation, two novel metrics were conceived to discriminate the little depth discrepancies found in between range scanner’s beam distance measurements. The hybrid solution resulting from the conjunction of these two representations provides a reliable answer to traversability mapping and a robust discrimination of penetrable vegetation from that constituting real obstructions. Two distinct robotic platforms offered the possibility to test the hybrid approach on very different applications: a boat, under an European project, the ECHORD Riverwatch, and a terrestrial four-wheeled robot for a national project, the Introsys Robot.

2D position system for a mobile robot in unstructured environments

Nowadays, several sensors and mechanisms are available to estimate a mobile robot trajectory and location with respect to its surroundings. Usually absolute positioning mechanisms are the most accurate, but they also are the most expensive ones, and require pre installed equipment in the environment. Therefore, a system capable of measuring its motion and location within the environment (relative positioning) has been a research goal since the beginning of autonomous vehicles. With the increasing of the computational performance, computer vision has become faster and, therefore, became possible to incorporate it in a mobile robot. In visual odometry feature based approaches, the model estimation requires absence of feature association outliers for an accurate motion. Outliers rejection is a delicate process considering there is always a trade-off between speed and reliability of the system. This dissertation proposes an indoor 2D position system using Visual Odometry. The mobile robot has a camera pointed to the ceiling, for image analysis. As requirements, the ceiling and the oor (where the robot moves) must be planes. In the literature, RANSAC is a widely used method for outlier rejection. However, it might be slow in critical circumstances. Therefore, it is proposed a new algorithm that accelerates RANSAC, maintaining its reliability. The algorithm, called FMBF, consists on comparing image texture patterns between pictures, preserving the most similar ones. There are several types of comparisons, with different computational cost and reliability. FMBF manages those comparisons in order to optimize the trade-off between speed and reliability.

Combining WLAN fingerprint-based localization with sensor data for indoor navigation using mobile devices

This project proposes an approach for supporting Indoor Navigation Systems using Pedestrian Dead Reckoning-based methods and by analyzing motion sensor data available in most modern smartphones. Processes suggested in this investigation are able to calculate the distance traveled by a user while he or she is walking. WLAN fingerprint- based navigation systems benefit from the processes followed in this research and results achieved to reduce its workload and improve its positioning estimations.

Probabilistic constraint reasoning with Monte Carlo integration to robot localization

This work studies the combination of safe and probabilistic reasoning through the hybridization of Monte Carlo integration techniques with continuous constraint programming. In continuous constraint programming there are variables ranging over continuous domains (represented as intervals) together with constraints over them (relations between variables) and the goal is to find values for those variables that satisfy all the constraints (consistent scenarios). Constraint programming “branch-and-prune” algorithms produce safe enclosures of all consistent scenarios. Special proposed algorithms for probabilistic constraint reasoning compute the probability of sets of consistent scenarios which imply the calculation of an integral over these sets (quadrature). In this work we propose to extend the “branch-and-prune” algorithms with Monte Carlo integration techniques to compute such probabilities. This approach can be useful in robotics for localization problems. Traditional approaches are based on probabilistic techniques that search the most likely scenario, which may not satisfy the model constraints. We show how to apply our approach in order to cope with this problem and provide functionality in real time.

Teleoperation of a service robot using a mobile device

Teleoperation is a concept born with the rapid evolution of technology, with an intuitive meaning "operate at a distance." The first teleoperation system was created in the mid 1950s, which were handled chemicals. Remote controlled systems are present nowadays in various types of applications. This dissertation presents the development of a mobile application to perform the teleoperation of a mobile service robot. The application integrates a distributed surveillance (the result of a research project QREN) and led to the development of a communication interface between the robot (the result of another QREN project) and the vigilance system. It was necessary to specify a communication protocol between the two systems, which was implemented over a communication framework 0MQ (Zero Message Queue). For the testing, three prototype applications were developed before to perform the test on the robot.

Integration of a mobile autonomous robot in a surveillance multi-agent system

This dissertation aims to guarantee the integration of a mobile autonomous robot equipped with many sensors in a multi-agent distributed and georeferenced surveillance system. The integration of a mobile autonomous robot in this system leads to new features that will be available to clients of surveillance system may use. These features may be of two types: using the robot as an agent that will act in the environment or by using the robot as a mobile set of sensors. As an agent in the system, the robot can move to certain locations when alerts are received, in order to acknowledge the underlying events or take to action in order to assist in resolving this event. As a sensor platform in the system, it is possible to access information that is read from the sensors of the robot and access complementary measurements to the ones taken by other sensors in the multi-agent system. To integrate this mobile robot in an effective way it is necessary to extend the current multi-agent system architecture to make the connection between the two systems and to integrate the functionalities provided by the robot into the multi-agent system.

[Preface to] RoboCup 2007: Robot Soccer World Cup XI

[Excerpt] The 11th RoboCup International Symposium was held during July 9–10, 2007 at the Fox Theatre in Atlanta, GA, immediately after the 2007 Soccer, Rescue and Junior Competitions. The RoboCup community has observed an increasing interest from other communities over the past few years, e.g., the robotics community.RoboCupisseenasasignificantapproachtotheevaluationofnewlydeveloped methods to many difficult problems in robotics. Atlanta was also the location of a RoboCup@Space demonstration, which reflected the role of AI and robotics in space exploration. Prior to the symposium, space agencies had expressed an interest in cooperating with RoboCup. A first step in this direction was a successful demonstration at RoboCup 2007, which was accompanied with aninvitedtalkgivenbyaleadingscientistfromtheJapanAerospaceExploration Agency JAXA. [...]