Sistema de visão para percepção e navegação de um UAV Quadrotor

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Robótica móvel: sistema de condução autónoma

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo Automação e Electrónica Industrial

An Evaluation of Local Feature Combiners for Robot Visual Localization

In the last decade, local image features have been widely used in robot visual localization. To assess image similarity, a strategy exploiting these features compares raw descriptors extracted from the current image to those in the models of places. This paper addresses the ensuing step in this process, where a combining function must be used to aggregate results and assign each place a score. Casting the problem in the multiple classifier systems framework, we compare several candidate combiners with respect to their performance in the visual localization task. A deeper insight into the potential of the sum and product combiners is provided by testing two extensions of these algebraic rules: threshold and weighted modifications. In addition, a voting method, previously used in robot visual localization, is assessed. All combiners are tested on a visual localization task, carried out on a public dataset. It is experimentally demonstrated that the sum rule extensions globally achieve the best performance. The voting method, whilst competitive to the algebraic rules in their standard form, is shown to be outperformed by both their modified versions.

Sistema de Visão Stereo Ativo aplicado aos robôs do ISePorto

A presente dissertação endereça o desenvolvimento de um sistema de visão stereo ativo para os robôs de futebol robótico da equipa ISePorto do ISEP, de modo a que estes tirem o máximo partido das câmaras rotativas neles existentes. Este trabalho surge da necessidade de melhorar a capacidade de perceção do ambiente por parte dos robôs, principalmente da perceção da bola quando não está no plano do campo e dos robôs adversários. Esta necessidade surge devido ao aumento da dinâmica que se tem vindo a veri car ultimamente nas competições. Para tal, foram estudados algumas trabalhos relacionados no que diz respeito a sistemas de visão stereo com baselines variáveis e eixos de rotação em ambas as câmaras, bem como fundamentos de visão stereo. Foi proposta uma arquitetura para o sistema de visão ativo de modo a ser aplicado em qualquer robô da equipa MSL (Middle Size League). Para tornar possível a implementação desta arquitetura foi desenvolvido um procedimento para a calibração e determinação em tempo real dos parâmetros extrínsecos do par stereo em função da posição angular dos eixos rotativos do robô. O sistema de visão foi também dotado de capacidade de sincronismo e foram implementadas funcionalidades ao nível de software que possibilitam a deteção de objetos na imagem, a correspondência de objetos presentes nas imagens de ambas as câmaras e consequentemente a determinação das posições tridimensionais desses objetos relativamente ao robô. O sistema desenvolvido foi testado e validado em cenário MSL ao nível de perceção da bola, robôs adversários e linhas do campo. Os resultados obtidos apresentam uma melhoria signi cativa, face à implementação atual dos robôs, na perceção tridimensional da bola quando não está no plano do campo, e dos robôs adversários.

The telegraph as an omen of the future in James W. Carey's vision

In the history of modern communication, after the development of the printing press, the telegraph unleashed a revolution in communications. Today, Internet is in many ways its heir. Reflections on the telegraph may open up perspectives concerning tendencies, possibilities and pitfalls of the Internet. The telegraph has been well explored in important literature on communication and media which tends to emphasize the history of this technology, its social context and institutional meaning [e.g. Robert L. Thompson, 1947, Tom Standage, 2007 [1998]. James W. Carey, the North- American critical cultural studies' mentor, in his essay "Technology and Ideology. The Case of the Telegraph" (2009 [1983]), suggests a distinctive approach. In the telegraph, Carey sees the prototype of many subsequent commercial empires based on science and technology, a pioneer model for complex business management; an example of interest struggle for the patents control; an inductor of changes both in language and in structures of knowledge; and a promoter of a futurist and utopian thought of information technologies. Having in mind a revolution in communications promoted by the Internet, this paper revisits this seminal essay to explore its great attainment, as well as the problems of this kind of approach which conceives the innovation of the telegraph as a metaphor for all the innovations announcing the modern stage of history and determining still today the major lines of development in modern communication systems.

Distributed active traction control system applied to the RoboCup middle size league

This work addresses the problem of traction control in mobile wheeled robots in the particular case of the RoboCup Middle Size League (MSL). The slip control problem is formulated using simple friction models for ISePorto Team robots with a differential wheel configuration. Traction was also characterized experimentally in the MSL scenario for relevant game events. This work proposes a hierarchical traction control architecture which relies in local slip detection and control at each wheel, with relevant information being relayed to a higher level responsible for global robot motion control. A dedicated one axis control embedded hardware subsystem allowing complex local control, high frequency current sensing and odometric information procession was developed. This local axis control board is integrated in a distributed system using CAN bus communications. The slipping observer was implemented in the axis control hardware nodes integrated in the ISePorto robots and was used to control and detect loss of for traction. %and to detect the ball in the kicking device. An external vision system was used to perform a qualitative analysis of the slip detection and observer performance results are presented.

Vision antropologica de la descentralizacion del sistema de salud en Mexico

OBJETIVO: Analizar cambios organizacionales, políticos y económicos resultantes de la descentralización del sistema de salud en la población sin seguridad social en México. METODOS: Se visitaron tres estados del país seleccionados por el número de habitantes en condición de pobreza, el partido político en el poder y la etapa de implementación de la descentralización (la primera fue en 1984 y la segunda en 1997). Se realizaron entrevistas durante 2007 con informantes clave de los servicios de salud de los gobiernos estatales, personas que acudieron a consulta en los servicios estatales de salud y líderes comunitarios. Los datos fueron analizados desde una perspectiva antropológica y económica. RESULTADOS: La descentralización ocurrió de forma heterogénea en cada estado, observándose una transferencia de responsabilidades de la federación a los estados, más no así una ruptura con la dependencia del nivel central - federal. Las reformas impulsadas desde el nivel federal para crear un esquema fundamentado en principios de subsidiaridad financiera y democratización en salud enfrentan retos políticos y organizacionales para su consolidación. CONCLUSIONES: El enfoque antropológico muestra la relevancia de considerar factores organizacionales, políticos y económicos como parte del proceso de descentralización.

A vision of cyber-physical internet

When the Internet was born, the purpose was to interconnect computers to share digital data at large-scale. On the other hand, when embedded systems were born, the objective was to control system components under real-time constraints through sensing devices, typically at small to medium scales. With the great evolution of the Information and Communication Technology (ICT), the tendency is to enable ubiquitous and pervasive computing to control everything (physical processes and physical objects) anytime and at a large-scale. This new vision gave recently rise to the paradigm of Cyber-Physical Systems (CPS). In this position paper, we provide a realistic vision to the concept of the Cyber-Physical Internet (CPI), discuss its design requirements and present the limitations of the current networking abstractions to fulfill these requirements. We also debate whether it is more productive to adopt a system integration approach or a radical design approach for building large-scale CPS. Finally, we present a sample of realtime challenges that must be considered in the design of the Cyber-Physical Internet.

Modeling and control of a dragonfly-like robot

Dragonflies demonstrate unique and superior flight performances than most of the other insect species and birds. They are equipped with two pairs of independently controlled wings granting an unmatchable flying performance and robustness. In this paper, the dynamics of a dragonfly-inspired robot is studied. The system performance is analyzed in terms of time response and robustness. The development of computational simulation based on the dynamics of the robotic dragonfly allows the test of different control algorithms. We study different movements, the dynamics, and the level of dexterity in wing motion of the dragonfly. The results are positive for the construction of flying platforms that effectively mimic the kinematics and dynamics of dragonflies and potentially exhibit superior flight performance than existing flying platforms.

Asthenopic symptoms and binocular vision of professional users of optical microscope

Desde 1935 que tem sido demonstrada a relação entre a execução de um trabalho de perto prolongado e o aparecimento de queixas visuais astenópicas. Anomalias da VB encontram-se significativamente aumentadas ao fim de um dia de trabalho com fixação de perto. Diminuição significativa da amplitude de acomodação e convergência depois de quatro dias a realizar uma atividade de perto. Objectivo geral: avaliar o estado da visão binocular dos profissionais de Anatomia Patológica utilizadores de microscópio ótico. Objectivos específicos: identificar as queixas astenópicas mais frequentes dos profissionais durante o trabalho com o microscópio ótico; comparar o estado da VB no início e no final de uma semana de trabalho; correlacionar o estado da VB com as queixas astenópicas sentidas pelos profissionais; correlacionar as queixas astenópicas com as horas e o número de anos de trabalho com o microscópio.

Human-robot teamwork: a knowledge-based solution

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

A mobile robot platform for open learning based on serious games and remote laboratories

Within the pedagogical community, Serious Games have arisen as a viable alternative to traditional course-based learning materials. Until now, they have been based strictly on software solutions. Meanwhile, research into Remote Laboratories has shown that they are a viable, low-cost solution for experimentation in an engineering context, providing uninterrupted access, low-maintenance requirements, and a heightened sense of reality when compared to simulations. This paper will propose a solution where both approaches are combined to deliver a Remote Laboratory-based Serious Game for use in engineering and school education. The platform for this system is the WebLab-Deusto Framework, already well-tested within the remote laboratory context, and based on open standards. The laboratory allows users to control a mobile robot in a labyrinth environment and take part in an interactive game where they must locate and correctly answer several questions, the subject of which can be adapted to educators' needs. It also integrates the Google Blockly graphical programming language, allowing students to learn basic programming and logic principles without needing to understand complex syntax.

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.

Integer vs. fractional order control of a hexapod robot

This paper studies the performance of integer and fractional order controllers in a hexapod robot with joints at the legs having viscous friction and flexibility. For that objective the robot prescribed motion is characterized in terms of several locomotion variables. The controller performance is analised through the Nyquist stability criterion. A set of model-based experiments reveals the influence of the different controller implementations upon the proposed metrics.

The operation of autonomous mobile robot assistants in the environment of care facilities adopting a user-centered development design

The participation of the Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA (Stuttgart, Germany) and the companies User Interface Design GmbH (Ludwigsburg, Germany) plus MLR System GmbH (Ludwigsburg, Germany) enabled the research and findings presented in this paper; we would like to namely mention Birgit Graf and Theo Jacobs (Fraunhofer IPA) furthermore Peter Klein and Christiane Hartmann (User Interface Design GmbH).