Integrating an entertainment robot

[EN]In this paper we will present Eldi, a mobile robot that has been in opertation at the Elder Museum of Science and Technology at Las Palmas de Gran Canaria since december 1999. This is an ongoing project that was organized in three different stages of which only the first one has been accomplished. The initial phase, termed "The Player", the second stage, actually under develpment, has been called "The Cicerone" and in the final phase, termed "The Vagabond", in which Eldi will be allowed to move erratically across the Museum. This paper will focus on the accomplished first stage to succinctly describe the physical robot and the environment and demos developed. Finally we will summarize some important lessons learnt.

Eldi: an agent based museum robot

[EN]In this paper we will present Eldi, a mobile robot that has been in daily operation at the Elder Museum of Science and Technology at Las Palmas de Gran Canaria since December 1999. This is an ongoing project that was organized in three di erent stages, describing here the one that has been accomplished. The initial phase, termed \The Player", the second stage, actually under development, has been called "The Cicerone" and in a nal phase, termed \The Vagabond", Eldi will be allowed to move erratically across the Museum. This paper will focus on the accomplished rst stage to succinctly describe the physical robot and the environment and demos developed. Finally we will summarize some important lessons learnt.

Experiences with a museum robot

In this paper we will present Eldi, a mobile robot that has been in daily operation at the Elder Museum of S ien e and Te hnology at Las Palmas de Gran Canaria sin e last De ember. This is an ongoing pro je t that was organized in three di erent stages of whi h only the rst one has been a omplished. The initial phase, termed \The Player", the se ond stage, a tually under development, has been alled "The Ci erone" and in a nal phase, termed \The Vagabond", Eldi will be allowed to move errati ally a ross the Museum...

A comparison of sound localisation techniques using cross-correlation and spiking neural networks for mobile robotics

This paper outlines the development of a crosscorrelation algorithm and a spiking neural network (SNN) for sound localisation based on real sound recorded in a noisy and dynamic environment by a mobile robot. The SNN architecture aims to simulate the sound localisation ability of the mammalian auditory pathways by exploiting the binaural cue of interaural time difference (ITD). The medial superior olive was the inspiration for the SNN architecture which required the integration of an encoding layer which produced biologically realistic spike trains, a model of the bushy cells found in the cochlear nucleus and a supervised learning algorithm. The experimental results demonstrate that biologically inspired sound localisation achieved using a SNN can compare favourably to the more classical technique of cross-correlation.

Navegação de um robô móvel baseado em um modelo de consciência artificial

This work presents a study about a the Baars-Franklin architecture, which defines a model of computational consciousness, and use it in a mobile robot navigation task. The insertion of mobile robots in dynamic environments carries a high complexity in navigation tasks, in order to deal with the constant environment changes, it is essential that the robot can adapt to this dynamism. The approach utilized in this work is to make the execution of these tasks closer to how human beings react to the same conditions by means of a model of computational consci-ousness. The LIDA architecture (Learning Intelligent Distribution Agent) is a cognitive system that seeks tomodel some of the human cognitive aspects, from low-level perceptions to decision making, as well as attention mechanism and episodic memory. In the present work, a computa-tional implementation of the LIDA architecture was evaluated by means of a case study, aiming to evaluate the capabilities of a cognitive approach to navigation of a mobile robot in dynamic and unknown environments, using experiments both with virtual environments (simulation) and a real robot in a realistic environment. This study concluded that it is possible to obtain benefits by using conscious cognitive models in mobile robot navigation tasks, presenting the positive and negative aspects of this approach.

Teleoperación de un robot móvil mediante dispositivos Android

Resumen: En el siguiente trabajo se aborda un problema para solventar la comunicación con los robots del departamento MAPIR de la Universidad de Málaga, anteriormente sólo podían ser teleoperados mediante comandos escritos en Skype, así que se procede a diseñar un cliente móvil para Android que nos permite conectarse en tiempo real a un robot, obtener la imagen de lo que su cámara capta y además permitir su teleoperación. Por su parte, el robot corre un servidor que administra esos datos al cliente para trabajar conjuntamente. Dicho trabajo se desarrolla haciendo uso de nuevas tecnologias y protocolos como es WebRTC (de Google) para el intercambio de imágenes y del lado del servidor, se ha usado NodeJS.

Motion Planning and Controls with Safety and Temporal Constraints

Motion planning, or trajectory planning, commonly refers to a process of converting high-level task specifications into low-level control commands that can be executed on the system of interest. For different applications, the system will be different. It can be an autonomous vehicle, an Unmanned Aerial Vehicle(UAV), a humanoid robot, or an industrial robotic arm. As human machine interaction is essential in many of these systems, safety is fundamental and crucial. Many of the applications also involve performing a task in an optimal manner within a given time constraint. Therefore, in this thesis, we focus on two aspects of the motion planning problem. One is the verification and synthesis of the safe controls for autonomous ground and air vehicles in collision avoidance scenarios. The other part focuses on the high-level planning for the autonomous vehicles with the timed temporal constraints. In the first aspect of our work, we first propose a verification method to prove the safety and robustness of a path planner and the path following controls based on reachable sets. We demonstrate the method on quadrotor and automobile applications. Secondly, we propose a reachable set based collision avoidance algorithm for UAVs. Instead of the traditional approaches of collision avoidance between trajectories, we propose a collision avoidance scheme based on reachable sets and tubes. We then formulate the problem as a convex optimization problem seeking control set design for the aircraft to avoid collision. We apply our approach to collision avoidance scenarios of quadrotors and fixed-wing aircraft. In the second aspect of our work, we address the high level planning problems with timed temporal logic constraints. Firstly, we present an optimization based method for path planning of a mobile robot subject to timed temporal constraints, in a dynamic environment. Temporal logic (TL) can address very complex task specifications such as safety, coverage, motion sequencing etc. We use metric temporal logic (MTL) to encode the task specifications with timing constraints. We then translate the MTL formulae into mixed integer linear constraints and solve the associated optimization problem using a mixed integer linear program solver. We have applied our approach on several case studies in complex dynamical environments subjected to timed temporal specifications. Secondly, we also present a timed automaton based method for planning under the given timed temporal logic specifications. We use metric interval temporal logic (MITL), a member of the MTL family, to represent the task specification, and provide a constructive way to generate a timed automaton and methods to look for accepting runs on the automaton to find an optimal motion (or path) sequence for the robot to complete the task.

ViDRILO: The Visual and Depth Robot Indoor Localization with Objects information dataset

In this article we describe a semantic localization dataset for indoor environments named ViDRILO. The dataset provides five sequences of frames acquired with a mobile robot in two similar office buildings under different lighting conditions. Each frame consists of a point cloud representation of the scene and a perspective image. The frames in the dataset are annotated with the semantic category of the scene, but also with the presence or absence of a list of predefined objects appearing in the scene. In addition to the frames and annotations, the dataset is distributed with a set of tools for its use in both place classification and object recognition tasks. The large number of labeled frames in conjunction with the annotation scheme make this dataset different from existing ones. The ViDRILO dataset is released for use as a benchmark for different problems such as multimodal place classification and object recognition, 3D reconstruction or point cloud data compression.

Uma contribuição ao estudo de sinais de EEG para avaliar estados emocionais e mentais de crianças com autismo na interação com robô móvel

O Transtorno do Espectro do Autismo (TEA) caracteriza-se por uma série de distúrbios cognitivos e neurocomportamentais e sua prevalência mundial é estimada em 1 criança com TEA a cada 160 crianças com típico desenvolvimento (TD). Indivíduos com TEA apresentam dificuldade em interpretar as emoções alheias e em expressar sentimentos. As emoções podem ser associadas à manifestação de sinais fisiológicos, e, dentre eles, os sinais cerebrais têm sido muito abordados. A detecção dos sinais cerebrais de crianças com TEA pode ser benéfica para o esclarecimento de suas emoções e expressões. Atualmente, muitas pesquisas integram a robótica ao tratamento pedagógico do TEA, através da interação com crianças com esse transtorno, estimulando habilidades sociais, como a imitação e a comunicação. A avaliação dos estados mentais de crianças com TEA durante a sua interação com um robô móvel é promissora e assume um aspecto inovador. Assim, os objetivos deste trabalho foram captar sinais cerebrais de crianças com TEA e de crianças com TD, como grupo controle, para o estudo de seus estados emocionais e para avaliar seus estados mentais durante a interação com um robô móvel, e avaliar também a interação dessas crianças com o robô, através de escalas quantitativas. A técnica de registro dos sinais cerebrais escolhida foi a eletroencefalografia (EEG), a qual utiliza eletrodos colocados de forma não invasiva e não dolorosa sobre o couro cabeludo da criança. Os métodos para avaliar a eficiência do uso da robótica nessa interação foram baseados em duas escalas internacionais quantitativas: Escala de Alcance de Metas (do inglês Goal Attainment Scaling - GAS) e Escala de Usabilidade de Sistemas (do inglês System Usability Scale - SUS). Os resultados obtidos mostraram que, pela técnica de EEG, foi possível classificar os estados emocionais de crianças com TD e com TEA e analisar a atividade cerebral durante o início da interação com o robô, através dos ritmos alfa e beta. Com as avaliações GAS e SUS, verificou-se que o robô móvel pode ser considerado uma potencial ferramenta terapêutica para crianças com TEA.

SAR calculation using FDTD simulations

The main intend of this work, is to determinate the Specific Absorption Rate (SAR) on human head tissues exposed to radiation caused by sources of 900 and 1800MHz, since those are the typical frequencies for mobile communications systems nowadays. In order to determinate the SAR, has been used the FDTD (Finite Difference Time Domain), which is a numeric method in time domain, obtained from the Maxwell equations in differential mode. In order to do this, a computational model from the human head in two dimensions made with cells of the smallest possible size was implemented, respecting the limits from computational processing. It was possible to verify the very good efficiency of the FDTD method in the resolution of those types of problems.

Caminhamento fotogramétrico com arranjo triangular de câmaras fotográficas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Navegação de um robô autónomo semi-industrial usando diferentes técnicas sensoriais

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Algoritmo neurogenético com vistas para o planejamento de rotas de robôs móveis autônomos

Pós-graduação em Ciência da Computação - IBILCE

Antena multi-banda para comunicações móveis

O desenvolvimento dos sistemas de comunicações móveis tem vindo a ser cada vez maior, fazendo com que os sistemas funcionem em várias bandas de operação. Neste sentido, surge a necessidade de desenvolver antenas que superem aquelas já existentes, ao nível das suas propriedades electromagnéticas, para que os sistemas apresentem uma maior qualidade e possam corresponder às exigências inerentes ao desenvolvimento das sociedades. O objectivo desta dissertação de Mestrado é dimensionar, construir e medir uma antena multi-banda para comunicações móveis, com base em estruturas EBG (Electromagnetic Band-Gap) que melhorem o comportamento electromagnético daquelas já existentes, para a banda de frequências de 2.4 GHz e de 5.2 GHz. Começa-se por fazer-se um estudo acerca do estado da arte de estruturas EBG, muito utilizadas em várias áreas, nomeadamente a área das antenas, área sobre a qual esta dissertação assenta. Posteriormente é feita uma breve introdução às antenas microstrip, particularizando de seguida para antenas PIFA e as suas características. Posteriormente é feito o estudo de uma antena PIFA, com e sem a influência de estruturas EBG, para as bandas de 2.4 GHz e 5.2 GHz. Posteriormente são apresentados e comparados resultados das várias antenas. Da análise desses resultados, verifica-se que é possível obter uma antena de baixo perfil com a utilização de estruturas EBG como plano de massa. Além disso, verifica-se também que é possível diminuir a radiação traseira e aumentar a largura de banda. Finalmente, são apresentadas algumas conclusões e várias propostas de trabalho futuro.

Optimized near real-time remote device tracking and monitoring system

Os serviços baseados em localização vieram dar um novo alento à criatividade dos programadores de aplicações móveis. A vulgarização de dispositivos com capacidades de localização integradas deu origem ao desenvolvimento de aplicações que gerem e apresentam informação baseada na posição do utilizador. Desde então, o mercado móvel tem assistido ao aparecimento de novas categorias de aplicações que tiram proveito desta capacidade. Entre elas, destaca-se a monitorização remota de dispositivos, que tem vindo a assumir uma importância crescente, tanto no sector particular como no sector empresarial. Esta dissertação começa por apresentar o estado da arte sobre os diferentes sistemas de posicionamento, categorizados pela sua eficácia em ambientes internos ou externos, assim como diferentes protocolos de comunicação em tempo quase-real. É também feita uma análise ao estado actual do mercado móvel. Actualmente o mercado possui diferentes plataformas móveis com características únicas que as fazem rivalizar entre si, com vista a expandirem a sua quota de mercado. É por isso elaborado um breve estudo sobre os sistemas operativos móveis mais relevantes da actualidade. É igualmente feita uma abordagem mais profunda à arquitectura da plataforma móvel da Apple - o iOS – que serviu de base ao desenvolvimento de uma solução optimizada para localização e monitorização de dispositivos móveis. A monitorização implica uma utilização intensiva de recursos energéticos e de largura de banda que os dispositivos móveis da actualidade não estão aptos a suportar. Dado o grande consumo energético do GPS face à precária autonomia destes dispositivos, é apresentado um estudo em que se expõem soluções que permitem gerir de forma optimizada a utilização do GPS. O elevado custo dos planos de dados facultados pelas operadoras móveis é também considerado, pelo que são exploradas soluções que visam minimizar a utilização de largura de banda. Deste trabalho, nasce a aplicação EyeGotcha, que para além de permitir localizar outros utilizadores de dispositivos móveis de forma optimizada, permite também monitorizar as suas acções baseando-se num conjunto de regras pré-definidas. Estas acções são reportadas às entidades monitoras, de modo automatizado e sob a forma de alertas. Visionando-se a comercialização da aplicação, é portanto apresentado um modelo de negócio que permite obter receitas capazes de cobrirem os custos de manutenção de serviços, aos quais o funcionamento da aplicação móvel está subjugado.