Control and navigation of a rover for agricultural purposes

L’obiettivo di questa tesi è di descrivere e implementare via software un modello di rover autonomo per uso in ambito agricolo. La scelta di questo argomento deriva dal fatto che al laboratorio CASY dell’Università di Bologna è stato commissionato un robot che possa aiutare piccoli imprenditori agricoli a essere competitivi con i più grandi. Le funzionalità che il robot avrà, una volta ultimato, andranno dal tagliare l’erba allo spruzzare fertilizzante sugli alberi da frutto. Questa tesi si interessa del progetto del sistema di navigazione. Inizialmente viene introdotto il modello cinematico e in particolare la configurazione differential drive in cui il rover rientra. Successivamente viene elaborato un sistema di controllo basato sulla linearizzazione statica del feedback. Una volta completati il modello e il sistema di controllo si procede con la generazione di traiettoria: vengono analizzati e confrontati alcuni algoritmi per l’inseguimento di una traiettoria definita tramite waypoint. Infine è presentato un algoritmo per la navigazione all’interno di un campo di filari di alberi da frutto. Le uniche informazioni esterne disponibili in questo contesto sono le rilevazioni di sensori di distanza frontali e laterali, in quanto un GPS sarebbe troppo impreciso per gli scopi. Questa tesi costituisce la base per ulteriori sviluppi del progetto. In particolare la realizzazione di un programma di supervisione che stabilisca la modalità di moto da attuare e programmi specifici per le varie funzionalità agricole del rover.

Progettazione e realizzazione di un'infrastruttura dati per la diagnostica di cuscinetti di macchine automatiche per il confezionamento

Le macchine automatiche per il confezionamento sono sistemi complessi composti da molte parti soggette a usura. Con ritmi di produzione di migliaia di pezzi l’ora, l’eventualità di un guasto e del conseguente fermo macchina, può avere ripercussioni economiche considerevoli per un’azienda. Sempre più risorse, per tale motivo, vengono dedicate allo sviluppo di tecniche per incrementare l’affidabilità dei macchinari, e che riducano al contempo, il numero e la durata degli interventi manutentivi. In tal senso, le tecniche di manutenzione predittiva permettono di prevedere, con un certo grado di accuratezza, il tempo di vita residuo dei componenti delle macchine; consentendo l’ottimizzazione della programmazione degli interventi di manutenzione. Appositi sensori installati sui macchinari permettono l’acquisizione di dati, la cui analisi è alla base di tali tecniche. L'elaborato descrive il progetto e la realizzazione di un’infrastruttura software, nell’ambiente di sviluppo Matlab, per l’elaborazione automatizzata di dati di vibrazione. Il sistema proposto, attraverso il monitoraggio dei parametri rms e kurtosis, consiste in strumento di ausilio per la diagnostica di cuscinetti. Il progetto è stato realizzato sulla base di veri dati storici messi a disposizione da un'azienda del settore. L’elaborato affronta inizialmente il problema dell’accuratezza e affidabilità dei campioni, proponendo soluzioni pratiche per la valutazione della qualità e selezione automatica dei dati. Segue la descrizione del processo di estrapolazione dei parametri sopraccitati, nel caso di cuscinetti in moto non stazionario, con profilo di velocità periodico. Nella terza parte è discussa la metodologia con cui istruire il sistema affinché possa, attraverso la redazione di report sullo stato dei componenti, fungere da strumento di diagnosi. L’ultimo capitolo descrive gli strumenti del toolbox per l’analisi dati che è stato realizzato allo scopo di aumentare potenzialità del sistema di diagnostica.

Quand le tabac s’affiche au Parlement. Débats sur les limitations en matière de publicité de la cigarette dans les cantons romands

Cette contribution porte sur les politiques d’interdiction de la publicité pour les cigarettes, l’un des axes-clé de la prévention structurelle du tabagisme. Nous nous intéressons à la rapide et récente dissémination de ces politiques dans les cantons suisses, qui contraste avec l’immobilisme fédéral. Nous attirons alors l’attention sur le rôle moteur du niveau d’action cantonal, au sein d’un domaine de santé publique qui avait pourtant connu, cette dernière décennie, ses plus formidables avancées dans le sillage de mouvements d’essence supranationaux. L’analyse des débats parlementaires romands nous permet finalement d’élaborer une typologie des argumentaires en présence, et de mettre en évidence les axes les plus à mêmes de provoquer une scission gauche/droite.

Rapports, pub. sous la direction de M. G. Rives, président du comité exécutif du congrès.

At head of title: # Exposition internationale de l'automobile, du cycle et des sports, organisee par l'Automobile club de France (Société d'encouragement) avec le concours des chambres syndicales des industries de l'automobile et du cycle ...

Origins and early development of human body knowledge

As a knowable object, the human body is highly complex. Evidence from several converging lines of research, including psychological studies, neuroimaging and clinical neuropsychology, indicates that human body knowledge is widely distributed in the adult brain, and is instantiated in at least three partially independent levels of representation. Sensori-motor body knowledge is responsible for on-line control and movement of one's own body and may also contribute to the perception of others' moving bodies; visuo-spatial body knowledge specifies detailed structural descriptions of the spatial attributes of the human body; and lexical-semantic body knowledge contains language-based knowledge about the human body. In the first chapter of this Monograph, we outline the evidence for these three hypothesized levels of human body knowledge, then review relevant literature on infants' and young children's human body knowledge in terms of the three-level framework. In Chapters II and III, we report two complimentary series of studies that specifically investigate the emergence of visuospatial body knowledge in infancy. Our technique is to compare infants' responses to typical and scrambled human bodies, in order to evaluate when and how infants acquire knowledge about the canonical spatial layout of the human body. Data from a series of visual habituation studies indicate that infants first discriminate scrambled from typical human body pictures at 15 to 18 months of age. Data from object examination studies similarly indicate that infants are sensitive to violations of three-dimensional human body stimuli starting at 15-18 months of age. The overall pattern of data supports several conclusions about the early development of human body knowledge: (a) detailed visuo-spatial knowledge about the human body is first evident in the second year of life, (b) visuo-spatial knowledge of human faces and human bodies are at least partially independent in infancy and (c) infants' initial visuo-spatial human body representations appear to be highly schematic, becoming more detailed and specific with development. In the final chapter, we explore these conclusions and discuss how levels of body knowledge may interact in early development.

The relationship of cervical joint position error to balance and eye movement disturbances in persistent whiplash

Cervical joint position error (JPE) has been used as a measure of cervical afferent input to detect disturbances in sensori-motor control as a possible contributor to a neck pain syndrome. This study aimed to investigate the relationship between cervical JPE, balance and eye movement control. It was of particular interest whether assessment of cervical ME alone was sufficient to signal the presence of disturbances in the two other tests. One hundred subjects with persistent whiplash-associated disorders (WADs) and 40 healthy controls subjects were assessed on measures of cervical JPE, standing balance and the smooth pursuit neck torsion test (SPNT). The results indicated that over all subjects, significant but weak-to-moderate correlations existed between all comfortable stance balance tests and both the SPNT and rotation cervical ME tests. A weak correlation was found between the SPNT and right rotation cervical JPE. An abnormal rotation cervical JPE score had a high positive prediction value (88%) but low sensitivity (60%) and specificity (54%) to determine abnormality in balance and or SPNT test. The results suggest that in patients with persistent WAD, it is not sufficient to measure ME alone. All three measures are required to identify disturbances in the postural control system. (C) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The spatial distribution and temporal dynamics of brain regions activated during the perception of object and non-object patterns

Both animal and human studies suggest that the efficiency with which we are able to grasp objects is attributable to a repertoire of motor signals derived directly from vision. This is in general agreement with the long-held belief that the automatic generation of motor signals by the perception of objects is based on the actions they afford. In this study, we used magnetoencephalography (MEG) to determine the spatial distribution and temporal dynamics of brain regions activated during passive viewing of object and non-object targets that varied in the extent to which they afforded a grasping action. Synthetic Aperture Magnetometry (SAM) was used to localize task-related oscillatory power changes within specific frequency bands, and the time course of activity within given regions-of-interest was determined by calculating time-frequency plots using a Morlet wavelet transform. Both single subject and group-averaged data on the spatial distribution of brain activity are presented. We show that: (i) significant reductions in 10-25 Hz activity within extrastriate cortex, occipito-temporal cortex, sensori-motor cortex and cerebellum were evident with passive viewing of both objects and non-objects; and (ii) reductions in oscillatory activity within the posterior part of the superior parietal cortex (area Ba7) were only evident with the perception of objects. Assuming that focal reductions in low-frequency oscillations (< 30 Hz) reflect areas of heightened neural activity, we conclude that: (i) activity within a network of brain areas, including the sensori-motor cortex, is not critically dependent on stimulus type and may reflect general changes in visual attention; and (ii) the posterior part of the superior parietal cortex, area Ba7, is activated preferentially by objects and may play a role in computations related to grasping. © 2006 Elsevier Inc. All rights reserved.

Behavioural and neuroimaging investigations of the relationship between visual attention, affordance and action

In this thesis the relationship between visual attention, affordance and action was investigated using a combination of neuroimaging and behavioural studies. Neuronal activity and movement construction were assessed when individuals passively viewed or produced action towards stimuli varying in their affordance and/or attentional attributes. The main findings were: (i) the passive perception of both object and abstract visual patterns was associated with decreased alpha and/or beta activity in sensori-motor cortex, occipito-temporal cortex and cerebellum. These are brain regions associated with the planning and production of visually guided action; (ii) for object patterns, decreased alpha and beta activity was also observed in regions of superior parietal and premotor cortex. These regions contain neurons argued to be essential for matching hand kinematics with manipulate objects; and (iii) in both control participants and a deafferented individual, studies of planned and unplanned pointing manoeuvres revealed that the attentional bias of a stimulus was critical for fast, efficient action production whereas the affordance bias was critical in determining end-point accuracy. Taken together, these findings demonstrate that affordance is not a necessary prerequisite for the potential of motor codes. Rather, affordance enables the construction of motor responses that reflect object functionality and/or manipulability. They further demonstrate that visual attention is associated with the potentiation of motor codes. Indeed, directed visual attention would appear critical for speeded responses. These findings provide new insights into the roles of directed visual attention and affordance upon action.

Leap Aided Modelling (LAM) in Blender

L'evoluzione tecnologica e l'utilizzo crescente della computer grafica in diversi settori stanno suscitando l'interesse di sempre più persone verso il mondo della modellazione 3D. I software di modellazione, tuttavia, si presentano spesso inadeguati all'utilizzo da parte di utenti senza esperienza, soprattutto a causa dei comandi di navigazione e modellazione poco intuitivi. Dal punto di vista dell'interazione uomo-computer, questi software devono infatti affrontare un grande ostacolo: il rapporto tra dispositivi di input 2D (come il mouse) e la manipolazione di una scena 3D. Il progetto presentato in questa tesi è un addon per Blender che consente di utilizzare il dispositivo Leap Motion come ausilio alla modellazione di superfici in computer grafica. L'obiettivo di questa tesi è stato quello di progettare e realizzare un'interfaccia user-friendly tra Leap e Blender, in modo da potere utilizzare i sensori del primo per facilitare ed estendere i comandi di navigazione e modellazione del secondo. L'addon realizzato per Blender implementa il concetto di LAM (Leap Aided Modelling: modellazione assistita da Leap), consentendo quindi di estendere le feature di Blender riguardanti la selezione, lo spostamento e la modifica degli oggetti in scena, la manipolazione della vista utente e la modellazione di curve e superfici Non Uniform Rational B-Splines (NURBS). Queste estensioni sono state create per rendere più veloci e semplici le operazioni altrimenti guidate esclusivamente da mouse e tastiera.

Progettazione e prototipazione di un sistema di Data Stream Processing basato su Apache Storm

Con l’avvento di Internet, il numero di utenti con un effettivo accesso alla rete e la possibilità di condividere informazioni con tutto il mondo è, negli anni, in continua crescita. Con l’introduzione dei social media, in aggiunta, gli utenti sono portati a trasferire sul web una grande quantità di informazioni personali mettendoli a disposizione delle varie aziende. Inoltre, il mondo dell’Internet Of Things, grazie al quale i sensori e le macchine risultano essere agenti sulla rete, permette di avere, per ogni utente, un numero maggiore di dispositivi, direttamente collegati tra loro e alla rete globale. Proporzionalmente a questi fattori anche la mole di dati che vengono generati e immagazzinati sta aumentando in maniera vertiginosa dando luogo alla nascita di un nuovo concetto: i Big Data. Nasce, di conseguenza, la necessità di far ricorso a nuovi strumenti che possano sfruttare la potenza di calcolo oggi offerta dalle architetture più complesse che comprendono, sotto un unico sistema, un insieme di host utili per l’analisi. A tal merito, una quantità di dati così vasta, routine se si parla di Big Data, aggiunta ad una velocità di trasmissione e trasferimento altrettanto alta, rende la memorizzazione dei dati malagevole, tanto meno se le tecniche di storage risultano essere i tradizionali DBMS. Una soluzione relazionale classica, infatti, permetterebbe di processare dati solo su richiesta, producendo ritardi, significative latenze e inevitabile perdita di frazioni di dataset. Occorre, perciò, far ricorso a nuove tecnologie e strumenti consoni a esigenze diverse dalla classica analisi batch. In particolare, è stato preso in considerazione, come argomento di questa tesi, il Data Stream Processing progettando e prototipando un sistema bastato su Apache Storm scegliendo, come campo di applicazione, la cyber security.

Riconoscimento real-time di gesture tramite tecniche di machine learning

Il riconoscimento delle gesture è un tema di ricerca che sta acquisendo sempre più popolarità, specialmente negli ultimi anni, grazie ai progressi tecnologici dei dispositivi embedded e dei sensori. Lo scopo di questa tesi è quello di utilizzare alcune tecniche di machine learning per realizzare un sistema in grado di riconoscere e classificare in tempo reale i gesti delle mani, a partire dai segnali mioelettrici (EMG) prodotti dai muscoli. Inoltre, per consentire il riconoscimento di movimenti spaziali complessi, verranno elaborati anche segnali di tipo inerziale, provenienti da una Inertial Measurement Unit (IMU) provvista di accelerometro, giroscopio e magnetometro. La prima parte della tesi, oltre ad offrire una panoramica sui dispositivi wearable e sui sensori, si occuperà di analizzare alcune tecniche per la classificazione di sequenze temporali, evidenziandone vantaggi e svantaggi. In particolare, verranno considerati approcci basati su Dynamic Time Warping (DTW), Hidden Markov Models (HMM), e reti neurali ricorrenti (RNN) di tipo Long Short-Term Memory (LSTM), che rappresentano una delle ultime evoluzioni nel campo del deep learning. La seconda parte, invece, riguarderà il progetto vero e proprio. Verrà impiegato il dispositivo wearable Myo di Thalmic Labs come caso di studio, e saranno applicate nel dettaglio le tecniche basate su DTW e HMM per progettare e realizzare un framework in grado di eseguire il riconoscimento real-time di gesture. Il capitolo finale mostrerà i risultati ottenuti (fornendo anche un confronto tra le tecniche analizzate), sia per la classificazione di gesture isolate che per il riconoscimento in tempo reale.

Rilievo fotogrammetrico da drone per la generazione di modelli termici di porzioni di territorio

In questo elaborato viene sperimentato un iter processuale che consenta di utilizzare i sensori termici affiancati a fotocamere digitale in ambito fotogrammetrico al fine di ottenere prodotto dal quale sono estrapolabili informazioni geometriche e termiche dell’oggetto di studio. Il rilievo fotogrammetrico è stato svolto mediante l’utilizzo di un drone con equipaggiamento multisensoriale, termico e digitale, su una porzione di territorio soggetto ad anomalie termiche nei pressi di Medolla (MO). Per l’analisi termica e geometrica sono stati posizionati sul campo 5 target termici di cui ne sono state misurate le coordinate per la georeferenziazione delle nuvole dense di punti e la temperatura. In particolare sono state eseguite due riprese aeree dalle quali sono stati estratti i frame necessari per i processi di restituzione fotogrammetrica. Le immagini sono state sottoposte ad una fase di trattamento che ha prodotto immagini rettificate prive di delle distorsioni impresse dall’obbiettivo. Per la creazione degli elaborati vettoriali e raster a colori e termici sono stati impiegati inizialmente software di fotogrammetria digitale in grado di fornire scene tridimensionali georeferenziate dell’oggetto. Sono state sviluppate sia in un ambiente open-source, sia sfruttando programmi commerciali. Le nuvole dense sono state successivamente trattate su una piattaforma gratuita ad interfaccia grafica. In questo modo è stato possibile effettuare dei confronti tra i diversi prodotti e valutare le potenzialità dei software stessi. Viene mostrato come creare un modello tridimensionale, contenente sia informazioni geometriche che informazioni termiche, partendo dalla nuvola termica e da quella a colori. Entrambe georeferenziate utilizzando gli stessi punti fotogrammetrici d’appoggio. Infine i prodotti ottenuti sono stati analizzati in un ambiente GIS realizzando sovrapposizioni grafiche, confronti numerici, interpolazioni, sezioni e profili.

Studio di un sistema di comunicazione ad alimentazione risonante wireless.

L'elaborato tratta della progettazione di un sistema di alimentazione wireless risonante per i nodi sensori, strumenti fondamentali per il controllo delle strutture(Structural Health Monitoring). Esso si concentra sulla realizzazione di un convertitore flyback risonante (con circuito di snubber incluso per il main switch) in grado di fornire una tensione di 5 Volt in uscita a fronte di una corrente media massima sul carico di 800mA data una tensione di 12 volt in ingresso. Dopo aver introdotto il concetto di Wireless Power Transfer (WPT) e i principi fisici su cui esso poggia (induzione elettromagnetica e risonanza elettromagnetica), si presentano i modelli circuitali più utilizzati in questo ambito. Una volta illustrate le conoscenze allo stato dell'arte dell'accoppiamento induttivo risonante, si analizza il comportamento del modello scelto, al fine di evidenziare i vantaggi dell'utilizzo del circuito alla frequenza di risonanza. Sono state effettuate simulazioni con il simulatore LTspice come controprova. Si passa quindi a dimensionare i vari elementi del circuito a fronte delle specifiche stabilite. Grazie ai risultati ottenuti, si procede alla stesura del Bill Of Materials. La tesi si conclude presentando i possibili campi di ricerca e sviluppo del sistema di alimentazione.

Progettazione e realizzazione di un prototipo di stazione per il monitoraggio ambientale

La tesi analizza la problematica del monitoraggio ambientale a basso costo, cercando di approfondirne le caratteristiche e studiando le situazioni in cui questo vi si adatta bene. Lo studio ha permesso di realizzare due tipologie di stazioni di raccolta dati, una dedicata alla misurazione delle polveri sottili, e una dedicata alla misurazione dell’acidità delle piogge. Entrambe le stazioni condividono la logica di funzionamento, quindi il “core” rimane lo stesso pur lavorando con dati estremamente diversi, mentre si distinguono per i due sensori utilizzati. In fase di test i sensori si sono dimostrati sufficientemente precisi lasciando ben sperare per la realizzazione di applicazioni in contesti reali simili a quelli considerati durante l’analisi. Le stazioni sono in grado di fornire dati geo-localizzati consultabili attraverso un portale web, è possibile visualizzare ogni stazione su una mappa ricevendo aggiornamenti sulle ultime misurazioni, inoltre si possono modellare i dati e visualizzarli su una serie di grafici. Una delle caratteristiche fondamentali che ha guidato tutta la progettazione è stata l’estendibilità del modello, la logica di funzionamento della stazione può essere facilmente implementata su tecnologie hardware e software diverse.

Simulazione della risposta dei radiometri satellitari nelle microonde AMSU-B e MHS per il retrieval della precipitazione nevosa e studio di sensibilità dell’algoritmo 183-WSL

Il lavoro di questa tesi è focalizzato sulla valutazione della sensibilità delle microonde rispetto a differenti idrometeore per le frequenze a 89 GHz e 150 GHz e nella banda di assorbimento del vapor d'acqua a 183.31 GHz. Il metodo di indagine consiste nell'utilizzo del modello di trasferimento radiativo RTTOV (Eyre, 1991) per simulare radianze dei canali dei sensori satellitari nelle microonde Advanced Microwave Sounding Unit-B (AMSU-B) e Microwave Humidity Sounder (MHS). Le simulazioni basate sul modello RTTOV si sono focalizzate su tre dataset indipendenti, forniti da ECMWF. Il primo passo tiene conto di una selezione di categorie dei profili atmosferici basato su una distinzione della fase delle idrometeore, LWP, IWP e WVP, con sottoclassi terra e oceano. La distinzione in diverse categorie permette di valutare la sensibilità di ciascuna frequenza utilizzata nelle simulazioni al variare del contenuto di acqua e ghiaccio. Un secondo approccio è usato per valutare la risposta di ciascuna frequenza nei casi di nevicate sulla terraferma. Questa indagine ha permesso lo sviluppo di un nuovo algoritmo prototipale per la stima dell'intensità di precipitazione nevosa basato su una serie di test a soglia e una equazione di combinazione lineare multipla che sfrutta una combinazione dei canali più sensibili alla snowfall: 150, 186 e 190 GHz. Una prima verifica su casi di studio pre-selezionati di snowstorm sembra fornire risultati promettenti. Infine è stato realizzato uno studio di sensibilità dell’algoritmo 183-WSL (Laviola and Levizzani, 2011) utilizzando le simulazioni di RTTOV con precipitazione/non precipitazione come predittori discreti e con le intensità di precipitazione come predittori continui. Le simulazioni RTTOV rivelano una sovrastima delle radianze in presenza di profili di pioggia e ciò potrebbe essere dovuto alle approssimazioni e parametrizzazioni adottate nel modello RTTOV-SCATT usato per la risoluzione dello scattering in presenza di precipitazione.