Behaviour and learning in completely autonomous mobile robots

A number of Intelligent Mobile Robots have been developed at the University of Reading. They are completely autonomous in that no umbilical cord attaches to them to extra power supplies or computer station: further, they are not radio controlled. In this paper, the robots are discussed, in their various forms, and the individual behaviours and characteristics which appear are considered.

Robots can't really be intelligent can they?

The whole concept of just what is and what is not, intelligence is a vitally important one. As humans interact more with machines, so the similarities and differences between human and machine intelligence need to be looked at in a sensible, scientific way. This paper considers human and machine intelligence and links them closely to physical characteristics, as exhibited by robots. Potential interfaces between humans and machines are also considered, as is the state of the art in direct physical links between humans and machines.

Path planning of robots in noisy workspaces using learning automata

The problem of a manipulator operating in a noisy workspace and required to move from an initial fixed position P0 to a final position Pf is considered. However, Pf is corrupted by noise, giving rise to Pˆf, which may be obtained by sensors. The use of learning automata is proposed to tackle this problem. An automaton is placed at each joint of the manipulator which moves according to the action chosen by the automaton (forward, backward, stationary) at each instant. The simultaneous reward or penalty of the automata enables avoiding any inverse kinematics computations that would be necessary if the distance of each joint from the final position had to be calculated. Three variable-structure learning algorithms are used, i.e., the discretized linear reward-penalty (DLR-P, the linear reward-penalty (LR-P ) and a nonlinear scheme. Each algorithm is separately tested with two (forward, backward) and three forward, backward, stationary) actions.

Decentralized PID self-tuning control of industrial robots

A three degrees of freedom industrial robot is controlled by applying PID self-tuning (PID/ST) controllers. This control is considered as a corrective term to a nominal value, centrally computed from an inaccurate and/ or simplified dynamic model. An identification scheme on an assumed linear plant describing the deviation from the desired trajectory is employed in order to tune the controller coefficients and thus accomplish a behaviour prescribed through a desired pole placement. A salient feature of our approach is the decentralized nature of the controllers producing the corrective term for each joint. This opens the way to practical implementation, as recent computing requirement calculations for similar set-ups have shown in the literature. Numerical results are presented.

Future issues with robots and cyborgs

In this article, four different practical experiments in robotics and human/machine merger are firstly described and then considered with regard to their ethical implications. Results from the experiments are discussed in terms of their meaning and application possibilities. The article is written from the perspective of scientific experimentation, opening up realistic possibilities to be faced in the future rather than giving conclusive comments on the technologies employed. Human implantation and the merger of biology and technology are key elements.

A compact low-cost electronic hardware design for actuating soft robots

A low cost, compact embedded design approach for actuating soft robots is presented. The complete fabrication procedure and mode of operation was demonstrated, and the performance of the complete system was also demonstrated by building a microcontroller based hardware system which was used to actuate a soft robot for bending motion. The actuation system including the electronic circuit board and actuation components was embedded in a 3D-printed casing to ensure a compact approach for actuating soft robots. Results show the viability of the system in actuating and controlling siliconebased soft robots to achieve bending motions. Qualitative measurements of uniaxial tensile test, bending distance and pressure were obtained. This electronic design is easy to reproduce and integrate into any specified soft robotic device requiring pneumatic actuation.

A Floating-point Extended Kalman Filter Implementation for Autonomous Mobile Robots

Localization and Mapping are two of the most important capabilities for autonomous mobile robots and have been receiving considerable attention from the scientific computing community over the last 10 years. One of the most efficient methods to address these problems is based on the use of the Extended Kalman Filter (EKF). The EKF simultaneously estimates a model of the environment (map) and the position of the robot based on odometric and exteroceptive sensor information. As this algorithm demands a considerable amount of computation, it is usually executed on high end PCs coupled to the robot. In this work we present an FPGA-based architecture for the EKF algorithm that is capable of processing two-dimensional maps containing up to 1.8 k features at real time (14 Hz), a three-fold improvement over a Pentium M 1.6 GHz, and a 13-fold improvement over an ARM920T 200 MHz. The proposed architecture also consumes only 1.3% of the Pentium and 12.3% of the ARM energy per feature.

Semantic mapping using mobile robots

Robotic mapping is the process of automatically constructing an environment representation using mobile robots. We address the problem of semantic mapping, which consists of using mobile robots to create maps that represent not only metric occupancy but also other properties of the environment. Specifically, we develop techniques to build maps that represent activity and navigability of the environment. Our approach to semantic mapping is to combine machine learning techniques with standard mapping algorithms. Supervised learning methods are used to automatically associate properties of space to the desired classification patterns. We present two methods, the first based on hidden Markov models and the second on support vector machines. Both approaches have been tested and experimentally validated in two problem domains: terrain mapping and activity-based mapping.

Tecnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento aplicadas ao mapeamento geologico e geotecnico no municipio de Tres Cachoeiras, litoral norte do Rio Grande do Sul

As técnicas de sensoriarnento remoto e geoprocessamento são fundamentais para processamento e integração de dados de mapeamento geológico/geotécnico, principalmente estudos de gerenciamento e planejamento. A área estudada compreende o município de Três Cachoeiras. Litoral Norte do Rio Grande do Sul o qual inclui-se na "Reserva da Biosfera da Mata Atlântica". O município tem st: deparado com problemas de localização de sitios adequados à disposição final dos resíduos sólidos. bem como o assentamento de loteamentos residenciais e industriais, localização de jazidas de extração de material para construção, fontes de abastecimento de água e necessidade de criação de áreas de preservação ambiental. O objetivo deste trabalho foi produzir mapeamentos da área em questão, através da pesquisa geológico-geotécnica desenvolvida com emprego de imagens de satélite e fotografias aéreas, em que as informações foram cruzadas no SIG. Baseado nisto, investigaram-se os aspectos acima mencionados. a partir de uma contribuição geológico/geotécnica ao município, incluindo-se levantamento de campo, fotointerpretação, processamento e classificação de imagens do município de Três Cachoeiras, sendo os dados integrados num sistema de geoprocessamento. Utilizando-se cartas planialtimétricas, fotografias aéreas e imagem de satélite LANDSAT TM5. foram criados planos de informação como o limite da área estudada, a estrutura viária municipal, a delimitação de reservas ecológicas baseadas na legislação ambiental vigente e, por meio do modelo numérico do terreno, a carta de declividade. A fotointerpretação gerou planos de rede de drenagem, litológica. morfoestruturas e formações superficiais. Os dados de campo. sobrepostos às litológicas obtidas por fotointerpretação, produziram a carta litológica. No tratamento das imagem, foram gerados produtos com contraste, operações entre bandas, filtragens e análise de componentes principais, os quais contribuíram parira classificação da imagem e resultando nos planos de rochas/solos e cobertura/uso do solo (carta de uso atual do solo). O cruzamento destas informações permitiu a obtenção da carta de formações superficiais, lidrogeológica que, juntamente com as cartas litológica, declividades e uso atual do solo distribuíram os atributos do meio físico em planos elaborados por novos cruzamentos, que satisfazem o objetivo do estudo, sendo estes planos o produto final, ou seja, cartas de recomendação: a extração de materiais para construção civil; a implantação de obras de infraestrutura; a disposição de resíduos sólidos e loteamentos; geotécnica à agricultura; à implantação de áreas destinadas à preservação ambienta1 e recuperação.

Avaliação do desempenho de classificadores neurais para aplicações em sensoriamento remoto

Atualmente, pesquisadores das mais diversas áreas, tais como: Geologia, Física, Cartografia, Oceanografia, entre outras, utilizam imagens de satélite como uma fonte valiosa para a extração de informações sobre a superfície terrestre. Muitas vezes, a análise (classificação) destas imagens é realizada por métodos tradicionais sejam eles supervisionados (como o Método de Máxima Verossimilhança Gaussiana) ou nãosupervisionados (como o Método de Seleção pelo Pico do Histograma). Entretanto, pode-se utilizar as Redes Neurais Artificiais como uma alternativa para o aumento da acurácia em classificações digitais. Neste trabalho, utilizou-se imagens multi-espectrais do satélite LANDSAT 5-TM para a identificação de espécies vegetais (Mata Nativa, Eucalyptus e Acácia) em uma região próxima aos municípios de General Câmara, Santo Amaro e Taquari, no Estado do Rio Grande do Sul, Brasil. Comparou-se qualitativamente e quantitativamente os resultados obtidos pelo método de Máxima Verossimilhança Gaussiana e por uma Rede Neural Artificial Multinível com BackPropagation na classificação da área de estudo. Para tanto, parte desta área foi mapeada através de uma verificação de campo e com o auxílio de classificadores nãosupervisionados (Kohonen, que é uma Rede Neural, e o método de Seleção pelo Pico do Histograma). Com isto, foi possível coletar dois conjuntos de amostras, sendo que um deles foi utilizado para o treinamento dos métodos e o outro (conjunto de reconhecimento) serviu para a avaliação das classificações obtidas. Após o treinamento, parte da área de estudo foi classificada por ambos os métodos. Em seguida, os resultados obtidos foram avaliados através do uso de Tabelas de Contingência, considerando um nível de significância de 5%. Por fim, na maior parte dos testes realizados, a Rede Neural Artificial Multinível com BackPropagation apresentou valores de acurácia superiores ao Método de Máxima Verossimilhança Gaussiana. Assim, com este trabalho observou-se que não há diferença significativa de classificação para as espécies vegetais, ao nível de 5%, para a área de estudo considerada, na época de aquisição da imagem, para o conjunto de reconhecimento.

Estimativa da precipitação através de técnicas de sensoriamento remoto : estudo de caso para o estado do Rio Grande do Sul

A quantificação da precipitação é dificultada pela extrema aleatoriedade do fenômeno na natureza. Os métodos convencionais para mensuração da precipitação atuam no sentido de espacializar a precipitação mensurada pontualmente em postos pluviométricos para toda a área de interesse e, desta forma, uma rede com elevado número de postos bem distribuídos em toda a área de interesse é necessária para um resultado satisfatório. No entanto, é notória a escassez de postos pluviométricos e a má distribuição espacial dos poucos existentes, não somente no Brasil, mas em vastas áreas do globo. Neste contexto, as estimativas da precipitação com técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento pretendem potencializar a utilização dos postos pluviométricos existentes através de uma espacialização baseada em critérios físicos. Além disto, o sensoriamento remoto é a ferramenta mais capaz para gerar estimativas de precipitação nos oceanos e nas vastas áreas continentais desprovidas de qualquer tipo de informação pluviométrica. Neste trabalho investigou-se o emprego de técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento para estimativas de precipitação no sul do Brasil. Três algoritmos computadorizados foram testados, sendo utilizadas as imagens dos canais 1, 3 e 4 (visível, vapor d’água e infravermelho) do satélite GOES 8 (Geostacionary Operational Environmental Satellite – 8) fornecidas pelo Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. A área de estudo compreendeu todo o estado do Rio Grande do Sul, onde se utilizaram os dados pluviométricos diários derivados de 142 postos no ano de 1998. Os algoritmos citados buscam identificar as nuvens precipitáveis para construir modelos estatísticos que correlacionem as precipitações diária e decendial observadas em solo com determinadas características físicas das nuvens acumuladas durante o mesmo período de tempo e na mesma posição geográfica de cada pluviômetro considerado. Os critérios de decisão que norteiam os algoritmos foram baseados na temperatura do topo das nuvens (através do infravermelho termal), reflectância no canal visível, características de vizinhança e no plano de temperatura x gradiente de temperatura Os resultados obtidos pelos modelos estatísticos são expressos na forma de mapas de precipitação por intervalo de tempo que podem ser comparados com mapas de precipitação obtidas por meios convencionais.

Determinação dos índices de vulnerabilidade física através de técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento - Municípios de Tavares e São José do Norte - Litoral médio leste do RS.

Nos últimos anos a preocupação com a preservação dos recursos naturais, dos solo e das águas tem aumentado significativamente. Desta forma, a intensificação de estudos nestas áreas se faz necessária para tentar minimizar os impactos causados pela ação do homem, com vistas a recuperação. A área de estudo abrange os municípios de Tavares e S. José do Norte, situado no Litoral Médio Leste do Rio Grande do Sul, entre as coordenadas 31° 00’ e 32° 10’ de latitude Sul e 50° 00’ e 52° 10’ de longitude Oeste. Este trabalho busca fornecer subsídios para a identificação dos índices da vulnerabilidade física associados ao uso do solo da área de estudo visando a adequação do uso da terra, bem como o planejamento e o desenvolvimento de novas atividades. O estudo foi desenvolvido utilizando técnicas de sensoriamento remoto e geoprocessamento, onde os fatores foram cruzados via regra de decisão fazendo uso do SIG. Os resultados evidenciaram a necessidade de cuidados especiais no desenvolvimento de atividades sustentadas e ocupação humana.

Implantação de tecnologia de monitoramento remoto para e-service: um estudo exploratório

The purpose of this study is to define measures to increase customer satisfaction and company competitiveness using a remote monitoring technology, in an exploratory study of Alpha Elevator Company (nick name chosen to the company by the actor of the dissertation). Regarding the competitive market, the service industry is striving to achieve productivity, following the example of the manufacturing industry. Nevertheless, these efforts are limited by the amount of hours worked per week, month or year, since the sector charges its services based on the hours spent working on the equipment of the client or based on the numbers of visits. This study is based in the overcoming of the traditional paradigm of selling number of hours by a system of selling results and performance. Employing a remote monitoring system, the elevators under the company service are monitored continually and defects are detected and transmitted to the customer care center, via phone line. The customers can access this data through the Internet and obtain information like availability rate of their elevators and call back response time rate, besides being able to buy products on the company¿s home page and to send feedback. The results were obtained by participating in conferences among experts of the company, in Japan and the United States. Through the analysis of the business environment and based on the bibliographic reference, a strategy was developed to implement e-service as a competitive differentiation.