Field experiments for marine casualty detection with autonomous surface vehicles

In this paper we present a set of field tests for detection of human in the water with an unmanned surface vehicle using infrared and color cameras. These experiments aimed to contribute in the development of victim target tracking and obstacle avoidance for unmanned surface vehicles operating in marine search and rescue missions. This research is integrated in the work conducted in the European FP7 research project Icarus aiming to develop robotic tools for large scale rescue operations. The tests consisted in the use of the ROAZ unmanned surface vehicle equipped with a precision GPS system for localization and both visible spectrum and IR cameras to detect the target. In the experimental setup, the test human target was deployed in the water wearing a life vest and a diver suit (thus having lower temperature signature in the body except hands and head) and was equipped with a GPS logger. Multiple target approaches were performed in order to test the system with different sun incidence relative angles. The experimental setup, detection method and preliminary results from the field trials performed in the summer of 2013 in Sesimbra, Portugal and in La Spezia, Italy are also presented in this work.

High-Accuracy Low-Cost RTK-GPS for an Unmanned Surface Vehicle

This work presents a low cost RTK-GPS system for localization of unmanned surface vehicles. The system is based on the use of standard low cost L1 band receivers and in the RTKlib open source software library. Mission scenarios with multiple robotic vehicles are addressed as the ones envisioned in the ICARUS search and rescue case where the possibility of having a moving RTK base on a large USV and multiple smaller vehicles acting as rovers in a local communication network allows for local relative localization with high quality. The approach is validated in operational conditions with results presented for moving base scenario. The system was implemented in the SWIFT USV with the ROAZ autonomous surface vehicle acting as a moving base. This setup allows for the performing of a missions in a wider range of environments and applications such as precise 3D environment modeling in contained areas and multiple robot operations.

Water jet based autonomous surface vehicle for coastal waters operations

This paper presents the design of low cost, small autonomous surface vehicle for missions in the coastal waters and specifically for the challenging surf zone. The main objective of the vehicle design described in this paper is to address both the capability of operation at sea in relative challenging conditions and maintain a very low set of operational requirements (ease of deployment). This vehicle provides a first step towards being able to perform general purpose missions (such as data gathering or patrolling) and to at least in a relatively short distances to be able to be used in rescue operations (with very low handling requirements) such as carrying support to humans on the water. The USV is based on a commercially available fiber glass hull, it uses a directional waterjet powered by an electrical brushless motor for propulsion, thus without any protruding propeller reducing danger in rescue operations. Its small dimensions (1.5 m length) and weight allow versatility and ease of deployment. The vehicle design is described in this paper both from a hardware and software point of view. A characterization of the vehicle in terms of energy consumption and performance is provided both from test tank and operational scenario tests. An example application in search and rescue is also presented and discussed with the integration of this vehicle in the European ICARUS (7th framework) research project addressing the development and integration of robotic tools for large scale search and rescue operations.

Planeamento de Trajetória para Operações de Busca e Salvamento com UAVs

Os sistemas autónomos trazem como mais valia aos cenários de busca e salvamento a possibilidade de minimizar a presença de Humanos em situações de perigo e a capacidade de aceder a locais de difícil acesso. Na dissertação propõe-se endereçar novos métodos para perceção e navegação de veículos aéreos não tripulados (UAV), tendo como foco principal o planeamento de trajetórias e deteção de obstáculos. No que respeita à perceção foi desenvolvido um método para gerar clusters tendo por base os voxels gerados pelo Octomap. Na área de navegação, foram desenvolvidos dois novos métodos de planeamento de trajetórias, GPRM (Grid Probabilistic Roadmap) e PPRM (Particle Probabilistic Roadmap), que tem como método base para o seu desenvolvimento o PRM. O primeiro método desenvolvido, GPRM, espalha as partículas numa grid pré-definida, construindo posteriormente o roadmap na área determinada pela grid e com isto estima o trajeto mais curto até ao ponto destino. O segundo método desenvolvido, PPRM, espalha as partículas pelo cenário de aplicação, gera o roadmap considerando o mapa total e atribui uma probabilidade que irá permitir definir a trajetória otimizada. Para analisar a performance de cada método em comparação com o PRM, efetua-se a sua avaliação em três cenários distintos com recurso ao simulador MORSE.

eVentos 2 - Autonomous sailboat control

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

Estudio de seguimiento de las audiometrías de los años 2009, 2010 y 2011 de los pilotos de las fuerzas militares

La audición es el segundo mecanismo sensorial más importante después de la visión para obtener información durante la operación de una aeronave. Les permite a los pilotos percibir, procesar identificar los sonidos del ambiente que los rodea. Así necesita oír bien tanto en vuelo como en tierra, especialmente entre 500 y 3000 Hz para la recepción del lenguaje hablado y de las señales auditivas. Objetivo: Determinar los cambios progresivos en el tiempo y las frecuencias auditivas que se afectan en las audiometrías de los pilotos militares de las fuerzas militares en los años 2009, 2010 y 2011. Material y Métodos: Se trata de un estudio longitudinal de cohorte en el cual se identificará el comportamiento de las audiometrías de la población de pilotos de las fuerzas militares de Colombia en los años 2009, 2010 y 2011. Se hará una revisión retrospectiva de dichas audiometrías. Para dicho fin se tomó la población de pilotos de fuerzas militares que fueron distribuidos en grupos de pilotos de aeronave de ala fija que corresponden a 47 pilotos y ala rotatoria que son 155. Conclusiones: Se encontró que la frecuencia mas alterada en la población total fue la de 6000 Hz, que en lo pilotos de ala fija las frecuencias más afectadas fueron las de 4000 Hz y la de 6000Hz, la frecuencia más afectada en los pilotos de ala rotatoria fueron las de 4000 Hz, 6000 Hz y 8000 Hz, con lo que se concluye que la exposición en los pilotos afecta las frecuencias altas en las audiometrías. Se observó una relación con el número de horas de vuelo y las alteraciones audiométricas encontrándose una alteración en los pilotos entre 1000 y 4000 horas de vuelo en las frecuencias de 4000 Hz, 6000 Hz y 8000 Hz y una alteración de las todas las frecuencias en aquellos pilotos con más de 5000 horas de vuelo en el año 2009, presentando posterior recuperación en los años posteriores sin poder determinar en este estudio las causas de dicha recuperación. Los pilotos de ala rotatoria presentaron un incremento sostenido en todas las frecuencias en comparación con los pilotos de ala fija.

”Alltid saknad – aldrig glömd” : Om emotionella drivkrafter inom Missing People Sweden

”Forever missed – never forgotten”: Emotion and action in a swedish voluntary search and rescue organisation The article explores the phenomenon of voluntary policing, through a case study of the voluntary search and rescue group Missing People Sweden (MPS). The article focuses on how a collectively upheld emotionology guide members’ views on the problem MPS is engaging, how this problem should be engaged, and why people should join MPS in its activities. The material used was gathered in spring 2014; through eight semi-structured interviews, document studies and four participant observations of the organisation’s activites. The results indicate that MPS members relate their views to an emotionology consisting of two separate themes; one of equality and collectivism, and one of individualism and meritocracy. The article demonstrates that the Tönniesian terms Gemeinschaft and Gesellschaft can both be applied to describe the organisation’s social environment. It also demonstrates that the Tönniesian dichotomy is a theoretical concept that is suited to the analysis of voluntary policing groups.

A formação de rede para o atendimento de desastres de massa: o caso do acidente aéreo do voo 447 da Air France

Este estudo teve por objetivo verificar como as características do modelo de rede se manifestam em resposta a desastres de massa, por meio de um estudo de caso. O objeto dessa pesquisa foi o acidente aéreo do voo 447 da Air France, que aconteceu em meados de 2009, no Oceano Atlântico em área próxima ao arquipélago de São Pedro e São Paulo, circunscrição do estado de Pernambuco. A rede formada para a resposta a esse acidente foi composta pela Aeronáutica, Marinha, Polícia Federal, Secretaria de Defesa Social de Pernambuco, INTERPOL e Secretaria de Estado da Segurança e da Defesa Social da Paraíba, tendo ainda a participação de outras instituições, que forneceram suporte logístico de pessoas e recursos em geral para a missão. As atividades desenvolvidas durante o evento compreenderam busca e resgate dos corpos, sob a coordenação da Aeronáutica e da Marinha, pré-identificação dos corpos, sob a coordenação da Polícia Federal e da Secretaria de Defesa Social de Pernambuco, necrópsia dos corpos e coleta de material postmortem, sob a coordenação da Secretaria de Defesa Social de Pernambuco e da Secretaria de Estado da Segurança e da Defesa Social da Paraíba, coleta de material antemortem, sob a coordenação da INTERPOL e da Polícia Federal, e identificação dos corpos, que teve como coordenadores a Polícia Federal e a Secretaria de Defesa Social de Pernambuco. A pesquisa realizada compreendeu três momentos distintos: a) montagem da estrutura da rede, b) análise das etapas de gerenciamento e, c) identificação das características da rede. A montagem da estrutura da rede permitiu conhecer em detalhes a rede formada, seus integrantes, objetivos e funcionamento, e subsidiar as etapas seguintes. Com isso foi possível fazer uma análise das etapas de gerenciamento da rede, a ativação, o enquadramento, a mobilização e a síntese, e como cada uma delas aconteceu na rede de atendimento do voo 447 da Air France. Por fim, foi possível identificar as principais características do modelo de rede, a pluralidade, a horizontalidade, a capilaridade, a interdependência, a flexibilidade e a dinâmica do estado, e verificar como elas se manifestaram na missão de resposta ao acidente aéreo do voo 447 da Air France.

Sistema de chamada seletiva digital para controle de comunicações por ondas terrestres no Serviço Móvel Marítimo

As comunicações marítimas são ainda fortemente efetivadas por meio de circuitos rádio convencionais empregando ondas terrestres, em bandas de MF a VHF, especialmente após a introdução de sistemática de chamadas seletivas digitais. Entretanto, um número significativo de procedimentos operacionais nas radiocomunicações ainda depende de intervenções de operador, reduzindo sua eficiência e dando margem ao cometimento de erros como emissão de falsos alarmes de socorro. Esses erros têm sido frequentes e têm ocasionado muito desvio de atenção das ocorrências reais e perdas de tempo nas instâncias que cuidam das ações de busca e salvamento no mar, afetando, seriamente, a confiabilidade no processo de comunicações terrestres. Em vista disto, propõem-se, nesta pesquisa, sistemáticas para controle das emissões de falsos alertas de socorro, nas transmissões por ondas terrestres, e para melhorar o processo vigente de transmissão de chamadas. As chamadas de socorro recebidas pelas estações costeiras são identificadas por estas, de acordo com as estações que as emitiu, objetivando subsidiar ações corretivas por instâncias competenrtes, para inibição de novas ocorrências. Paralelamente, maior nível de automação é proposto para os processos de chamadas, reduzindo-se a dependência de procedimentos manuais e, assim, as possibilidades de emissões equivocadas, além de melhor aproveitar o conceito de chamada seletiva do sistema vigente. Tais proposições dão maior eficiência e confiabilidade às comunições terrestres, úteis especialmente nas situações de emergências, sem adicionar significativas demandas operacionais nas estações, incentivando e melhorando as condições de comunicações no SMM por ondas terrestres.

Control por modos deslizantes como estrategia de navegación en una flota de robots

En esta tesis se presenta el desarrollo de un esquema de cooperación entre vehículos terrestres (UGV) y aéreos (UAV) no tripulados, que sirve de base para conformar dos flotas de robots autónomos (denominadas FRACTAL y RoMA). Con el fin de comprobar, en diferentes escenarios y con diferente tareas, la validez de las estrategias de coordinación y cooperación propuestas en la tesis se utilizan los robots de la flota FRACTAL, que sirven como plataforma de prueba para tareas como el uso de vehículos aéreos y terrestres para apoyar labores de búsqueda y rescate en zonas de emergencia y la cooperación de una flota de robots para labores agrícolas. Se demuestra además, que el uso de la técnica de control no lineal conocida como Control por Modos Deslizantes puede ser aplicada no solo para conseguir la navegación autónoma individual de un robot aéreo o terrestre, sino también en tareas que requieren la navegación coordinada y sin colisiones de varios robots en un ambiente compartido. Para esto, se conceptualiza teóricamente el uso de la técnica de Control por Modos Deslizantes como estrategia de coordinación entre robots, extendiendo su aplicación a robots no-holonómicos en R2 y a robots aéreos en el espacio tridimensional. Después de dicha contextualización teórica, se analizan las condiciones necesarias para determinar la estabilidad del sistema multi-robot controlado y, finalmente, se comprueban las características de estabilidad y robustez ofrecidas por esta técnica de control. Tales comprobaciones se hacen simulando la navegación segura y eficiente de un grupo de UGVs para la detección de posibles riesgos ambientales, aprovechando la información aportada por un UAV. Para estas simulaciones se utilizan los modelos matemáticos de robots de la flota RoMA. Estas tareas coordinadas entre los robots se hacen posibles gracias a la efectividad, estabilidad y robustez de las estrategias de control que se desarrollan como núcleo fundamental de este trabajo de investigación. ABSTRACT This thesis presents the development of a cooperation scheme between unmanned ground (UGV) and aerial (UAV) vehicles. This scheme is the basis for forming two fleets of autonomous robots (called FRACTAL and RoMA). In order to assess, in different settings and on different tasks, the validity of the coordination and cooperation strategies proposed in the thesis, the FRACTAL fleet robots serves as a test bed for tasks like using coordinated aerial and ground vehicles to support search and rescue work in emergency scenarios or cooperation of a fleet of robots for agriculture. It is also shown that using the technique of nonlinear control known as Sliding Modes Control (SMC) can be applied not only for individual autonomous navigation of an aircraft or land robot, but also in tasks requiring the coordinated navigation of several robots, without collisions, in a shared environment. To this purpose, a strategy of coordination between robots using Sliding Mode Control technique is theoretically conceptualized, extending its application to non-holonomic robots in R2 and aerial robots in three-dimensional space. After this theoretical contextualization, the stability conditions of multi-robot system are analyzed, and finally, the stability and robustness characteristics are validated. Such validations are made with simulated experiments about the safe and efficient navigation of a group of UGV for the detection of possible environmental hazards, taking advantage of the information provided by a UAV. This simulations are made using mathematical models of RoMA fleet robots. These coordinated tasks of robots fleet are made possible thanks to the effectiveness, stability and robustness of the control strategies developed as core of this research.

COSPAS/SARSAT.

"Publication date: August 1986"--P. [2] of cover.

ENABLING HARDWARE TECHNOLOGIES FOR AUTONOMY IN TINY ROBOTS: CONTROL, INTEGRATION, ACTUATION

The last two decades have seen many exciting examples of tiny robots from a few cm3 to less than one cm3. Although individually limited, a large group of these robots has the potential to work cooperatively and accomplish complex tasks. Two examples from nature that exhibit this type of cooperation are ant and bee colonies. They have the potential to assist in applications like search and rescue, military scouting, infrastructure and equipment monitoring, nano-manufacture, and possibly medicine. Most of these applications require the high level of autonomy that has been demonstrated by large robotic platforms, such as the iRobot and Honda ASIMO. However, when robot size shrinks down, current approaches to achieve the necessary functions are no longer valid. This work focused on challenges associated with the electronics and fabrication. We addressed three major technical hurdles inherent to current approaches: 1) difficulty of compact integration; 2) need for real-time and power-efficient computations; 3) unavailability of commercial tiny actuators and motion mechanisms. The aim of this work was to provide enabling hardware technologies to achieve autonomy in tiny robots. We proposed a decentralized application-specific integrated circuit (ASIC) where each component is responsible for its own operation and autonomy to the greatest extent possible. The ASIC consists of electronics modules for the fundamental functions required to fulfill the desired autonomy: actuation, control, power supply, and sensing. The actuators and mechanisms could potentially be post-fabricated on the ASIC directly. This design makes for a modular architecture. The following components were shown to work in physical implementations or simulations: 1) a tunable motion controller for ultralow frequency actuation; 2) a nonvolatile memory and programming circuit to achieve automatic and one-time programming; 3) a high-voltage circuit with the highest reported breakdown voltage in standard 0.5 μm CMOS; 4) thermal actuators fabricated using CMOS compatible process; 5) a low-power mixed-signal computational architecture for robotic dynamics simulator; 6) a frequency-boost technique to achieve low jitter in ring oscillators. These contributions will be generally enabling for other systems with strict size and power constraints such as wireless sensor nodes.

Deteção de náufragos com sistemas sonar em UUV’s

Na Marinha Portuguesa, o emprego de Unmanned Underwater Vehicles (UUV) tem uma utilização muito limitada, restringe-se unicamente à deteção de minas. Contudo, com a evolução tecnológica e científica, o seu uso poderá estar a um passo de ser usado em outras vertentes cuja aplicabilidade ainda não foi explorada. Nesta linha de pensamento, surgiu o projeto ICARUS (Integrated Components for Assisted Rescue and Unmanned Search operations), que visa o desenvolvimento de veículos não tripulados para a busca e salvamento. O objetivo do mesmo, resume-se ao salvamento de náufragos com o recurso a UUV, promovendo assim uma eficiente gestão dos recursos, objetivo contemplado na diretiva de planeamento de marinha. Assim, com base no projeto desenvolvido nas teses do ano transato pelos ASPOF Maia da Fonseca e Ramos da Palma, pretende-se com a presente dissertação através de um sistema sonar instalado num UUV em modo upward looking, avaliar a viabilidade na deteção de um náufrago à deriva no mar através das suas leituras. Para tal recorre-se à simulação com o náufrago em diferentes posições e em ambientes mais adequados à realidade que é o mar. E, ainda a otimização das características que permitem a identificação do náufrago.