Desenvolvimento e Controlo de um Veículo Autónomo Aéreo Quadrotor

A crescente necessidade de meios de inspecção e recolha de informação de infraestruturas e do meio ambiente natural, origina o recurso a meios tecnológicos cada vez mais evoluídos. Neste contexto, os robôs móveis autónomos aéreos surgem como uma ferramenta importante. Em particular, os veículos aéreos de asa móvel, pela sua manobrabilidade e controlo podem-se utilizar eficazmente em meios complexos como cenários interiores onde o ambiente é parcialmente controlado. A sua utilização em coordenação com outros veículos robóticos móveis e em particular com a crescente autonomia de decisão, permitem uma eficiência elevada, por exemplo, em tarefas de recolha automática de informação, vigilância, apoio a comunicações, etc. A inexistência de um veículo autónomo de asa móvel no cenário multi-robótico desenvolvido pelo Laboratório de Sistemas Autónomos do Instituto Superior de Engenharia do Porto, aliada às suas aplicações referidas, criou a necessidade do desenvolvimento de um veículo desta gama. Identificou-se, pois, o desenvolvimento de um veículo autónomo aéreo do tipo quadrotor com capacidade de vôo base estabilizado como o problema a resolver. Foi efectuado um levantamento de requisitos do sistema, a caracterização de um veículo autónomo aéreo Vertical Take-off and Landing - VTOL, e efectuado um trabalho de pesquisa a fim de possibilitar o conhecimento das técnicas e tecnologias envolvidas. Tendo em vista o objectivo de controlo e estabilização do veículo, foi efectuada a modelização do sistema que serviu não só para a melhor compreensão da sua dinâmica mas também para o desenvolvimento de um simulador que possibilitou a validação de estratégias de controlo e avaliação de comportamentos do veículo para diferentes cenários. A inexistência de controladores de motores brushless adequada (frequência de controlo), originou o desenvolvimento de um controlador dedicado para motores brushless, motores esses utilizados para a propulsão do veículo. Este controlador permite uma taxa de controlo a uma frequência de 20KHz, possui múltiplas interfaces de comunicação (CAN, RS232, Ethernet, SPI e JTAG), é de reduzido peso e dimensões e modular, visto ter sido implementado em dois módulos, i.e., permite a sua utilização com diferentes interfaces de potência. Projectou-se um veículo autónomo aéreo em termos físicos com a definição da sua arquitectura de hardware e software bem como o sistema de controlo de vôo. O sistema de estabilização de vôo compreende o processamento de informação fornecida por um sistema de navegação inercial, um sonar e o envio de referências de velocidade para cada um dos nós de controlo ligados a um barramento CAN instalado no veículo. A implementação do veículo foi alcançada nas suas vertentes mecânica, de hardware e software. O UAV foi equipado com um sistema computacional dotando-o de capacidades para o desempenho de tarefas previamente analisadas. No presente trabalho, são também tiradas algumas conclusões sobre o desenvolvimento do sistema e sua implementação bem como perspectivada a sua evolução futura no contexto de missões coordenadas de múltiplos veículos robóticos.

Jogos digitais com contos infantis - Uma proposta de brinquedo-jogo para dispositivos móveis

O desenvolvimento e proliferação de equipamentos e produtos multimédia, permitindo a combinação de som, imagem e texto despoletou a emergência de novos estímulos que se associam a sensações, novas formas de interagir, de comunicar e também de brincar e aprender. Jogar e brincar são excelentes fontes de estímulos, principalmente para as crianças, pois potenciam a evolução da lógica, do raciocínio, das associações e da capacidade de escolha. No contexto dos jogos, decorrente da evolução tecnológica, o mercado dos jogos digitais tem vindo a expandir-se consideravelmente, nomeadamente na área dos jogos educativos. Os jogos educativos baseados em contos infantis permitem um enriquecimento de experiências, de capacidades sequenciais de lógica e promovem a apetência da criança para fantasiar num mundo paralelo. No entanto, do nosso ponto de vista, o mercado dos jogos digitais ainda tem um longo caminho a percorrer para fornecer de forma equilibrada este tipo de jogos educativos. Com este trabalho abordam-se as potencialidades que os jogos educativos baseados em contos infantis podem ter no desenvolvimento de algumas competências das crianças, nomeadamente através da análise das suas vantagens e dos seus aspetos negativos. O mercado dos jogos digitais é também analisado para determinar os seus contributos e as ideias principais presentes. A componente prática deste trabalho de mestrado contempla a criação de um jogo educativo baseado em contos infantis que corresponda aos interesses das crianças entre os 3 e os 5 anos de idade, e que fomente o desenvolvimento de algumas das suas competências a nível da linguagem. Os testes feitos com o protótipo do jogo permitem aferir a recetividade por parte das crianças. A simplicidade no manuseamento da aplicação e o facto de integrar histórias do imaginário infantil consideram-se fatores positivos e motivadores à utilização do jogo “Contos Baralhados: Brinca com as Histórias”.

Migração de aplicações móveis híbridas para Android nativo

Durante os últimos anos tem-se assistido a um crescimento exponencial da utilização dos dispositivos móveis. Atualmente, a presença destes dispositivos está tão consolidada na sociedade em que nos encontramos que é praticamente impossível estar num espaço público sem encontrar uma pessoa a utilizar um exemplar deste tipo de dispositivos, na forma de um Smartphone ou um Tablet. Nesse sentido, um grande número de organizações de desenvolvimento de software tem vindo a apostar na criação de aplicações para servir este mercado com enorme potencial. De forma a iniciar o desenvolvimento aplicacional nesta área, cabe às organizações escolherem a metodologia de desenvolvimento que mais se adapta às suas necessidades e ao contexto que desejam explorar. Por vezes, a abordagem adotada acaba por ser tornar inadaptada a longo prazo, podendo as aplicações começar a apresentar níveis de desempenho e problemas comportamentais indesejados, de acordo com as alterações realizadas e as necessidades evidenciadas no seu processo de evolução, sendo necessário explorar outras alternativas metodológicas. No contexto apresentado surge a temática da presente dissertação, que se propõe à criação de um plano de migração tecnológica genérico direcionado a um conjunto aplicações móveis em estudo, desenvolvidas através de uma metodologia híbrida, adaptada ao desenvolvimento de aplicações compatíveis com as diversas plataformas móveis. O plano devia então ser construído com o intuito de efetuar a migração das aplicações para uma metodologia nativa, adaptada ao desenvolvimento de aplicações móveis específicas a uma determinada plataforma móvel, que no presente caso seria sob a plataforma Android. No decorrer do trabalho realizado foram desenvolvidos mecanismos e componentes genéricos que permitiram implementar um módulo de migração responsável por construir um projeto nativo base de Android através de um projeto híbrido, construído segundo as suas tecnologias específicas. Finalizada a implementação, foram realizados testes comparativos entre a aplicação alvo de migração e o protótipo nativo conseguido e foi apresentada uma série de resultados que permitiram concluir a adequação da metodologia nativa para ultrapassar a problemática evidenciada. Além disso, foi também possível concluir que o sistema de migração genérico resultante do trabalho desta dissertação permite reduzir significativamente o tempo de desenvolvimento necessário em migrações de outras aplicações que se enquadrem na mesma problemática.

Desenho de sinais de elevada eficiência de potência para sistemas de comunicações móveis

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

A flexible navigation system for autonomous robots operating in heterogeneous environments

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

Robots and humans as co-workers? The human-centred perspective of work with autonomous systems

The design of work organisation systems with automated equipment is facing new challenges and the emergence of new concepts. The social aspects that are related with new concepts on the complex work environments (CWE) are becoming more relevant for that design. The work with autonomous systems implies options in the design of workplaces. Especially that happens in such complex environments. The concepts of “agents”, “co-working” or “human-centred technical systems” reveal new dimensions related to human-computer interaction (HCI). With an increase in the number and complexity of those human-technology interfaces, the capacities of human intervention can become limited, originating further problems. The case of robotics is used to exemplify the issues related with automation in working environments and the emergence of new HCI approaches that would include social implications. We conclude that studies on technology assessment of industrial robotics and autonomous agents on manufacturing environment should also focus on the human involvement strategies in organisations. A needed participatory strategy implies a new approach to workplaces design. This means that the research focus must be on the relation between technology and social dimensions not as separate entities, but integrated in the design of an interaction system.

Técnicas de interacção e visualização para informação temporal em dispositivos móveis

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Child programming: an adequate domain specific language for programming specific robots

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Segurança em estaleiros temporários ou móveis. Exemplos de aplicação

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Construção

Aterragem de robôs aéreos multi-rotor em plataformas móveis: uma solução baseada em comportamentos e em saliência visual

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

A volumetric hybrid representation for obstacle detection in all-terrain robots

This dissertation presents an approach aimed at three-dimensional perception’s obstacle detection on all-terrain robots. Given the huge amount of acquired information, the adversities such environments present to an autonomous system and the swiftness, thus required, from each of its navigation decisions, it becomes imperative that the 3-D perceptional system to be able to map obstacles and passageways in the most swift and detailed manner. In this document, a hybrid approach is presented bringing the best of several methods together, combining the lightness of lesser meticulous analyses with the detail brought by more thorough ones. Realizing the former, a terrain’s slope mapping system upon a low resolute volumetric representation of the surrounding occupancy. For the latter’s detailed evaluation, two novel metrics were conceived to discriminate the little depth discrepancies found in between range scanner’s beam distance measurements. The hybrid solution resulting from the conjunction of these two representations provides a reliable answer to traversability mapping and a robust discrimination of penetrable vegetation from that constituting real obstructions. Two distinct robotic platforms offered the possibility to test the hybrid approach on very different applications: a boat, under an European project, the ECHORD Riverwatch, and a terrestrial four-wheeled robot for a national project, the Introsys Robot.

AGNI: an API for the control of automomous service robots

With the continuum growth of Internet connected devices, the scalability of the protocols used for communication between them is facing a new set of challenges. In robotics these communications protocols are an essential element, and must be able to accomplish with the desired communication. In a context of a multi-­‐‑agent platform, the main types of Internet communication protocols used in robotics, mission planning and task allocation problems will be revised. It will be defined how to represent a message and how to cope with their transport between devices in a distributed environment, reviewing all the layers of the messaging process. A review of the ROS platform is also presented with the intent of integrating the already existing communication protocols with the ServRobot, a mobile autonomous robot, and the DVA, a distributed autonomous surveillance system. This is done with the objective of assigning missions to ServRobot in a security context.

Context classification for service robots

This dissertation presents a solution for environment sensing using sensor fusion techniques and a context/environment classification of the surroundings in a service robot, so it could change his behavior according to the different rea-soning outputs. As an example, if a robot knows he is outdoors, in a field environment, there can be a sandy ground, in which it should slow down. Contrariwise in indoor environments, that situation is statistically unlikely to happen (sandy ground). This simple assumption denotes the importance of context-aware in automated guided vehicles.

Generating timed trajectories foran autonomous robot

Tese de Doutoramento Programa Doutoral em Engenharia Electrónica e Computadores

Towards human-like bimanual movements in anthropomorphic robots: a nonlinear optimization approach

Previously we have presented a model for generating human-like arm and hand movements on an unimanual anthropomorphic robot involved in human-robot collaboration tasks. The present paper aims to extend our model in order to address the generation of human-like bimanual movement sequences which are challenged by scenarios cluttered with obstacles. Movement planning involves large scale nonlinear constrained optimization problems which are solved using the IPOPT solver. Simulation studies show that the model generates feasible and realistic hand trajectories for action sequences involving the two hands. The computational costs involved in the planning allow for real-time human robot-interaction. A qualitative analysis reveals that the movements of the robot exhibit basic characteristics of human movements.