Dissertations / Theses on the topic 'Coordenação de robôs moveis'

Orientador : Luiz Marcos Garcia Gonçalves
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação
Made available in DSpace on 2018-08-03T22:40:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tavares_DouglasMachado_M.pdf: 3026188 bytes, checksum: 414a7299cbe04984e95ec0ae0ab846f4 (MD5) Previous issue date: 2004
Resumo: Robôs móveis autônomos são plataformas com poder de processamento embarcado, capazes de tomar decisões de forma independente frente a situações diversas impostas pelo ambiente sobre o qual operam. Têm sido muito usados em pesquisa e ensino, permitindo o desenvolvimento de aplicativos, experimentos e aprimoramento de conhecimentos. Programar um robô para que ele haja de forma autônoma, geralmente envolve a definição de estados de predicado, a partir dos quais ele possa inferir alguma ação dentro das suas possibilidades e limitações, que responda de melhor forma à situação que o ambiente lhe proporcionou. O desenvolvimento de ferramentas para comunicação, controle e navegação (esta, incluindo posicionamento, orientação e deslocamentos no ambiente), torna-se essencial para que um robô possa realizar, de forma autônoma, missões em ambientes adversos, geralmente hostis, onde mobilidade seja uma necessidade inerente. Neste contexto, o presente trabalho discute e propõe ferramentas computacionais para robôs móveis autônomos, que podem ser utilizadas, principalmente, no contexto multi-robôs, incluindo detalhes das implementações e uma série de experimentos e testes. São apresentados os conceitos e a arquitetura da plataforma LEGO, ressaltando suas potencialidades e problemas, bem como uma análise detalhada de alguns de seus compiladores e outros softwares. Foi desenvolvido um protocolo de controle (ou de comandos), ou seja, uma ferramenta que permita que programas escritos em linguagem 'C' (executando em um PC), possam escrever nas saídas e ler as entradas de uma unidade de controle localizada no robô. É apresentado um estudo e análise do tempo de comunicação do referido protocolo de comandos. Foi desenvolvida uma ferramenta para determinação da localização atual do robô, composta por odometria e por um sistema de localização visual. Esta ferramenta usa medidas esparsas da localização absoluta dadas pelo sistema de localização visual, para corrigir o sistema de odometria do robô. Finalmente, foi implementada e testada uma segunda ferramenta de localização, a qual utiliza-se somente de um sistema de localização visual baseado em marcos. Como principais contribuições deste trabalho, podem ser citadas essas ferramentas desenvolvidas, os conhecimentos adquiridos e disponibilizados à comunidade, a partir das pesquisas realizadas no intuito de formalizar conceitos e metodologias para a linha LEGO de mini-robôs. Os conhecimentos, bem como as ferramentas estão sendo essenciais à realização de vários trabalhos e aplicações, tendo gerado publicações em eventos nacionais e internacionais de qualidade, além de uma publicação em revista nacional sobre o potencial e limitações da plataforma usada para os desenvolvimentos
Abstract: Autonomous mobile robots are hardware platforms with embedded processing power, which are able to take decisions, independently, in front of several situations imposed by the environment where they operate. They have been most used in research and education, allowing the development of applications, experiments and improvement of knowledge. Programming a robot to act in autonomous way generally involves the definition of predicate states, from which it can infer some action, regarding its possibilities and limitations, in order to give the best answer to the situation imposed by its environment. The development of tools for communication, control and navigation, the last inc1uding positioning, orientation and movements in the environment, becomes essential for a robot to realize missions in autonomous way in adverse environments, generally hostile, where mobility is an inherent necessity. In this context, the present work discusses and proposes computational tools for autonomous mobile robots, that can be used mainly in the context of multi-robots, inc1uding details of the implementations, experiments and tests. The concepts and the architecture of LEGO platform are presented standing out its potentialities and problems as well as a detailed analysis of some of its compilers and others softwares. A control (or commands) protocol was developed. That is, a tool that allows programs written in 'C' language running in a PC to write in the outputs and to read from the inputs of a control unit located in the robot. It is presented a study and analysis of the communication time of this commands protocol. A tool for determination of the actual localization of the robot was also developed, composed of odometry and of a visual localization system. This tool uses sparse measurements of the absolute localization given by the visual system to correct the odometry system of the robot. Finally, it was implemented and tested a second tool for localization, which uses a visual localization system based on landmarks. As main contributions of this work, we cite these developed tools and the knowledge acquired and made available to the community through the research carried with intention to formalize the concepts and methodologies of LEGO line mini-robots. The knowledge as well as the tools are being essential in the development of some works and applications, having generated publications in national and international events, besides a publication in a national magazine about the potential and limitations of the platform used for the developments
Mestrado
Mestre em Ciência da Computação

Coordenação de robôs móveis é um tópico importante de pesquisa dado que existem tarefas que podem ser desenvolvidas de forma mais eficiente e com menor custo por um grupo de robôs do que por um só robô. Nesta dissertação é apresentado um estudo sobre coordenação de robôs móveis para o problema de navegação em ambientes externos. Para isso, foi desenvolvido um sistema de localização utilizando os dados de odometria e do receptor GPS, e um sistema de desvio de obstáculos para planejar a trajetória livre de obstáculos. Os movimentos coordenados foram realizados em função de um líder e qualquer robô da formação pode assumir a liderança. A liderança é assumida pelo robô que ultrapassar a distância mínima a um obstáculo. Movimentos estáveis são gerados através de uma lei de controle descentralizada baseada nas coordenadas dos robôs. Para garantir a estabilidade da formação quando há alternância de líder ou remoção de robôs, foi feito controle tolerante a falhas para um grupo de robôs móveis. O controle tolerante a falhas é baseado em controle H \'INFINITO\' por realimentação da saída de sistemas lineares sujeitos a saltos Markovianos para garantir a estabilidade da formação quando um dos robôs é perdido durante o movimento coordenado. Os resultados do sistema de localização mostram que o uso de filtro robusto para a fusão de dados produz uma melhor estimativa da posição do robô móvel. Os resultados também mostram que o sistema de desvio de obstáculos é capaz de gerar uma trajetória livre de obstáculos em ambientes desconhecidos. E por fim, os resultados do sistema de coordenação mostram que o grupo de robôs mantém a formação desejada percorrendo a trajetória de referência na presença de distúrbios ou quando um robô sai da formação.
Coordination of mobile robots is an important topic of research because there are tasks that may be too difficult for a single robot to perform alone, these tasks can be performed more efficiently and cheaply by a group of mobile robots. This dissertation presents a study on the coordination of mobile robots to the problem of navigation in outdoor environments. To solve this problem, a localization system using data from odometry and GPS receiver, and an obstacle avoidance system to plan the collision-free trajectory, were developed. The coordinated motions are performed by the robots that follow a leader, and any robot of the formation can assume the leadership. The leadership is assumed by a robot when it exceeds the threshold distance to an obstacle. Stable motions are generated by a decentralized control law based on the robots coordinates. To ensure the stability formation when there is alternation of leader or one of the robots is removed, we made a fault tolerant control for a group of mobile robots. The fault tolerant approach is based on output feedback H \'INFINITE\' control of Markovian jump linear systems to ensure stability of the formation when one of the robots is lost during the coordinated motion. The results of the localization system show that the use of robust filter for data fusion produces a better estimation of the mobile robots position. The results also show that the obstacle avoidance system is capable of generating a path free from obstacles in unknown environments. Finally, the results of the coordination system show that the group of robots maintain the desired formation along the reference trajectory in the presence of disturbance or removal of one of them.

Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2015-12-03T12:47:44Z No. of bitstreams: 1 Thesis.pdf: 4410121 bytes, checksum: c138779a2ecf75483d580ede40f2ea01 (MD5)
Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-01-15T18:24:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Thesis.pdf: 4410121 bytes, checksum: c138779a2ecf75483d580ede40f2ea01 (MD5)
Made available in DSpace on 2016-01-15T18:24:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Thesis.pdf: 4410121 bytes, checksum: c138779a2ecf75483d580ede40f2ea01 (MD5)
Este trabalho propõe um estudo de modelos estáticos de atrito e as suas ausências nos modelos de robôs moveis com rodas omnidirecionais em diferentes condições de opera c~ao. Ser a proposto um modelo para robôs m oveis com rodas omnidirecionais que inclui a descri c~ao de atritos estaticos na composição das forças do centro de massa do robô. Alem da modelagem, s~ao propostos métodos práticos de estimação para obter os coecientes de atrito de Coulomb, Viscoso, Stiction e o efeito de Stribeck utilizando informações sensoriais de força e velocidade do centro de massa do robô. Na pesquisa, foram utilizados robôs m oveis de diferentes tamanho de rodas assim como ambientes de navegação distintos. Dois modelos estáticos de atrito serão testados no modelo dinâmico do robô. O primeiro modelo considera as forcas de atrito de Coulomb e de atrito Viscoso. O segundo modelo considera as forcas de atrito de Coulomb, o Viscoso, o Stiction e o efeito Stribeck. Resultados experimentais com o robô e de simulação com o modelo proposto são comparados para demonstrar o desempenho da abordagem apresentada.

O contínuo aumento da complexidade no controle de sistemas robóticos, bem como a aplicação de grupos de robôs auxiliando ou substituindo seres humanos em atividades críticas tem gerado uma importante demanda por soluções mais robustas, flexíveis, e eficientes. O desenvolvimento convencional de algoritmos especializados, constituídos de sistemas baseados em regras e de autômatos usados para coordenar estes conjuntos físicos em um ambiente dinâmico é um desafio extremamente complexo. Diversos modelos de desenvolvimento existem, entretanto, muitos desafios da área da robótica móvel autônoma continuam em aberto. Esta tese se insere no contexto da busca por soluções inteligentes a serem aplicadas em robôs móveis autônomos com o objetivo de permitir a operação destes em ambientes dinâmicos. Buscamos, com a investigação e aplicação de estratégias inteligentes por meio de aprendizado de máquina no funcionamento dos robôs, a proposta de soluções originais que permitam uma nova visão sobre a operação de robôs móveis em três dos desafios da área da robótica móvel autônoma, que são: localização, navegação e operações com grupos de robôs. As pesquisas sobre localização e coordenação de grupos apresentam investigação e propostas originais, buscando estender o estado da arte, onde apresentam resultados inovadores. A parte sobre navegação tem como objetivo principal ser um elo entre os conceitos de localização e coordenação de grupos, sendo o foco o desenvolvimento de um veículo autônomo com maior implicação em avanços técnicos. Relacionado com a coordenação de grupos de robôs, fizemos a escolha de trabalhar sobre uma aplicação modelada como o problema de combate a incêndios florestais. Buscamos desenvolver um ambiente de simulação realístico, onde foram avaliadas quatro técnicas para busca de iii estratégias de formação do grupo: Algoritmos Genéticos, Otimização por Enxame de Partículas, Hill Climbing e (iv) Simulated Annealing. Com base nas diversas avaliações realizadas pudemos mostrar quais das técnicas e conjuntos de parâmetros permitem a obtenção de resultados mais acurados que os demais. Além disso, mostramos como uma heurística baseada em populações anteriores pode auxiliar na tolerância a falhas da operação. Relacionado com a tarefa de navegação, apresentamos o desenvolvimento de um veículo autônomo de grande porte funcional para ambientes externos. Buscamos aperfeiçoar uma arquitetura para navegação autônoma, baseada em visão monocular e com capacidade de seguir pontos esparsos de GPS. Mostramos como a simulação e os usos de robôs de pequeno porte auxiliaram no desenvolvimento do veículo de grande porte e apresentamos como as redes neurais podem ser aplicadas nos modelos de navegação autônoma. Na investigação sobre localização, mostramos um método utilizando informação obtida de redes sem fio para prover informação de localização para robôs móveis. As informações obtidas da rede sem fio são utilizadas para aprendizado da posição de um robô móvel por meio de uma rede neural. Diversas avaliações foram realizadas buscando entender o comportamento do sistema com diferentes números de pontos de acesso, com uso de filtros, com diferentes topologias. Os resultados mostram que o modelo usando redes sem fio pode ser um possível método prático e barato para localização de robôs móveis. Esta tese aborda temas relevantes e propostas originais relacionadas com os objetivos propostos, apresentando métodos que provenham autonomia na coordenação de grupos e nas atividades individuais dos mesmos. A busca por altos graus de eficiência na resolução de tarefas em ambientes dinâmicos ainda é um campo que carece de soluções e de um aprofundamento nas pesquisas. Sendo assim, esta pesquisa buscou agregar diversos avanços científicos na área de pesquisa de robôs móveis autônomos e coordenação de grupos, por meio da aplicação de estratégias inteligentes
The constant increasing of the complexity in the control of robotic systems, as well as the application of groups of robots assisting or replacing human beings in critical activities has generated a significant demand for more robust, flexible and efficient solutions. The conventional development of specialized algorithms consisted of rule-based systems and automatas, used to coordinate these physical sets in a dynamic environment is an extremely complex challenge. Although several models of development of robotic issues are currently in use, many challenges in the area remain open. This thesis is related to the search for intelligent strategies to be applied in autonomous mobile robots in order to allow practical operations in dynamic environments. We seek, with the investigation of intelligent strategies by means of the use of machine learning in the robots, to propose original solutions to allow contributions in three challenges of the robotic research area: localization, navigation and coordination of groups of robots. The investigations about localization and groups of robots show novel and original proposals, where we sought to extend the state of the art. The navigation part has as its major objective to be a link between the subjects of localization and navigation, being its aim to help the deployment of a autonomous vehicle implying in greater technical advances. Related to the robotic group coordination, we have made the choice to work on an application modeled as a wildfire combat operation. We have developed a simulation environment in which we have evaluated four techniques to obtain strategies for the group formation: genetic algorithms, particle swarm optimization, hill climbing and simulated annealing. The v results showed that we can have very different accuracy with different techniques and sets of parameters. Furthermore, we show how a heuristic based on the use of past populations can assist in fault tolerant operation. Related to the autonomous navigation task, we present the development of a large autonomous vehicle capable of operating in outdoor environments. We sought to optimize an architecture for autonomous navigation based on monocular vision and with the ability to follow scattered points of GPS.We show how the use of simulation and small robots could assist in the development of large vehicle. Furthermore, we show how neural networks can be applied as a controller to autonomous navigation systems. In the investigation about localization, we presented a method using wireless networks to provide information about localization to mobile robots. The information gathered by the wireless network is used as input in an artificial neural network which learns the position of the robot. Several evaluations were carried out in order to understand the behavior of the proposed system, as using different topologies, different numbers of access points and the use of filters. Results showed that the proposed system, using wireless networks and neural networks, may be a useful and easy to use solution for localization of mobile robots. This thesis has addressed original and relevant topics related to the proposed objectives, showing methods to allow degrees of autonomy in robotic operations. The search for higher degrees of efficiency in tasks solving in dynamic environments is still a field that lacks solutions. Therefore, this study sought to add several scientific contributions in the autonomous mobile robots research area and coordination of groups, by means of the application of intelligent strategies

A aplicação de sistemas de múltiplos robôs é desejável em várias tarefas. Algumas delas são: exploração de ambientes, mineração, detecção de minas terrestres, segurança e operações de resgate. Uma estratégia eficiente de coordenação é decisiva para alcançar melhoras no desempenho. Neste projeto, duas novas estratégias são propostas para a coordenação de sistemas de múltiplos robôs, aplicadas para as tarefas de exploração, vigilância e formação. Elas são distribuídas, descentralizadas e ocorrem em tempo de execução. A inspiração para ambas advém de mecanismos biológicos que definem uma organização social de sistemas coletivos. Especificamente, considerou-se nesta tese uma versão modificada do sistema de colônia de formigas. As estratégias são adaptáveis para cenários em que o número de robôs e a estrutura do ambiente mudam. Em relação à primeira estratégia, os experimentos consideram dois critérios de desempenho: a média de ciclos de vigilância e a média de iterações em cada intervalo de segurança. Os resultados de simulação confirmam que a exploração e vigilância emergem da sinergia dos comportamentos individuais dos robôs. Os dados obtidos mostram que a estratégia de coordenação é eficiente e satisfatória para realizar as tarefas de exploração e vigilância. Quanto à segunda estratégia, o sistema apresenta as características desejáveis para que a formação seja mantida: separação, alinhamento e coesão. Evidências empíricas mostraram que o sistema possui boa habilidade dispersiva, o que promoveu o aumento da cobertura, e que o mesmo foi capaz de se adaptar a novas topologias de grupo e configurações de ambiente
The application of systems of multiple robots is desirable in various tasks. Some of them include: exploration, mining, land mine detection, security and rescue operations. An effective strategy for coordination is crucial to achieve performance improvements. In this project, two new strategies are proposed for the coordination of multiple robot systems, applied to the tasks of exploration, surveillance and formation. They are distributed, decentralized and performed in real time. The inspiration for both of them comes from the biological mechanisms that define a social organization of collective systems. Specifically, it was considered in this thesis a modified version of the Ant Colony System. The strategies are adaptable for scenarios where the number of robots and structure of the environment change. Regarding the first strategy, the experiments consider two performance criteria: average surveillance cycles and average iterations for each patrolling interval. Simulation results confirm that the exploration and surveillance emerge from the synergy of individual behaviors of robots. The data obtained show that the coordination strategy is efficient and and suitable to perform the tasks of exploration and surveillance. Regarding the second strategy, the system presents the characteristics desirable to maintain the formation: separation, alignment and cohesion. Empirical evidence showed that the system has good dispersive ability, which promoted an increase in coverage, and that it was able to adapt to new group topologies and environment settings

Orientadores: Paulo Roberto G. Kurka, Euripedes G. O. Nobrega
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica
Made available in DSpace on 2018-07-23T15:12:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Victorino_AlessandroCorrea_M.pdf: 6845491 bytes, checksum: 9903819bc3d57ffa32aaed40f2334f6f (MD5) Previous issue date: 1998
Resumo: Robô Móvel Não-holonômico com rodas (RMN) é um sistema mecânico caracterizado por restrições cinemáticas não integráveis. Esta classe de sistemas mecânicos apresenta sérios problemas para o estudo de controle e estabilização, discutidos nesta dissertação. A condição do posto de Brockett postula que um sistema não-holonômico não pode ser estabilizado para uma configuração de repouso através de leis suaves de realimentação. Os modelos cinemáticos de estado e algumas de suas propriedades estruturais são inicialmente considerados. Linearização por realimentação dinâmica de estados e controle com realimentação suave dependente do tempo são sucessivamenteaplicados em uma estratégia híbrida, afim de se obter a convergência para a trajetória de referência e estabilizar o robô para uma configuração de repouso. É apresentado o controle de trajetória de um RMN com utilização de Linearização por Realimentação, com resultados simulados e experimentais baseados no robô KHEPERA, um robô móvel miniatura com 55mm de diâmetro. Os resultados experimentais mostram a aplicabilidade dos estudos teóricos apresentados
Abstract: Nonholonomic Wheeled Mobile Robot (NWMR) is a mechanical system which is characterized by non integrable kinematic constraints. This c1ass of mechanical system poses difficult problems to the study of control and stability, discussed here. Brockett's rank condition shows that a nonholonomic system canoot be stabilized to a rest configuration by means of smooth state feedback laws. Its structural properties are analyzed and the kinematic state space models necessary for the understanding of the behavior of the NWMR are presented. Trajectory tracking problems for mobile robots by means of feedback linearization is then considered. Dynamic feedback linearization and time-varying feedback are successively applied to handle the tracking of a moving reference trajectory and stabilization of the robot to a rest configuration. The trajectory control of a NWMR using feedback linearization is presented, with simulated and experimental results based on a Khepera, a 55 millimeters of diameter miniature mobile robot. Experimental results show the applicability of the theoretical studies presented.
Mestrado
Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico
Mestre em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_2260_Tese de Doutorado Eliete Maria de Oliveira Caldeira.pdf: 4117799 bytes, checksum: 26aca75f78d133d9c2bebbc9845349de (MD5) Previous issue date: 2002-12-11
Esta Tese de Doutorado propõe um sistema de sensoriamento baseado em um modelo de percepção onde as mudanças em imagens obtidas consecutivamente (por uma câmara de vídeo fixa sobre um robô móvel) permitem obter informação sobre o ambiente. Também é discutida a utilização deste sistema de sensoriamento para controlar a navegação de um robô móvel, sendo que para isto foi implementado um sistema de controle que usa exclusivamente a informação sensorial obtida a partir das imagens adquiridas. Tal sistema de controle caracteriza um comportamento reativo do robô, ou seja, assegura que ele possa vagar pelo ambiente sem colidir com nenhum objeto. Uma das características do sistema de sensoriamento proposto é que não há necessidade de modificação do ambiente, quer pela adição de texturas quer por controle de iluminação. A informação sobre o ambiente é obtida, a partir das imagens, pela técnica do fluxo óptico, o qual é sempre calculado para imagens adquiridas com o robô em movimento de translação. Então, um algoritmo de segmentação de movimento com base no fluxo óptico é proposto e implementado, de forma a detectar os objetos presentes na cena. Uma estimativa da distância a cada objeto é então obtida, calculando-se o tempo para contato a partir do fluxo óptico. O sistema de controle implementado utiliza a informação de tempo para contato a cada objeto para determinar uma nova direção segura para o robô, e envia a ele os comandos necessários para mudar sua direção atual. Os sistemas de sensoriamento e de controle aqui tratados foram implementados a bordo do robô Pioneer 2DX e utilizados em diversos experimentos, cujo resultado mostra que o sistema apresenta bom desempenho.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2015-12-16T17:29:20Z No. of bitstreams: 1 alexandremenezesteixeira.pdf: 8409444 bytes, checksum: df76f8cbe4e829db629062da1fd25bc7 (MD5)
Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2015-12-17T11:07:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alexandremenezesteixeira.pdf: 8409444 bytes, checksum: df76f8cbe4e829db629062da1fd25bc7 (MD5)
Made available in DSpace on 2015-12-17T11:07:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alexandremenezesteixeira.pdf: 8409444 bytes, checksum: df76f8cbe4e829db629062da1fd25bc7 (MD5) Previous issue date: 2015-02-23
FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais
Monitorar um ambiente através de múltiplos robôs autônomos em um espaço compartilhado sem que haja colisões é um grande desafio nos dias atuais. Várias pesquisas na área de robótica tem sido feitas para desenvolver essa tarefa. Sendo assim, este trabalho atua na coordenação de movimento de múltiplos robôs de serviço percorrendo de forma cíclica caminhos que se interceptam. É desejável que os robôs sigam pelos caminhos inicialmente planejados sem mudá-los durante a missão. Para evitar possíveis colisões, um controlador central foi desenvolvido para planejar as velocidades médias que os robôs deverão efetuar em cada trecho do circuito, maximizando o menor intervalo de tempo t que eles cruzam por um mesmo ponto de colisão. A solução centralizada utilizada neste trabalho foi modelada como um problema Mixed Interger Linear Programming (MILP) sendo usado o software Linear Interactive and General Optimizer (LINGO) para maximizar t e encontrar para cada robô os tempos de percurso para cada parte do caminho. Foi desenvolvida uma aplicação em C++ capaz de iniciar o processo de otimização e receber os tempos otimizados de percurso de cada robô, usados para determinar as suas respectivas velocidades médias. Além disso, esta rotina de programação teve como objetivo realizar o controle dos robôs, navegando-os com o auxílio do framework Robot Operating System (ROS) integrado ao LINGO. Para localizá-los no espaço utilizou-se um pacote de visão computacional do ROS denominado ARPOSE, com o intuito de descobrir suas respectivas posições e orientações em relação à um eixo de referência global. Por fim, simulações e testes reais foram realizados sobre um grupo de robôs para demonstrar a eficácia da abordagem. Os resultados obtidos foram satisfatórios, o que possibilitou atingir os objetivos propostos.
Monitoring an environment using multi-autonomous robots operating in a shared workspace without collisions with each other is a great challenge nowadays. Many researchs have been done to develop this important task in robotics. Thus, this thesis deals with coordinating the motions of multiple working robots traversing periodic intersecting paths. It is desired that mobile robots following the initially designed paths without change them during the mission. To avoid any collision a centralized controller was developed to planner the velocity profile of the robots over the predefined paths, maximizing the smallest time margin t that the robots cross over a same collision point. The centralized solution used in this work was modeled as a Mixed Integer Linear Programming (MILP) problem using the Linear Interactive and General Optimizer (LINGO) software to maximize t and to find for each robot the sub-path traversal time. It was developed a C++ code capable to start the optimization process and receive for each robot the optimized traversal times, used to calculate their respectives average speeds. Besides, this code was used to control the robots, which was done through the Robot Operating System (ROS) framework integrated with LINGO. A computer vision ROS package named ARPOSE was used to localize the robots during the task, calculating their poses relative the global reference frame. Finally, to demonstrate the effectiveness of the approach, simulantions and real tests was performed on mobile robots group. The results obtained were satisfactory, which allowed to achieve the goals.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas
Made available in DSpace on 2012-10-26T00:17:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 299358.pdf: 2860654 bytes, checksum: b2ea0290e3da6025c48584110876d408 (MD5)
O problema da coordenação de um sistema multi-robôs, que pode realizar atividades mais complexas e de forma mais rápida e eficiente que um único robô, é um tema complexo que apresenta um importante desafio de pesquisa. O planejamento de trajetórias e de tarefas são alguns dos problemas fundamentais dos sistemas multi-robôs e se referem a encontrar caminhos livres de colisão para cada robô determinado a realizar uma dada tarefa. Obviamente, para alcançar estes caminhos livres de colisão, algum tipo de coordenação é indispensável. Para garantir propriedades de segurança e alcançabilidade, este trabalho se interessa em estudar o uso de técnicas de modelagem e de verificação formal na solução deste tipo de problema. Para tal, duas diferentes técnicas para a solução do planejamento e coordenação de sistemas multi-robôs foram abordadas. Na primeira técnica, Teoria de Controle Supervisório, o problema consiste em calcular o supervisor ótimo que representa a lógica de controle utilizada para o planejamento de tarefas. Na segunda técnica, Autômato Jogo-Temporizado, uma estratégia é sintetizada para o planejamento de tarefas dos robôs que considera um jogo entre o ambiente e o controlador evidenciando a reatividade destes sistemas e a constante busca da vitória por parte do controlador em termos de segurança e alcançabilidade. Por fim, uma arquitetura genérica para a implementação de sistemas multi-robôs foi desenvolvida para fornecer desde o planejamento de tarefas ao controle contínuo dos robôs. Desta maneira, este trabalho avalia diferentes métodos formais para o desenvolvimento do planejamento e coordenação de sistemas multi-robôs, além de reproduzir os resultados das técnicas em um ambiente real.
The coordination problem of a multi-robot system to accomplish complex activities and in a faster and more effcient way than a single robot is a complex issue that presents a major research challenge. The path and task planning are some of the fundamental problems of multi-robot systems and corresponds to and collision-free paths for each robot to accomplish an individual given task. Obviously, to achieve these collision-free paths, some kind of coordination is essential. For this purpose, two different techniques for solving the planning and the coordination of multi-robot systems have been tackled. In the frst technique, the Supervisory Control Theory, the problem consists to calculate the optimal supervisor representing the control logic used for task planning. In the second technique, Timed Game tomata, a strategy is synthesized for the robot task planning that take account a game between the environment and the controller showing the reactivity of these systems and the constant seek for the victory by the controller in terms of safety and reachability. Finally, a generic architecture for the implementation of a multi-robot system is designed to provide resources from task planning to the continuous control. Thus, this work evaluates different formal methods for the development of planning and coordination of multi-robots systems, besides to reproduce the results of the techniques in a real environment.

Esta tese aborda o problema da modelagem e coordenação de múltiplos robôs na exe\-cução de tarefas cooperativas. É proposta e apresentada uma nova metodologia que usa alocação dinâmica de papéis na coordenação de múltiplos robôs. Basicamente, cada robô executa um papel que define as suas ações durante a cooperação. Esses papéis podem ser alterados dinamicamente permitindo que os robôs executem tarefas cooperativas em ambientes dinâmicos e não estruturados. As tarefas cooperativas e a alocação dinâmica de papéis são modeladas utilizando-se sistemas híbridos. Um sistema híbrido pode ser visto como uma composição de estados discretos e equações contínuas, sendo bastante adequado para a representação de sistemas com múltiplos robôs. Um autômato híbrido é utilizado para representar o comportamento de cada robô na execução da tarefa e a composição de vários autômatos permite que a tarefa cooperativa como um todo seja modelada. Isso permite uma melhor representação e formalização da execução de tarefas cooperativas e provê um arcabouço para obtenção de resultados formais sobre a cooperação. Vários experimentos são realizados em diversas tarefas cooperativas, utilizando-se tanto robôs reais como simulados. Para isso, foi desenvolvido um simulador chamado de MuRoS, que permite a simulação de múltiplos robôs na execução de tarefas cooperativas. Os experimentos demonstram a efetividade da metodologia proposta na modelagem e execução de tarefas cooperativas.

A utilização da abordagem de agentes, nas mais diversas áreas de aplicações, mostra o interesse nas pesquisas sobre sistemas multiagentes. Este interesse surgiu da necessidade de aplicar novas técnicas e conceitos para a construção de sistemas e para auxiliar no seu desenvolvimento. Neste sentido, os agentes satisfazem às expectativas, não sendo apenas utilizados para a solução de problemas acadêmicos, mas também de sistemas reais. Na ciência da computação, a inteligência artificial distribuída está profundamente relacionada com o problema de coordenação. O objetivo é projetar mecanismos de coordenação para grupos de agentes artificiais. Várias características envolvem a atuação de agentes em um ambiente multiagente, como os mecanismos de cooperação, coordenação, comunicação, organização, entre outros. Este trabalho apresenta um estudo sobre coordenação multiagente, enfatizando a sua avaliação. O objetivo é apresentar uma proposta de avaliação, com um conjunto de critérios definidos para serem aplicados em modelos de coordenação. Inicialmente, é apresentado um estudo sobre coordenação de agentes. A seguir, são abordados vários modelos de coordenação encontrados na literatura da área. A parte principal do trabalho corresponde à definição de critérios para avaliação da coordenação, a serem utilizados em duas etapas: uma análise do problema, com vistas à escolha de um modelo de coordenação a ser empregado em uma determinada aplicação, e uma avaliação a posteriori, baseada nos critérios propostos para avaliar o comportamento de um sistema coordenado após o uso de um modelo de coordenação específico.Para exemplificar a aplicação dos critérios, dois estudos de caso são apresentados e foram utilizados para os experimentos: um referente ao domínio da Robocup, utilizando o Time UFRGS e, outro, referente ao gerenciamento de agendas distribuídas.

A Robótica tem iniciado uma transição de Robótica Industrial para Robótica de Serviço, movendo-se em direção as necessidades diárias dos seres humanos. Para realizar essa transição, robôs necessitam de mais autonomia para executar tarefas em espaços dinâmicos ocupados por humanos, diferente dos ambientes controlados das fábricas. Nesta tese, é investigado um problema no qual um time de robôs completamente autônomos deve visitar certos locais em um ambiente interno usado por humanos a fim de executar algum tipo de tarefa. Este problema está relacionado a três importantes questões da Robótica e Inteligência Artificial (IA), que são: coordenação, localização e navegação. Para coordenar as visitas nos locais desejados, um escalonamento deve ser realizado para encontrar as rotas para os robôs. Tal escalonamento deve minimizar a distância total viajada pelo time e também balancear as rotas. Este problema pode ser modelado como sendo uma instância do Problema dos Múltiplos Caixeiros Viajantes (PMCV). Como este problema é classificado como NP-Difícil, é proposto o uso de algoritmos aproximados para encontrar soluções satisfatórias para o problema. Uma vez que as rotas estão computadas, os robôs necessitam de se localizar no ambiente para que eles tenham certeza de que estão visitando os lugares corretos. Muitas técnicas de localização não são muito precisas em ambientes internos devido a diferentes tipos de ruídos. Desta forma, é proposto uma combinação de duas delas. Nesta abordagem, um algoritmo de localização WiFi rastreia a localização global do robô, enquanto um algoritmo de localização Kinect estima sua posição atual dentro da área delimitada pela localização global. Depois de visitar um dado local de sua rota, o robô deve navegar em direção ao próximo. A navegação em ambientes internos ocupados por humanos é uma tarefa difícil, uma vez que muitos objetos móveis e dinâmicos podem ser encontrados no caminho. Para isso, o robô deve possuir controles reativos para evitar colidir com objetos dinâmicos, como pessoas, enquanto ele navega. Além disso, objetos móveis, como mobílias, são passíveis de serem movidos frequentemente, o que muda o mapa utilizado para planejar o caminho do robô. Para resolver estes problemas, é proposto um algoritmo de desvio de obstáculos e um planejador dinâmico de caminho para ambientes internos ocupados por humanos. Desta forma, esta tese contribui com uma série de algoritmos para os problemas de coordenação, localização e navegação. São introduzidos: Algoritmos Genéticos (AGs) multi-objetivo para resolver o Problema dos Múltiplos Caixeiros Viajantes, abordagens de localização que utilizam a técnica de Filtro de Partículas (FP) com dispositivos Kinect e WiFi, um Sistema Híbrido Inteligente (SHI) baseado em Lógica Fuzzy (LF) e Redes Neuronais Artificiais (RNA) para desvio de obstáculos e uma adaptação do algoritmo D*Lite que permite o robô replanejar caminhos de forma eficiente e requisitar auxílio humano se necessário. Todos os algoritmos são avaliados em robôs reais e simuladores, demonstrando seus desempenhos em resolver os problemas abordados nesta tese.
Robotics has started the transition from industrial into service robotics, moving closer towards humans daily needs. To accomplish this transition, robots require more autonomy to perform tasks in dynamic spaces occupied by humans, different from well controlled environments of factory floors. In this thesis, we investigate a problem in which a team of completely autonomous robots needs to visit certain locations in an indoor human environment in order to perform some kind of task. This problem is related to three important issues of Robotics and \ac{AI}, namely: coordination, localization and navigation. To coordinate the visits in the desired locations, a scheduling must be performed to find routes for the robots. Such scheduling needs to minimize the total distance traveled by the team and also to balance the routes. We model this problem as being an instance of the multiple Traveling Salesmen Problem (mTSP). Since it is classified as NP-Hard, we propose the use of approximation algorithms to find reasonable solutions to the problem. Once the routes are computed, the robots need to localize themselves in the environment so they can be sure that they are visiting the right places. Many localization techniques are not very accurate in indoor human environments due to different types of noise. Therefore, we propose the combination of two of them. In such approach, a WiFi localization algorithm tracks the global location of the robot while a Kinect localization algorithm estimates its current pose on that area. After visiting a given location of its route, the robot must navigate towards the next one. Navigation in indoor human environments is a challenging task as many moving and movable objects can be found in the way. The robot should be equipped with a reactive controller to avoid colliding with moving objects, like people, while it is navigating. Also, movable objects, such as furniture, are likely to be moved frequently, which changes the map used to plan the robot's path. To tackle these problems, we introduce an obstacle avoidance algorithm and a dynamic path planner for navigation in indoor human environments. We contribute a series of algorithms for the problems of coordination, localization, and navigation. We introduce: multi-objective Genetic Algorithms (GAs) to solve the mTSP, localization approaches that use Particle Filters (PFs) with Kinect and WiFi devices, a Hybrid Intelligent System (HIS) based on Fuzzy Logic (FL) and Artificial Neural Network (ANN) for obstacle avoidance, and an adaptation to the D*Lite algorithm that enables robots to replan paths efficiently and also ask for human assistance if it is necessary. All algorithms are evaluated on real robots and simulators, demonstrating their performances to solve the problems addressed in this thesis.
Tese (Doutorado)

Orientadores : Douglas Eduardo Zampieri, Andre Mendeleck
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica
Made available in DSpace on 2018-07-31T15:02:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_JoseFabioAbreude_M.pdf: 7564732 bytes, checksum: c02f34e46c1026a4be1448d102dca9cc (MD5) Previous issue date: 2001
Resumo: A navegação autônoma de veículos há muito desperta o interesse de pesquisadores, principalmente na área de inteligência artificial. Um dos problemas de grande importância é a determinação de uma trajetória, pois dela depende o veículo para que possa navegar pelo ambiente, evitando colidir com obstáculos, até alcançar uma ou mais posições pré-estabelecidas. Neste trabalho, é proposto um sistema para a geração de trajetórias, utilizando redes neurais artificiais, aplicado na navegação de robôs móveis em ambientes desestruturados. Numa primeira etapa foi abordado o uso de uma única rede neural do tipo Perceptron de Múltiplas Camadas (MLP), com uma arquitetura 28-20-2, para a resolução do problema. Entretanto, o sistema proposto apresentou um alto custo computacional para o treinamento da rede, quando da generalização das condições de trabalho, uma vez que o número de padrões utilizados era muito elevado. Numa etapa posterior, esta rede neural :MLP foi substituída por um sistema híbrido formado por funções lógicas e por 36 redes neurais :MLP. Os resultados da simulação computacional, apresentados na forma de gráficos, comprovam a eficiência do método para ambientes desestruturados
Abstract: The autonomous navigation of vehic1es has been an area of great interest for researchers for a long time, mainly in the area of artificial intelligence. One of the most interesting problems is that related to the trajectory generated for a vehic1e, which shall be guided in an environrnent, avoiding colliding with obstac1es in order to reach predefined positions. This thesis presents a methodology to generate trajectories using neural networks applied to mobile robot navigation. In a first approach, it has been used a single MLP neural network, with a 28-20-2 architecture, to solve this problem. However, this system presented a high computational effort for training the neural network, since the number of pattems increased due to the generalization of the environments. In a second approach this neural network has been improved to a hybrid system composed of logic operations and 36 MLP neural networks. The results of computer simulation presented graphically showed that the proposed methodology were efficient to guide the robot in unknown environments
Mestrado
Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico
Mestre em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_2364_Dissertacao Mestrado Rodrigo Rosenfeld Rosas.pdf: 653410 bytes, checksum: 63cb1400a0f68e88babaec03219cfc5a (MD5) Previous issue date: 2006-09-29
Apesar de existirem vários robôs móveis, as soluções adotadas para sua programação são, normalmente, do tipo ad hoc. Alguns projetos foram criados com o objetivo de prover uma interface comum aos vários tipos de robôs móveis, mas nenhum parece ter alcançado os requerimentos de sistemas robóticos reais. A maioria não se importa com restrições de tempo, as quais são intrínsecas às aplicações robóticas. Suporte de tempo-real é um requisito muito importante para comportamento determinístico. Este trabalho compara as estruturas para programação de robôs móveis existentes e propõe uma nova estrutura (framework), através de critérios claros e objetivos. Esta estrutura é desenvolvida com base no sistema operacional Linux, utilizando uma extensão de tempo-real, para prover uma interface simples e flexível, adequada à programação de aplicações de robótica móvel, que possuem restrições de tempo severas. A extensão escolhida neste trabalho foi o projeto Xenomai, embora seja possível adaptar a solução para outras extensões como RTAI ou RTLinux. A estrutura proposta permite obter latências da ordem de micro-segundos, além de facilitar bastante o processo de desenvolvimento de aplicações com robôs móveis

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-01-07T17:45:41Z No. of bitstreams: 1 claudiomaiaalvesjose.pdf: 3912964 bytes, checksum: 205414dab15935347aeda610f25295b9 (MD5)
Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-01-25T16:53:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 claudiomaiaalvesjose.pdf: 3912964 bytes, checksum: 205414dab15935347aeda610f25295b9 (MD5)
Made available in DSpace on 2016-01-25T16:53:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 claudiomaiaalvesjose.pdf: 3912964 bytes, checksum: 205414dab15935347aeda610f25295b9 (MD5) Previous issue date: 2015-02-20
Múltiplos robôs autônomos executam tarefas que necessitam de uma cooperação entre os mesmos. Este trabalho trata um problema de coordenação de robôs móveis terrestres, os quais estão divididos em dois grupos: os robôs de serviço e os robôs de recarga. Os múltiplos robôs de serviço devem percorrer caminhos fechados que se interceptam em determinados pontos. Um controlador de alto nível atua diretamente nas velocidades médias destes veículos, evitando possíveis colisões e garantindo a segurança em suas tarefas. Os caminhos são percorridos em ciclos, os quais devem ser comensuráveis e de caráter persistente, ou seja, executados num horizonte de planejamento “infinito”, o que ultrapassa as limitações de cargas de suas baterias. Para isso, é introduzido um grupo de robôs dedicados que atua no processo de troca das baterias, tarefa esta designada aos robôs de recarga. A estratégia utilizada para que todos os robôs de serviço sejam recarregados é baseada em grafo. A coordenação dos múltiplos robôs (serviço e recarga) é resolvida por meio de dois otimizadores, ambos implementados com o solver LINGO, integrados ao ROS (Robot Operating System) utilizando a linguagem C++. Um dos otimizadores coordena o movimento dos robôs de serviço com o objetivo de evitar colisões entre os mesmos. Os resultados gerados nesta primeira etapa de otimização, são utilizados para que os dois grupos robóticos estejam em sintonia durante o processo de recarga. Os caminhos percorridos pelos robôs de serviço são constituídos de pontos nos quais podem ocorrer o contato destes com os robôs de recarga. Desta maneira, a segunda parte da otimização consiste em determinar os caminhos ótimos a serem traçados pelos robôs de recarga. Este problema é resolvido por meio de um programa linear inteiro misto (MILP), o qual tem por objetivo minimizar o tempo global para a tarefa de recarga.
Autonomous multi-robots can be used to perform tasks that require cooperation between them. This work consists at the coordination problem of land mobile robots, divided into two groups: working robots and recharge robots. The working multi-robots must travel by closed paths that intersect each other. A high-level controller acts directly on average speeds of these vehicles, avoiding possible collisions and ensuring security in their tasks. The paths are traversed in cycles, which should be commensurate and persistents, executed on a infinite planning horizon, which overcomes the limitations of charges your batteries. For this is added one dedicated group of robots that operates in the battery exchange process. This group is called recharge robots. The strategy used to recharge all working robots is based on graph. The coordination of multiples robots is resolved through two optimizers, both implemented with LINGO solver, integrated with ROS (Robot Operating System) using the C++ language. One of optmizers coordinates the movement of working robots in order to avoid collisions between them. The results obtained in this first optimization step are used for the two robotic groups, became they must remain in line during the charging process. Thus, the second part of the optimization is to determine the optimum paths to be traced by the recharge robots. This problem is solved by a mixed integer linear program (MILP), with the objective of minimizing the overall time for recharging task.

Orientador: Suely Cunha Amaro Mantovani
Banca: Nobuo Oki
Banca: Carlos Aurélio Faria da Rocha
Resumo: A proposta deste trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema de navegação de um robô móvel autônomo utilizando-se de técnicas da lógica fuzzy, aqui desenvolvida na linguagem de descrição de hardware, VHDL, e a sua implementação em uma placa DE2 do fabricante Altera, usando o software de desenvolvimento, Quartus II, do mesmo fabricante. O objetivo do sistema de navegação proposto é o de que o protótipo do robô caminhe sem colidir em nenhum obstáculo (ande para frente, para esquerda, para direita e pare) usando para comunicação externa com o ambiente, três sensores de distância localizados um em cada lado do robô e um na frente, atuando através dessas informações em dois motores de passo. Os resultados desta implementação obtidos em simulação são satisfatórios e foram comparados aos resultados obtidos como o mesmo processo no MATLAB.
Abstract: The purpose of this work is to develop a navigation system of an autonomous mobile robot using fuzzy logic techniques, developed here in the hardware description language, VHDL, and its implementation on a DE2 - Altera board manufacturer, using the software development Quartus II, from the same manufacturer. The navigation system proposed in this work aims that the prototype robot rides without bumping into any obstacles (goes forward, to the left, to the right and stop) using for communication with the external environment three distance sensors, located one on each side of the robot and one at the front and acting through these information in two stepper motors. Simulation results obtained in the implementation developed here are reasonable compared to the same process done in MATLAB.
Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-05-29Bitstream added on 2014-06-13T20:49:10Z : No. of bitstreams: 1 nogueira_mm_me_ilha.pdf: 967716 bytes, checksum: bf062d4db0c2c12ad254ae25c40d377b (MD5)
A proposta deste trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema de navegação de um robô móvel autônomo utilizando-se de técnicas da lógica fuzzy, aqui desenvolvida na linguagem de descrição de hardware, VHDL, e a sua implementação em uma placa DE2 do fabricante Altera, usando o software de desenvolvimento, Quartus II, do mesmo fabricante. O objetivo do sistema de navegação proposto é o de que o protótipo do robô caminhe sem colidir em nenhum obstáculo (ande para frente, para esquerda, para direita e pare) usando para comunicação externa com o ambiente, três sensores de distância localizados um em cada lado do robô e um na frente, atuando através dessas informações em dois motores de passo. Os resultados desta implementação obtidos em simulação são satisfatórios e foram comparados aos resultados obtidos como o mesmo processo no MATLAB.
The purpose of this work is to develop a navigation system of an autonomous mobile robot using fuzzy logic techniques, developed here in the hardware description language, VHDL, and its implementation on a DE2 – Altera board manufacturer, using the software development Quartus II, from the same manufacturer. The navigation system proposed in this work aims that the prototype robot rides without bumping into any obstacles (goes forward, to the left, to the right and stop) using for communication with the external environment three distance sensors, located one on each side of the robot and one at the front and acting through these information in two stepper motors. Simulation results obtained in the implementation developed here are reasonable compared to the same process done in MATLAB.

O Brasil é uma referência mundial na produção e exportação de citros, entretanto esse cultivo pode sofrer diversos problemas e perdas de produtividade por motivos diversos, como por exemplo, pragas. Para reduzir os riscos e perdas, torna-se interessante o uso de sistemas automatizados de monitoramento, justificando a necessidade de realizar a coleta de dados para determinar diversos fatores. Determinadas plantações, como a de citros, não podem ser monitoradas somente via solo ou somente via imagens aéreas, tornando necessário mesclar ambas as abordagens de acordo com o parâmetro a ser monitorado. Para a realização desse monitoramento devem ser utilizados robôs com habilidades distintas, robôs aéreos e robôs terrestres. Assim, é preciso designar as tarefas que cada robô realizará e também coordenar todos os robôs durante a execução do sistema como um todo, visando otimizar o processo de coleta de dados. Esse problema pode ser analisado e modelado como um problema de alocação de tarefas para robôs (Multi-Robot Task Allocation (MRTA)). Para resolver esse problema propõe-se um framework baseado em técnicas de cobertura de conjuntos e em mecanismo de mercado baseado em leilão. Teste simulados são realizados e demonstram que a presente proposta cumpre o papel na alocação das tarefas aos robôs. Além disso, visando a aplicação da solução proposta é projetado e desenvolvido uma plataforma robótica aérea (quadrirotor) de baixo custo utilizando peças prototipadas. Para o controle de estabilidade dessa plataforma, propõe-se um modelo matemático de acordo com os parâmetros inerciais do quadrirotor. Esse quadrirotor é utilizado em diversas aplicações reais, mostrando que o projeto desenvolvido pode ser reproduzido e destinado a execução de tarefas reais, como por exemplo a coleta de dados na agricultura de precisão.
Brazil is a world reference in the production and export of citrus, although this crop can suffer several problems and losses of productivity for diverse reasons, as for example, pests. In order to reduce risks and losses, it is interesting to use automated monitoring systems, justifying the need to perform data collection to determine several factors. Certain plantations, such as citrus plantations, can not be monitored only via soil or only via aerial images, making it necessary to merge both approaches according to the parameter to be monitored. To perform this monitoring, robots with different abilities, such asunmanned aerial vehicle (UAV) and unmanned ground vehicle (UCV) should be used. Therefore, it is necessary to assign the tasks that each robot will perform and also to coordinate all the robots during the execution of the system as a whole, in order to optimize the process of data collection. The problem can be studied and modeled as a task allocation problem for robots (MRTA). To solve this problem we propose a framework based set covering techniques and auction-based market mechanism. Simulated tests are performed and demonstrate that the present proposal fulfills the role in assigning tasks to robots. In addition, aiming at the application of the proposed solution is designed and developed a low cost aerial robotic platform (quadrirotor) which use prototyped parts. This quadrirotor is used in several real applications, showing that the developed project can be reproduced and destined to perform real tasks, such as data collection in precision agriculture.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas
Made available in DSpace on 2012-10-26T10:11:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 301673.pdf: 2311887 bytes, checksum: 893c7f2b5f88975ca31c13bb67d6549c (MD5)
Ao longo das últimas décadas, Sistemas Multi-Robôs (SMR) têm sido aplicados a diversas áreas com o intuito de aumentar a eficiência e a robustez na execução das tarefas a serem desempenhadas por eles. Problemas de planejamento de trajetória e de tarefas são alguns dos principais desafios desta área, destacando-se que a separação entre estes níveis de planejamento permite que o problema de controle seja abordado em diferentes níveis de abstração. Neste trabalho, é tratado o problema de planejamento de tarefas na coordenação de SMRs, utilizando métodos baseados em estruturas de jogos. Especificamente, é analisada a aplicabilidade desta teoria na geração de controladores que garantam segurança na execução das aplicações, evitando comportamentos de colisão entre robôs ou com outros objetos do espaço de trabalho. Além disso, também é analisado o aspecto da obtenção de estratégias que sejam tolerantes a falta. Foram propostos princípios de modelagem, considerando o método proposto em Piterman et al. (2006), a partir dos quais várias aplicações foram modeladas. Uma vez modeladas as aplicações, foram obtidas estratégias de coordenação para cada um dos casos e, a partir dos coordenadores gerados, foram realizados experimentos e analisadas a aplicabilidade de estruturas de jogos no problema de coordenação de SMRs.
Over last decades, Multi-Robot Systems (MRS) have been applied in several areas in order to increase the efficiency and robustness in tasks execution. Path and tasks planning problems are among the main challenges in this area, pointing out that the separation between these levels of planning allows the control problem be approached at different levels of abstraction. This work is concerned with the problem of tasks planning in the coordination of MRS, using methods based on games# structures. Specifically, it is analyzed the applicability of this theory in the generation of controllers that ensure safety in the execution of applications, avoiding behaviors as collision with other robots or objects in the workspace. Furthermore, it is also analyzed obtaining aspects of fault tolerant strategies. Modeling principles have been proposed, considering the method proposed in Piterman et al.(2006), from which several applications have been modeled. Once modeled the applications, were obtained coordinating strategies for each case, and from the generated coordinators, experiments were performed and it was analyzed the applicability of game structures in the problem of coordinating MRS.

Exploring an environment using multiple autonomous robots is one of the fundamental problems in mobile robotics. A typical exploration problem is that in which robots have a model of the environment and they need to visit a set of virtual targets in this environment in order to perform some operation or just collect informations in these points. Using a team of cooperative robots in exploration tasks presents several advantages such as more speed in the mission and more robustness when compared with single robot systems. However, assign robots to visit targets in order to minimize the mission costs is a NP-Hard problem. Single-item Auctions and Sequential Single-Item Auctions are approximated mechanisms widely used in solving the coordination problem in exploration missions. However, given the limitations of these kind of auctions, these mechanisms provide low quality solutions. In the present work, it was investigated the use of combinatorial auctions in exploration of environments. It was proposed the use of some algorithms in order to make the combinatorial auction a polynomial allocation process. These algorithms were implemented and several experiments were performed in order to compare the quality provided by combinatorial auction with those provided by single-item auctions and sequential auctions. The results showed that some algorithms used in combinatorial auctions achieved better results than single-item and sequential auctions.
A exploração de ambientes utilizando múltiplos robôs autônomos é considerada um dos problemas fundamentais da robótica móvel. Um problema de exploração típico é aquele onde os robôs possuem um modelo do ambiente e precisam visitar um conjunto de pontos ou alvos virtuais neste ambiente de forma a executar alguma operação ou apenas coletar informações nestes pontos. A utilização de um time de robôs cooperativos para executar esta tarefa de exploração apresenta várias vantagens como rapidez na missão e robustez do sistema de exploração em comparação a sistemas com único robô. No entanto, atribuir robôs para a visita dos alvos de forma a minimizar os custos da missão é um problema NP-Difícil. Leilões de único item e leilões sequenciais de único item são mecanismos aproximados que têm sido muito utilizados para resolver o problema de coordenação em missões de exploração. No entanto, dadas as limitações destes leilões, estes métodos acabam produzindo alocações com baixa qualidade. Neste trabalho, foi investigado a aplicação dos leilões combinatórios ao problema de coordena ção de múltiplos robôs na exploração de ambientes. Leilões combinatórios são mais complexos, porém são capazes de prover soluções de melhor qualidade. Foi proposto o uso de alguns algoritmos de forma a tornar o leilão combinatório um processo de alocação polinomial. Tais algoritmos foram implementados e diversos experimentos foram realizados de forma a comparar a qualidade das soluções providas pelos leilões combinatórios com aquelas providas pelos leilões de único item e leilões sequenciais. Os resultados mostraram que alguns destes algoritmos utilizados nos leilões combinatórios apresentaram resultados melhores que os leilões de único item e sequenciais.

Orientador: Norian Marranghello
Banca: Aledir Silveira Pereira
Banca: Henrique Dezani
Resumo: Neste trabalho foi desenvolvido um sistema de controle híbrido bioinspirado para o planejamento de rota com vistas para a robótica móvel autônoma, baseado em redes neurais artificiais e algoritmos genéticos. O controlador tem como principal objetivo auxiliar o robô móvel em sua navegação quando aplicado em ambientes dinâmicos. Para este trabalho, o ambiente dinâmico utilizado é um "chão de fábrica" industrial, em que alguns obstáculos não são fixos e permanecem em movimentação constante. O controlador desenvolvido neste trabalho pode ser adaptado facilmente para operar em outros ambientes dinâmicos. Independentemente do ambiente utilizado, o controlador deve ser capaz de traçar uma rota possível entre o ponto inicial e o ponto de objetivo, tendo o potencial de evitar todo tipo de obstáculo que surgir nessa rota, seja um obstáculo estático ou dinâmico. O algoritmo foi implementado na linguagem C e simulado no software de modelagem e simulação de robôs V-REP (Virtual Robot Experimentation Platform). O controlador neurogenético mostrou ser eficiente para auxiliar o robô em sua navegação quando aplicado em ambientes dinâmicos
Abstract: In this work, a bioinspired hybrid control system was developed for route planning, aiming autonomous mobile robots based on artificial neural networks and genetic algorithms. The main objective of the controller is to assist the mobile robot in its navigation when applied in dynamic environments. For this work, the dynamic environment chosen was a " factory floor", in which some industrial obstacles are not fixed and remain in constant movements. The controller developed in this work can easily be adapted to operate in other dynamic environments. Regardless the environment chosen in this work, the controller must be able to map out a possible route between the starting point and the goal point with the potential to avoid all types of obstacles that appear along the routes, either a static or a dynamic one. The algorithm was implemented in C language and simulated on a robots modeling and simulation software called V-REP (Virtual Robot Experimentation Platform). The neurogenetic controller was efficient to assist the mobile robot in its navigation when applied in dynamic environments
Mestre

Submitted by Jessica Andrade (jessicastefanysa@gmail.com) on 2018-06-28T18:00:49Z No. of bitstreams: 1 TELMO.pdf: 5034534 bytes, checksum: d5ff82ed46adf98d29eb0e7b1578bb38 (MD5)
Approved for entry into archive by Margareth Ferreira Pinto (margarethfpinto@hotmail.com) on 2018-07-16T21:35:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TELMO.pdf: 5034534 bytes, checksum: d5ff82ed46adf98d29eb0e7b1578bb38 (MD5)
Made available in DSpace on 2018-07-16T21:35:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TELMO.pdf: 5034534 bytes, checksum: d5ff82ed46adf98d29eb0e7b1578bb38 (MD5) Previous issue date: 2015
O desenvolvimento de sistemas com complexidade necessária a uma abordagem mul- tiagente carrega consigo também aspectos de complexidade relacionados à avaliação dos diferentes níveis e componentes desse sistema. Um sistema multiagente pode ser com- posto por uma série de agentes heterogêneos, que apresentam variabilidade quanto à sua arquitetura interna, modelos utilizados para o seu desenvolvimento, linguagem de programação, de especificação e validação. Agregam-se a isso, contextos específicos de cada solução para com o ambiente para o qual foi projetado. Deste modo, impõem-se mecanismos que permitam estabelecer métricas de avaliação para cada nível do desenvol- vimento de um sistema multiagente, considerando dimensões como organização, comuni- cação entre agentes e os agentes em si. Esta dissertação apresenta como problemática, o estabelecimento de um benchmark para sistemas multiagente dentro do simulador de futebol de robôs Soccer Server 2D. Mais especificamente, este benchmark deve prover métricas e mecanismos de avaliação de esquemas organizacionais multiagente segundo os diferentes cenários que podem se estabelecer dentro da dinâmica de uma partida de futebol. Não obstante, deve-se permitir o estabelecimento de referências de avaliação da coletividade dos times implementados para o Soccer Server 2D, indiferente aos demais níveis de concepção do sistema.
The development of systems with the required complexity for a multi-agent approach, also carries complexity aspects related to the evaluation of different levels and compo- nents of such a system. A multi-agent system can be composed of a series of hetero- geneous agents, which have variability regarding its internal architecture, models used for its development, programming language, specification and validation. Added to this, are situated the particular contexts of each solution towards the environment for which it is designed. Therefore, it is needed mechanisms to establish evaluation metrics for each multi-agent system development level, taking into account dimensions such as or- ganization, communication between agents and the agents themselves. This dissertation presents as a problem, establish a benchmark for multi-agent systems within the robot soccer simulator Soccerserver 2D. Specifically, this benchmark should provide metrics and evaluation mechanisms of multi-agent organization schemes according to different scenarios that can be established within the dynamics of a football match . Nevertheless, it should be allowed the establishment of assessment referrals for the Robocup teams collectivity, regardless to other levels of system design.

Este trabalho apresenta uma solução para o problema de coordenação dos atuadores das pernas de robôs móveis levando em consideração múltiplos critérios. É assumido que a posição no tempo de cada atuador é descrita por uma função periódica a ser determinada iterativamente por um algoritmo de aprendizado por reforço. As pernas similares do robô são identificadas e agrupadas visando diminuir o número de funções que precisam ser determinadas. O desempenho do robô simulado é medido considerando: a) as velocidades de translação frontal e de rotação, b) a suavidade na locomoção do robô e c) o máximo torque e o consumo de energia dos atuadores. Também é investigada a utilização da transferência de conhecimento no intuito de agilizar o aprendizado em duas situações específicas: na acomodação a uma falha ocorrida e no aprendizado por partes, onde os critérios desejados para o modo de caminhar são inseridos gradativamente no aprendizado. As funções determinadas no ambiente de simulação pelo algoritmo de reforço são, então, usadas nos atuadores do robô real construído usando o kit de robótica educacional Bioloid Comprehensive Kit. O desempenho do robô real é, então, medido e comparado com o desempenho do robô simulado. Este trabalho apresenta quatro estudos de caso: um robô quadrúpede, um quadrúpede híbrido (com rodas livres acopladas aos pés), um trípode e um robô bípede. As soluções obtidas pela aplicação do método proposto são apresentadas e se mostram satisfatórias.

Orientador: Joao Mauricio Rosario
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica
Made available in DSpace on 2018-08-10T02:27:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Melo_LeonimerFlaviode_D.pdf: 6867936 bytes, checksum: 344026f77cc24610774519b704ddccfa (MD5) Previous issue date: 2007
Resumo: Este trabalho apresenta a proposta de implementação de um ambiente virtual de simulação para projeto e concepção de sistema de supervisão e controle para robôs móveis, que sejam capazes de operar e de se adaptar a diferentes ambientes e condições. Este sistema virtual tem como finalidade facilitar o desenvolvimento de protótipos de sistemas embarcados, enfatizando a implementação de ferramentas que permitam a simulação das condições cinemáticas, dinâmicas e de controle, com monitoração em tempo real de todos pontos lmportantes do sistema. Para isso, é proposta uma arquitetura aberta de controle, integrando as duas principais técnicas de implementação de controle robótico a nível de hardware: sistemas microprocessadores e dispositivos de hardware reconfiguráveis. O sistema simulador implementado é composto de um módulo gerador de trajetória, de um módulo simulador cinemático e dinâmico e de um módulo de análise de resultados e erros. O módulo gerador de trajetória tem a finalidade de, uma vez conhecendo-se o ambiente em que o robô irá atuar, com seus obstáculos e particularidades, gerar uma trajetória cartesiána ótima, respeitando os limites e características do robô móvel. Todos os resultados cinemáticos e dinâmicos colhidos durante a simulação podem ser avaliados e visualizados em formatos de gráficos e tabelas, no módulo de análise de resultados, permitindo que seja feito um aperfeiçoamento no sistema, no sentido de minimizar os erros com a otimização dos ajustes necessários. Para a implementação do controlador no sistema embarcado utiliza-se a prototipagem rápida, que é a tecnologia que permite, em conjunto com o ambiente virtual de simulação, o desenvolvimento de um projeto de um controlador para robôs móveis. A validação e testes foram realizados com modelos de robôs móveis não holonômicos de transmissão diferencial
Abstract: This work presents the proposal of virtual environment implementation for project simulation and conception of supervision aild control systems for mobile robots, that are capable to operate and adapting in different environments and conditions. This virtual system has as purpose to facilitate the development of embedded architecture systems, emphasizing the implementation of tools that alIow the simulation of the kinematic conditions, dynamic and control, with real time monitoring of alI important system points. For this, an open control architecture is proposal, integrating the two main techniques of robotic control implementation in the hardware level: systems microprocessors and reconfigurable hardware devices. The implemented simulator system is composed of a trajectory generating module, a kinematic and dynamic simulator module and of a analysis module of results and errors. The kinematic and dynamic simulator module makes alI simulation of the mobile robot folIowing the pre-determined trajectory of the trajectory generator. All the kinematic and dynamic results shown during the simulation can be evaluated and visualized in graphs and tables formats, in the results analysis module, allowing an improvement in the system, minimizing the errors with the necessary adjustments optimization. For controlIer implementation in the embedded system, it uses the rapid prototyping, that is the technology that allows, in set with the virtual simulation environment, the development of a controlIer project for mobile robots. The validation and tests had been accomplish with nonholonomics mobile robots models with diferencial transmission
Doutorado
Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico
Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Fernando Jose Von Zuben, Mauricio Fernandes Figueiredo
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação
Made available in DSpace on 2018-08-06T19:35:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Michelan_Roberto_M.pdf: 4495515 bytes, checksum: aed72feefc89070579190e862ea0f740 (MD5) Previous issue date: 2006
Resumo: A concepção de sistemas autônomos de navegação para robôs móveis, havendo múltiplos objetivos simultâneos a serem atendidos, como a coleta de lixo com manutenção da integridade, requer a adoção de técnicas refinadas de coordenação de módulos de comportamento elementar. Modelos de redes imunológicas artificiais podem então ser empregados na proposição de um controlador concebido com base em um processo de mapeamento dinâmico. Os anticorpos da rede são responsáveis pelos módulos de comportamento elementar, na forma de regras do tipo -, e as conexões são responsáveis pelos mecanismos de estímulo e supressão entre os anticorpos. A rede iniciará uma resposta imunológica sempre que lhe forem apresentados os antígenos. Estes antígenos representam a situação atual capturada pelos sensores do robô. A dinâmica da rede é baseada no nível de concentração dos anticorpos, definida com base na interação dos anticorpos e dos anticorpos com os antígenos. De acordo com o nível de concentração, um anticorpo é escolhido para definir a ação do robô. Um processo evolutivo é então responsável por definir um padrão de conexões para a rede imunológica, a partir de uma população de redes candidatas, capaz de maximizar o atendimento dos objetivos durante a navegação. Resulta então um sistema híbrido que tem a rede imunológica como responsável por introduzir um processo dinâmico de tomada de decisão e tem agora a computação evolutiva como responsável por definir a estrutura da rede. Para que fosse possível avaliar os controladores (redes imunológicas) a cada geração do processo evolutivo, um ambiente virtual foi desenvolvido para simulação computacional, com base nas características do problema de navegação. As redes imunológicas obtidas através do processo evolutivo foram analisadas e testadas em novas situações, apresentando capacidade de coordenação em tarefas simples e complexas. Os experimentos preliminares com um robô real do tipo Khepera II indicaram a eficácia da ferramenta de navegação
Abstract: The design of an autonomous navigation system for mobile robots, with simultaneous objectives to be satisfied, as garbage collection with maintenance of integrity, requires refined coordination mechanisms to deal with modules of elementary behavior. Models of artificial immune networks can then be applied to produce a controller based on dynamic mapping. The antibodies of the immune network are responsible for the modules of elementary behavior, in the form of - rules, and the connections are responsible for the mechanisms of stimulation and suppression of antibodies. The network will always start an immune response when antigens are presented. These antigens represent the current output of the robot sensors. The network dynamics is based on the levels of antibody concentration, provided by interaction among antibodies, and among antibodies and antigens. Based on its concentration level, an antibody is chosen to define the robot action. An evolutionary process is then used to define the connection pattern of the immune network, from a population of candidate networks, capable of maximizing the objectives during navigation. As a consequence, a hybrid system is conceived, with an immune network implementing a dynamic process of decision-making, and an evolutionary algorithm defining the network structure. To be able to evaluate the controllers (immune networks) at each iteration of the evolutionary process, a virtual environment was developed for computer simulation, based on the characteristics of the navigation problem. The immune networks obtained by evolution were analyzed and tested in new situations and presented coordination capability in simple and complex tasks. The preliminary experiments on a real Khepera II robot indicated the efficacy of the navigation tool
Mestrado
Engenharia de Computação
Mestre em Engenharia Elétrica

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-08T11:00:22Z No. of bitstreams: 1 marinaborgesarantesdesouza.pdf: 4073445 bytes, checksum: 18982e159219bb019d11c3f3604e9f38 (MD5)
Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-01-22T15:25:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marinaborgesarantesdesouza.pdf: 4073445 bytes, checksum: 18982e159219bb019d11c3f3604e9f38 (MD5)
Made available in DSpace on 2018-01-22T15:25:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marinaborgesarantesdesouza.pdf: 4073445 bytes, checksum: 18982e159219bb019d11c3f3604e9f38 (MD5) Previous issue date: 2017-08-28
CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
Levando em conta a crescente utilização de sistemas robóticos em várias situações da atualidade, métodos que coordenam as atividades dos robôs são essenciais para se obter movimentos sincronizados e livres de possibilidades de colisão. Uma forma de coordená-los é através de métodos de otimização. O presente trabalho enfoca uma abordagem baseada em Programação Não Linear para encontrar perfis de velocidade ótimos para robôs com caminhos previamente especificados. A metodologia é aplicada em modelos de robôs móveis e manipuladores robóticos. Apesar das diferenças construtivas, de forma geral e para fins de coordenação, é permitido compartilhar, para os dois casos, a mesma formulação de otimização, fundamentada na maximização do quadrado da diferença de tempo em que os robôs atingem um mesmo ponto de colisão. Não obstante o grande número de trabalhos encontrados na literatura que envolvem o assunto, abordagens relacionadas a uma modelagem não linear do problema são escassas. A vantagem do método encontra-se na facilidade de representar não linearidades do sistema, como limitações de velocidade, aceleração e torque dos robôs. Além disso, a complexidade de formulação e resolução é reduzida em comparação com outros métodos que envolvem o tratamento de variáveis inteiras. O método também engloba situações em que os robôs podem se colidir na forma de segmentos. Para tanto, determina-se uma abordagem baseada na inclusão de pontos fictícios para representar tais trechos. Os testes foram realizados em diferentes sistemas de robôs móveis e manipuladores e os resultados comprovaram a eficiência da metodologia proposta, encontrando perfis de velocidade ótimos que determinam trajetórias sem acidentes. Comparações com Programação Linear Inteira Mista, amplamente utilizada para esse fim, comprovaram a superioridade da técnica apresentada, com relação à complexidade e modelagem de não linearidades, aproximando o modelo a sistemas reais.
The use of robotic systems in various industrial and logistics situations is increasing. Methods that coordinate the activities of the robots are essential to obtain synchronized and free of collision possibilities movements. One manner to coordinate them is through optimization methods. This work focuses on an approach based on Nonlinear Programming to determine optimal velocity profiles of robots with previously specified paths. The methodology is applied to mobile robots and manipulators models. Despite the constructive differences, in general, the same optimization formulation can be shared for both cases. The arrangement is based on the maximization of the square of the time difference in which the robots reach the same point of collision. Notwithstanding a large number of papers found in the literature involving the subject, approaches related to a nonlinear modeling of the problem are scarce. The advantage of the method lies in the easiness of representing nonlinearities of the system, such as speed, acceleration and torque limitations of robots. In addition, the formulation and resolution complexity is reduced compared to other methods encompassing the processing of integer variables. The method also encompasses situations where robots may collide in the form of segments. In this sense, an approach based on the inclusion of fictitious points to represent such stretches is determined. The tests were realized in different mobile robot and manipulators systems. The results proved the efficiency of the proposed methodology, finding optimal speed profiles that determine trajectories without accidents. Comparisons with Mixed Integer Linear Programming, widely used for this purpose, proved the superiority of the proposed technique with respect to the complexity and modeling of nonlinearities, bringing the model closer to real systems.

Orientador: Mauricio Ferreira Magalhães
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação
Made available in DSpace on 2018-08-04T04:09:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guimaraes_ElianeGomes_D.pdf: 1203376 bytes, checksum: 8baa98d5b0b9753d8a292e0c940b5f41 (MD5) Previous issue date: 2004
Resumo: Esta tese descreve CM-tel, um modelo de componentes para aplicações telemáticas e ubíquas. CM-tel é neutro em termos de tecnologia, sendo especificado por meio da linguagem UML (Unified Modeling Language). Componentes CM-tel são capazes de executar em plataformas destinadas tanto a computadores tradicionais quanto a dispositivos com limitado poder computacional tais como dispositivos móveis. CM-tel define os três tipos de interfaces prescritas pelo Modelo de Referência para Processamento Distribuído Aberto (RM-ODP), as interfaces operacional, de sinal e de fluxo contínuo. Interfaces de fluxo contínuo são fundamentais para o desenvolvimento de aplicações telemáticas. A arquitetura do contêiner CM-tel integra componentes e agentes móveis em um único ambiente computacional. Esta integração permite que aplicações implementem suas funcionalidades combinando componentes e agentes móveis. Esta tese propõe ainda uma arquitetura para plataformas de software que suportam o modelo CM-tel. A arquitetura utiliza XSLT (XML Stylesheet Language Transformation) para transformação de modelos e geração de código. Uma plataforma baseada na tecnologia CORBA (Common Object Request Broker Architecture) e uma aplicação na área de laboratórios virtuais foram implementadas com a finalidade de avaliar o modelo CM-tel
Abstract: This thesis describes CM-tel, a component model for telematic and ubiquitous applications. CMtel is neutral in terms technology and is specified through the Unified Modeling Language (UML). CM-tel components can execute on platforms targeted to both conventional computers and devices with limited computing power such as mobile devices. CM-tel defines the three types of interfaces prescribed by the Reference Model for Open Distributed Processing (RM-ODP), the operational, signal, and stream interfaces. Stream interfaces are central to the development of telematic applications. The CM-tel container architecture integrates both components and mobile agents into a single computing environment. This integration allows applications to implement their functionalities by combining components and mobile agents. This thesis also proposes an architecture for software platforms supportting the CM-tel component model. The architecture relies on XSLT (XML Stylesheet Language Transformation) for model transformation and code generation. A platform based on the CORBA (Common Object Request Broker Architecture) technology and an application in the field of virtual laboratories were implemented in order to assess the CM-tel component model
Doutorado
Engenharia de Computação
Doutor em Engenharia Elétrica

Dissertação de Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
Nowadays, the evolution in the robotics eld allows to free human beings in a set of tasks, mainly the most monotonous and repetitive or, eventually, with dangerous concerns. One of these tasks is the patrolling task in infrastructures. The development and conception of patrolling methods using mobile robots is a scienti c area which has a growing interest. This work focuses on patrolling algorithms for teams of mobile robots endowed with the environment map and the ability for self-location and navigation. The main objective is to develop and validate an original algorithm, scalable to large dimension environments, patrolled by a large number of agents with e cient cooperation, resulting in a high-performance execution of the mission and robustness in the case a fault occurs in a subset of the initially available agents. The presented algorithm is based on multilevel partitioning of the environment map, assigning di erent regions to each mobile agent. Each region corresponds to a subgraph extracted from the existing topological representation. The algorithm deals with the local patrolling task assigned for each robot, being named Multilevel Subgraph Patrolling (MSP) Algorithm. In order to support the algorithm's development and evaluate its performance, a simulator was built, which represented an essential tool during the project. Its properties are presented throughout this document.

Dissertação Mestrado Integrado em Engenharia Electrónica Industrial e Computadores
O controlo e a análise do comportamento de robôs em tempo real pode ser uma tarefa difícil, sobretudo quando se trata de robôs cooperantes. Neste contexto a utilização de um software de monitorização e controlo torna-se uma ferramenta essencial no desenvolvimento de uma equipa de robôs cooperativos. MINHO TEAM é a equipa de futebol robótico da Universidade do Minho que participa na liga de futebol robótico médio no RoboCup. A equipa foi criada pelo Laboratório de Automação e Robótica (LAR) que está inserido no Departamento de Electrónica Industrial (DEI). O objectivo desta dissertação é criar um software de monitorização e controlo para uma equipa de futebol robótico. O software deve funcionar autonomamente e exibir num ecrã informações sobre o estado dos robôs (como localização em campo, capacidade das baterias, detecção da bola e obstáculos), assim como gerir as posições e papéis atribuídos aos robôs fazendo com que joguem em equipa. O software deve conter outras funcionalidades relacionadas com as necessidades da equipa MINHO TEAM, como criar e editar tácticas para as situações de bola parada, reproduzir os jogos com base em registos ou processar os comandos recebidos da Referee Box. O software criado foi usado no desenvolvimento da nova geração de robôs futebolistas - no auxílio da produção e teste dos algoritmos de localização e de controlo, e permitiu a participação da equipa MINHO TEAM na prova do futebol robótico médio do RoboCup 2011 realizada em Istambul.
The robot behavior control and analysis in real time can be a hard task, particularly what concerns cooperative robots. In this context, the use of control and monitoring software becomes an essential tool for the development of cooperative robots team. MINHO TEAM is a robotics soccer team from University of Minho that participates in RoboCup Middle Size League. The team was developed on the Laboratory of Automation and Robotics which belongs to the Department of Industrial Electronics. The purpose of this work consists of developing a monitoring and control software for a robotic soccer team. The software should run autonomously and show information regarding the state of the robots (such as localization on the field, batteries capacity, detection of ball and obstacles), as well as manage positions and roles assigned to robots, making them to play as a team. The software should also include other features required by MINHO TEAM, such as creating and editing tactics for set pieces, replay games based on previous logs or process commands received by the Referee Box. The engineered software was written for the next generation of soccer robots, to help the development and testing of localization and control algorithms, and allowed the participation of MINHO TEAM on RoboCup 2011 Middle Size League held in Istanbul.