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Mestrado em Engenharia de Computadores e Telemática Submitted by Patrícia Correia (patriciacorreia@ua.pt) on 2015-09-22T11:42:33Z No. of bitstreams: 1 Desenvolvimento de um guarda-redes para a liga de robôs médios.pdf: 32222821 bytes, checksum: ac5b541308caf1d14b63d93fc3bd6c2c (MD5) Made available in DSpace on 2015-09-22T11:42:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Desenvolvimento de um guarda-redes para a liga de robôs médios.pdf: 32222821 bytes, checksum: ac5b541308caf1d14b63d93fc3bd6c2c (MD5) Previous issue date: 2015

Mestrado em Engenharia de Computadores e Telemática CAMBADA (Cooperative Autonomous Mobile Robots with Advanced Distributed Architecture) is the robotic soccer team of the University of Aveiro that participates in RoboCup Middle Size League. This team was created by researchers from research units IEETA and ATRI. Robotics is an area in constant evolution but the work developed within this thesis will hardly be overcome even with the constant progress in this area, since the primary goal of the goalkeeper will always remain the same: not conceding goals. Contributions presented in this dissertation are in terms of high-level behavior of the goalkeeper of the team CAMBADA , however not everything applies exclusively to the goalkeeper, it is important for any eld player and can be applicable in the near future. This work addressed two main topics, the rst one is the positioning of the goalkeeper on the eld that extends to the run-game placements, near the goal posts placement and a more aggressive defense behavior with pressure to the player with the ball. The second topic addressed is the ability of detection and defend shots by air. The con guration of the goalkeeper in a simple way has been one of the objectives of this study, to avoid at all costs that his actions are too static and can easily take advantage of this easy setup to change the goalkeeper behavior depending on the opponents of CAMBADA. A graphical user interface to control these settings was developed. The work has been tested in the laboratory di ering greatly from the previous behavior that was very defensive and whose radius of action was very close to the goal line for a more unpredictable, closer to an human Goalkeeper behavior that applying pressure to the opponent attacker feature a wider range of defensive options. CAMBADA (Cooperative Autonomous Mobile roBots with Advanced Distributed Architecture) e a equipa de futebol rob otico da Universidade de Aveiro que participa na RoboCup Middle Size League. Esta equipa foi criada por investigadores das unidades de investiga c~ao IEETA e ATRI. A rob otica e uma area em constante evolu c~ao mas o trabalho desenvolvido no ^ambito desta tese di cilmente vai ser ultrapassado mesmo com o constante avan co desta area, pois o objetivo fundamental do Guarda-Redes vai continuar sempre o mesmo: n~ao sofrer golos. Nesta disserta c~ao s~ao apresentadas contribui c~oes no comportamento de alto n vel do Guarda-Redes da equipa CAMBADA, no entanto nem tudo se aplica exclusivamente ao Guarda-Redes, sendo importante para qualquer jogador de campo e podendo ser aplic avel num futuro pr oximo. Neste trabalho s~ao abordados dois grandes t opicos, o primeiro e o posicionamento do guarda-redes em campo que se estende aos posicionamentos em jogo-corrido, encostado aos postes, relativo a baliza e a uma defesa mais agressiva com sa das ao jogador com bola. O outro t opico abordado e a capacidade de dete c~ao e defesa de remates pelo ar. A con gura c~ao do Guarda-Redes de uma forma simples foi um dos objetivos neste trabalho, de forma a evitar ao m aximo que a sua a c~ao seja demasiado est atica, podendo facilmente tirar proveito desta f acil con gura c~ao consoante os advers arios da equipa CAMBADA. Foi desenvolvida uma interface gr a ca a m de controlar estas con gura c~oes. O trabalho desenvolvido foi testado em laborat orio diferenciando-se bastante do antigo comportamento que era muito defensivo e cujo o raio de a c~ao era muito pr oximo da linha de golo, para um comportamento mais imprevis vel, mais aproximado a um Guarda-Redes humano ao pressionar o atacante advers ario dispondo de um maior leque de op c~oes defensivas.

Mestrado em Engenharia de Computadores e Telemática Os robôs autónomos e os veículos não tripulados são vertentes da robótica de forte investigação durante os últimos anos, especialmente para o desenvolvimento de veículos autónomos destinados à exploração de lugares inóspitos. Um robô autónomo é uma máquina que consegue ser independente e regida pelas suas próprias leis, um sistema que consegue sobreviver num ambiente natural sem intervenção humana. Hoje em dia são muitos os sistemas disponíveis (como por exemplo GPS e visão computorizada) que ajudam os robôs a sobreviver, sendo o grande desafio integrá-los de forma a produzir um ser mais inteligente, sólido e confiável. O Departamento de Electrónica, Telecomunicações e Informática da Universidade de Aveiro tem realizado, nos últimos anos, trabalho na área da condução autónoma. Um dos objectivos desse trabalho tem sido o desenvolvimento de veículos autónomos para participação na prova de condução autónoma do Festival Nacional de Robótica, na qual participa desde 2001. O software de controlo de alto nível do veículo actual assentava numa estrutura sequencial o que torna complexa a tarefa de manutenção e integração de novas funcionalidades. Actualmente existem módulos para a descrição do mundo bem como para o planeamento de trajectórias sobre esses modelos e um módulo para percepção a partir de imagem. O objectivo deste trabalho foi o de reestruturar todo o software de alto nível, tornando-o modular e concorrente permitindo dessa forma uma melhor manutenção, actualização e evolução. Fica assim mais fácil a substituição de módulos, a incorporação de novas funcionalidades e o trabalho de equipa. A nova estrutura assenta na existência de uma memória central e partilhada, tipo blackboard, onde os vários módulos recolhem os dados de que necessitam e depositam os dados produzidos. Este novo modelo arquitectural foi implementado no veículo e testado durante a edição de 2010 do Festival Nacional de Robótica, tendo alcançado o terceiro lugar. A arquitectura apresentada incorporou vários sistemas já existentes, tendo como principais vantagens a modularidade e extensibilidade dentro de um ambiente concorrente e com informação distribuída. The autonomous robots and unmanned vehicles have been an intensive fi eld of research in the last years for driverless cars and harsh environments exploration. An autonomous robot is a machine that can work in an independent way and subject to its own laws only, a system that can survive in the real-world environment without human intervention. Today many systems are available (e.g. GPS, Computer Vision) that aid the robots to survive, being the biggest challenge put all together and create an agent more intelligent, robust and reliable. The Department of Electronics, Telecommunications and Informatics of University of Aveiro in the last years has worked in the autonomous driving area. One point of this work has been the developing of autonomous vehicles for participation in the autonomous driving inside competition of the Portuguese Robotics Open, where it has participated since 2001. The high level software that controls the actual vehicle is based on a sequential structure that turns maintenance and integration of new modules in a complex task. Currently, there are modules to carry out several basic tasks, namely, image perception and integration, \world" representation, and creation of trajectory plans The aim of this work is the reorganization of the existent high-level software, following a modular and concurrent paradigm. The new software organization makes it easier to replace software modules and to add new functionalities, enhancing team work development and maintenance. The new structure is based on the existence of a central shared memory, like a blackboard, where the modules collect data that they need as well as publish produced data. This new architectural approach has been implemented in the ROTA robot and it was tested in the 2010 Portuguese Robotics Open (where it ranked 3rd). The proposed architecture links several existing systems and has as strongest points modularity and extensibility in concurrent environment with distributed information.

Mestrado em Engenharia de Computadores e Telemática Submitted by Bella Nolasco (bellanolasco@ua.pt) on 2011-06-27T11:52:27Z No. of bitstreams: 1 4923.pdf: 13040141 bytes, checksum: 9c32219c7197e828c46705269c9bded7 (MD5) Made available in DSpace on 2011-06-27T11:52:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4923.pdf: 13040141 bytes, checksum: 9c32219c7197e828c46705269c9bded7 (MD5) Previous issue date: 2010

Mestrado em Engenharia de Computadores e Telemática Visão por computador e fusão sensorial são temas relativamente recentes, no entanto largamente adoptados no desenvolvimento de robôs autónomos que exigem adaptabilidade ao seu ambiente envolvente. Esta dissertação foca-se numa abordagem a estes dois temas para alcançar percepção no contexto de condução autónoma. O uso de câmaras para atingir este fim é um processo bastante complexo. Ao contrário dos meios sensoriais clássicos que fornecem sempre o mesmo tipo de informação precisa e atingida de forma determinística, as sucessivas imagens adquiridas por uma câmara estão repletas da mais variada informação e toda esta ambígua e extremamente difícil de extrair. A utilização de câmaras como meio sensorial em robótica é o mais próximo que chegamos na semelhança com aquele que é o de maior importância no processo de percepção humana, o sistema de visão. Visão por computador é uma disciplina científica que engloba àreas como: processamento de sinal, inteligência artificial, matemática, teoria de controlo, neurobiologia e física. A plataforma de suporte ao estudo desenvolvido no âmbito desta dissertação é o ROTA (RObô Triciclo Autónomo) e todos os elementos que consistem o seu ambiente. No contexto deste, são descritas abordagens que foram introduzidas com fim de desenvolver soluções para todos os desafios que o robô enfrenta no seu ambiente: detecção de linhas de estrada e consequente percepção desta, detecção de obstáculos, semáforos, zona da passadeira e zona de obras. É também descrito um sistema de calibração e aplicação da remoção da perspectiva da imagem, desenvolvido de modo a mapear os elementos percepcionados em distâncias reais. Em consequência do sistema de percepção, é ainda abordado o desenvolvimento de auto-localização integrado numa arquitectura distribuída incluindo navegação com planeamento inteligente. Todo o trabalho desenvolvido no decurso da dissertação é essencialmente centrado no desenvolvimento de percepção robótica no contexto de condução autónoma. Computer vision and sensor fusion are subjects that are quite recent, however widely adopted in the development of autonomous robots that require adaptability to their surrounding environment. This thesis gives an approach on both in order to achieve perception in the scope of autonomous driving. The use of cameras to achieve this goal is a rather complex subject. Unlike the classic sensorial devices that provide the same type of information with precision and achieve this in a deterministic way, the successive images acquired by a camera are replete with the most varied information, that this ambiguous and extremely dificult to extract. The use of cameras for robotic sensing is the closest we got within the similarities with what is of most importance in the process of human perception, the vision system. Computer vision is a scientific discipline that encompasses areas such as signal processing, artificial intelligence, mathematics, control theory, neurobiology and physics. The support platform in which the study within this thesis was developed, includes ROTA (RObô Triciclo Autónomo) and all elements comprising its environment. In its context, are described approaches that introduced in the platform in order to develop solutions for all the challenges facing the robot in its environment: detection of lane markings and its consequent perception, obstacle detection, trafic lights, crosswalk and road maintenance area. It is also described a calibration system and implementation for the removal of the image perspective, developed in order to map the elements perceived in actual real world distances. As a result of the perception system development, it is also addressed self-localization integrated in a distributed architecture that allows navigation with long term planning. All the work developed in the course of this work is essentially focused on robotic perception in the context of autonomous driving.

Mestrado em Engenharia de Computadores e Telemática Condução autónoma constitui a deslocação de um agente, robô ou veículo, de um qualquer ponto no espaço para um outro, sem qualquer intervenção humana, por forma a atingir objectivos pré-estabelecidos. Para conduzir de forma autónoma, usando planeamento de trajectória, é crucial que o agente consiga representar abstractamente tanto o conhecimento a priori acerca do mundo, como a informação que este vai adquirindo à medida que avança. Para alcançar este propósito, desenvolveu-se um sistema para ser usado na pista da Competição de Condução Autónoma do Festival Nacional de Robótica. Este sistema caracteriza-se por ser flexível e modular. Tais características permitem não são a adição componentes na pista acima referida, mas também a fácil expansão do suporte a outros tipos de pistas ou circuitos. Concluiu-se, pois, que o modelo de representação mais adequado para o sistema que se pretendia desenvolver seria um modelo híbrido, na medida em que, ao nível global tal representação seria topológica e ao nível local métrica. Ou seja, dividindo a pista em secções, estas são a base para a representação topológica, sendo depois cada secção mapeada internamente de forma métrica. Ao integrar o trabalho desta dissertação com o sistema global lograva-se alcançar um sistema de Condução Autónoma susceptível de planear a curto e médio prazo, com vista a melhorar o desempenho dos robôs usados no projecto, relativamente à solução anteriormente usada, que era baseada num sistema reactivo com alguma memória e noção de estado, mas sem planeamento de trajectória. ABSTRACT: Autonomous driving is the movement of an agent, robot or vehicle, from some point in space to another one, without any human intervention, in order to achieve predetermined goals. To drive autonomously using trajectory planning, it is vital to have an abstraction of the knowledge about the world, be it a priori or information that the agent acquires during the driving. For this, we developed a system capable of abstractly represent, not only the track for the Autonomous Driving Competition of the Portuguese Robotics Open, but also, tracks with similar characteristics. The system was developed in a exible and modular manner, in order to allow the addition of new elements to the stated track and the easy expansion to support other types of tracks and circuits. The conclusion was that the most appropriate representation model for the system we were trying to develop was an hybrid model, in that, at a global level the representation would be topological and at a local level it would be metrical. In other words, dividing the track into sections, these are the basis for the topological representation, being each of the sections then mapped internally using a metrical representation. Integrating the work of this dissertation in the global system, one hoped to achieve a Autonomous Driving system capable of short and medium term planning, with the goal of improve the performance of the ROTA project robots, comparatively with the previous solution, which was based in a reactive system with some memory and to some degree stateful.