On Collaborative Aerial and Surface Robots for Environmental Monitoring of Water Bodies

Part 8: Robotics and ManufacturingInternational audienceRemote monitoring is an essential task to help maintaining Earth ecosystems. A notorious example is the monitoring of riverine environments. The solution purposed in this paper is to use an electric boat (ASV - Autonomous Surface Vehicle) operating in symbiosis with a quadrotor (UAV – Unmanned Air Vehicle). We present the architecture and solutions adopted and at the same time compare it with other examples of collaborative robotics systems, in what we expected could be used as a survey for other persons doing collaborative robotics systems. The architecture here purposed will exploit the symbiotic partnership between both robots by covering the perception, navigation, coordination, and integration aspects

Vision based obstacle detection for all-terrain robots

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de ComputadoresThis dissertation presents a solution to the problem of obstacle detection in all-terrain environments,with particular interest for mobile robots equipped with a stereo vision sensor. Despite the advantages of vision, over other kind of sensors, such as low cost, light weight and reduced energetic footprint, its usage still presents a series of challenges. These include the difficulty in dealing with the considerable amount of generated data, and the robustness required to manage high levels of noise. Such problems can be diminished by making hard assumptions, like considering that the terrain in front of the robot is planar. Although computation can be considerably saved, such simplifications are not necessarily acceptable in more complex environments, where the terrain may be considerably uneven. This dissertation proposes to extend a well known obstacle detector that relaxes the aforementioned planar terrain assumption, thus rendering it more adequate for unstructured environments. The proposed extensions involve: (1) the introduction of a visual saliency mechanism to focus the detection in regions most likely to contain obstacles; (2) voting filters to diminish sensibility to noise; and (3) the fusion of the detector with a complementary method to create a hybrid solution, and thus, more robust. Experimental results obtained with demanding all-terrain images show that, with the proposed extensions, an increment in terms of robustness and computational efficiency over the original algorithm is observe

Vision based trail detection for all-terrain robots

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de ComputadoresEsta dissertação propõe um modelo para detecção de trilhos baseado na observação de que estes são estruturas salientes no campo visual do robô. Devido à complexidade dos ambientes naturais, uma aplicação directa dos modelos tradicionais de saliência visual não é suficientemente robusta para prever a localização dos trilhos. Tal como noutras tarefas de detecção, a robustez pode ser aumentada através da modulação da computação da saliência com conhecimento implícito acerca das características visuais (e.g. cor) que permitem uma melhor representação do objecto a encontrar. Esta dissertação propõe o uso da estrutura global do objecto, sendo esta uma característica mais estável e previsível para o caso de trilhos naturais. Esta nova componente de conhecimento implícito é especificada em termos de regras de percepção activa, que controlam o comportamento de agentes simples que se comportam em conjunto para computar o mapa de saliência da imagem de entrada. Para o propósito de acumulação de informação histórica acerca da localização do trilho é utilizado um campo neuronal dinâmico com compensação de movimento. Resultados experimentais num conjunto de dados vasto revelam a habilidade do modelo de produzir uma taxa de sucesso de 91% a 20Hz. O modelo demonstra ser robusto em situações onde outros detectores falhariam, tal como quando o trilho não emerge da parte de baixo da imagem, ou quando se encontra consideravelmente interrompido

Visual attention and swarm cognition for off-road robots

Tese de doutoramento, Informática (Engenharia Informática), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2011Esta tese aborda o problema da modelação de atenção visual no contexto de robôs autónomos todo-o-terreno. O objectivo de utilizar mecanismos de atenção visual é o de focar a percepção nos aspectos do ambiente mais relevantes à tarefa do robô. Esta tese mostra que, na detecção de obstáculos e de trilhos, esta capacidade promove robustez e parcimónia computacional. Estas são características chave para a rapidez e eficiência dos robôs todo-o-terreno. Um dos maiores desafios na modelação de atenção visual advém da necessidade de gerir o compromisso velocidade-precisão na presença de variações de contexto ou de tarefa. Esta tese mostra que este compromisso é resolvido se o processo de atenção visual for modelado como um processo auto-organizado, cuja operação é modulada pelo módulo de selecção de acção, responsável pelo controlo do robô. Ao fechar a malha entre o processo de selecção de acção e o de percepção, o último é capaz de operar apenas onde é necessário, antecipando as acções do robô. Para fornecer atenção visual com propriedades auto-organizadas, este trabalho obtém inspiração da Natureza. Concretamente, os mecanismos responsáveis pela capacidade que as formigas guerreiras têm de procurar alimento de forma auto-organizada, são usados como metáfora na resolução da tarefa de procurar, também de forma auto-organizada, obstáculos e trilhos no campo visual do robô. A solução proposta nesta tese é a de colocar vários focos de atenção encoberta a operar como um enxame, através de interacções baseadas em feromona. Este trabalho representa a primeira realização corporizada de cognição de enxame. Este é um novo campo de investigação que procura descobrir os princípios básicos da cognição, inspeccionando as propriedades auto-organizadas da inteligência colectiva exibida pelos insectos sociais. Logo, esta tese contribui para a robótica como disciplina de engenharia e para a robótica como disciplina de modelação, capaz de suportar o estudo do comportamento adaptável.Esta tese aborda o problema da modelação de atenção visual no contexto de robôs autónomos todo-o-terreno. O objectivo de utilizar mecanismos de atenção visual é o de focar a percepção nos aspectos do ambiente mais relevantes à tarefa do robô. Esta tese mostra que, na detecção de obstáculos e de trilhos, esta capacidade promove robustez e parcimónia computacional. Estas são características chave para a rapidez e eficiência dos robôs todo-o-terreno. Um dos maiores desafios na modelação de atenção visual advém da necessidade de gerir o compromisso velocidade-precisão na presença de variações de contexto ou de tarefa. Esta tese mostra que este compromisso é resolvido se o processo de atenção visual for modelado como um processo auto-organizado, cuja operação é modulada pelo módulo de selecção de acção, responsável pelo controlo do robô. Ao fechar a malha entre o processo de selecção de acção e o de percepção, o último é capaz de operar apenas onde é necessário, antecipando as acções do robô. Para fornecer atenção visual com propriedades auto-organizadas, este trabalho obtém inspi- ração da Natureza. Concretamente, os mecanismos responsáveis pela capacidade que as formi- gas guerreiras têm de procurar alimento de forma auto-organizada, são usados como metáfora na resolução da tarefa de procurar, também de forma auto-organizada, obstáculos e trilhos no campo visual do robô. A solução proposta nesta tese é a de colocar vários focos de atenção encoberta a operar como um enxame, através de interacções baseadas em feromona. Este trabalho representa a primeira realização corporizada de cognição de enxame. Este é um novo campo de investigação que procura descobrir os princípios básicos da cognição, ins- peccionando as propriedades auto-organizadas da inteligência colectiva exibida pelos insectos sociais. Logo, esta tese contribui para a robótica como disciplina de engenharia e para a robótica como disciplina de modelação, capaz de suportar o estudo do comportamento adaptável.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT,SFRH/BD/27305/2006); Laboratory of Agent Modelling (LabMag