Arquitectura para coordenação em tempo-real de múltiplas unidades móveis autónomas

Doutoramento em Engenharia ElectrotécnicaInterest on using teams of mobile robots has been growing, due to their potential to cooperate for diverse purposes, such as rescue, de-mining, surveillance or even games such as robotic soccer. These applications require a real-time middleware and wireless communication protocol that can support an efficient and timely fusion of the perception data from different robots as well as the development of coordinated behaviours. Coordinating several autonomous robots towards achieving a common goal is currently a topic of high interest, which can be found in many application domains. Despite these different application domains, the technical problem of building an infrastructure to support the integration of the distributed perception and subsequent coordinated action is similar. This problem becomes tougher with stronger system dynamics, e.g., when the robots move faster or interact with fast objects, leading to tighter real-time constraints. This thesis work addressed computing architectures and wireless communication protocols to support efficient information sharing and coordination strategies taking into account the real-time nature of robot activities. The thesis makes two main claims. Firstly, we claim that despite the use of a wireless communication protocol that includes arbitration mechanisms, the self-organization of the team communications in a dynamic round that also accounts for variable team membership, effectively reduces collisions within the team, independently of its current composition, significantly improving the quality of the communications. We will validate this claim in terms of packet losses and communication latency. We show how such self-organization of the communications can be achieved in an efficient way with the Reconfigurable and Adaptive TDMA protocol. Secondly, we claim that the development of distributed perception, cooperation and coordinated action for teams of mobile robots can be simplified by using a shared memory middleware that replicates in each cooperating robot all necessary remote data, the Real-Time Database (RTDB) middleware. These remote data copies, which are updated in the background by the selforganizing communications protocol, are extended with age information automatically computed by the middleware and are locally accessible through fast primitives. We validate our claim showing a parsimonious use of the communication medium, improved timing information with respect to the shared data and the simplicity of use and effectiveness of the proposed middleware shown in several use cases, reinforced with a reasonable impact in the Middle Size League of RoboCup.O interesse na utilização de equipas multi-robô tem vindo a crescer, devido ao seu potencial para cooperarem na resolução de vários problemas, tais como salvamento, desminagem, vigilância e até futebol robótico. Estas aplicações requerem uma infraestrutura de comunicação sem fios, em tempo real, suportando a fusão eficiente e atempada dos dados sensoriais de diferentes robôs bem como o desenvolvimento de comportamentos coordenados. A coordenação de vários robôs autónomos com vista a um dado objectivo é actualmente um tópico que suscita grande interesse, e que pode ser encontrado em muitos domínios de aplicação. Apesar das diferenças entre domínios de aplicação, o problema técnico de construir uma infraestrutura para suportar a integração da percepção distribuída e das acções coordenadas é similar. O problema torna-se mais difícil à medida que o dinamismo dos robôs se acentua, por exemplo, no caso de se moverem mais rápido, ou de interagirem com objectos que se movimentam rapidamente, dando origem a restrições de tempo-real mais apertadas. Este trabalho centrou-se no desenvolvimento de arquitecturas computacionais e protocolos de comunicação sem fios para suporte à partilha de informação e à realização de acções coordenadas, levando em consideração as restrições de tempo-real. A tese apresenta duas afirmações principais. Em primeiro lugar, apesar do uso de um protocolo de comunicação sem fios que inclui mecanismos de arbitragem, a auto-organização das comunicações reduz as colisões na equipa, independentemente da sua composição em cada momento. Esta afirmação é validada em termos de perda de pacotes e latência da comunicação. Mostra-se também como a auto-organização das comunicações pode ser atingida através da utilização de um protocolo TDMA reconfigurável e adaptável sem sincronização de relógio. A segunda afirmação propõe a utilização de um sistema de memória partilhada, com replicação nos diferentes robôs, para suportar o desenvolvimento de mecanismos de percepção distribuída, fusão sensorial, cooperação e coordenação numa equipa de robôs. O sistema concreto que foi desenvolvido é designado como Base de Dados de Tempo Real (RTDB). Os dados remotos, que são actualizados de forma transparente pelo sistema de comunicações auto-organizado, são estendidos com a respectiva idade e são disponibilizados localmente a cada robô através de primitivas de acesso eficientes. A RTDB facilita a utilização parcimoniosa da rede e bem como a manutenção de informação temporal rigorosa. A simplicidade da integração da RTDB para diferentes aplicações permitiu a sua efectiva utilização em diferentes projectos, nomeadamente no âmbito do RoboCup

Sistemas de informação em ambientes hospitalares: utilização de tecnologia de computação móvel para processamento de relatórios de voz

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesA presente dissertação apresenta as potencialidades dos sistemas informáticos de dimensões reduzidas (PDA ou computadores de bolso) quando utilizados para gravação digital de relatórios clínicos em voz. Depois de mostrarmos uma revisão do estado da arte sobre as tecnologias directamente ligadas a este tema, apresentamos o sistema experimental desenvolvido durante esta dissertação. Neste sistema, os relatórios de voz gerados são transferidos para uma base de dados médica, ficando anexados ao restante processo do doente. Sabendo à partida que os clínicos gastam parte do seu tempo na realização de tarefas secundárias, como sejam a escrita do relatório do exame de um paciente, torna-se necessário ir de encontro a uma solução que permita libertar o médico da realização deste tipo de funções de modo a aumentar o seu “tempo clínico”. A adopção de um sistema de gravação de relatórios por voz permite a introdução de dados de uma forma mais natural e expedita, podendo estes, mais tarde, ser alvo de transcrição manual para texto com a ajuda de auscultadores e pedaleira para controlo da evolução temporal do áudio. É ainda possível que os relatórios acústicos sejam arquivados juntamente com a restante informação clínica do paciente na base de dados hospitalar, podendo ser escutados em qualquer momento, tal como foram originados pelo médico. Foi-nos possível mostrar que a gravação do relatório em voz possibilita uma redução significativa do tempo que o clínico dedica à criação do relatório. Com esta técnica, a disponibilização do relatório para transcrição é acelerada, resultando na diminuição do tempo necessário à obtenção do relatório final.This dissertation discusses the potential of informatic systems of reduced dimensions (Personal Digital Assistants or hand-held computers) when used for digital voice recording of clinical reports. After presenting the state of the art about the new technologies directly related with this subject, we present an experimental system developed within this work. In this system, the created voice reports are moved to a medical data base, being attached to the patient process. Knowing that physicians spend part of their time doing secondary work, like manual writing the patient report, it seems necessary to find a solution that frees them of that kind of functions, in order to increase the “clinical time”. Using a digital voice recording system to create the medical report enables a natural way of data creation, allowing this to be, later, transcript to text, supported with head-phones and a “foot-pedal” that controls the time evolution of audio sequence. It is even possible to keep the voice reports together with the patient process in the hospital data base, which can be listened to, at any time, as they were created by the physician. We will show that the voice record of clinical reports permits a significant time reduction in the report creation. With this technique, the report becomes available for transcription sooner than with the previous method based on manually written reports, resulting in an earlier availability of the final report