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Robôs Móveis e Veículos Autônomos:
Pesquisa, Desenvolvimento e Desafios
   na área da Inteligência Artifici...
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          Robótica Móvel Inteligente
      Desenvolvimento de Projetos e Aplicações
                       ...
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                  Sistema de condução
                  autônoma / assistida
Sensores laser



   Câmera


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Sistema de condução
autônoma / assistida
                   Posição do veículo

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        Sistema de condução
        autônoma / assistida
                                A Driving Assistan...
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            Estacionamento Autônomo




                                                                   ...
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         Veículos Autônomos: Simulação de Estacionamento

     SEVA3D – Simulador de Estacionamento de Veíc...
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       Robótica Móvel Inteligente
   Desenvolvimento de Projetos e Aplicações
                    PARTE IV
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                              Robombeiros
                                                            Avali...
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               Esquadrão Robótico: Simulação
Navegação com desvio de obstáculos
Navegação: Direcionamento +...
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                  Esquadrão Robótico: Simulação
   Robótica Autônoma - Controle Inteligente Multirobôs
RoBo...
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                      Robótica Móvel Inteligente
                Desenvolvimento de Projetos e Aplicações
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           Robótica Móvel Inteligente
           Navegação Visual – SIFT & SURF




                       ...
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               Navegação Visual
Navegação por Imagens:
Detecção da Marcação das Bordas da Pista

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                      INCT-
                      INCT-SEC / LRM
        GT 1 - Robôs Táticos para Ambiente...
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                                Robôs Móveis
  Robôs Móveis e Sensores
                                    ...
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            Teleoperação <=> Autonomia
Teleoperação: Resultados

     - Teleoperação: Controle humano
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         Navegação Autônoma com Localização
Controle Híbrido Robusto
COHBRA / SimRob3D

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        Navegação Autônoma Topológica

 Navegação Topológica: Algoritmo Proposto e Simulação



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            Navegação Autônoma Topológica

     Detecção de Intrusos: Experimento Real
                    ...
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     Robótica Móvel Inteligente
  Desenvolvimento de Projetos e Aplicações
                 PARTE IV


• Ro...
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Aprendizado de Seqüências: “Robôs com Pernas”
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     Aprendizado de Máquina em Robótica Móvel
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Simulation of 3D Re...
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      Aprendizado de Máquina em Robótica Móvel

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      Aprendizado de Máquina em Robótica Móvel

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       Aprendizado de Máquina em Robótica Móvel

Genetic Algorithms Simulation
 Fitness Function:
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                  Aprendizado de Máquina em Robótica Móvel

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          Veículos Aéreos Não Tripulados
     Projeto ARARA
                                         • Proj...
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Veículos Aéreos Autônomos




                                             CLEI 2010
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AGplane 2 - Especificações


             Sensores instalados a bordo
                  Receptor GPS
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                              Tiriba

•   Objetivo: sistema portátil para tomada de imagens aéreas
•   Iníc...
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                               Tiriba




    Protótipo do Tiriba em Vôo –
     Teste da Unidade Inercial e...
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                                    Projeto SarVant




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                      Referências Bibliográficas
PUBLICAÇÕES dos Autores / LRM – ICMC – USP / INCT-SEC
  FE...
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                     Referências Bibliográficas
PUBLICAÇÕES dos Autores / LRM – ICMC – USP / INCT-SEC

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                     Referências Bibliográficas
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Clei 2010 Tutorial - Slides Parte IV

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Tutorial CLEI 2010 - Assuncion - Paraguay
Outubro 2010
LRM - ICMC - USP São Carlos
INCT-SEC
Titulo: "Robôs Móveis e Veículos Autônomos: Pesquisa, Desenvolvimento e Desafios na área da Inteligência Artificial"

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Clei 2010 Tutorial - Slides Parte IV

  1. 1. 19/10/2010 Robôs Móveis e Veículos Autônomos: Pesquisa, Desenvolvimento e Desafios na área da Inteligência Artificial Denis F. Wolf Fernando S. Osório Kalinka R. J. Castelo Branco Universidade de São Paulo – USP - ICMC Grupo de Sistemas Embarcados, Evolutivos e Robóticos - SEER Laboratório de Robótica Móvel - LRM INCT – Sistemas Embarcados Críticos CLEI 2010 #1 Laboratório de Robótica Móvel – ICMC/USP Desafios da Inteligência Artificial: Pesquisa e Desenvolvimento de Robôs Móveis e Veículos Autônomos Denis F. Wolf Fernando S. Osório Kalinka R. J. Castelo Branco Universidade de São Paulo – USP - ICMC Grupo de Sistemas Embarcados, Evolutivos e Robóticos - SEER Laboratório de Robótica Móvel - LRM INCT – Sistemas Embarcados Críticos Parte IV CLEI 2010 #2 1
  2. 2. 19/10/2010 Robótica Móvel Inteligente Desenvolvimento de Projetos e Aplicações PARTE IV • Veículos Inteligentes Condução Assistida – Detecção de Obstáculos Estacionamento Autônomo, Combate a Incêndios • Robôs Móveis para Monitoramento & Segurança Controle a Distância, Simulação Virtual de Robôs Móveis Navegação Topológica, Sistemas de Visão • Robôs Móveis Articulados Robôs que aprendem a caminhar • Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) Projeto ARARA, Projeto Tiriba CLEI 2010 #3 Robótica Móvel Inteligente Desenvolvimento de Projetos e Aplicações PARTE IV • Veículos Inteligentes Condução Assistida Detecção de Obstáculos CLEI 2010 #4 2
  3. 3. 19/10/2010 Sistema de condução autônoma / assistida Sensores laser Câmera GPS, IMU, e Bússola Processamento das informações CLEI 2010 #5 Sistema de condução autônoma / assistida Identificação e desvio de obstáculos Experimentos iniciais – março de 2009 CLEI 2010 #6 3
  4. 4. 19/10/2010 Sistema de condução autônoma / assistida Posição do veículo Dados do laser Trajetória planejada Obstáculos Dados da câmera CLEI 2010 #7 Sistema de condução autônoma / assistida CLEI 2010 #8 4
  5. 5. 19/10/2010 Sistema de condução autônoma / assistida A Driving Assistance System for Navigation in Urban Environments Leandro C. Fernandes, Maurício A. Dias, Fernando S. Osório, Denis F. Wolf IBERAMIA 2010 CLEI 2010 #9 Robótica Móvel Inteligente Desenvolvimento de Projetos e Aplicações PARTE IV • Veículos Inteligentes Estacionamento Autônomo CLEI 2010 # 10 5
  6. 6. 19/10/2010 Estacionamento Autônomo CLEI 2010 # 11 Veículos Autônomos: Simulação de Estacionamento SEVA3D – Simulador de Estacionamento de Veículos Autônomos 3D Sensores: Sonar (configurável pelo usuário) e Odômetro Atuadores: Cinemática Ackerman Usual: 6 sonares com posições específicas, odômetro, controle de velocidade e de giro da direção CLEI 2010 # 12 6
  7. 7. 19/10/2010 Veículos Autônomos: Simulação de Estacionamento SEVA3D – Simulador de Estacionamento de Veículos Autônomos 3D Aprendizado de um autômato (FSA) usando uma Rede Neural Artificial Searching Parking Space Positioning Outside Entering Positioning Inside Aligning Sensores: Sonar (configurável pelo usuário) e Odômetro Atuadores: Cinemática Ackerman (velocidade e giro da direção) CLEI 2010 # 13 Veículos Autônomos: Simulação de Estacionamento Atributos de entrada da rede: seis sensores e uma indicação do estado atual (FSA) Valores de saída da rede neural: estado dos atuadores (velocidade e direcionamento), indicação do próximo estado do processo de estacionamento Aprendizado: Exemplos de uma pessoa controlando o estacionamento do veículo Sensores de Estado Inicial Proximidade [0..5] IJCNN 2006 Infocomp RNA Journal 2007 M.Heinen Giro da F.Osório Velocidade Próximo Estado Direção CLEI 2010 # 14 7
  8. 8. 19/10/2010 Robótica Móvel Inteligente Desenvolvimento de Projetos e Aplicações PARTE IV • Veículos Inteligentes Simulação Virtual de Veículos Combate a Incêndios Sistemas Multi-Robóticos CLEI 2010 # 15 Veículos Terrestres Autônomos • Simulação Virtual de Robôs (Simulação Física) • Uso da Biblioteca ODE • Robôs Móveis Táticos: • Sistemas Multi-Robóticos • Robombeiros: Combate a Incêndios em Florestas CLEI 2010 # 16 8
  9. 9. 19/10/2010 Robombeiros Avaliação de um modelo tolerante a falhas para Atuação tática de grupos robóticos utilizando Algoritmos Genéticos CLEI 2009 G. Pessin F. Osório D. Wolf IBERAMIA 2010, IEEE ICIT 2010, IEEE CERMA 2009 CLEI 2010 # 17 Esquadrão Robótico: Simulação Robótica Autônoma - Controle Inteligente Multirobôs RoBombeiros – Simulador Robôs para Combate à Incêndios Objetivo: Criar um ESQUADRÃO de ROBOS AUTÔNOMOS para o COMBATE COORDENADO A INCÊNDIOS em AMBIENTES FLORESTAIS SIMULAÇÃO REALISTA: Ambiente de Realidade Virtual + Física CLEI 2010 # 18 9
  10. 10. 19/10/2010 Esquadrão Robótico: Simulação Navegação com desvio de obstáculos Navegação: Direcionamento + Desvio de Obstáculos DIRECIONAMENTO GLOBAL (Posição + Bússola) NAVEGAÇÃO LOCAL (Desvio) Robombeiros: - Navegação com obstáculos esparsos -Desvio local - Conhecimento: Posição do Robô Posição do Alvo Direção - Método usado: RNA (Machine Learning) CLEI 2010 # 19 Esquadrão Robótico: Simulação Aprendizado de Estratégias: Objetivo: Cercar e Barrar o Incêndio Estratégia: Definida pelo Algoritmo Genético Comportamentos em Sistemas Multi-Robóticos: Robombeiros Planejamento de Trajetórias – Otimização usando ALGORITMOS GENÉTICOS - GA CLEI 2010 # 20 10
  11. 11. 19/10/2010 Esquadrão Robótico: Simulação Robótica Autônoma - Controle Inteligente Multirobôs RoBombeiros : Navegação e Desvio de Obstáculos - Aprendizado usando Redes Neurais Artificiais - GPS: Posição Atual, Posição de Destino, Orientação - Navegação: Uso da Orientação e dos Sensores RoBombeiros : Controle dos Robôs Simulação Física usando a ODE - Simulação da Cinemática (steering) - Simulação da Dinâmica (aceleração, inércia, colisões) CLEI 2010 # 21 Esquadrão Robótico: Simulação Robótica Autônoma: AÇÕES TÁTICAS Esquadrão de Combate a Incêndios RoBombeiros – Simulador Robôs para Combate à Incêndios SIMULAÇÃO: - Ambiente Virtual 3D - Simulação da Cinemática e Dinâmica - Simulação Física - Planejamento da Estratégia de Combate ao Incêndio (Pontos de Ataque) - Otimização da Estratégia Coordenada usando Algoritmos Genéticos - Navegação e Desvio de Obstáculos usando Aprendizado Neural CLEI 2010 # 22 11
  12. 12. 19/10/2010 Robótica Móvel Inteligente Desenvolvimento de Projetos e Aplicações PARTE IV • Veículos Inteligentes Processamento de Imagens “Navegação Visual” CLEI 2010 # 23 Robótica Móvel Inteligente Navegação Visual – SIFT & SURF Mobile Robot Localization and Mapping with Uncertainty using Scale-Invariant Visual Landmarks Stephen Se, David Lowe, Jim Little (UBC, CA) Algoritmo: SIFT Reference Int. Journal of Robotics Research Vol. 21, No. 8, August 2002, pp. 735-758, CLEI 2010 # 24 12
  13. 13. 19/10/2010 Robótica Móvel Inteligente Navegação Visual – SIFT & SURF CLEI 2010 # 25 Navegação Visual Navegação por Imagens: Correlação de Imagens... NCC e Correlação de Histogramas Artigo Publicado SBIA-WCI 2010 L.Facchinetti F.Osório CLEI 2010 # 26 13
  14. 14. 19/10/2010 Navegação Visual Navegação por Imagens: Detecção da Marcação das Bordas da Pista SIBGRAPI Cláudio Jung Antigo grupo de pesquisa GPVA – Unisinos SBC JAI 2005 CLEI 2010 # 27 Robótica Móvel Inteligente Desenvolvimento de Projetos e Aplicações PARTE IV • Robôs Móveis: Monitoramento e Segurança Robôs Móveis Tele-Operados Robôs Móveis Autônomos CLEI 2010 # 28 14
  15. 15. 19/10/2010 INCT- INCT-SEC / LRM GT 1 - Robôs Táticos para Ambientes Internos OBJETIVOS: Patrulhamento Indoor: Monitoramento de Ambientes Navegação em Ambientes Internos: * Tele-Operado com Supervisão * Controle Autônomo Detecção de Intrusos e de Situações Anômalas Sistemas de Visão para Navegação e Patrulhamento Estratégias em Sistemas Multirrobóticos CLEI 2010 # 29 Equipe de Robôs para Missões Táticas Robôs de serviço/segurança – Principais objetivos: Patrulhar ambientes internos para detectar,identificar e reagir em situações de risco (invasão, fogo e ocorrências suspeitas) Modos de controle: - Tele-Operação: Controlado remotamente por um usuário (desviando de obstáculos) - Semi-Autônomo: A rota é definida por um usuário (desviando de obstáculos) - Autônomo: Patrulhamento autônomo - Multi-Robô: Patrulhamento autônomo cooperativo Funções principais: - Detectar: obstaculos, movimentos, fogo, situações anormais; - Inspecionar e Informar: link de áudio e vídeo bidirecional; - Reagir: evitar a exposição de pessoas a situações de risco; - Recarga autônoma: retorno à base de recarga de maneira autônoma CLEI 2010 # 30 15
  16. 16. 19/10/2010 Robôs Móveis Robôs Móveis e Sensores Pioneer DX • Pioneer DX and AT • Erratic Robot • SRV1 Blackfin • ASR Labs Robot (em desenvolvimento em São Carlos) • Laser SICK LMS • Laser Hokuyo • On-board Cameras com pan-tilt • Stereo Vision (STOC – Stereo on a Chip) • Wireless Camera SRV1 Erratic – Era Mobi CLEI 2010 # 31 Teleoperação <=> Autonomia Teleoperação: • Controle remoto de Robôs Pioneer Robôs localizados em São Carlos, SP (ICMC/USP) Controle localizado em Porto Alegre, RS (PUC/RS) • Envio de dados de sensores (Video, Sonar, Laser) • Recepção de comandos de controle (Move, Turn, Stop) Experimento: Setembro de 2009 Curso a distância: Programação de robôs móveis usando as ferrametas Player/Stage ICMC/USP e PUC/RS CLEI 2010 # 32 16
  17. 17. 19/10/2010 Teleoperação <=> Autonomia Teleoperação: Resultados - Teleoperação: Controle humano - Controle remoto autônomo: seguir paredes sensor laser CLEI 2010 # 33 Teleoperação <=> Autonomia Teleoperação: Problemas - Teleoperação: Controle humano - Controle remoto autônomo: seguir paredes >> Internet - Lag: Atraso no envio e recepção de dados e comandos >> Internet - Connection Lost: Perda de conexão com o ponto de acesso >> Internet – Falta de segurança na transmissão de dados Atraso: Evitar colisões (supervisão local) Conexão: IP Móvel / Handover CLEI 2010 # 34 17
  18. 18. 19/10/2010 Navegação Autônoma com Localização Controle Híbrido Robusto COHBRA / SimRob3D Arquitetura COHBRA COntrole HíBrido de Robôs Autônomos Farlei Heinen & Fernando Osório CLEI 2010 # 35 Navegação Autônoma com Localização Controle Híbrido Robusto – COHBRA / SimRob3D Controle Híbrido – TAREFAS: - Localização: MCL (Monte-Carlo Localization) - Planejamento de Trajetórias: A* (A Star) - Controle e Navegação: Campos Potenciais - Uso de Mapas do Ambiente: Mapa de Ocupação (Grid) Mapa Geométrico (Poligonal) Mapa de Conectividade (Topológico) - Alteração dos Mapas: Inclusão de Obstáculos (Construçaõ de Mapas) Exclusão de Obstáculos (Adaptação de Mapas) CLEI 2010 # 36 18
  19. 19. 19/10/2010 Navegação Autônoma Topológica Navegação Topológica: Algoritmo Proposto e Simulação FSM RNA D. Sales, F. Osório, D. Wolf CLEI 2010 # 37 Navegação Autônoma Topológica Navegação Topológica: Experimento Real CLEI 2010 # 38 19
  20. 20. 19/10/2010 Navegação Autônoma Topológica Detecção de Intrusos: Experimento Real Câmera Térmica FLIR PathFindIR CLEI 2010 # 39 Navegação Autônoma por Visão Navegação por Imagens: Experimento Real SRV1 Artigo Publicado IEEE LARS 2010 D. Sales, P. Shinzato, F. Osório, D. Wolf CLEI 2010 # 40 20
  21. 21. 19/10/2010 Robótica Móvel Inteligente Desenvolvimento de Projetos e Aplicações PARTE IV • Robôs Móveis Articulados Robôs com Patas Aprendizado do Movimento (caminhar) CLEI 2010 # 41 Robótica Móvel Inteligente Desenvolvimento de Projetos e Aplicações JUICE – Nate Waddoups CLEI 2010 # 42 21
  22. 22. 19/10/2010 Aprendizado de Máquina em Robótica Móvel Aprendizado de Seqüências: “Robôs com Pernas” Autômato Finito / FSM – Finite State Machine: LEGGEN * Virtual Reality Environment and Simulation of Legged Robots "Uso de Realidade Virtual para a Simulação do Caminhar em Robôs Móveis" SVR 2006 - Belém, Brazil * Evaluate different Robot Models (hardware configurations) "Applying Genetic Algorithms to Control Gait of Physically Based Simulated Robots” - IEEE WCCI / CEC 2006 - Vancouver, Canadá * Evaluate different Fitness Functions "Gait Control Generation for Physically Based Simulated Robots using Genetic Algorithms” - IBERAMIA / SBIA 2006 - Ribeirão Preto, SP * Robot, Vehicles and Human Simulation "Increasing Reality in VR Applications: Physical and Behavioral Simulation" Virtual Concept Summer School - Nov. 2006 - Porto Alegre, RS / VC2006 Cancun * Evaluate Neural Learning of cyclic functions => SBRN 2006 Milton Heinen * Evaluate Robot Morphology Evolution => CLEI 2007 Fernando Osório CLEI 2010 # 43 Aprendizado de Máquina em Robótica Móvel LEGGEN - ROBOT SIMULATION Simulation of 3D Realistic Virtual Legged Robots LEGGEN Simulator Genetic Evolved Control of Articulated Robots (w/legs) CLEI 2010 # 44 22
  23. 23. 19/10/2010 Aprendizado de Máquina em Robótica Móvel LEGGEN - ROBOT SIMULATION Simulation of 3D Realistic Virtual Legged Robots LEGGEN Simulator - Tools: 1. OSG - Open Scene Graph (OpenGL + Extensions) [ http://www.openscenegraph.org/ ] Graphics Engine 2. ODE - Open Dynamics Engine Rigid Body Physics Simulation (gravity, inertia, friction, collision, joints, etc) [ http://www.ode.org/ ] Physics Engine CLEI 2010 # 45 Aprendizado de Máquina em Robótica Móvel LEGGEN - ROBOT SIMULATION Simulation of 3D Realistic Virtual Legged Robots LEGGEN Simulator - Tools: 1. OSG - Open Scene Graph (OpenGL + Extensions) [ http://www.openscenegraph.org/ ] 2. ODE - Open Dynamics Engine 3. GALib Genetic Algorithms Simulation http://www.lancet.mit.edu/ga/ 4. Robot Control: Joint Angles Finite State Machine Artificial Neural Nets CLEI 2010 # 46 23
  24. 24. 19/10/2010 Aprendizado de Máquina em Robótica Móvel LEGGEN - ROBOT SIMULATION Simulation of 3D Realistic Virtual Legged Robots LEGGEN Simulator - Tools: 1. OSG - Open Scene Graph (OpenGL + Extensions) [ http://www.openscenegraph.org/ ] 2. ODE - Open Dynamics Engine Control: 3. GALib Genetic Algorithms Simulation - Joints with motors http://www.lancet.mit.edu/ga/ - Activate motors to set a specific angle for each joint 4. Robot Control: Joint Angles - Sequence of angles = Walk! Finite State Machine Artificial Neural Nets CLEI 2010 # 47 Aprendizado de Máquina em Robótica Móvel LEGGEN - ROBOT SIMULATION GA Finite State Machine Genome: * FSM: Table of Target States (Sequence of Actions) * Target angles + Reference Angular velocity * Adjust velocity * Fitness Function: Sensor based CLEI 2010 # 48 24
  25. 25. 19/10/2010 Aprendizado de Máquina em Robótica Móvel LEGGEN - ROBOT SIMULATION Simulation of 3D Realistic Virtual Legged Robots LEGGEN Simulator - Tools: Sensorial Robotnik Controller Motors Viewer 3D Visualization CLEI 2010 # 49 Aprendizado de Máquina em Robótica Móvel LEGGEN - ROBOT SIMULATION Simulation of 3D Realistic Virtual Legged Robots LEGGEN Simulator - Tools: Sensorial Neural Network Joint Angles Robotnik Controller Evolution Motors GA Viewer FSA - Automata 3D Joint Angles Evolve Control + Visualization CLEI 2010 # 50 25
  26. 26. 19/10/2010 Aprendizado de Máquina em Robótica Móvel LEGGEN - ROBOT SIMULATION Simulation of 3D Realistic Virtual Legged Robots LEGGEN Simulator - Tools: Sensorial Neural Network Joint Angles Robotnik Controller Evolution Motors GA Viewer FSA - Automata 3D Joint Angles Evolve Robot + Evolve Control + Robot Morphology Visualization Dimensions/Shape configuration CLEI 2010 # 51 Aprendizado de Máquina em Robótica Móvel Genetic Algorithms Simulation GA Parameters: Cross-Over: 0.80 Mutation: 0.08 Population: 350 Generations: 700 Genome: Evolve FSA Evolve ANN CLEI 2010 # 52 26
  27. 27. 19/10/2010 Aprendizado de Máquina em Robótica Móvel Genetic Algorithms Simulation Fitness Function: F = Fitness D = Walked Distance B = Bumpers (paws touching ground ~ stability) G = Gyro (gyroscope/accelerometers ~ stability) where P = paws ni = bumper contacts of paw i GA Parameters: N = total bumper sensor readings Cross-Over: 0.80 Mutation: 0.08 Population: 350 Generations: 700 Walking time: 30 G = Sum of x, y, z instability where CLEI 2010 # 53 Aprendizado de Máquina em Robótica Móvel LEGGEN SIMULATOR - ANN GA Artificial Neural Network Input Layer (3x4 = 12 joints) Context Input (recurrent) Hidden Layer (3 neurons) Elman Recurrent Network Output Layer (12 outputs) Input: joint angles at time t [-1:+1] Output: joint angles at time t+1 [-1:+1] Temporal sequence of joint angles. Learning: adjust ANN weights - Not supervised => Genetic Algorithm weight adjust CLEI 2010 # 54 27
  28. 28. 19/10/2010 Aprendizado de Máquina em Robótica Móvel LEGGEN - ROBOT SIMULATION Simulação Realística Virtual 3D Evolução do Controle (AG) de Robôs Articulados Simulador LEGGEN CSBC 2009 - JAI CLEI 2010 # 55 Aplicações # 55 Robótica Móvel Inteligente Desenvolvimento de Projetos e Aplicações PARTE IV • Veículos Aéreos Não Tripulados Projeto ARARA – USP São Carlos AGX AGPlane – USP / AGX TIRIBA – USP / INCT-SEC CLEI 2010 # 56 28
  29. 29. 19/10/2010 Veículos Aéreos Não Tripulados Projeto ARARA • Projeto ARARA IEEE ICIT 2010 Onofre Trindade Jr., Kalinka Castelo Branco CLEI 2010 # 57 INCT-SEC: Veículo Aéreo Autônomo VANTs – Veículos Aéreos Não Tripulados LRM – ICMC – USP / INCT-SEC AGPlane AGX Tecnologia Projeto YouTube: Search AGPLANE - MEMBECA 2008 ARARA CLEI 2010 # 58 29
  30. 30. 19/10/2010 Veículos Aéreos Autônomos CLEI 2010 # 59 AGplane 2 - Especificações Características operacionais Motor 40cc, 2T, 5HP, AVGAS Peso máximo de decolagem: 20kg Carga útil: 3kg Autonomia de vôo: 4h Velocidade de cruzeiro: 100km/h Velocidade de estol: 40km/h Sistema autônomo ou remotamente pilotado Pára-quedas de emergência Gerador de energia/motor de partida Estação de controle móvel Decolagem automática CLEI 2010 # 60 30
  31. 31. 19/10/2010 AGplane 2 - Especificações Sensores instalados a bordo Receptor GPS Câmera fotográfica Sistema de vídeo em tempo real Altímetro Velocímetro (velocidade aerodinâmica) Temperatura Sensor de atitude baseado em GPS etc. CLEI 2010 # 61 Tiriba CLEI 2010 # 62 31
  32. 32. 19/10/2010 Tiriba • Objetivo: sistema portátil para tomada de imagens aéreas • Início: fev 2009 • Conclusão: 2010 • Características: • Decolagem: lançamento manual • Pouso automático: pára quedas • Missão autônoma, estação de solo baseada em celular • Propulsão elétrica: 1,2 KW • Peso máximo de decolagem: 3Kg • Payload: 700g • Autonomia: 40min (2horas, futuro) • Velocidade de cruzeiro: >80Km/h • Montagem: 10min CLEI 2010 # 63 Tiriba Placa do Piloto Automático do Tiriba CLEI 2010 # 64 32
  33. 33. 19/10/2010 Tiriba Protótipo do Tiriba em Vôo – Teste da Unidade Inercial e Barométrica CLEI 2010 # 65 SarVant • Objetivo: sistema tomada de imagens aéreas com SAR (radar de abertura sintética) • Baseado no ARARA NG, início: fev 2009, conclusão: 2011 • Características: • Pouso e Decolagem: remotamente pilotadas • Envergadura: 5,5m • Missões autônomas • Propulsão: dois motores de 20HP • Peso máximo de decolagem: 150 Kg • Payload: 35 Kg (radar de abertura sintética) • Autonomia: > 6h • Velocidade de cruzeiro: 200 Km/h • Montagem: 40min CLEI 2010 # 66 33
  34. 34. 19/10/2010 Projeto SarVant CLEI 2010 # 67 Aviônica para VANTs Desafios SARVANT (INSAR) BRASÍLIA | 04.08.2010 Tornar os VANTs parte indistinguível da frota de aeronaves convencionais: Controle e compartilhamento do espaço aéreo; Confiabilidade de voo; Normas e procedimentos de projeto, construção e operação. Cenários: Espera-se no prazo de 5 a 10 anos que o cenário acima seja verdadeiro; Espera-se no prazo de 10 a 20 anos que as únicas aeronaves tripuladas sejam aquelas para transporte de passageiros. Ações: Divisão dos sistemas entre VANTs e VANCs (Veículos Aéreos não Controlados) impondo-se aos VANCs limites máximos de peso, alcance, altitude de voo e áreas com restrição de operação. VANCs autônomos já são realidade no mercado de brinquedos! VANTs devem ser certificados seguindo os mesmos procedimentos utilizados para aeronaves convencionais. VANTs não certificados não devem compartilhar o espaço aéreo. CLEI 2010 # 68 34
  35. 35. 19/10/2010 Referências Bibliográficas PUBLICAÇÕES dos Autores / LRM – ICMC – USP / INCT-SEC FERNANDES, L. C. ; OSORIO, F. S. ; Wolf, D. F. ; DIAS, M. A. . A Driving Assistance System for Navigation in Urban Environments. In: IBERAMIA - Ibero-American Conference on Artificial Intelligence, 2010, Bahía Blanca. Lecture Notes in Computer Science - LNCS Springer, 2010. p. 1-12. HATA, A. Y. ; WOLF, D. F. ; PESSIN, G. ; OSORIO, F. S. Terrain Mapping and Classification in Outdoor Environments Using Neural Networks. International Journal of u- and e- Service, Science and Technology. ISSN: 2005-4246. Vol. 2, No. 4, p. 51-61, 2009. HATA, A. Y. ; Wolf, D. F. . Outdoor Mapping Using Mobile Robots And Laser Range Finders. In: Electronics, Robotics and Automotive Mechanics Conference (IEEE CERMA 2009), Cuernavaca. 2009. p. 209-214. HEINEN,M.; OSÓRIO,F.; HEINEN,F.; KELBER,C. SEVA3D: Autonomous Vehicles Parking Simulator in a three- dimensional environment. INFOCOMP. Journal,v.6,p.63-70, 2007. HEINEN,M.; OSÓRIO,F.; HEINEN,F.; KELBER,C. SEVA3D: Using Artificial Neural Networks to Autonomous Vehicle Parking Control.In: IEEE-IJCNN Joint Conf. on Neural Nets. Proceeding of the WCCI-IJCNN. Vancouver, Canadá: IEEE Press, 2006. v.1. p.9454-9461. HSIEH, M. A. ; COWLEY, A. ; KELLER, J. F. ; CHAIMOWICZ, L. ; GROCHOLSKY, B. ; KUMAR, V. ; TAYLOR, C. J. ; ENDO, Y. ; ARKIN, R. C. ; JUNG, B. ; WOLF, D.; SUKHATME, G. ; MACKENZIE, C. . Adaptive Teams of Autono- mous Aerial and Ground Robots for Situational Awareness. Journal of Field Robotics, v.24, p.991-1014, 2007. JUNG, C.; OSÓRIO, F.; KELBER, C.; HEINEN, F.. Computação Embarcada: Projeto e Implementação de Veículos Autônomos Inteligentes. In: M. P. Barcellos; A. A. F. Loureiro. (Org.). JAI - Jornada de Atualização em Informática / Congresso da SBC 2005. Porto Alegre: SBC, p. 1358-1406. Web: http://osorio.wait4.org/palestras/jai2005.html OSÓRIO, F.; et al. Research, Design and Implementation of Intelligent Autonomous Vehicles (Tutorial). Autonomous robots: Design and Testing using Virtual Reality and Physical Simulation (Plenary Talk). IEEE CERMA 2007 – 4th. IEEE-Conference on Electronics, Robotics and Automative Mechanics. 2007. México. WebSite: http://osorio.wait4.org/oldsite/palestras/cerma07.html CLEI 2010 # 69 Referências Bibliográficas PUBLICAÇÕES dos Autores / LRM – ICMC – USP / INCT-SEC OSÓRIO, Fernando S. ; HEINEN, M. R. . Evolving Gait Control of Physically Based Simulated Robots. Revista de Informática Teórica e Aplicada, v. XIV, p. 119-134, 2007. OSÓRIO, Fernando; WOLF, Denis; Simões, Eduardo; CASTELO BRANCO, Kalinka; PESSIN, Gustavo. Simulação Virtual de Carros em Jogos e Aplicações de I.A.. [Tutorial] In: Esteban Clua, Delmar Galasi. (Org.). Proceedings of the SBGames - Computing Track -Rio de Janeiro: SBC - PUC/RJ, 2009, v. 1, p. 1-20. Web: http://osorio.wait4.org/palestras/ sbgames09.html or http://www.inf.unisinos.br/~sbgames/anais/tutorials/Tutorial3.pdf OSORIO, F. S. ; Wolf, D. F. ; BRANCO, K. R. L. J. C. ; PESSIN, G. . Mobile Robots Design and Implementation: From Virtual Simulation to Real Robots. In: IDMME - Virtual Concept, Bordeaux - France. 2010. p. 1-6. PESSIN, G. ; HATA, A. Y. ; OSORIO, F. S. ; Wolf, D. F. . Intelligent Control and Evolutionary Strategies Applied to Multirobotic Systems. In: IEEE International Conference on Industrial Technology, 2010, Vina del Mar. IEEE International Conference on Industrial Technology - ICIT 2010, 2010. p. 1-6. PESSIN, G. ; OSORIO, F. S. ; Wolf, D. F. . Improving Efficiency of a Genetic Algorithm Applied to Multi-Robot Tactic Operation. In: IBERAMIA - Ibero-American Conf. on Artifi-cial Intelligence, Bahía Blanca. Lecture Notes in Computer Science LNCS, 2010. p.1-10. PESSIN, G. ; OSORIO, F. S. ; DIAS, M. A. ; Wolf, D. F. . Genetic Algorithm Applied to Robotic Squad Coordination. In: Electronics, Robotics and Automotive Mechanics Conference (IEEE CERMA 2009), Cuernavaca. 2009, p. 169-174. SAITO, P. T. M.; SABATINE, R. J.; BRANCO, K.C. ; Wolf, D. An Analysis of Parallel Approaches for a Mobile Robotic Self-localization Algorithm. International Journal of Future Generation Communication and Networking. Vol. 2, No. 4, Dec. 2009. p. 49-64. SAITO, P. T. M.; SABATINE, R. J.; BRANCO, K. R. L. J. C.; Wolf, D. F. Parallel Implementation of Mobile Robotic Self-localization. In: International Conf. on Convergence and Hybrid Information Technology (ICHIT 2009), Daejeon, 2009. p. 390-396. CLEI 2010 # 70 35
  36. 36. 19/10/2010 Referências Bibliográficas PUBLICAÇÕES dos Autores / LRM – ICMC – USP / INCT-SEC SALES, D. O. ; SHINZATO, P. Y. ; PESSIN, G. ; OSORIO, F. S. ; Wolf, D. F. . Vision-Based Autonomous Navigation System Using ANN and FSM Control. In: IEEE LARS - Latin American Robotics Symposium, São Bernardo do Campo, Oct. 2010. SHINZATO, P. Y. ; FERNANDES, L. C. ; OSORIO, F. S. ; WOLF, D. F. . Path Recognition for Outdoor Navigation Using Artificial Neural Networks: Case Study. In: Proceedings of IEEE International Conference on Industrial Technology, 2009, Vina del Mar. IEEE ICIT 2010, 2009. p. 1-6. SHINZATO, P. Y. ; WOLF, D. F. . Image Features Analysis for Road Following Using Artificial Neural Networks. In: IEEE LARS - Latin American Robotics Symposium, São Bernardo do Campo, 2010. TRINDADE, O Jr, CASTELO BRANCO, K. R. L. J., NERIS, L., Fernando. Robótica Aérea. This chapter was accepted for publication as part of the book: Robotics and Mobile Robots, edited by Roseli Aparecida Francelin Romero/ICMC- USP, Fernando Santos Osório/ICMC-USP, Denis Fernando Wolf/ICMC-USP, Edson Prestes e Silva Junior/UFRGS. The book is scheduled to be published in December 2010. TRINDADE, O Jr, NERIS, L. O., BARBOSA, L.C.P., CASTELO BRANCO, K. R. L. J, A layered approach to design autopilots. In: IEEE-ICIT 2010 International Conference on Industrial Technology, 2010, Viña del Mar, Valparaíso. Proceedings of IEEE-ICIT 2010. Los Alamitos, California : IEEE Computer Society, 2010. p. 1-6. TRINDADE, Onofre Jr ; BRAGA, R. T. V. ; NERIS, L O ; BRANCO, K. R. L. J. C. . Uma Metodologia para Desenvolvimento de Sistemas Embarcados Críticos com Vistas a Certificação. In: IX Simpósio de Automação Inteligente - IX SBAI, 2009, Brasília. Anais do IX Simpósio de Automação inteligente IX SBAI, 2009. p. 1-6. WOLF, D. F. ; HOWARD, A. ; SUKHATME, G. . Towards Geometric 3D Mapping of Outdoor Environments Using Mobile Robots. In: IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems - IROS, 2005, Edmonton. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems - IROS, 2005. CLEI 2010 # 71 Referências Bibliográficas PUBLICAÇÕES dos Autores / LRM – ICMC – USP / INCT-SEC WOLF, D. F. ; HOWARD, A. ; SUKHATME, G. . Towards Geometric 3D Mapping of Outdoor Environments Using Mobile Robots. In: IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems - IROS, 2005, Edmonton. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems - IROS, 2005. WOLF, D. F. ; SUKHATME, G. . Mobile Robot Simultaneous Localization and Mapping in Dynamic Environments. Autonomous Robots, Estado Unidos, v. 19, n. 1, p. 53-65, 2005. WOLF, D. F. ; SUKHATME, G. . Semantic Mapping Using Mobile Robots. IEEE Transactions on Robotics and Automation, v. 24, p. 245-258, 2008. WOLF, D. F. ; SUKHATME, G. ; FOX, D. ; BURGARD, W. . Autonomous Terrain Mapping and Classification Using Hidden Markov Models. In: Proceedings of IEEE International Conf. on Robotics and Automation - ICRA, Barcelona. IEEE ICRA, 2005. WOLF, Denis F.; OSÓRIO, Fernando S.; SIMÕES, Eduardo; TRINDADE Jr., Onofre. Robótica Inteligente: Da Simulação às Aplicações no Mundo Real. [Tutorial] In: André Ponce de Leon F. de Carvalho; Tomasz Kowaltowski. (Org.). JAI: Jornada de Atualização em Informática da SBC. Rio de Janeiro: SBC - Editora da PUC Rio, 2009, v. 1, p. 279-330. Web: http://osorio.wait4.org/palestras/jai2009.html Login: usp / guest Laboratório de Robótica Móvel – ICMC/USP http://www.lrm.icmc.usp.br/ CLEI 2010 # 72 36
  37. 37. 19/10/2010 Referências Bibliográficas Referências Complementares BECKEY, George A. Autonomous Robots: From Biological Inspiration to Implementation and Control. MIT Press. June, 2005. DUDEK, G. and JENKIN, M. (2000). Computational Principles of Mobile Robotics. Cambridge University Press. HAYKIN, S.. Neural Networks – A Comprehensive Foundation. Pearson, 1999. 823p. LATOMBE, J. Robot Motion Planning. Kluwer Academic, Boston, MA. (1991) MEDEIROS, Adelardo A.D. (1998). A Survey of Control Architectures for Autonomous Mobile Robots. JBCS - Journal of the Brazilian Computer Society, special issue on Robotics, vol. 4, n. 3. MITCHELL, Tom M. Machine Learning. McGraw-Hill, Boston-Massachusetts, 1997. SIEGWART, Roland and NOURBAKHSH, Illah R. Introduction to Autonomous Mobile Robots. A Bradford Book, The MIT Press: Cambridge, London. 317p. (2004) REZENDE, Solange (Ed.). Sistemas Inteligentes : Fundamentos e Aplicações. Barueri: Editora Manole, 2003. 525 p. ISBN 85-204-1683-7. THRUN, S.; BURGARD, W.; Fox, D. Probabilistic Robotics. Cambridge: The MIT Press. 667p. (2005) DARPA Grand Challenge - Urban Challenge. 2007 http://www.darpa.mil/ grandchallenge/ ELROB The European Robot Trial http://www.elrob.org/ POMERLEAU, D. A. Alvinn: An Autonomous Land Vehicle in a Neural Network – The CMU Navlab, Carnegie- Melon CMU Tech-Report Ref: ADA218975. 1989. POMERLEAU, D. Neural network based autonomous navigation. In: Thorpe, C.(Ed.).Vision and Navigation: The CMU Navlab. Kluwer Academic Publish, 1990. Web: http://www.ri.cmu.edu/ - Web: http://www.cs.cmu.edu/afs/cs.cmu.edu/project/alv/member/ www/navlab_home_page.html POMERLEAU, Dean. Neural Network Perception for Mobile Robot Guidance. Kluwer Academic Publishers Norwell, MA, USA - ISBN:0792393732. 1993. CLEI 2010 # 73 Referências Bibliográficas Referências Complementares THRUN, S. et al. Stanley: The Robot that Won the DARPA Grand Challenge. Journal of Field Robotics, Vol. 23, No. 9, June 2006, p.661-692. http://robots.stanford.edu/papers.html (Acesso em 08/02/2009). 2006. THRUN, S., MONTEMERLO, M., DAHLKAMP, H., STAVENS, D., ARON, A., et al: “Stanley: The robot that won the darpa grand challenge”. Research articles. J. Robot. Syst. 23(9) (2006) pg.661-692. URMSON, C., ANHALT, J., BAGNELL, D., BAKER, C., BITTNER, R.,,et al. Autonomous driving in urban environments: Boss and the urban challenge. J. Field Robot. 25(8) (2008). pg 425-466. RoboCup – Robot Soccer Competitions. http://en.wikipedia.org/wiki/RoboCup and http://www.fira.net Robotics Competitions – http://en.wikipedia.org/wiki/Category:Robotics_competitions GIBBS, W. Wayt, Innovations from a Robot Rally, Scientific American, Jan2006, Vol. 294, Issue 1. pp.64-71. 2006. VAUGHAN, Richard ; GERKEY, Brian and HOWARD, Andrew "On Device Abstractions For Portable, Resuable Robot Code". In Proceedings of the IEEE/RSJ Internatl. Conf. on Intelligent Robot Systems (IROS 2003), pp.2121- 2427, Las Vegas,USA, Oct. (2003) GERKEY, B.; VAUGHAN, R. T.; HOWARD, A.. "The Player/Stage Project: Tools for Multi-Robot and Distributed Sensor Systems". In Proceedings of the 11th Internatl. Conf. on Advanced Robotics (ICAR 2003), pp. 317-323, Coimbra, Portugal, June. (2003) GERKEY, Brian P.; VAUGHAN, Richard T.; STØY, Kasper; HOWARD, Andrew; SUKHATME,Gaurav S. and MATARIC, Maja J. "Most Valuable Player: A Robot Device Server for Distributed Control". In Proceedings of the IEEE/RSJ Internatl. Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2001), pp. 1226-1231, Wailea, Hawaii, October 29 - November 3. (2001). CLEI 2010 # 74 37
  38. 38. 19/10/2010 OBRIGADO! Laboratório de Robótica Móvel www.lrm.icmc.usp.br Denis Fernando Wolf – denis@icmc.usp.br Fernando Santos Osório - fosorio@icmc.usp.br Kalinka R. J. C. Branko - kalinka@icmc.usp.br http://www.slideshare.net/ Search: Clei 2010 Tutorial CLEI 2010 # 75 38

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