Sistema de modelização tridimensional para ambientes não estruturados

A navegação de veículos autónomos em ambientes não estruturados continua a ser um problema em aberto. A complexidade do mundo real ainda é um desafio. A difícil caracterização do relevo irregular, dos objectos dinâmicos e pouco distintos(e a inexistência de referências de localização) tem sido alvo de estudo e do desenvolvimento de vários métodos que permitam de uma forma eficiente, e em tempo real, modelizar o espaço tridimensional. O trabalho realizado ao longo desta dissertação insere-se na estratégia do Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA) na pesquisa e desenvolvimento de sistemas sensoriais que possibilitem o aumento da capacidade de percepção das plataformas robóticas. O desenvolvimento de um sistema de modelização tridimensional visa acrescentar aos projectos LINCE (Land INtelligent Cooperative Explorer) e TIGRE (Terrestrial Intelligent General proposed Robot Explorer) maior autonomia e capacidade de exploração e mapeamento. Apresentamos alguns sensores utilizados para a aquisição de modelos tridimensionais, bem como alguns dos métodos mais utilizados para o processo de mapeamento, e a sua aplicação em plataformas robóticas. Ao longo desta dissertação são apresentadas e validadas técnicas que permitem a obtenção de modelos tridimensionais. É abordado o problema de analisar a cor e geometria dos objectos, e da criação de modelos realistas que os representam. Desenvolvemos um sistema que nos permite a obtenção de dados volumétricos tridimensionais, a partir de múltiplas leituras de um Laser Range Finder bidimensional de médio alcance. Aos conjuntos de dados resultantes associamos numa nuvem de pontos coerente e referenciada. Foram desenvolvidas e implementadas técnicas de segmentação que permitem inspeccionar uma nuvem de pontos e classifica-la quanto às suas características geométricas, bem como ao tipo de estruturas que representem. São apresentadas algumas técnicas para a criação de Mapas de Elevação Digital, tendo sido desenvolvida um novo método que tira partido da segmentação efectuada

Navegação de robôs móveis por marcas artificiais em ambientes semi-estruturados

Mestrado em engenharia electrotécnica e de computadores - Área de Especialização de Sistemas Autónomos

Programa de educação para a saúde desenvolvimento e estimulação infantil

Introdução: A participação activa dos pais e outros cuidadores está relacionada com o conhecimento que estes têm, sendo por isso importante traçar estratégias que promovam a aquisição de conhecimentos. A triagem e detecção precoce de alterações do desenvolvimento infantil são de uma importância premente fazendo o Fisioterapeuta parte da equipa multidisciplinar responsável por tal. Objectivos: Aumentar o grau de conhecimento dos pais e funcionários da instituição, sobre desenvolvimento infantil, da criança dos 0 aos 3 anos e detectar alterações e/ou atrasos no desenvolvimento infantil, presentes e até então não diagnosticados. Amostra: A amostra deste estudo foi constituída por 45 pais com filhos a frequentar a creche do Abrigo, 39 crianças e 11 funcionários. Pais e funcionários responderam a um questionário de levantamento de necessidades e de caracterização sociodemográfica. Houve ainda reuniões com os pais para informação dos resultados das avaliações e uma sessão educativa para pais e funcionários da creche onde foram avaliados conhecimentos antes e depois da sessão. As 39 crianças foram avaliadas através do Teste de Triagem de Desenvolvimento de Denver II. Resultados: A grande maioria dos pais e funcionários querem ter acções de formação na área do desenvolvimento infantil. Das 39 crianças avaliadas, 2 atrasos de desenvolvimento detectados e encaminhados. Relativamente aos pais foi possível observar um aumento de aquisição de conhecimentos na primeira sessão educativa não se tendo observado o mesmo na 2ª sessão. Nos funcionários verificou-se uma aquisição de conhecimentos. Conclusão: A educação para a saúde é primordial nas instituições com crianças sendo o papel do fisioterapeuta integrado na equipa destas instituições, muito importante

Sistema de modelização tridimensional de galerias subterrâneas

A presente dissertação apresenta uma solução para o problema de modelização tridimensional de galerias subterrâneas. O trabalho desenvolvido emprega técnicas provenientes da área da robótica móvel para obtenção um sistema autónomo móvel de modelização, capaz de operar em ambientes não estruturados sem acesso a sistemas de posicionamento global, designadamente GPS. Um sistema de modelização móvel e autónomo pode ser bastante vantajoso, pois constitui um método rápido e simples de monitorização das estruturas e criação de representações virtuais das galerias com um elevado nível de detalhe. O sistema de modelização desloca-se no interior dos túneis para recolher informações sensoriais sobre a geometria da estrutura. A tarefa de organização destes dados com vista _a construção de um modelo coerente, exige um conhecimento exacto do percurso praticado pelo sistema, logo o problema de localização da plataforma sensorial tem que ser resolvido. A formulação de um sistema de localização autónoma tem que superar obstáculos que se manifestam vincadamente nos ambientes underground, tais como a monotonia estrutural e a já referida ausência de sistemas de posicionamento global. Neste contexto, foi abordado o conceito de SLAM (Simultaneous Loacalization and Mapping) para determinação da localização da plataforma sensorial em seis graus de liberdade. Seguindo a abordagem tradicional, o núcleo do algoritmo de SLAM consiste no filtro de Kalman estendido (EKF { Extended Kalman Filter ). O sistema proposto incorpora métodos avançados do estado da arte, designadamente a parametrização em profundidade inversa (Inverse Depth Parametrization) e o método de rejeição de outliers 1-Point RANSAC. A contribuição mais importante do método por nós proposto para o avanço do estado da arte foi a fusão da informação visual com a informação inercial. O algoritmo de localização foi testado com base em dados reais, adquiridos no interior de um túnel rodoviário. Os resultados obtidos permitem concluir que, ao fundir medidas inerciais com informações visuais, conseguimos evitar o fenómeno de degeneração do factor de escala, comum nas aplicações de localização através de sistemas puramente monoculares. Provámos simultaneamente que a correcção de um sistema de localização inercial através da consideração de informações visuais é eficaz, pois permite suprimir os desvios de trajectória que caracterizam os sistemas de dead reckoning. O algoritmo de modelização, com base na localização estimada, organiza no espaço tridimensional os dados geométricos adquiridos, resultando deste processo um modelo em nuvem de pontos, que posteriormente _e convertido numa malha triangular, atingindo-se assim uma representação mais realista do cenário original.

Sistema de controlo de um veículo autónomo terrestre

A crescente necessidade imposta pela gama de aplicações existentes, torna o estudo dos veículos autónomos terrestres um objecto de grande interesse na investigação. A utilização de robots móveis autónomos originou quer um incremento de eficiência e eficácia em inúmeras aplicações como permite a intervenção humana em contextos de elevado risco ou inacessibilidade. Aplicações de monitorização e segurança constituem um foco de utilização deste tipo de sistemas quer pela automatização de procedimentos quer pelos ganhos de eficiência (desde a eficiência de soluções multi-veículo à recolha e detecção de informação). Neste contexto, esta dissertação endereça o problema de concepção, o desenvolvimento e a implementação de um veículo autónomo terrestre, com ênfase na perspectiva de controlo. Este projecto surge pois no âmbito do desenvolvimento de um novo veículo terrestre no Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA) do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). É efectuado um levantamento de requisitos do sistema tendo por base a caracterização de aplicações de monitorização, transporte e vigilância em cenários exteriores pouco estruturados. Um estado da arte em veículos autónomos terrestres é apresentado bem como conceitos e tecnologias relevantes para o controlo deste tipo de sistemas. O problema de controlo de locomoção é abordado tendo em particular atenção o controlo de motores DC brushless. Apresenta-se o projecto do sistema de controlo do veículo, desde o controlo de tracção e direcção, ao sistema computacional de bordo responsável pelo controlo e supervisão da missão. A solução adoptada para a implementação mecânica da estrutura do veículo consiste numa plataforma de veículo todo terreno (motociclo 4X4) disponível comercialmente. O projecto e implementação do sistema de controlo de direcção para o mesmo é apresentado quer sob o ponto de vista da solução electromecânica, quer pelo subsistema de hardware de controlo embebido e respectivo software. Tendo em vista o controlo de tracção são apresentadas duas soluções. Uma passando pelo estudo e desenvolvimento de um sistema de raiz capaz de controlar motores BLDC de elevada potência, a segunda passando pela utilização de uma solução através de um controlador externo. A gestão energética do sistema é abordada através do projecto e implementação de um sistema de controlo e distribuição de energia específico. A implementação do veículo foi alcançada nas suas vertentes mecânica, de hardware e software, envolvendo a integração dos subsistemas projectados especialmente bem como a implementação do sistema computacional de bordo. São apresentados resultados de validação do controlo de locomoção básico quer em simulação quer descritos os testes e validações efectuados no veículo real. No presente trabalho, são também tiradas algumas conclusões sobre o desenvolvimento do sistema e sua implementação bem como perspectivada a sua evolução futura no contexto de missões coordenadas de múltiplos veículos robóticos.

Exploração da Point Cloud Library aplicada à percepção em sistemas autónomos

A navegação e a interpretação do meio envolvente por veículos autónomos em ambientes não estruturados continua a ser um grande desafio na actualidade. Sebastian Thrun, descreve em [Thr02], que o problema do mapeamento em sistemas robóticos é o da aquisição de um modelo espacial do meio envolvente do robô. Neste contexto, a integração de sistemas sensoriais em plataformas robóticas, que permitam a construção de mapas do mundo que as rodeia é de extrema importância. A informação recolhida desses dados pode ser interpretada, tendo aplicabilidade em tarefas de localização, navegação e manipulação de objectos. Até à bem pouco tempo, a generalidade dos sistemas robóticos que realizavam tarefas de mapeamento ou Simultaneous Localization And Mapping (SLAM), utilizavam dispositivos do tipo laser rangefinders e câmaras stereo. Estes equipamentos, para além de serem dispendiosos, fornecem apenas informação bidimensional, recolhidas através de cortes transversais 2D, no caso dos rangefinders. O paradigma deste tipo de tecnologia mudou consideravelmente, com o lançamento no mercado de câmaras RGB-D, como a desenvolvida pela PrimeSense TM e o subsequente lançamento da Kinect, pela Microsoft R para a Xbox 360 no final de 2010. A qualidade do sensor de profundidade, dada a natureza de baixo custo e a sua capacidade de aquisição de dados em tempo real, é incontornável, fazendo com que o sensor se tornasse instantaneamente popular entre pesquisadores e entusiastas. Este avanço tecnológico deu origem a várias ferramentas de desenvolvimento e interacção humana com este tipo de sensor, como por exemplo a Point Cloud Library [RC11] (PCL). Esta ferramenta tem como objectivo fornecer suporte para todos os blocos de construção comuns que uma aplicação 3D necessita, dando especial ênfase ao processamento de nuvens de pontos de n dimensões adquiridas a partir de câmaras RGB-D, bem como scanners laser, câmaras Time-of-Flight ou câmaras stereo. Neste contexto, é realizada nesta dissertação, a avaliação e comparação de alguns dos módulos e métodos constituintes da biblioteca PCL, para a resolução de problemas inerentes à construção e interpretação de mapas, em ambientes indoor não estruturados, utilizando os dados provenientes da Kinect. A partir desta avaliação, é proposta uma arquitectura de sistema que sistematiza o registo de nuvens de pontos, correspondentes a vistas parciais do mundo, num modelo global consistente. Os resultados da avaliação realizada à biblioteca PCL atestam a sua viabilidade, para a resolução dos problemas propostos. Prova da sua viabilidade, são os resultados práticos obtidos, da implementação da arquitectura de sistema proposta, que apresenta resultados de desempenho interessantes, como também boas perspectivas de integração deste tipo de conceitos e tecnologia em plataformas robóticas desenvolvidas no âmbito de projectos do Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA).

Determinantes do sucesso das iniciativas empresariais apoiadas pelo microcrédito

Dissertação de Mestrado apresentada ao Instituto de Contabilidade e Administração do Porto para a obtenção do grau de Mestre em Contabilidade e Finanças sob orientação de: Amélia Ferreira da Silva “Esta versão contém as críticas e sugestões dos elementos do júri”

Calibração automática para sistema de localização Multi-câmara

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Sistemas Autónomos

Uma aplicação Web para apoio a laboratórios remotos reconfiguráveis baseados na norma IEEE 1451.0

Nos últimos anos, o processo de ensino e aprendizagem tem sofrido significativas alterações graças ao aparecimento da Internet. Novas ferramentas para apoio ao ensino têm surgido, nas quais se destacam os laboratórios remotos. Atualmente, muitas instituições de ensino disponibilizam laboratórios remotos nos seus cursos, que permitem, a professores e alunos, a realização de experiências reais através da Internet. Estes são implementados por diferentes arquiteturas e infraestruturas, suportados por vários módulos de laboratório acessíveis remotamente (e.g. instrumentos de medição). No entanto, a sua inclusão no ensino é ainda deficitária, devido: i) à falta de meios e competências técnicas das instituições de ensino para os desenvolverem, ii) à dificuldade na partilha dos módulos de laboratório por diferentes infraestruturas e, iii) à reduzida capacidade de os reconfigurar com esses módulos. Para ultrapassar estas limitações, foi idealizado e desenvolvido no âmbito de um trabalho de doutoramento [1] um protótipo, cuja arquitetura é baseada na norma IEEE 1451.0 e na tecnologia de FPGAs. Para além de garantir o desenvolvimento e o acesso de forma normalizada a um laboratório remoto, este protótipo promove ainda a partilha de módulos de laboratório por diferentes infraestruturas. Nesse trabalho explorou-se a capacidade de reconfiguração de FPGAs para embutir na infraestrutura do laboratório vários módulos, todos descritos em ficheiros, utilizando linguagens de descrição de hardware estruturados de acordo com a norma IEEE 1451.0. A definição desses módulos obriga à criação de estruturas de dados binárias (Transducer Electronic Data Sheets, TEDSs), bem como de outros ficheiros que possibilitam a sua interligação com a infraestrutura do laboratório. No entanto, a criação destes ficheiros é bastante complexa, uma vez que exige a realização de vários cálculos e conversões. Tendo em consideração essa mesma complexidade, esta dissertação descreve o desenvolvimento de uma aplicação Web para leitura e escrita dos TEDSs. Para além de um estudo sobre os laboratórios remotos, é efetuada uma descrição da norma IEEE 1451.0, com particular atenção para a sua arquitetura e para a estrutura dos diferentes TEDSs. Com o objetivo de enquadrar a aplicação desenvolvida, efetua-se ainda uma breve apresentação de um protótipo de um laboratório remoto reconfigurável, cuja reconfiguração é apoiada por esta aplicação. Por fim, é descrita a verificação da aplicação Web, de forma a tirar conclusões sobre o seu contributo para a simplificação dessa reconfiguração.

Cultura e desempenho nas organizações de economia social: um estudo em cooperativas

Este estudo tem como objetivo compreender a relação existente entre a cultura organizacional e o desempenho nas organizações de economia social, em particular nas cooperativas. A pertinência do objeto de estudo reside no facto de a economia social, em particular as cooperativas, ser reconhecidamente um fenómeno secular, tendo expressão na quase totalidade dos países do mundo, o que tem contribuído para o seu reconhecimento jurídico e político. A crescente importância que este setor tem adquirido nos diferentes países revela o seu potencial enquanto agente empregador e enquanto alternativa às formas organizacionais e gestionárias do sistema capitalista em vigor. Também, o cooperativismo representa um papel fundamental a nível da economia social, por ser um imprescindível ator da coesão social, promovendo a renovação da economia e sociedade, contribuindo para a criação de novas esperanças e oportunidades para as comunidades e os seus cidadãos. Por outro lado, no mundo globalizado em que se vive ocorrem mudanças que despertam a reavaliação de premissas culturais. Nesse sentido, a cultura organizacional é considerada um fator de grande importância para o bom desempenho das organizações em geral (Campos, Rédua & Alvareli, 2011). Para a recolha de dados, utilizou-se o questionário, tendo por base o Modelo dos Valores Contrastantes de Quinn & Rohbaugh (1983) para a cultura e, para o desempenho, recorreu-se ao Modelo de Análise de Medição do desempenho nas OES de Carvalho (2005) e questionário para medir a satisfação no trabalho.Os resultados contribuíram para sugerir linhas orientadoras para o aprofundamento da temática. Não foi encontrado um perfil cultural que esteja mais relacionado com o melhor desempenho das cooperativas. Neste trabalho, saiu evidenciado que: vários tipos de cultura podem ser importantes para a obtenção de bons desempenhos nas cooperativas, havendo maior predominância para as culturas de Clã, Adocracia e Mercado e menos predominância para a cultura de Hierarquia. No âmbito das cooperativas deste estudo, a cultura Hierarquia, percecionada como não predominante parece coocorre com o melhor desempenho. Realçando o facto de que, mesmo nas cooperativas em que não há procedimentos estruturados é possível ter um bom desempenho.

Planeamento estratégico através da implementação da metodologia Balanced Scorecard numa empresa de construção

Atualmente, existe uma constante necessidade de inovação tecnológica e organizacional das empresas, face às exigências do mercado e ao aumento constante da competitividade. No contexto da economia atual, e para contrariar a falta de investimento dos últimos anos, as empresas concentram-se no desenvolvimento de negócios bem estruturados e organizados, que satisfaçam as exigências de cada cliente. Revela-se, assim, muito importante a avaliação de desempenho para o alcance do seu sucesso, permitindo alinhar as atividades operacionais com a visão organizacional, fomentar a comunicação da estratégia e gerir o seu desempenho. É neste contexto que ganha importância o Balanced Scorecard, um instrumento que permite avaliar o desempenho organizacional, funcionando também como uma ferramenta de gestão. Tem, portanto, como principais objetivos definir claramente uma estratégia, definir objetivos, indicadores e medidas estratégicas, planear e estabelecer metas e melhorar continuamente os resultados obtidos. Esta ferramenta analisa a organização em quatro diferentes perspetivas: financeira, clientes, processos internos e apendizagem e crescimento. Cada uma delas deve estrututrar os seus próprios objetivos, indicadores, metas e iniciativas de forma a contribuir para o desenvolvimento da estratégia da organização e avaliar o seu desempenho. O desafio deste relatório é adaptar esta metodologia durante a realização de um estágio curricular na empresa Bysteel, que tem por base a implementação de um processo de gestão estratégica nas suas empreitadas, através do Balanced Scorecard. Este planemamento surge como um dos principais requisitos para uma gestão eficaz de custos e de tempo planeados para cada empreitada da Bysteel. Este processo torna-se bastante complexo dado que cada obra apresenta diferentes particularidades. A implementação desta metodologia numa empresa desta dimensão é um fator muito motivador, tornando-se ainda mais interessante pelo facto de se tratar de uma implementação numa nova vertente.

Sistema de mapeamento e localização simultânea para inspecção subaquática

A sequente dissertação resulta do desenvolvimento de um sistema de navegação subaquático para um Remotely Operated Vehicle (ROV). A abordagem proposta consiste de um algoritmo em tempo real baseado no método de Mapeamento e Localização Simultâneo (SLAM) a partir de marcadores em ambientes marinhos não estruturados. SLAM introduz dois principais desafios: (i) reconhecimento dos marcadores provenientes dos dados raw do sensor, (ii) associação de dados. Na detecção dos marcadores foram aplicadas técnicas de visão artificial baseadas na extracção de pontos e linhas. Para testar o uso de features no visual SLAM em tempo real nas operações de inspecção subaquáticas foi desenvolvida uma plataforma modicada do RT-SLAM que integra a abordagem EKF SLAM. A plataforma é integrada em ROS framework e permite estimar a trajetória 3D em tempo real do ROV VideoRay Pro 3E até 30 fps. O sistema de navegação subaquático foi caracterizado num tanque instalado no Laboratório de Sistemas Autónomos através de um sistema stereo visual de ground truth. Os resultados obtidos permitem validar o sistema de navegação proposto para veículos subaquáticos. A trajetória adquirida pelo VideoRay em ambiente controlado é validada pelo sistema de ground truth. Dados para ambientes não estruturados, como um gasoduto, foram adquiridos e obtida respectiva trajetória realizada pelo robô. Os dados apresentados comprovam uma boa precisão e exatidão para a estimativa da posição.

Escala de avaliação dos estilos de ensino: qualidades psicométricas dos dados

Este trabalho apresenta uma escala de avaliação da qualidade dos comportamentos interactivos maternos. Embora este instrumento tenha sido utilizado no contexto de um projecto mais amplo que visa estudar os determinantes maternos da qualidade do envolvimento da criança, este artigo centra-se especificamente nas decisões metodológicas relativas à observação dos comportamentos interactivos maternos. A Escala de Avaliação dos Estilos de Ensino (EAEE) foi utilizada para observar os comportamentos interactivos de 120 mães de crianças em idade de creche, numa situação de jogo livre, seguida de arrumação dos brinquedos. Cada díade foi observada em três momentos diferentes. A análise das dimensões subjacentes, dos coeficientes de consistência interna e de acordo inter-observadores, bem como da consistência temporal dos dados, permite concluir que a EAEE é uma medida útil e adequada dos comportamentos interactivos de mães portuguesas em situações diádicas de jogo.

Simulação de Robôs Quadrúpedes Utilizando o SimMechanics

Desde sempre o Homem procurou automatizar tarefas repetitivas. Tanto na indústria como no sector doméstico ou de comércio estão constantemente a surgir novos equipamentos procurando aumentar o nível de automação de diversas tarefas. A necessidade de empresas criadoras de produtos inovadores se manterem concorrenciais obrigou à adopção de métodos de projecto e planeamento mais estruturados e eficientes que eliminem os desperdícios tanto de material como de tempo. Diversas construções em termos orçamentais e o aumento da procura de produtos de alta qualidade a baixo custo deu origem a um novo tipo de programas, os programas de simulação virtual. Tal como na indústria, também na investigação nas Instituições de Ensino Superior se procuram adoptar os métodos de trabalho mais eficientes possíveis. Uma parte dos programas de simulação robótica utilizados hoje em dia na investigação no Instituto Superior de Engenharia do Porto estão concebidos em linguagem C. Embora esta linguagem seja extremamente capaz, existem métodos mais adequados de simulação que aceleram o processo de modelação permitindo a visualização do movimento e simulação de diversas situações potencialmente criticas sem existir a necessidade de construção de um protótipo funcional do robô. Durante o último ano, este projecto permitiu construir um modelo de um robô quadrúpede num programa de simulação virtual chamado Simmechanics™. Embora haja já algum trabalho desenvolvido nesta área, constatou-se que a informação existente possuía algumas lacunas. Com o trabalho desenvolvido preparou-se esta dissertação que pretende clarificar algumas questões que surgem na modelação de um robô. Neste documento explica-se como modelar um robô de corpo flexível, modelar as pernas e as respectivas juntas da anca e do joelho assim como também se apresenta a modelação de um contacto com o solo recorrendo a um modelo descrito na literatura. Este documento foi escrito a pensar no leitor, procurando-se explicar de forma simples mas concisa os diversos passos necessários para construir um modelo virtual de um robô. O autor espera, desta forma, ajudar futuros colegas que pretendam trabalhar com o Simmechanics™ a mais facilmente se integrarem com o programa aumentando desta forma o declive da curva de aprendizagem e permitindo um maior aproveitamento desta ferramenta.

Orientação para o mercado, vantagens competitivas e desempenho organizacional: contributos na constrição e proposta de um modelo conceptual

O mercado empresarial e as Pequenas e Médias Empresas (PME) estão actualmente em mudança e manifesta competitividade, o que reforça a necessidade de inovação e diferenciação das suas actividades, capacidades e recursos. Para enfrentar os (novos) desafios, as organizações carecem de ser empreendedoras e definir processos e modelos de gestão de orientação de mercado. Esta orientação, cada vez mais, assume um papel importante na “função de gestão” e estratégia das organizações. O objectivo deste trabalho é propor um modelo conceptual, no qual se analisa a relação entre a orientação de mercado, a orientação empreendedora e a capacidade de inovação, aferindo a influência e o impacto destas variáveis no desempenho e resultados de gestão das organizações. Para realizar este estudo, iremos utilizar uma metodologia quantitativa apoiada numa inquirição de corte transversal, a partir do envio de questionários estruturados aos responsáveis das PME nacionais. Utilizaremos a metodologia de modelização de equações estruturais para testar o modelo proposto e as hipóteses subjacentes. O presente estudo procura contribuir para a identificação de processos de competitividade empresarial passíveis de influenciar as decisões de gestão dos gestores e o desenvolvimento das PME.