Coordenação de veículo de inspecção subaquática com veículo de superfície autónomo

O LSA/ISEP(Laboratório de sistemas Autónomos do Instituto Superior de Engenharia do Porto) tem vindo nos últimos anos a desenvolver sistemas robóticos inovadores para operação em ambiente marinho sendo o veículo de superfície autónomo ROAZ II um exemplo de renome internacional. Neste contexto, e tendo em vista a satisfação dos requisitos parciais conducentes à obtenção do grau de Mestre em Eng. Electrotécnica e de Computadores - Ramo de Sistemas Autónomos do ISEP, o presente trabalho visou a integração de um robô submarino operado remotamente (ROV) com o robô de superfície ROAZ II. Esta solução inovadora de operação coordenada e integrada de um ASV/ROV permite dotar o ASV de mobilidade e visão subaquática. Após a caracterização e análise de requisitos de diversos cenários operacionais foi apresentada uma arquitectura de controlo coordenado dos dois veículos baseada em manobras de controlo descritas por autómatos híbridos. Os dois veículos foram modelados e as manobras coordenadas projectadas foram validadas com um simulador em ambiente Matlab/Simulink. Foi desenvolvido um sistema de localização relativa do ROV através da fusão sensorial de um sistema INS com um sistema acústico USBL utilizando um filtro EKF. O veículo ROV (VideoRay) do LSA foi instrumentado com os sensores necessários e efectuada a integração de hardware e software com o ASV ROAZ II permitindo a operação remota. Foi realizada uma missão demonstrativa de inspecção de pilares subaquáticos em cenário real com a operação conjunta dos dois robôs.

Inspecção, diagnóstico e projecto no âmbito da reabilitação de edifícios antigos do Porto

Mestre em Engenharia Civil - Especialização em Estruturas

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.

Taludes rochosos. Metodologias de inspecção e de avalialição de segurança. Caso de estudo das vertentes rochosas de S. Simão

A instabilização de taludes rochosos, com consequências mais ou menos gravosas, repete-se com frequência no território nacional. Os enquadramentos destes incidentes são diversos, sendo mais comum e mais visível a sua ocorrência em taludes adjacentes a vias de comunicação. No entanto, o fenómeno repete-se também em vertentes naturais, geralmente em alturas de pluviosidade mais prolongada e intensa. No presente trabalho reveem-se conceitos associados a maciços rochosos, nomeadamente as principais classificações geotécnicas e as diferentes tipologias de instabilidade em taludes rochosos. Desenvolve-se um caso de estudo de uma vertente localizada em S. Simão, concelho de Amarante. Percorrem-se as sucessivas fases de estudo, incluindo a realização da fotografia aérea com recurso a um veículo não tripulado, a geração de um modelo 3D de elevada precisão da vertente e a caracterização e a classificação dos diferentes afloramentos rochosos. Desenvolve-se uma metodologia de inspeção com a criação de dois conjuntos de fichas e propõe-se o agravamento da classificação das anomalias perante a simultaneidade de ocorrência de anomalias de idêntica gravidade e a hierarquização dos blocos potencialmente instáveis, de acordo com os respetivos níveis de gravidade (NGB). Recorre-se ao programa de modelação da queda de blocos, “Rocfall (4.0”, da “Rocscience”, a partir de trajetórias definidas no modelo 3D gerado e propõem-se soluções de reforço e de proteção da vertente.

Construção de um robô trepador com locomoção através de rodas e adesão através de meios magnéticos

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Efetividade da reeducação postural global no tratamento de um caso de lombociatalgia de origem discal

A Reeducação Postural Global (RPG) é um método que promove o alongamento da musculatura estática (tónica), incluindo a intervertebral, que está constantemente em contração, originando grandes forças compressivas sobre o disco intervertebral. Apesar de ser uma modalidade de tratamento muito utilizada, existem poucos estudos que suportem a sua base teórica e a sua efetividade clínica. Objetivo: Avaliar a efetividade do método de RPG no tratamento de um caso de lombociatalgia de origem discal. Métodos: Estudo de caso clínico de um professor de 56 anos de idade, com sintomas de hérnia discal lombar no nível de L4-L5, associada a uma anterolistesis de L5, confirmada por Ressonância Magnética. A avaliação e tratamento centrou-se no método de RPG realizado ao longo de duas sessões. Na primeira sessão foi utilizada uma postura de abertura de coxofemoral em decúbito durante 30 minutos, enquanto que na segunda foi utilizada inicialmente essa postura durante 20 minutos, seguida de uma postura em fechamento de coxofemoral em carga durante 15 minutos. Foram analisados os dados relativos à avaliação postural (inspecção visual), à dor (Escala Visual Analógica), à força muscular dos peroniais e extensores dos dedos (Teste Muscular Manual), à presença de formigueiro e ao reflexo aquiliano antes e depois de cada uma das sessões. Resultados: No final das duas sessões, verificaram-se alterações na avaliação postural, principalmente com a diminuição da hiperlordose lombar e da retroversão dos ilíacos, normalização do reflexo aquiliano e da força muscular, diminuição da sensação de formigueiro e desaparecimento total da dor. Conclusão: Os resultados obtidos neste estudo sugerem que a Reeducação Postural Global foi efectiva no tratamento de um caso de lombociatalgia com origem numa hérnia discal lombar.

A abordagem global do Fisioterapeuta na dor pélvica no pós-parto

O presente estudo de caso surge no âmbito da prática clínica privada, na área de intervenção da fisioterapia na saúde da mulher, em particular na intervenção multifactorial em sequelas após parto. Iremos descrever e analisar o processo da fisioterapia aplicado a uma mulher de 34 anos com dor lombar/pélvica a qual teve início três semanas após o parto do seu terceiro filho. Este sintoma considerado como principal, que levou à procura dos cuidados de fisioterapia, além das implicações ao nível da estrutura e função, tinha um grande impacto no desempenho de actividades, pela dificuldade em realizar movimentos livremente, especificamente passar da posição de sentado para de pé e na marcha. O impacto na participação social era também considerável, em particular na capacidade de prestar os cuidados necessários ao seu bebé. Além desta queixa, a utente apresentava ainda dor ao nível da zona do períneo, perdas de urina sempre que tosse e dificuldades na amamentação. Todos os problemas referidos pela utente, são muito frequentes nas mulheres após o parto, tendo estes tendencialmente uma resolução natural nas duas a três primeiras semanas, pelo que, a maioria das mulheres não recorre a ajuda para os resolver. No entanto, existe uma percentagem que os estudos nos apontam entre os 16% e os 7% que mantêm a dor lombar/pélvica até às 23 semanas dor essa que como no caso presente, pode ser muito incapacitante, sendo estas as situaçõesque mais poderão beneficiar do apoio da fisioterapia na resolução das suas queixas. Sendo que, a dor lombar e pélvica são um dos grandes problemas de saúde, responsável pela maior fatia do absentismo e pela grande procura de consultas médicas constituindo-se pois como um problema socioeconómico em toda a Europa, para a população em geral. A dor lombar baixa (DLB) ou lombalgia afecta principalmente a população activa e está sempre associada a custos elevados em saúde, absentismo e incapacidade apesar de todos os esforços que têm vindo a ser desenvolvidos no sentido da sua prevenção. A DLB é geralmente definida como sendo uma dor situada entre a 12ª costela e a prega glútea. A dor na cintura pélvica (DCP), muitas vezes confundida por lombalgia é uma queixa mais comum e incapacitante do que a lombalgia tanto na gravidez como no período após o parto (Hofmeyr; Abdel-Aleem & Abdel-Aleem, 2008). O risco de vir a ter dor lombar ou pélvica na gravidez ou após o parto é maior nas mulheres com queixas de dor lombar/pélvica prévia.Cerca de 10% das mulheres reportam a sua história de dores lombares ao período da gravidez ou após o parto. Os desequilíbrios musculares provocados pela gravidez, devido ao aumento do peso feto ao longo dos nove meses e ás alterações hormonais mantêm-se no puerpério dando muitas vezes lugar a quadros de dor e incapacidade na zona da cintura pélvica e lombar (Mens, 1996)Neste contexto o fisioterapeuta terá de actuar na prevenção do aparecimento das queixas e no caso de estas existirem tratá-las e prevenir desde logo as recorrências. Na última década tem havido um grande esforço tanto da parte dos clínicos como dos investigadores no sentido de estudar não só a dor mas a etiologia da DCP. Tanto a definição como a nomenclatura nesta área eram confusas surgindo a necessidade de se criar um grupo de trabalho. Dentro da COST ACTION B13 constituída para elaborar o“European Guidelines for the Management of Low Back Pain “ em 2006 (van Tulder; Becker; Bekkering; Breen; del Real; Hutchinson; Koes; Laerum & Malmivaara, 2006) surge o “Working Group 4” (WG4) nome dado ao grupo de trabalho constituído para elaborar os “European Guidelines for the Diagnosis and Treatment of Pelvic Girdle Pain” (Ronchetti; Vleeming & van Wingerden, 2008), guidelines da dor pélvica. O principal objectivo destes guidelines passa pela proposta de um conjunto de recomendações que possam suportar futuros guidelines nacionais e internacionais sobre a DCP. Deverão ainda ajudar na prevenção de complicações a longo prazo, redução da dor e diminuição das incapacidades .O âmbito deste guideline em particular é promover uma abordagem realística com o intuito de melhorar o diagnóstico e tratamento da DCP através de: Recomendações sobre o diagnóstico e actuação clínica na DCP; Abordagem baseada na evidência dada pelos guidelines clínicos existentes; Recomendações aceites por todas as profissões de saúde dos países participantes; Facilitar uma abordagem multidisciplinar; estimulando a colaboração e uma aproximação consistente entre os profissionais de saúde. Segundo a WG4 a Dor na Cintura Pélvica (DCP) é definida por uma dor sentida entre a crista iliaca posterior e a prega glútea, localizando-se com especial incidência na zona da articulação sacro ilíaca (SI) podendo irradiar para a parte posterior da coxa e surgir simultaneamente/ou separadamente, dor na sínfise púbica: A capacidade para andar, estar de pé e sentada;está geralmente diminuída. Esta condição surge geralmente relacionada com a gravidez, trauma ou artrite. O diagnóstico da DCP é feito: Após se ter excluído o diagnóstico de DLB; Quando a dor ou alterações funcionais referentes à dor pélvica podem ser reproduzidas por testes clínicos específicos. A causa da DCP é multifactorial e pode estar relacionada com diferentes condições, gravidez, pós parto, espondilite anquilosante ou trauma. Na maioria dos casos não existe nenhuma explicação óbvia para o aparecimento da DCP, contudo durante a gravidez o corpo da mulher está exposto a determinados factores que têm impacto na estabilidade e dinâmica da cintura pélvica. Um destes factores é a hormona relaxina que em combinação com outras hormonas provoca laxidão dos ligamentos da cintura pélvica assim como de todas as outras estruturas ligamentares. De acordo com os estudos de Albert et al. (2002) o ponto de prevalência de mulheres que sofrem de DCP durante a gravidez é próximo dos 20% sendo forte a evidência no que respeita a este valor. É difícil comparar os estudos existentes na literatura porque a DCP é muitas vezes incluída na dor lombar. Contudo, naqueles em que a DCP é definida e estudada separadamente, o que se encontra é similar e aceitável. Depois da gravidez a prevalência da DCP rapidamente baixa para 7% nos três primeiros meses (Petersen; Olsen; Laslett; Thorsen; Manniche; Ekdahl & Jacobsen, 2004); (Albert; Godskesen & Westergaard, 2001) A percentagem de mulheres que sofrem de dor severa depois da gravidez era 3, 3,2,2,1 e 1% respectivamente 1,3,6,12,18 e 24 meses depois do parto (Albert et al., 2001). As mulheres que apresentavam DCP persistente depois do parto muitas vezes também tinham queixas de dor severa durante a gravidez., 21% das mulheres com queixas de dor severa durante a gravidez ainda apresentavam DCP com teste provocatórios de dor positivo dois anos após o parto (Albert et al., 2001). No estudo de (Ostgaard & Andersson) 5% das mulheres apresentavam dor severa depois da gravidez, e nos seus estudos (Ostgaard; Roos-Hansson & Zetherstrom); (Ostgaard; Zetherstrom & Roos-Hansson) o ponto de prevalência no follow up no período do pós parto á 11ª e 23ª semana, foi respectivamente de 16 e 7%. Estes números são relativos a uma população não tratada. Os principais factores de risco da DCP durante a gravidez são: uma história anterior de dor lombar; trauma prévio da pélvis (Mens et al 1996). Há uma ligeira evidência conflituosa (um estudo somente) que considera factor de risco a multiparidade e uma actividade laboral com elevadas cargas . Há acordo em que não são factores de risco: pilula anticoncepcional, o intervalo de tempo entre gravidezes, altura, peso, fumar e a idade. Uma revisão da literatura que teve como base a “European Guidelines for the Diagnosis and Treatment of pelvic girdle pain” (Vleeming et al 2008) revela que foram usados uma variedade de exames, procedimentos e testes para investigar doentes grávidas ou não. Nos estudos em que foram descritos os procedimentos dos exames são usados uma combinação de métodos: inspecção da marcha; postura e inclinação da bacia; palpação de ligamentos e músculos; teste para a sacro-ilíaca (SI) bloqueada; testes de provocação de dor para a SI e sínfise púbica. Os primeiros estudos focam-se mais na inspecção e palpação enquanto que os mais recentes incidem mais nos teste de provocação de dor, provavelmente devido a uma fidedignidade e especificidade maior. Os testes de provocação de dor mais fidedignos e mais usados para a dor na SI são o teste Thigh trust e o teste de Patrick´s Faber. Para a dor a nível da sínfise púbica o teste mais usado é a palpação da síinfise e o teste de Trendlenbourgh modificado usado como um teste de provocação de dor. A fim de se efectuar o diagnóstico da DCP são recomendados pela “European Guidelines for the diagnosis and treatment of pelvic girdle pain” que conste do exame clínico os testes de provocação de dor pélvica posterior, o Gaenslen´s sign, o teste de Patrick, o teste da compressão e o teste da distracção. De acordo com estas guidelines recomenda-se: Exercícios individualizados na gravidez; Um programa individualizado que deve incidir especialmente em exercícios de estabilização no intuito de melhorar o controlo e a estabilidade integrados num tratamento multifactorial adequado ao pós-parto; Medicação para alívio da dor se necessário à excepção das grávidas que só poderão tomar o paracetamol. O fisioterapeuta é o profissional com mais competências para intervir junto a utentes com problemas do foro músculo-esquelético. Para a sua resolução, o fisioterapeuta dispõe de várias formas de abordagem, como seja o método de McKenzie. O método de Mckenzie preconiza uma abordagem, um diagnóstico mecânico feito com base na resposta do doente a movimentos repetidos, a posições ou e actividades. Segundo Robin Mckenzie, o diagnóstico diferencial deve ser feito com o intuito de excluir qualquer patologia séria ou que, não seja adequada a um tipo de terapia mecânica. Ao fazer o seu diagnóstico o terapeuta deve restringir-se às lesões de origem músculo-esqueléticas. Quando o fisioterapeuta se especializa nesta área, o seu diagnóstico mecânico é de longe mais correcto,(Donelson, 1997) (Donelson; Aprill; Medcalf & Grant) do que aquele que é feito pela maioria dos profissionais médicos conseguindo, com fidelidade, afirmar se a dor tem origem discal ou não. No estudo de (Donelson, 1997) (Machado, 2006) foi avaliada a relação entre as respostas do fenómeno da centralização e periferialização da dor com dados discográficos, tendo concluído que o processo da avaliação ,segundo o método de Mckenzie, é seguro na distinção da dor de origem discogénica da não discogénica (P < 0.001) assim como é competente para um annulus incompetente (P < 0.042) em discos sintomáticos e é superior á imagem por ressonância magnética na distinção (P < 0.042) dor de discos “trincados” de discos não dolorosos. Noutros estudos como o de Hefford (2008) que se propôs a desenvolver o perfil do uso das classificações de diagnóstico e tratamento de Mckenzie por fisioterapeutas. credenciados no método de Mckenzie na Nova Zelândia, veio confirmar o que estudos anteriores já tinham feito dando validade externa ao método de Mckenzie, e suportando a avaliação mecânica de doentes da coluna de acordo com a preferência direccional. No estudo de (Machado, 2010) procurou-se avaliar qual o efeito a curto prazo de adicionar o Método de Mckenzie a cuidados de primeira linha em doentes com dor lombar aguda. Tendo concluído que o programa de tratamento baseado no método de Mckenzie e quando adicionado aos cuidados correntemente usados na dor lombar não produz melhoramentos apreciáveis adicionais a curto prazo no que respeita à dor, incapacidade, função ou num efeito global perceptível. No entanto, o método de Mckenzie parece reduzir a utilização dos serviços de saúde embora, não reduza o risco de o doente desenvolver sintomas persistentes. Noutro estudo o mesmo autor (Machado, 2006) mostra-nos que o método é mais efectivo do que a terapia passiva no tratamento da dor lombar aguda mas a magnitude da diferença diz que a evidência da utilização do método para a dor lombar crónica é limitada. Existem outros métodos que constituem alternativas eficazes para o tratamento da dor lombar e pélvica entre elas a Reeducação Postural Global (RPG). Este método de terapia física foi desenvolvido em França pelo fisioterapeuta Philippe Souchard. A sua abordagem terapêutica baseia-se numa ideia integrada do sistema muscular formado por cadeias musculares, que podem encurtar como resposta a factores de ordem constitucional, psicológicos ou comportamental. O objectivo do RPG é alongar os músculos encurtados usando a propriedade do “creep” típica dos tecidos visco elásticos e reforçar a contracção dos músculos antagonistas, evitando assim assimetrias posturais. Embora este método esteja implantado em muitos países de língua romana existem poucos estudos a suportar a sua eficácia clínica e base teórica Começam no entanto a surgir alguns estudos a comprovar a sua eficácia como o de (Bonetti, #1535;Bonetti, 2010) cujo objectivo foi comparar a curto e médio prazo dois grupos de utentes com dor lombar persistente e avaliar a eficácia de um programa de tratamento de RPG com um programa de exercícios de estabilização. Neste estudo o RPG é sugerido como uma forma mais eficaz de melhorar a dor e diminuir a incapacidade em doentes com dor lombar persistente do que, o programa de exercícios de estabilização, resultados estes que necessitam de ser confirmados com estudos de níveis mais elevados de standards metodológicos, incluindo uma melhor aleatorização, uma amostra maior e um maior follow up. O RPG constitui também uma possível abordagem à incontinência urinária (Fozzatti; Herrmann; Palma; Riccetto & Palma, 2010) tendo em alguns estudos como o de Fozatti surgido como uma alternativa ou um complemento ao fortalecimento dosMPP. Neste estudo foram constituídos dois grupos onde um seguiu um programa de fortalecimento dos MPP e outro um programa de RPG, em ambos os grupos houve melhoria tanto a nível do diário de micção durante três dias, como da avaliação funcional dos MPP e do King´s Health Questionnaire sendo sugerido que o RPG poderá ser uma alternativa ao fortalecimento dos MPP.

Sistema de visão para percepção e navegação de um UAV Quadrotor

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Produção de PCB recorrendo a tecnologia Laser

O elevado nível de integração e miniaturização dos componentes existente nos dias de hoje, criam novos desafios na concepção de circuitos impressos. Neste trabalho são apresentados métodos para interligação entre componentes, em circuitos impressos com elevado número de ligações, recorrendo a tecnologia laser. Foi desenvolvida uma máquina CNC de três eixos, para posicionamento de um laser, mantendo o suporte para as operações tradicionais com ferramentas. O sistema foi concebido para a produção de circuitos impressos por laser (fresagem e furação), no entanto a compatibilidade com outras ferramentas e acessórios presentes, possibilitam a execução de outros processos no mesmo equipamento, como remoção da máscara de solda, soldadura de componentes, colocação de pasta de solda, gravação, inspecção visual, entre outros. Com este trabalho, demonstra-se a importância dos circuitos impressos na evolução da electrónica, assim como se apresentam soluções para a sua concepção.

Avaliação da qualidade do ar interior em edifícios do ISEP

Mestrado em Engenharia Química - Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental

Auditoria à qualidade do ar interior de um edifício de serviços - RSECE QAI

O objectivo principal deste trabalho é a realização de uma auditoria, à qualidade do ar interior (QAI), a um edifício de serviços – COCIGA, SA, tendo como base o Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização dos Edifícios (RSECE). A auditoria QAI implica a medição de vários parâmetros físicos, químicos, microbiológicos e também a inspecção aos componentes do sistema de climatização com a finalidade de averiguar o seu estado de limpeza e manutenção. Assim, foram seleccionados 3 espaços, para a realização de amostragens designados por Comercial - Produtos, AVAC e Mezaninne das oficinas, nos quais foi efectuada a medição de diversos parâmetros, de acordo com as imposições do RSECE, utilizando medidores portáteis ou recorrendo a métodos analíticos. Relativamente aos parâmetros físicos, registaram-se valores de temperatura, para os três espaços estudados, entre os 21 e os 24 ºC e valores médios de humidade relativa de cerca de 50 %. Outro parâmetro medido, e de grande importância para garantir o conforto dos ocupantes, foi a velocidade do ar nos postos de trabalho. De acordo com o RSECE este valor não deve ser superior a 0,2 m/s, o que se verificou em todos os pontos medidos. O último parâmetro físico medido foi a concentração de partículas (PM10) tendo-se obtido valores de cerca de 23 μg/m3ar, valor bastante inferior ao máximo permitido pelo RSECE (150 μg/m3ar). Também no que diz respeito aos parâmetros químicos, ou seja, CO2, CO, formaldeído e ozono, não se verificaram valores superiores aos regulamentares. No caso do CO2, o valor máximo encontrado, nestes três espaços, foi de 745 ppm na Mezaninne das Oficinas e para o CO, na zona AVAC com uma concentração de 0,73 ppm. A medição do formaldeído registou valores perto dos 45 μg/m3ar e o ozono apenas foi detectado, em concentração muito reduzida, na zona Comercial – Produtos. Por fim, as concentrações de bactérias e fungos, de acordo com o RSECE, não devem ultrapassar as 500 UFC/m3ar (parâmetros microbiológicos). Em qualquer dos espaços, os valores medidos foram inferiores ao máximo legal, não ultrapassando as 50 UFC/m3ar. Da avaliação do projecto AVAC, e através da medição dos caudais de insuflação/ extracção em cada zona, concluiu-se que os seus valores não estão de acordo com os valores do projecto inicial que poderá ser imputada a uma insuficiência no funcionamento do sistema detectada na altura das medições. No que diz respeito ao estado de limpeza do sistema AVAC, apenas foi possível inspeccionar as unidades de tratamento de ar, tendo-se constatado que se encontram em boas condições. Ou seja, do ponto de vista do RSECE, e referindo-nos apenas à vertente da Qualidade do Ar Interior, o edifício em causa, cumpre todos os limites impostos para as concentrações de poluentes mas, apresenta algumas deficiências no que respeita aos caudais de ar novo insuflados em cada espaço.

Development of procedures for the simulation of atmospheric flows over complex terrain, using OpenFOAM

The main purpose of this work was the development of procedures for the simulation of atmospheric ows over complex terrain, using OpenFOAM. For this aim, tools and procedures were developed apart from this code for the preprocessing and data extraction, which were thereafter applied in the simulation of a real case. For the generation of the computational domain, a systematic method able to translate the terrain elevation model to a native OpenFOAM format (blockMeshDict) was developed. The outcome was a structured mesh, in which the user has the ability to de ne the number of control volumes and its dimensions. With this procedure, the di culties of case set up and the high computation computational e ort reported in literature associated to the use of snappyHexMesh, the OpenFOAM resource explored until then for the accomplishment of this task, were considered to be overwhelmed. Developed procedures for the generation of boundary conditions allowed for the automatic creation of idealized inlet vertical pro les, de nition of wall functions boundary conditions and the calculation of internal eld rst guesses for the iterative solution process, having as input experimental data supplied by the user. The applicability of the generated boundary conditions was limited to the simulation of turbulent, steady-state, incompressible and neutrally strati ed atmospheric ows, always recurring to RaNS (Reynolds-averaged Navier-Stokes) models. For the modelling of terrain roughness, the developed procedure allowed to the user the de nition of idealized conditions, like an uniform aerodynamic roughness length or making its value variable as a function of topography characteristic values, or the using of real site data, and it was complemented by the development of techniques for the visual inspection of generated roughness maps. The absence and the non inclusion of a forest canopy model limited the applicability of this procedure to low aerodynamic roughness lengths. The developed tools and procedures were then applied in the simulation of a neutrally strati ed atmospheric ow over the Askervein hill. In the performed simulations was evaluated the solution sensibility to di erent convection schemes, mesh dimensions, ground roughness and formulations of the k - ε and k - ω models. When compared to experimental data, calculated values showed a good agreement of speed-up in hill top and lee side, with a relative error of less than 10% at a height of 10 m above ground level. Turbulent kinetic energy was considered to be well simulated in the hill windward and hill top, and grossly predicted in the lee side, where a zone of ow separation was also identi ed. Despite the need of more work to evaluate the importance of the downstream recirculation zone in the quality of gathered results, the agreement between the calculated and experimental values and the OpenFOAM sensibility to the tested parameters were considered to be generally in line with the simulations presented in the reviewed bibliographic sources.

Manobras de condução assistida para veículos submarinos subactuados

A intervenção humana no manuseamento de veículos submarinos operados remotamente (ROVs) é um requisito necessário para garantir o sucesso da missão e a integridade do equipamento. Contudo, a sua teleoperação não é fácil, pelo que a condução assistida destes veículos torna-se relevante. Esta dissertação propõe uma solução para este problema para ROVs de 3DOF (surge, heave e yaw). São propostas duas abordagens distintas – numa primeira propõe-se um sistema de controlo Image Based Visual Servoing (IBVS) tendo em vista a utilização exclusiva de uma câmara (sensor existente neste tipo de sistemas) por forma a melhorar significativamente a teleoperação de um pequeno ROV; na segunda, propõe-se um sistema de controlo cinemático para o plano horizontal do veículo e um algoritmo de uma manobra capaz de dotar o ROV de movimento lateral através de uma trajectória dente-de-serra. Demonstrou-se em cenários de operação real que o sistema proposto na primeira abordagem permite ao operador de um ROV com 3DOF executar tarefas de alguma complexidade (estabilização) apenas através de comandos de alto nível, melhorando assim drasticamente a teleoperação e qualidade de inspecção do veículo em questão. Foi também desenvolvido um simulador do ROV em MATLAB para validação e avaliação das manobras, onde o sistema proposto na segunda abordagem foi validado com sucesso.

Impacto da infiltração e afluência de águas pluviais na rede de saneamento

A existência de contribuições significativas de águas de infiltração e de águas pluviais nas redes de drenagem de águas residuais urbanas, motivaram a realização deste trabalho. Este estudo foi realizado no sistema de saneamento de Gondomar, utilizando os registos de caudais e qualidade das águas residuais em quatro estações de tratamento de águas residuais, durante quatro anos. O principal objectivo deste trabalho foi estimar as afluências de infiltração e precipitação ao sistema de saneamento e a identificação dos subsistemas críticos. Concluiu-se que a percentagem de volume excedente é cerca de 30% nos anos com maior ocorrência de precipitação. O propósito deste estudo foi também apresentar soluções para este problema, incluindo técnicas de inspecção e reparação dos elementos de drenagem, as quais foram definidas para os subsistemas identificados como críticos, Freixo e Rio Tinto. No Freixo mostrou-se importante a inspecção dos colectores, ramais e câmaras de visita, uma vez que o caudal afluente a este subsistema é muito superior ao esperado e a água residual apresenta-se diluída. Em Rio Tinto evidenciou-se como prioritária a detecção e eliminação de ligações abusivas, dado que são frequentes as ocorrências de exfiltração, com danos significativos. Para além das técnicas de detecção apresentadas considera-se que é necessário manter a monitorização de caudais e recipitação nos subsistemas, e se possível com registo contínuo ao longo do dia. Para a quantificação de precipitação é sugerida a utilização de três udómetros, de forma a permitir estabelecer com maior exactidão, a relação entre as contribuições pluviais e o caudal afluente. São apresentadas propostas, que incluem além de inspecções, ensaios e reparações, como um ponto de partida para a recolha de informação para actualização do adastro, com vista a uma futura aplicação da modelação matemática de previsão do comportamento destes subsistemas.

Desenvolvimento e Controlo de um Veículo Autónomo Aéreo Quadrotor

A crescente necessidade de meios de inspecção e recolha de informação de infraestruturas e do meio ambiente natural, origina o recurso a meios tecnológicos cada vez mais evoluídos. Neste contexto, os robôs móveis autónomos aéreos surgem como uma ferramenta importante. Em particular, os veículos aéreos de asa móvel, pela sua manobrabilidade e controlo podem-se utilizar eficazmente em meios complexos como cenários interiores onde o ambiente é parcialmente controlado. A sua utilização em coordenação com outros veículos robóticos móveis e em particular com a crescente autonomia de decisão, permitem uma eficiência elevada, por exemplo, em tarefas de recolha automática de informação, vigilância, apoio a comunicações, etc. A inexistência de um veículo autónomo de asa móvel no cenário multi-robótico desenvolvido pelo Laboratório de Sistemas Autónomos do Instituto Superior de Engenharia do Porto, aliada às suas aplicações referidas, criou a necessidade do desenvolvimento de um veículo desta gama. Identificou-se, pois, o desenvolvimento de um veículo autónomo aéreo do tipo quadrotor com capacidade de vôo base estabilizado como o problema a resolver. Foi efectuado um levantamento de requisitos do sistema, a caracterização de um veículo autónomo aéreo Vertical Take-off and Landing - VTOL, e efectuado um trabalho de pesquisa a fim de possibilitar o conhecimento das técnicas e tecnologias envolvidas. Tendo em vista o objectivo de controlo e estabilização do veículo, foi efectuada a modelização do sistema que serviu não só para a melhor compreensão da sua dinâmica mas também para o desenvolvimento de um simulador que possibilitou a validação de estratégias de controlo e avaliação de comportamentos do veículo para diferentes cenários. A inexistência de controladores de motores brushless adequada (frequência de controlo), originou o desenvolvimento de um controlador dedicado para motores brushless, motores esses utilizados para a propulsão do veículo. Este controlador permite uma taxa de controlo a uma frequência de 20KHz, possui múltiplas interfaces de comunicação (CAN, RS232, Ethernet, SPI e JTAG), é de reduzido peso e dimensões e modular, visto ter sido implementado em dois módulos, i.e., permite a sua utilização com diferentes interfaces de potência. Projectou-se um veículo autónomo aéreo em termos físicos com a definição da sua arquitectura de hardware e software bem como o sistema de controlo de vôo. O sistema de estabilização de vôo compreende o processamento de informação fornecida por um sistema de navegação inercial, um sonar e o envio de referências de velocidade para cada um dos nós de controlo ligados a um barramento CAN instalado no veículo. A implementação do veículo foi alcançada nas suas vertentes mecânica, de hardware e software. O UAV foi equipado com um sistema computacional dotando-o de capacidades para o desempenho de tarefas previamente analisadas. 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.