Controlo de um robô autónomo através de redes neuronais

Neste trabalho pretende-se introduzir os conceitos associados às redes neuronais e a sua aplicação no controlo de sistemas, neste caso na área da robótica autónoma. Foi utilizado um AGV de modo a testar experimentalmente um controlo através de uma rede neuronal artificial. A grande vantagem das redes neuronais artificiais é estas poderem ser ensinadas a funcionarem como se pretende. A partir desta caraterística foram efetuadas duas abordagens na implementação do AGV disponibilizado. A primeira abordagem ensinava a rede neuronal a funcionar como o controlo por lógica difusa que foi implementado no AGV aquando do seu desenvolvimento. A segunda abordagem foi ensinar a rede neuronal artificial a funcionar a partir de dados retirados de um controlo remoto simples implementado no AGV. Ambas as abordagens foram inicialmente implementadas e simuladas no MATLAB, antes de se efetuar a sua implementação no AGV. O MATLAB é utilizado para efetuar o treino das redes neuronais multicamada proactivas através do algoritmo de treino por retropropagação de Levenberg-Marquardt. A implementação de uma rede neuronal artificial na primeira abordagem foi implementada em três fases, MATLAB, posteriormente linguagem de programação C no computador e por fim, microcontrolador PIC no AGV, permitindo assim diferenciar o desenvolvimento destas técnicas em várias plataformas. Durante o desenvolvimento da segunda abordagem foi desenvolvido uma aplicação Android que permite monitorizar e controlar o AGV remotamente. Os resultados obtidos pela implementação da rede neuronal a partir do controlo difuso e do controlo remoto foram satisfatórios, pois o AGV percorria os percursos testados corretamente, em ambos os casos. Por fim concluiu-se que é viável a aplicação das redes neuronais no controlo de um AGV. Mais ainda, é possível utilizar o sistema desenvolvido para implementar e testar novas RNA.

Projecto e implementação de osciloscópio digital baseado na norma IEEE1451.0

Os osciloscópios digitais são utilizados em diversas áreas do conhecimento, assumindo-se no âmbito da engenharia electrónica, como instrumentos indispensáveis. Graças ao advento das Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), os instrumentos de medição reconfiguráveis, dadas as suas vantagens, i.e., altos desempenhos, baixos custos e elevada flexibilidade, são cada vez mais uma alternativa aos instrumentos tradicionalmente usados nos laboratórios. Tendo como objectivo a normalização no acesso e no controlo deste tipo de instrumentos, esta tese descreve o projecto e implementação de um osciloscópio digital reconfigurável baseado na norma IEEE 1451.0. Definido de acordo com uma arquitectura baseada nesta norma, as características do osciloscópio são descritas numa estrutura de dados denominada Transducer Electronic Data Sheet (TEDS), e o seu controlo é efectuado utilizando um conjunto de comandos normalizados. O osciloscópio implementa um conjunto de características e funcionalidades básicas, todas verificadas experimentalmente. Destas, destaca-se uma largura de banda de 575kHz, um intervalo de medição de 0.4V a 2.9V, a possibilidade de se definir um conjunto de escalas horizontais, o nível e declive de sincronismo e o modo de acoplamento com o circuito sob análise. Arquitecturalmente, o osciloscópio é constituído por um módulo especificado com a linguagem de descrição de hardware (HDL, Hardware Description Language) Verilog e por uma interface desenvolvida na linguagem de programação Java®. O módulo é embutido numa FPGA, definindo todo o processamento do osciloscópio. A interface permite o seu controlo e a representação do sinal medido. Durante o projecto foi utilizado um conversor Analógico/Digital (A/D) com uma frequência máxima de amostragem de 1.5MHz e 14 bits de resolução que, devido às suas limitações, obrigaram à implementação de um sistema de interpolação multi-estágio com filtros digitais.

NONIUS.TV na SMART TV LG PRO: Centric

A Smart TV é um equipamento novo e em evolução que incorpora um computador e acesso à Internet em ecrãs de grande qualidade. Permite a implementação de serviços interactivos, acesso à Internet e televisão. À medida que a tecnologia melhora, muitos equipamentos estão a tornar-se tão capazes quanto os computadores normais quando se trata de navegação na web e até mesmo vídeo na Internet (Video-on-Demand e streaming de vídeo). O projecto de estágio “NONIUS.TV na Smart TV LG Pro:Centric” foi desenvolvido na empresa Nonius Software que está inserida no ramo das telecomunicações. Uma das suas áreas de actividade está relacionada com o desenvolvimento de plataformas de entretenimento para o mercado hoteleiro, combinando diversos serviços e funcionalidades a pensar no hóspede. Este projecto teve como finalidade implementar alguns dos serviços e funcionalidades já existentes em plataformas que usam uma Set-Top Box da Nonius Software, numa Smart TV, aproveitando também para inovar e criar novos serviços. Nesse conjunto está incluída a implementação de uma Caixa de Mensagens, Serviço de Quartos, Serviço de Desporto e Lazer, Serviços Informativos, um cliente RTSP, um despertador, um sistema de mudança de idioma e outras pequenas funcionalidades desenvolvidas ao longo de toda a aplicação. Esta dissertação apresenta um estudo sobre as tecnologias Smart TV existentes no mercado, assim como as vantagens e desvantagens da sua utilização para este projecto. Após uma análise de requisitos de forma a estruturar e desenhar os serviços e funcionalidades a serem criados para a aplicação, implementou-se um conjunto de serviços, usando a linguagem de programação ActionScript 2.0, que permitiram à empresa disponibilizar um novo produto baseado na televisão Pro:Centric da LG.

Articulação de várias linguagens de programação/tecnologias no desenvolvimento aplicacional

O desenvolvimento aplicacional é uma área em grande expansão no mercado das tecnologias de informação e como tal, é uma área que evolui rápido. Os impulsionadores para esta característica são as comunicações e os equipamentos informáticos, pois detêm características mais robustas e são cada vez mais rápidos. A função das aplicações é acompanhar esta evolução, possuindo arquiteturas mais complexas/completas visando suportar todos os pedidos dos clientes, através da produção de respostas em tempos aceitáveis. Esta dissertação aborda várias arquiteturas aplicacionais possíveis de implementar, mediante o contexto que esteja inserida, como por exemplo, um cenário com poucos ou muitos clientes, pouco ou muito capital para investir em servidores, etc. É fornecido um nivelamento acerca dos conceitos subjacentes ao desenvolvimento aplicacional. Posteriormente é analisado o estado de arte das linguagens de programação web e orientadas a objetos, bases de dados, frameworks em JavaScript, arquiteturas aplicacionais e, por fim, as abordagens para definir objetivos mensuráveis no desenvolvimento aplicacional. Foram implementados dois protótipos. Um deles, numa arquitetura multicamada com várias linguagens de programação e tecnologias. O segundo, numa única camada (monolítica) com uma única linguagem de programação. Os dois protótipos foram testados e comparados com o intuito de escolher uma das arquiteturas, num determinado cenário de utilização.

Solução doméstica para televisão digital

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Sistema de televisão interactiva para o mercado hoteleiro

A Nonius Software é uma empresa nacional de engenharia na área de telecomunicações, que se dedica ao desenvolvimento de soluções para a gestão de sistemas informáticos e de entretenimento, tendo como finalidade o mercado mundial hoteleiro e hospitalar. A solução de TV interactiva da Nonius oferece uma experiência única ao hóspede, ao disponibilizar várias opções de entretenimento e acesso a conteúdos de elevada qualidade e interesse. O hóspede tem acesso a canais de TV, aluguer de filmes, Internet, jogos, informações, promoções e compras na TV. O objectivo principal desta dissertação foi implementar alguns serviços de entretenimento numa televisão LG Pro: Centric. Este equipamento tem como principal vantagem o facto de conter a set-top-box inserida dentro da própria televisão. Em termos arquitectónicos, o sistema Nonius TV tem dois elementos fundamentais: o backend, responsável pelo processamento e tratamento da informação centralizada e o frontend instalado nos dispositivos com os quais o hóspede contacta directamente. Uma parte significativa do trabalho desenvolvido centrou-se na implementação de funcionalidades no backend. Foram, no entanto, também desenvolvidas algumas funcionalidades nos serviços de frontend. Para o cumprimento dos objectivos estabelecidos, foi utilizada a tecnologia FLASH, tendo como linguagem de programação a segunda versão do ActionScript. Relativamente ao desenvolvimento de backend são utilizados o PHP e o JavaScript.

Ownserver: sistema doméstico de prestação de serviços cloud

Neste trabalho foi considerada a possibilidade de incorporar serviços remotos, normalmente associados a serviços web e cloud computing, numa solução local que centralizasse os vários serviços num único sistema e permitisse aos seus utilizadores consumir e configurar os mesmos, quer a partir da rede local, quer remotamente a partir da Internet. Desta forma seria possível conciliar o acesso a partir de qualquer local com internet, característico nas clouds, com a simplicidade de concentrar num só sistema vários serviços que são por norma oferecidos por entidades distintas e ainda permitir aos seus utilizadores o controlo e configuração sobre os mesmos. De forma a validar que este conceito é viável, prático e funcional, foram implementadas duas componentes. Um cliente que corre nos dispositivos dos utilizadores e que proporciona a interface para consumir os serviços disponíveis e um servidor que irá conter e prestar esses serviços aos clientes. Estes serviços incluem lista de contactos, mensagens instantâneas, salas de conversação, transferência de ficheiros, chamadas e conferências de voz e vídeo, pastas remotas, pastas sincronizadas, backups, pastas partilhadas, VoD (Video-on Demand) e AoD (Audio-on Demand). Para o desenvolvimento do cliente e do servidor foi utilizada a framework Qt que recorre à linguagem de programação C++ e ao conjunto de bibliotecas que possui, para o desenvolvimento de aplicações multiplataforma. Para as comunicações entre clientes e servidor, foi utilizado o protocolo XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol), pela forma da biblioteca qxmpp e do servidor XMPP ejabberd. Pelo facto de conter um conjunto de centenas de extensões atualmente ativas que auferem funcionalidades como salas de conversação, transferências de ficheiros e até estabelecer sessões multimédia, graças à sua flexibilidade permitiu ainda a criação de extensões personalizada necessárias para algumas funcionalidades que se pretendeu implementar. Foi ainda utilizado no servidor a framework ffmpeg para suportar algumas funcionalidades multimédia. Após a implementação do cliente para Windows e Linux, e de implementar o servidor em Linux foi realizado um conjunto de testes funcionais para perceber se as funcionalidades e seus mecanismos funcionam corretamente. No caso onde a análise da performance e do consumo de recursos era importante, foram realizados testes de performance e testes de carga.

Arquitetura REST em smartphones Android

As grandes empresas como Google, com o Android, e a Apple, com o iOS, ajudaram a tornar a área das aplicações móveis muito apelativa e obtiveram um elevado sucesso. Com o crescimento elevado nesta área foi necessário usar uma solução que integrasse sistemas e permitisse comunicação entre aplicações diferentes, este é o caso dos Web Services, desta forma as novas aplicações podem comunicar com aplicações já existentes, e permitir que sistemas criados em plataformas diferentes comuniquem. O objetivo de um Web Service é disponibilizar uma plataforma independente de hardware e também uma plataforma que não implica estar escrita em determinada linguagem de programação. Para o acesso a um Web Service pode ser usado um protocolo ou estilo de arquitetura, nesta tese de mestrado são estudados os protocolos SOAP e a arquitectura REST, que diferem na técnica de acesso, a na sintax das mensagens trocadas. Para determinar qual dos anteriores (REST e SOAP) pode ser o mais adequado a usar no acesso a um Web Service são feitas análises a ambos e comparações entre os tempos de resposta de forma a determinar qual seria o mais vantajoso a nível de performance. O projeto que serviu como base desta tese de mestrado foi o desenvolvimento de uma aplicação de marcações em serviços beleza/saúde, a qual acede a um Web Service remoto através do REST.

Desenvolvimento de plataforma digital para análise da satisfação dos utentes de unidades de saúde

Este documento descreve o trabalho realizado em conjunto com a empresa MedSUPPORT[1] no desenvolvimento de uma plataforma digital para análise da satisfação dos utentes de unidades de saúde. Atualmente a avaliação de satisfação junto dos seus clientes é um procedimento importante e que deve ser utilizado pelas empresas como mais uma ferramenta de avaliação dos seus produtos ou serviços. Para as unidades de saúde a avaliação da satisfação do utente é atualmente considerada como um objetivo fundamental dos serviços de saúde e tem vindo a ocupar um lugar progressivamente mais importante na avaliação da qualidade dos mesmos. Neste âmbito idealizou-se desenvolver uma plataforma digital para análise da satisfação dos utentes de unidades de saúde. O estudo inicial sobre o conceito da satisfação de consumidores e utentes permitiu consolidar os conceitos associados à temática em estudo. Conhecer as oito dimensões que, de acordo com os investigadores englobam a satisfação do utente é um dos pontos relevantes do estudo inicial. Para avaliar junto do utente a sua satisfação é necessário questiona-lo diretamente. Para efeito desenvolveu-se um inquérito de satisfação estudando cuidadosamente cada um dos elementos que deste fazem parte. No desenvolvimento do inquérito de satisfação foram seguidas as seguintes etapas: Planeamento do questionário, partindo das oito dimensões da satisfação do utente até às métricas que serão avaliadas junto do utente; Análise dos dados a recolher, definindo-se, para cada métrica, se os dados serão nominais, ordinais ou provenientes de escalas balanceadas; Por último a formulação das perguntas do inquérito de satisfação foi alvo de estudo cuidado para garantir que o utente percecione da melhor forma o objetivo da questão. A definição das especificações da plataforma e do questionário passou por diferentes estudos, entre eles uma análise de benchmarking[2], que permitiram definir que o inquérito iv estará localizado numa zona acessível da unidade de saúde, será respondido com recurso a um ecrã táctil (tablet) e que estará alojado na web. As aplicações web desenvolvidas atualmente apresentam um design apelativo e intuitivo. Foi fundamental levar a cabo um estudo do design da aplicação web, como garantia que as cores utilizadas, o tipo de letra, e o local onde a informação são os mais adequados. Para desenvolver a aplicação web foi utilizada a linguagem de programação Ruby, com recurso à framework Ruby on Rails. Para a implementação da aplicação foram estudadas as diferentes tecnologias disponíveis, com enfoque no estudo do sistema de gestão de base de dados a utilizar. O desenvolvimento da aplicação web teve também como objetivo melhorar a gestão da informação gerada pelas respostas ao inquérito de satisfação. O colaborador da MedSUPPORT é o responsável pela gestão da informação pelo que as suas necessidades foram atendidas. Um menu para a gestão da informação é disponibilizado ao administrador da aplicação, colaborador MedSUPPORT. O menu de gestão da informação permitirá uma análise simplificada do estado atual com recurso a um painel do tipo dashboard e, a fim de melhorar a análise interna dos dados terá uma função de exportação dos dados para folha de cálculo. Para validação do estudo efetuado foram realizados os testes de funcionamento à plataforma, tanto à sua funcionalidade como à sua utilização em contexto real pelos utentes inquiridos nas unidades de saúde. Os testes em contexto real objetivaram validar o conceito junto dos utentes inquiridos.

Suporte à computação paralela e distribuída em Java: API e comunicação entre nós cooperantes

Este trabalho é uma parte do tema global “Suporte à Computação Paralela e Distribuída em Java”, também tema da tese de Daniel Barciela no mestrado de Engenharia Informática do Instituto Superior de Engenharia do Porto. O seu objetivo principal consiste na definição/criação da interface com o programador, assim como também abrange a forma como os nós comunicam e cooperam entre si para a execução de determinadas tarefas, de modo a atingirem um único objetivo global. No âmbito desta dissertação foi realizado um estudo prévio relativamente aos modelos teóricos referentes à computação paralela, assim como também foram analisadas linguagens e frameworks que fornecem suporte a este mesmo tipo de computação. Este estudo teve como principal objetivo a análise da forma como estes modelos e linguagens permitem ao programador expressar o processamento paralelo no desenvolvimento das aplicações. Como resultado desta dissertação surgiu a framework denominada Distributed Parallel Framework for Java (DPF4j), cujo objetivo principal é fornecer aos programadores o suporte para o desenvolvimento de aplicações paralelas e distribuídas. Esta framework foi desenvolvida na linguagem Java. Esta dissertação contempla a parte referente à interface de programação e a toda a comunicação entre nós cooperantes da framework DPF4j. Por fim, foi demonstrado através dos testes realizados que a DPF4j, apesar de ser ainda um protótipo, já demonstra ter uma performance superior a outras frameworks e linguagens que possuem os mesmos objetivos.

Simulação e programação offline de robôs industriais afectos a tarefas de lixagem

Este trabalho teve o intuito de testar a viabilidade da programação offline para tarefas de lixamento na empresa Grohe Portugal. Para tal era necessário perceber o que é a programação offline e para isso foi efectuada uma pesquisa referente a essa temática, onde ficou evidente que a programação offline é em tudo semelhante à programação online, tendo apenas como principal diferença o facto de não usar o robô propriamente dito durante o desenvolvimento do programa. Devido à ausência do robô, a programação offline exige que se conheça detalhadamente a célula de trabalho, bem como todas as entradas e saídas associadas à célula, sendo que o conhecimento das entradas e saídas pode ser contornada carregando um backup do robô ou carregando os módulos de sistema. No entanto os fabricantes habitualmente não fornecem informação detalhada sobre as células de trabalho, o que dificulta o processo de implementação da unidade no modelo 3D para a programação offline. Após este estudo inicial, foi efectuado um estudo das características inerentes a cada uma das células existentes, com o objectivo de se obter uma melhor percepção de toda a envolvente relacionada com as tarefas de lixamento. Ao longo desse estudo efectuaram-se vários testes para validar os diversos programas desenvolvidos, bem como para testar a modelação 3D efectuada. O projecto propriamente dito consistiu no desenvolvimento de programas offline de forma a minimizar o impacto (em especial o tempo de paragem) da programação de novos produtos. Todo o trabalho de programação era até então feito utilizando o robô, o que implicava tempos de paragem que podiam ser superiores a três dias. Com o desenvolvimento dos programas em modo offline conseguiu-se reduzir esse tempo de paragem dos robôs para pouco mais de um turno (8h), existindo apenas a necessidade de efectuar algumas afinações e correcções nos movimentos de entrada, saída e movimentações entre rotinas e unidades, uma vez que estes movimentos são essenciais ao bom acabamento da peça e convém que seja suaves. Para a realização e conclusão deste projecto foram superadas diversas etapas, sendo que as mais relevantes foram: - A correcta modelação 3D da célula, tendo em conta todo o cenário envolvente, para evitar colisões do robô com a célula; - A adaptação da programação offline para uma linguagem mais usual aos afinadores, ou seja, efectuar a programação com targets inline e criar diferentes rotinas para cada uma das partes da peça, facilitando assim a afinação; - A habituação à programação recorrendo apenas ao uso de módulos para transferir os programas para a célula, bem como a utilização de entradas, saídas e algumas rotinas e funcionalidades já existentes.

Suporte à computação paralela e distribuída em Java: distribuição e execução de trabalho

Nos últimos anos começaram a ser vulgares os computadores dotados de multiprocessadores e multi-cores. De modo a aproveitar eficientemente as novas características desse hardware começaram a surgir ferramentas para facilitar o desenvolvimento de software paralelo, através de linguagens e frameworks, adaptadas a diferentes linguagens. Com a grande difusão de redes de alta velocidade, tal como Gigabit Ethernet e a última geração de redes Wi-Fi, abre-se a oportunidade de, além de paralelizar o processamento entre processadores e cores, poder em simultâneo paralelizá-lo entre máquinas diferentes. Ao modelo que permite paralelizar processamento localmente e em simultâneo distribuí-lo para máquinas que também têm capacidade de o paralelizar, chamou-se “modelo paralelo distribuído”. Nesta dissertação foram analisadas técnicas e ferramentas utilizadas para fazer programação paralela e o trabalho que está feito dentro da área de programação paralela e distribuída. Tendo estes dois factores em consideração foi proposta uma framework que tenta aplicar a simplicidade da programação paralela ao conceito paralelo distribuído. A proposta baseia-se na disponibilização de uma framework em Java com uma interface de programação simples, de fácil aprendizagem e legibilidade que, de forma transparente, é capaz de paralelizar e distribuir o processamento. Apesar de simples, existiu um esforço para a tornar configurável de forma a adaptar-se ao máximo de situações possível. Nesta dissertação serão exploradas especialmente as questões relativas à execução e distribuição de trabalho, e a forma como o código é enviado de forma automática pela rede, para outros nós cooperantes, evitando assim a instalação manual das aplicações em todos os nós da rede. Para confirmar a validade deste conceito e das ideias defendidas nesta dissertação foi implementada esta framework à qual se chamou DPF4j (Distributed Parallel Framework for JAVA) e foram feitos testes e retiradas métricas para verificar a existência de ganhos de performance em relação às soluções já existentes.

Interface IP-KNX para um sistema de controlo domótico

São vários os factores sociais e económicos que valorizam a aplicação de tecnologias de domótica em edifícios. No caso particular dos edifícios residenciais, a tendência dos seus utilizadores é a instalação de sistemas de controlo da segurança, do ambiente, de mecanismos de rega e de alarmes. Assim, seguindo a premissa do marketing, que identifica como uma boa prática a projecção de produtos / serviços que satisfaçam as necessidades inventariadas pelos seus utilizadores, este trabalho assenta na criação de um sistema domótico, controlado remotamente através de uma aplicação Android, que pretende, numa primeira instância, o controlo das lâmpadas de uma habitação. Neste trabalho é utilizado o protocolo KNX.TP para a comunicação dos dispositivos de domótica existentes no ISEP, que constituem o ambiente domótico deste trabalho. De forma a implementar o controlo remoto destes dispositivos via internet, este trabalho foca-se no desenvolvimento de uma interface IP-KNX, usando como hardware de controlo, um Arduino Mega 2560, uma placa de interface Ethernet para Arduino, a placa de integração KNX, e um servidor web com a linguagem PHP instalada. Para efeitos de demonstração, foi criada uma aplicação para o SO Android que controla as lâmpadas da rede KNX. Neste trabalho foram utilizadas várias linguagens de programação: C++ no firmware do Arduino, PHP no servidor web e JAVA + XML na aplicação Android.

Avaliação dos mecanismos de concorrência na API do Java 8

As plataformas com múltiplos núcleos tornaram a programação paralela/concorrente num tópico de interesse geral. Diversos modelos de programação têm vindo a ser propostos, facilitando aos programadores a identificação de regiões de código potencialmente paralelizáveis, deixando ao sistema operativo a tarefa de as escalonar dinamicamente em tempo de execução, explorando o maior grau possível de paralelismo. O Java não foge a esta tendência, disponibilizando ao programador um número crescente de bibliotecas de mecanismos de sincronização e paralelização de código. Neste contexto, esta tese apresenta e discute um conjunto de resultados obtidos através de testes intensivos à eficiência de algoritmos de ordenação implementados com recurso aos mecanismos de concorrência da API do Java 8 (Threads, Threadpools, ExecutorService, CountdownLach, ExecutorCompletionService e ForkJoinPools) em sistemas com um número de núcleos variável. Para cada um dos mecanismos, são apresentadas conclusões sobre o seu funcionamento e discutidos os cenários em que o seu uso pode ser rentabilizado de modo a serem obtidos melhores tempos de execução.

“To laugh in tragic joy” – a linguagem poética de W. B. Yeats em Lapis Lazuli

Artigo em texto integral no link da versão do editor