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.

Navegação de um robô autónomo semi-industrial usando diferentes técnicas sensoriais

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Vantagens e desvantagens no desenvolvimento de recursos educativos para dispositivos móveis. CV Learning Mobile - Software educativo sobre “Organização Administrativa de Cabo Verde”

Não é recente a contribuição das tecnologias de informação e comunicação em processos de ensino/aprendizagem, no sentido da proliferação de conhecimento, de forma fácil e rápida. Com a contínua evolução tecnológica, surgem novos conceitos relativamente a processos de ensino/aprendizagem assentes nessas tecnologias. A aprendizagem por meio de dispositivos móveis, o m-Learning, é um exemplo, sendo um campo de investigação educacional em franca evolução, que explora essencialmente a mobilidade e a interactividade. No âmbito desta dissertação, pretende-se analisar a tecnologia m-Learning, fazendo referência as principais vantagens e desvantagens desta tecnologia. Neste sentido, e por pretendermos dar o nosso contributo ao ensino cabo-verdiano, onde a utilização de tal tecnologia é ainda inexistente, desenvolveu-se a aplicação CV Learning Mobile, um software educativo sobre a “Organização Administrativa de Cabo Verde”, como resultado do estudo efectuado.

eTourism – Mobile Data Interface (Sistema de Apoio On-Line ao Turista em Dispositivos Móveis com Adaptação de Tours Personalizados)

O intuito principal desta Tese é criar um interface de Dados entre uma fonte de informação e fornecimento de Rotas para turistas e disponibilizar essa informação através de um sistema móvel interactivo de navegação e visualização desses mesmos dados. O formato tecnológico será portátil e orientado à mobilidade (PDA) e deverá ser prático, intuitivo e multi-facetado, permitindo boa usabilidade a públicos de várias faixas etárias. Haverá uma componente de IA (Inteligência Artificial), que irá usar a informação fornecida para tomar decisões ponderadas tendo em conta uma diversidade de aspectos. O Sistema a desenvolver deverá ser, assim, capaz de lidar com imponderáveis (alterações de rota, gestão de horários, cancelamento de pontos de visita, novos pontos de visita) e, finalmente, deverá ajudar o turista a gerir o seu tempo entre Pontos de Interesse (POI – Points os Interest). Deverá também permitir seguir ou não um dado percurso pré-definido, havendo possibilidade de cenários de exploração de POIs, sugeridos a partir de sugestões in loco, similares a Locais incluídos no trajecto, que se enquadravam no perfil dos Utilizadores. O âmbito geográfico de teste deste projecto será a zona ribeirinha do porto, por ser um ex-líbris da cidade e, simultaneamente, uma zona com muitos desafios ao nível geográfico (com a inclinação) e ao nível do grande número de Eventos e Locais a visitar.

Seguimento de plataformas móveis

Este relatório apresenta o trabalho realizado no âmbito da unidade curricular de Tese/Dissertação do Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores - área de especialização de Telecomunicações. Pretende-se desenvolver um sistema distribuído de seguimento, no exterior, de plataformas móveis equipadas com receptores de baixo custo. O sistema deve, em tempo útil, realizar a aquisição, descodificação e tratamento dos dados emiti- dos pelo Global Navigation Satellite System (GNSS), das observações efectuadas pelo receptor e da informação proveniente do European Geostationary Navigation Overlay System (EGNOS). O objectivo é determinar, a partir deste conjunto de informação e para cada plataforma ligada, a posição em modo absoluto, as correcções diferenciais e, finalmente, a posição em modo diferencial. Optou-se por receber as correcções diferenciais de área alargada do EGNOS através da Internet, permitindo, assim, que receptores sem capacidade de receber directamente informação do EGNOS possam também usufruir desta fonte de informação complementar. As correcções diferenciais a aplicar às observações de cada receptor são geradas através do conceito de estacão de referência virtual - Virtual Reference Station (VRS) - a partir da posição aproximada do receptor e das correcções de área alargada provenientes do EGNOS. A determinação da posição em modo diferencial das plataformas móveis é efectuada segundo o conceito de Inverted Di®erential Global Navigation Satellite System (IDGNSS) e utilizando uma arquitectura do tipo Cliente-Servidor. Por último, os resultados, que são armazenados numa base de dados, são disponibilizados ao utilizador através de uma aplicação Web. O utilizador pode, assim, efectuar o seguimento de qualquer plataforma móvel ligada ao sistema a partir de qualquer dispositivo com navegador e acesso à Internet.

Uma aplicação de gestão de redes baseada no paradigma dos agentes móveis

A massificação da utilização das tecnologias de informação e da Internet para os mais variados fins, e nas mais diversas áreas, criou problemas de gestão das infra-estruturas de informática, ímpares até ao momento. A gestão de redes informáticas converteu-se num factor vital para uma rede a operar de forma eficiente, produtiva e lucrativa. No entanto, a maioria dos sistemas são baseados no Simple Network Management Protocol (SNMP), assente no modelo cliente-servidor e com um paradigma centralizado. Desta forma subsiste sempre um servidor central que colecta e analisa dados provenientes dos diferentes elementos dispersos pela rede. Sendo que os dados de gestão estão armazenados em bases de dados de gestão ou Management Information Bases (MIB’s) localizadas nos diversos elementos da rede. O actual modelo de gestão baseado no SNMP não tem conseguido dar a resposta exigida. Pelo que, existe a necessidade de se estudar e utilizar novos paradigmas de maneira a que se possa encontrar uma nova abordagem capaz de aumentar a fiabilidade e a performance da gestão de redes. Neste trabalho pretende-se discutir os problemas existentes na abordagem tradicional de gestão de redes, procurando demonstrar a utilidade e as vantagens da utilização de uma abordagem baseada em Agentes móveis. Paralelamente, propõe-se uma arquitectura baseada em Agentes móveis para um sistema de gestão a utilizar num caso real.

Integração da tecnologia Near Field Communications nas telecomunicações móveis

O telemóvel tem-se transformado numa ferramenta essencial no nosso dia-a-dia, constantemente são lançadas novas tecnologias que potenciam o uso do telemóvel nas tarefas do nosso quotidiano. Atualmente a grande tendência passa por fazer o download de aplicações com o objetivo de obter mais e diferentes tipos de informação, existe o desejo de ler de forma simples e intuitiva o mundo que nos rodeia, como se cada elemento fosse um objeto sobre o qual conseguiremos obter informação através do telemóvel. A tecnologia Near Field Communication (NFC) ajuda a transformar este desejo ou necessidade numa realidade de simples alcance. Podemos anexar “identificadores” nos objetos e “ver” estes identificadores através do telemóvel recorrendo a aplicações que fazem a ponte com os sistemas que nos permitem obter mais informação, por exemplo, internet. O NFC especifica um padrão de comunicação de redes sem fios, que permite a transferência de dados entre dois dispositivos separados por uma distância máxima de 10cm. NFC foi desenhado para ser integrado em telemóveis, que podem comunicar com outros telemóveis equipados com NFC ou ler informação de cartões ou tags. A dissertação avalia as oportunidades que a tecnologia NFC oferece ao mundo das telecomunicações móveis, nomeadamente na realidade do operador Vodafone Portugal, principalmente numa relação Empresa - Cliente. Esta tecnologia reúne o interesse dos fabricantes dos telemóveis, dos operadores e de parceiros críticos que vão ajudar a potenciar o negócio, nomeadamente entidades bancárias e interbancárias. A tecnologia NFC permite utilizar o telemóvel como um cartão de crédito/debito, ticketing, ler informação de posters (Smart Poster) que despoletem navegação contextualizada para outras aplicações ou para a internet para obter mais informação ou concretizar compras, estes são alguns cenários identificados que mais valor o NFC consegue oferecer. A dissertação foca-se na avaliação técnica do NFC na área de Smart Posters e resulta na identificação num conjunto de novos cenários de utilização, que são especificados e complementados com o desenvolvimento de um protótipo.

Rede de monitorização ambiental em tempo- real com sistemas móveis

A compreensão das interacções entre os oceanos, a linha de costa, a qualidade do ar e as florestas só será possível através do registo e análise de informação geo-temporalmente referenciada. Mas a monitorização de grandes áreas apresenta o problema da cobertura espacial e temporal, e os custos nela envolvidos pela impossibilidade de disseminar a quantidade de estações de monitorização necessários à compreensão do fenómeno. É necessário então definir metodologias de colocação de sensores e recolha de informação de forma robusta, económica e temporalmente útil. Nesta dissertação apresentamos uma estratégia de monitorização ambiental, para meios hídricos, (ou de grande dimensão) que baseada em sistemas móveis e alguns princípios da geoestatística, fornece uma ferramenta de monitorização mais económica, sem prejuízo da qualidade de informação. Os modelos usados na geoestatística assentam na ideia de que medidas mais próximas tendem a serem mais parecidas do que valores observados em locais distantes e fornece métodos para quantificar esta correlação espacial e incorporá-la na estimação. Os resultados obtidos sustentam a convicção do uso de veículos móveis em redes de sensores e que contribuímos para responder à seguinte questão “Qual a técnica que nos permite com poucos sensores monitorizar grandes áreas?”. A solução passará por modelos de estimação de grandezas utilizados na geoestatística associados a sistemas móveis.

Desesenvolvimento de recursos educativos para a área de matemática em dispositivos móveis

A combinação do avanço tecnológico com o crescimento da aquisição de dispositivos móveis refletiu-­‐se na vida diária das pessoas, sendo usado nas atividades de trabalho e lazer. A transposição dessa realidade para a sala de aula, não se fez esperar, inicialmente até de uma forma marginal mas acabando por ser aceite. Confrontada com esta nova realidade as autoridades educativas começaram a apoiar e a incentivar as instituições. O desenvolvimento de tecnologias como b-­‐learning, m-­‐learning e dos sistemas de aprendizagem (Learning Management System) deram uma grande contribuição para o desenvolvimento das tecnologias móveis no ensino, no entanto ainda hoje os intervenientes da educação, especialmente professores e alunos, sentem diversas necessidades. Neste contexto procedeu-­‐se ao desenvolvimento de um recurso educativo para a disciplina de matemática. Este recurso educativo está suportado numa plataforma que permite colocar conteúdos, visualiza-­‐los, alterá-­‐los e elimina-­‐los. Numa vertente mais lúdica, foi desenvolvido um jogo didático para um dispositivo móvel, neste caso o iPhone. Desta forma o aluno aprende sem se aperceber que está a aprender e pode faze-­‐lo em qualquer lugar e em qualquer período de tempo. Explorando, assim, a interatividade e a mobilidade.

A literature review on the optimization of legged robots

Over the last two decades the research and development of legged locomotion robots has grown steadily. Legged systems present major advantages when compared with ‘traditional’ vehicles, because they allow locomotion in inaccessible terrain to vehicles with wheels and tracks. However, the robustness of legged robots, and especially their energy consumption, among other aspects, still lag behind mechanisms that use wheels and tracks. Therefore, in the present state of development, there are several aspects that need to be improved and optimized. Keeping these ideas in mind, this paper presents the review of the literature of different methods adopted for the optimization of the structure and locomotion gaits of walking robots. Among the distinct possible strategies often used for these tasks are referred approaches such as the mimicking of biological animals, the use of evolutionary schemes to find the optimal parameters and structures, the adoption of sound mechanical design rules, and the optimization of power-based indexes.

Estimação nos modelos bivariados de médias móveis de valor inteiro

Nas últimas décadas, o estudo das séries temporais de contagem univariadas tem sido objecto de interesse crescente na literatura. Uma das classes de modelos mais populares é a dos modelos auto-regressivos e médias móveis de valor inteiro não-negativo, INARMA, obtida através da substituição da multiplicação por um operador aleatório, chamado thinning, nos modelos ARMA convencionais. Os modelos INAR para séries de contagem univariadas têm sido amplamente estudados na literatura no que diz respeito quer às suas propriedades probabilísticas quer à inferência estatística. Por outro lado, a classe alargada de modelos de médias móveis para séries de valor inteiro, INMA, em que as operações thinning em instantes diferentes são dependentes entre si, não tem sido objecto de tanta atenção. De facto os modelos INMA não são Markovianos pelo que a inferência estatística apresenta dificuldades adicionais. Actualmente o interesse na análise de séries temporais de contagem centra-se em modelos e métodos para séries multivariadas. Neste trabalho, consideram-se os modelos INMA bivariados propostos por Torres et al. (2012). Nesta classe alargada de modelos bivariados INMA, a estrutura de dependência entre as duas séries temporais é introduzia pela dependência entre os dois processos de chegada enquanto que a dependência em cada série é definida pela dependência de operações thinning em instantes diferentes. Consideram-se estimadores baseados em momentos: método dos momentos (MM), método dos momentos generalizados (GMM) e método dos momentos eficiente (EMM), assim como estimadores baseados na função geradora de probabilidades.

Coordinated transportation of a large object by a team of three robots

Dynamical systems theory in this work is used as a theoretical language and tool to design a distributed control architecture for a team of three robots that must transport a large object and simultaneously avoid collisions with either static or dynamic obstacles. The robots have no prior knowledge of the environment. The dynamics of behavior is defined over a state space of behavior variables, heading direction and path velocity. Task constraints are modeled as attractors (i.e. asymptotic stable states) of the behavioral dynamics. For each robot, these attractors are combined into a vector field that governs the behavior. By design the parameters are tuned so that the behavioral variables are always very close to the corresponding attractors. Thus the behavior of each robot is controlled by a time series of asymptotical stable states. Computer simulations support the validity of the dynamical model architecture.

Coordinated transportation of a large object by a team of two robots

In this paper dynamical systems theory is used as a theoretical language and tool to design a distributed control architecture for a team of two robots that must transport a large object and simultaneously avoid collisions with obstacles (either static or dynamic). This work extends the previous work with two robots (see [1] and [5]). However here we demonstrate that it’s possible to simplify the architecture presented in [1] and [5] and reach an equally stable global behavior. The robots have no prior knowledge of the environment. The dynamics of behavior is defined over a state space of behavior variables, heading direction and path velocity. Task constrains are modeled as attractors (i.e. asymptotic stable states) of a behavioral dynamics. For each robot, these attractors are combined into a vector field that governs the behavior. By design the parameters are tuned so that the behavioral variables are always very close to the corresponding attractors. Thus the behavior of each robot is controlled by a time series of asymptotic stable states. Computer simulations support the validity of the dynamical model architecture.

Object transportation by multiple mobile robots controlled by attractor dynamics: theory and implementation

Dynamical systems theory is used as a theoretical language and tool to design a distributed control architecture for teams of mobile robots, that must transport a large object and simultaneously avoid collisions with (either static or dynamic) obstacles. Here we demonstrate in simulations and implementations in real robots that it is possible to simplify the architectures presented in previous work and to extend the approach to teams of n robots. The robots have no prior knowledge of the environment. The motion of each robot is controlled by a time series of asymptotical stable states. The attractor dynamics permits the integration of information from various sources in a graded manner. As a result, the robots show a strikingly smooth an stable team behaviour.

Using attractor dynamics to generate decentralized motion control of two mobile robots transporting a long object in coordination

Dynamical systems theory is used here as a theoretical language and tool to design a distributed control architecture for a team of two mobile robots that must transport a long object and simultaneously avoid obstacles. In this approach the level of modeling is at the level of behaviors. A “dynamics” of behavior is defined over a state space of behavioral variables (heading direction and path velocity). The environment is also modeled in these terms by representing task constraints as attractors (i.e. asymptotically stable states) or reppelers (i.e. unstable states) of behavioral dynamics. For each robot attractors and repellers are combined into a vector field that governs the behavior. The resulting dynamical systems that generate the behavior of the robots may be nonlinear. By design the systems are tuned so that the behavioral variables are always very close to one attractor. Thus the behavior of each robot is controled by a time series of asymptotically stable states. Computer simulations support the validity of our dynamic model architectures.