Robôs quadrúpedes: geração de trajectórias em tempo real usando sistemas dinâmicos não-lineares

A geração de trajectórias de robôs em tempo real é uma tarefa muito complexa, não existindo ainda um algoritmo que a permita resolver de forma eficaz. De facto, há controladores eficientes para trajectórias previamente definidas, todavia, a adaptação a variações imprevisíveis, como sendo terrenos irregulares ou obstáculos, constitui ainda um problema em aberto na geração de trajectórias em tempo real de robôs. Neste trabalho apresentam-se modelos de geradores centrais de padrões de locomoção (CPGs), inspirados na biologia, que geram os ritmos locomotores num robô quadrúpede. Os CPGs são modelados matematicamente por sistemas acoplados de células (ou neurónios), sendo a dinâmica de cada célula dada por um sistema de equações diferenciais ordinárias não lineares. Assume-se que as trajectórias dos robôs são constituídas por esta parte rítmica e por uma parte discreta. A parte discreta pode ser embebida na parte rítmica, (a.1) como um offset ou (a.2) adicionada às expressões rítmicas, ou (b) pode ser calculada independentemente e adicionada exactamente antes do envio dos sinais para as articulações do robô. A parte discreta permite inserir no passo locomotor uma perturbação, que poderá estar associada à locomoção em terrenos irregulares ou à existência de obstáculos na trajectória do robô. Para se proceder á análise do sistema com parte discreta, será variado o parâmetro g. O parâmetro g, presente nas equações da parte discreta, representa o offset do sinal após a inclusão da parte discreta. Revê-se a teoria de bifurcação e simetria que permite a classificação das soluções periódicas produzidas pelos modelos de CPGs com passos locomotores quadrúpedes. Nas simulações numéricas, usam-se as equações de Morris-Lecar e o oscilador de Hopf como modelos da dinâmica interna de cada célula para a parte rítmica. A parte discreta é modelada por um sistema inspirado no modelo VITE. Medem-se a amplitude e a frequência de dois passos locomotores para variação do parâmetro g, no intervalo [-5;5]. Consideram-se duas formas distintas de incluir a parte discreta na parte rítmica: (a) como um (a.1) offset ou (a.2) somada nas expressões que modelam a parte rítmica, e (b) somada ao sinal da parte rítmica antes de ser enviado às articulações do robô. No caso (a.1), considerando o oscilador de Hopf como dinâmica interna das células, verifica-se que a amplitude e frequência se mantêm constantes para -50.2. A extensão do movimento varia de forma directamente proporcional à amplitude. No caso das equações de Morris-Lecar, quando a componente discreta é embebida (a.2), a amplitude e a frequência aumentam e depois diminuem para - 0.170.5 Pode concluir-se que: (1) a melhor forma de inserção da parte discreta que menos perturbação insere no robô é a inserção como offset; (2) a inserção da parte discreta parece ser independente do sistema de equações diferenciais ordinárias que modelam a dinâmica interna de cada célula. Como trabalho futuro, é importante prosseguir o estudo das diferentes formas de inserção da parte discreta na parte rítmica do movimento, para que se possa gerar uma locomoção quadrúpede, robusta, flexível, com objectivos, em terrenos irregulares, modelada por correcções discretas aos padrões rítmicos.

Simulação e controlo de veículos autónomos terrestres

A implementação e venda de robôs autónomos tem sido um sector que nos últimos anos tem adquirido cada vez mais quota no mercado, nomeadamente no sector militar, agrícola e da vigilância. Como tal, tem sido também de grande importância a capacidade de implementar e testar robôs por parte das entidades que os fabricam. Uma das formas que tem garantido o sucesso do desenvolvimento de robôs é a simulação prévia dos mesmos antes que estes passem a fase de produção. Sendo assim, o LSA como entidade de desenvolvimento de robôs autónomos, tem necessidade de adquirir um sistema que simule os robôs em desenvolvimento. O trabalho desta tese consiste na realização de um sistema que simule robôs autónomos terrestres de forma que se possa observar o comportamento da cinemática, dinânica e hardware dos robôs em ambiente 3D. Esta aplicação de simulação pode mais tarde ser utilizada pelo laboratório para testar missões, validar alterações de estrutura, sensores, etc. Para além disso, com recurso ao simulador Player/Stage/Gazebo testar o robô LINCE e implementar algoritmos de controlo para o mesmo. Os algoritmos de controlo implementados baseiam-se em primitivas de controlo básico para serem utilizadas pelo sistema de navegação e gerar trajectórias complexas. Os algoritmos desenvolvidos nesta tese baseiam-se nas equações cinemáticas do veículo estudado. Estes algoritmos depois de testados no simulador, poderão ser colocados no Hardware do robô. Desta forma consegue-se desenvolver algoritmos para determinado robô sem que este esteja operacional.

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.

Métodos construtivos de pontes

Para a construção de uma estrutura há diversos factores que influenciam a sua concepção, tais como o vão, a topografia do local, acessibilidades, os possíveis acidentes do terreno, como cursos de água ou a sua função. É de ressalvar ainda que o enquadramento paisagístico cada vez mais é tido em conta, embora não seja determinante para a sua função ou dimensionamento. Na construção de pontes existe uma grande variedade de métodos construtivos a usar variando estes com a dimensão da obra ou com a disponibilidade de equipamento por parte do empreiteiro. Cada vez mais deverá ser bem analisado o sistema a usar, uma vez que o custo do processo construtivo constitui uma percentagem elevada do valor final da obra, podendo ser reduzidos os custos pela escolha acertada do método. Com a presente dissertação pretende-se analisar os diferentes métodos construtivos existentes no mercado, sendo estes distinguidos entre sistemas com aplicação de préfabricação ou com betonagem in-situ, e ainda o processo a usar em função do vão a vencer.

Microtunelação. Aplicação a um caso de obra

Um túnel é uma obra subterrânea dimensionada com o objetivo de satisfazer diversas necessidades num mundo onde o planeamento urbano e a gestão de espaços ganha cada vez mais importância. A execução de este género de obras de engenharia pode ter várias finalidades, que podem ir desde a construção/reabilitação de redes de saneamento, abastecimento de água ou gás (túneis de pequeno diâmetro) até à construção/modernização de redes pedonais, rodoviárias ou ferroviárias, galerias mineiras, tuneis para barragens, etc. (túneis de grande diâmetro). As tuneladoras são uma das ferramentas de desmonte mais utilizadas na execução de obras subterrâneas. Existem no mercado vários tipos de máquinas tuneladoras, a sua escolha e dimensionamento depende de diversos fatores que devem ser cuidadosamente analisados, nomeadamente tipo de terreno a escavar, presença ou não de água na zona de escavação, dureza e/ou abrasividade das formações a atravessar, etc. Será feita uma abordagem aos princípios de funcionamento de este tipo de equipamentos, indicando o seu campo de aplicação dentro da respetiva tecnologia de escavação onde se inserem. Finalmente será desenvolvido o caso da empreitada: “Execução da Travessia do Rio Ave, da Estação Elevatória de Vila do Conde e dos Sistemas Elevatória da Aguçadoura e da Apúlia 4 - AR 44.0.08”, onde em alternativa ao desvio provisório do Rio Ave em Vila do Conde foi projetada a execução de duas travessias no diâmetro 1200 mm, uma delas escavadas maioritariamente em terreno aluvionar brando e a outra em terreno rochoso duro e abrasivo com recurso, em ambos casos, à utilização de máquina tuneladora. Através da avaliação do desempenho do equipamento escolhido para execução de este trabalho será estudada a eficiência da utilização deste tipo de equipamento. Com o objetivo de mostrar os custos associados à execução de obras de escavação subterrânea com recurso a utilização de máquinas tuneladoras, será feita uma análise económica e comparativa relativa aos dois casos de obra apresentados.

Estimação de cobertura rádio em comunicações ferroviárias

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações

Caracterização hidráulica, hidrológica e do transporte sólido das principais linhas de água (ribeiras) do concelho de Câmara de Lobos: ilha da Madeira

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Hidráulica

A sensitivity study of the WRF model in wind simulation for an area of high wind energy

The performance of the Weather Research and Forecast (WRF) model in wind simulation was evaluated under different numerical and physical options for an area of Portugal, located in complex terrain and characterized by its significant wind energy resource. The grid nudging and integration time of the simulations were the tested numerical options. Since the goal is to simulate the near-surface wind, the physical parameterization schemes regarding the boundary layer were the ones under evaluation. Also, the influences of the local terrain complexity and simulation domain resolution on the model results were also studied. Data from three wind measuring stations located within the chosen area were compared with the model results, in terms of Root Mean Square Error, Standard Deviation Error and Bias. Wind speed histograms, occurrences and energy wind roses were also used for model evaluation. Globally, the model accurately reproduced the local wind regime, despite a significant underestimation of the wind speed. The wind direction is reasonably simulated by the model especially in wind regimes where there is a clear dominant sector, but in the presence of low wind speeds the characterization of the wind direction (observed and simulated) is very subjective and led to higher deviations between simulations and observations. Within the tested options, results show that the use of grid nudging in simulations that should not exceed an integration time of 2 days is the best numerical configuration, and the parameterization set composed by the physical schemes MM5–Yonsei University–Noah are the most suitable for this site. Results were poorer in sites with higher terrain complexity, mainly due to limitations of the terrain data supplied to the model. The increase of the simulation domain resolution alone is not enough to significantly improve the model performance. Results suggest that error minimization in the wind simulation can be achieved by testing and choosing a suitable numerical and physical configuration for the region of interest together with the use of high resolution terrain data, if available.

Auxiliary mechanisms for telerobotics

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Télédetection en milieu périurbain. Détection et localisation du changement de l'occupation du sol par intégration des donnés-satellite SPOT HRV dans un système d'information géographique

Thèse pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L' UNIVERSITÉ PARIS XII, Discipline: Urbanisme Aménagement

Zonal distribution of gold and platinium group elements in the Mondunguara deposits Mozambique

The Mondunguara copper mines are situated in mountainous terrain in west-central Mozambique. The mineralization consists of chalcopyrite, pyrrhotite, common pcntlandite, cobaltpentlandite, pyrite and several minor oxides and sulphides in tabular ore bodies deeping steep to the north. Gold was known to occur in small quantities but no systematic sampling and analysis for precious clements was ever done. Mineralogical and geological evidence has shown that the ores are magmatic in origin and were derived from gabbro-peridotitic magma dykes saturated in sulphides when intruded. The ore bodies show a clear zonation. Platinum group elements as well as pure gold are associated with high temperature hexagonal pyrrhotite. This pyrrhotite being of no use is generally discarded to the tailing dumps. Late hydrothermal phases are enriched in native silver, silver tellurides as well as electrum.

Projeto de execução de um viaduto rodoviário em betão armado pré-esforçado

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Acção do vento em pontes: estudo comparativo RSA/NP EN 1991-1-4

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Estruturas

Cartografia de zonamento geotécnico no apoio ao planeamento e valorização da exploração do georrecurso: o caso do maciço rochoso da Curviã (Joane)

Este trabalho centra-se no estudo do aproveitamento expectável do maciço rochoso da pedreira da Curviã N.o 2 (Joane, Vila Nova de Famalicão, no N Portugal), através da obtenção de um bloco unitário tipo que forneça indicações para a exploração do recurso geológico para fins industriais e/ou ornamentais. Desta forma, investiga-se se num dado limite de zona geotécnica do maciço rochoso e propicio a obtenção de blocos com dimensão, avaliados apos o processo de transformação, nomeadamente, para enrocamento em obras marítimas ou balastro em obras ferroviárias. Foram seleccionados diversos afloramentos, tendo-se recorrido a técnica de amostragem linear as superfícies expostas do maciço. Esta técnica e uma das formas mais expeditas de coligir dados geológico-geotécnicos relativos as descontinuidades. Procedeu-se, ainda, a um tratamento estatístico das descontinuidades, bem como dos parâmetros geológico-geotécnicos e geomecânicos a estas associadas, propostos pela Sociedade Internacional de Mecânica das Rochas (ISRM). Todos os dados foram representados cartograficamente numa base apoiada pelos Sistemas de Informação Geográfica (SIG) e utilizadas as ferramentas de geologia estrutural, analise morfotectónica, modelação digital de terreno e cartografia de zonamento geotécnico. O zonamento geotécnico do maciço granítico foi realizado sempre em estreita ligação com o conhecimento das características do maciço ”in situ”. Pretende-se que esta metodologia contribua para um melhor conhecimento da compartimentação dos maciços rochosos em geral e, em particular, do modelo geotécnico comportamental do maciço rochoso da Curviã N.o2.

Análise de um veículo todo o terreno do tipo KARTCROSS

O presente trabalho descreve a análise feita a um veículo de todo o terreno. O kartcross/buggy em estudo é usado em provas do tipo Baja, sendo estas provas longas e com traçados sinuosos. O veículo, já construído, foi testado através de softwares, a nível estrutural e ciclístico, pretendendo-se assim efetuar engenharia inversa sobre o mesmo. No decorrer da sua utilização normal o kartcross/buggy sofre vários tipos de solicitações, como sejam aceleração, travagem e força centrípta em curva. Portanto, o veículo deve ser capaz de suportar estes esforços e ter uma boa habilidade. Além dos testes em uso corrente foi analisada também a rigidez torsional do quadro do veículo e do veículo completo, podendo-se assim melhorar estes valores. A nível ciclístico foram analisados os parâmetros das suspensões como o camber, convergência/divergência, caster, entre outros. Da análise destes parâmetros e possível fazerem-se melhorias de forma a que o veículo tenha um melhor desempenho. Para validar os testes computacionais efetuados foi reproduzido experimentalmente o teste da rigidez torsional. No final, compararam-se os valores numéricos com os experimentais e aferir se o modelo se encontra bem representado.