Robótica móvel: sistema de condução autónoma

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo Automação e Electrónica Industrial

Estratégias de implementação de plataformas de e-maintenance na indústria: desenvolvimento de uma aplicação para um sistema logístico de viaturas

Mestrado em Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia

Mo bilayer for thin film photovoltaics revisited

Thin film solar cells based on Cu(In,Ga)Se2 as an absorber layer use Mo as the back contact. This metal is widely used in research and in industry but despite this, there are only a few published studies on the properties of Mo. Properties such as low resistivity and good adhesion to soda lime glass are hard to obtain at the same time. These properties are dependent on the deposition conditions and are associated with the overall stress state of the film. In this report, a study of the deposition of a Mo bilayer is carried out by analysing first single and then bilayers. The best properties of the bilayer were achieved when the bottom layer was deposited at 10 × 10−3 mbar with a thickness of 500 nm and the top layer deposited at 1 × 10−3 mbar with a thickness of 300 nm. The films deposited under these conditions showed good adhesion and a sheet resistivity lower than 0.8 .

Distributed computing for the factory-floor: a real-time approach using WorldFIP networks

Field communication systems (fieldbuses) are widely used as the communication support for distributed computer-controlled systems (DCCS) within all sort of process control and manufacturing applications. There are several advantages in the use of fieldbuses as a replacement for the traditional point-to-point links between sensors/actuators and computer-based control systems, within which the most relevant is the decentralisation and distribution of the processing power over the field. A widely used fieldbus is the WorldFIP, which is normalised as European standard EN 50170. Using WorldFIP to support DCCS, an important issue is “how to guarantee the timing requirements of the real-time traffic?” WorldFIP has very interesting mechanisms to schedule data transfers, since it explicitly distinguishes periodic and aperiodic traffic. In this paper, we describe how WorldFIP handles these two types of traffic, and more importantly, we provide a comprehensive analysis on how to guarantee the timing requirements of the real-time traffic.

Constraint solving over multi-valued logics - application to digital circuits

Due to usage conditions, hazardous environments or intentional causes, physical and virtual systems are subject to faults in their components, which may affect their overall behaviour. In a ‘black-box’ agent modelled by a set of propositional logic rules, in which just a subset of components is externally visible, such faults may only be recognised by examining some output function of the agent. A (fault-free) model of the agent’s system provides the expected output given some input. If the real output differs from that predicted output, then the system is faulty. However, some faults may only become apparent in the system output when appropriate inputs are given. A number of problems regarding both testing and diagnosis thus arise, such as testing a fault, testing the whole system, finding possible faults and differentiating them to locate the correct one. The corresponding optimisation problems of finding solutions that require minimum resources are also very relevant in industry, as is minimal diagnosis. In this dissertation we use a well established set of benchmark circuits to address such diagnostic related problems and propose and develop models with different logics that we formalise and generalise as much as possible. We also prove that all techniques generalise to agents and to multiple faults. The developed multi-valued logics extend the usual Boolean logic (suitable for faultfree models) by encoding values with some dependency (usually on faults). Such logics thus allow modelling an arbitrary number of diagnostic theories. Each problem is subsequently solved with CLP solvers that we implement and discuss, together with a new efficient search technique that we present. We compare our results with other approaches such as SAT (that require substantial duplication of circuits), showing the effectiveness of constraints over multi-valued logics, and also the adequacy of a general set constraint solver (with special inferences over set functions such as cardinality) on other problems. In addition, for an optimisation problem, we integrate local search with a constructive approach (branch-and-bound) using a variety of logics to improve an existing efficient tool based on SAT and ILP.

Strength prediction and experimental validation of adhesive joints including polyethylene, carbon-epoxy and aluminium adherends

Polyolefins are especially difficult to bond due to their non-polar, non-porous and chemically inert surfaces. Acrylic adhesives used in industry are particularly suited to bond these materials, including many grades of polypropylene (PP) and polyethylene (PE), without special surface preparation. In this work, the tensile strength of single-lap PE and mixed joints bonded with an acrylic adhesive was investigated. The mixed joints included PE with aluminium (AL) or carbon fibre reinforced plastic (CFRP) substrates. The PE substrates were only cleaned with isopropanol, which assured cohesive failures. For the PE CFRP joints, three different surfaces preparations were employed for the CFRP substrates: cleaning with acetone, abrasion with 100 grit sand paper and peel-ply finishing. In the PE AL joints, the AL bonding surfaces were prepared by the following methods: cleaning with acetone, abrasion with 180 and 320 grit sand papers, grit blasting and chemical etching with chromic acid. After abrasion of the CFRP and AL substrates, the surfaces were always cleaned with acetone. The tensile strengths were compared with numerical results from ABAQUS® and a mixed mode (I+II) cohesive damage model. A good agreement was found between the experimental and numerical results, except for the PE AL joints, since the AL surface treatments were not found to be effective.

Melhoria/simplificação ergonómica de linhas de montagem

Hoje em dia, com os avanços constantes na indústria, novas áreas começam cada vez mais a ser foco de atenção por parte das organizações. Motivados pela procura de melhores condições para os seus colaboradores e por todos os benefícios que este tipo de intervenção oferece, tanto a curto, como principalmente a médio e longo prazo, a Grohe Portugal, mais especificamente o seu departamento de montagem, achou relevante potenciar a aplicação da Ergonomia nos seus postos de trabalho. Posto isto, esta dissertação pretende apresentar o trabalho desenvolvido junto da organização que teve como objetivo projetar e executar uma linha de montagem que tivesse em consideração os seguintes aspetos: • Ergonomia; • Automatização ou semi-automatização de operações; • Simplificação de aspetos operacionais; • Sistemas de abastecimento mais robustos e de fácil uso; • Simplificação de setups; • Definição de dimensões normalizadas para futuros projetos. As soluções encontradas tiveram como objetivo primordial satisfazer o maior número possível de colaboradores, sendo que para tal foram utilizados dados referentes a antropometria da população Portuguesa. Para a realização e conclusão deste projeto, o trabalho foi decomposto em varias etapas, de entre as quais se destacam: • Analise e estudo dos métodos de montagem; • Levantamento de todos os componentes e operações que constituem o processo de fabrico das diversas famílias onde foram implementados novos projetos; • Definição e uniformização da estrutura das novas linhas de montagem; • Estudo e definição da disposição dos componentes na nova linha, bem como da sua forma de abastecimento; • Projeto da linha de montagem em 3D com recurso ao software SolidWorks (DassaultSystemes, 2014); • Montagem final da linha, bem como o acompanhamento da sua fase de arranque. Durante o estagio foi ainda pensado e implementado um projeto paralelo com vista a constante manutenção e melhoria do departamento de montagem cujo objetivo, através de “plant walks”, e detetar de entre outras, situações de falta de identificação de componentes ou equipamentos, degradação de ferramentas, fugas ou derrames nas linhas, etc. O balanco final do trabalho foi bastante positivo, tendo-se alcançado melhorias em alguns índices de qualidade, tempos de abastecimento e condições ergonómicas dos postos de trabalho que sofreram intervenção, tendo essas melhorias resultado numa avaliação positiva por parte dos colaboradores que integram essas mesmas linhas.

Controlo da velocidade e posição de um tapete rolante

A utilização eficiente da energia é essencial para a competitividade económica de um país. Sendo a intensidade energética de Portugal elevada, onde a utilização de motores elétricos, absorve cerca de metade da energia elétrica consumida na indústria, a utilização de conversores eletrónicos de potência permite obter economias de energia. Nesta tese pretende-se controlar a velocidade e o posicionamento de um tapete rolante através da utilização de um conversor eletrónico de potência. Na fundamentação teórica são referidos os conceitos de variação da tensão e frequência, controle escalar e vetorial, modelação por largura de pulso (PWM) assim como a retificação e ondulação da tensão de um variador de velocidades. Na parte prática será utilizado um servo motor, controlado por um variador eletrónico de velocidades, para efetuar o referido projeto. É ainda objeto desta tese o estudo dos parâmetros fundamentais assim como a pesquisa dos parâmetros a utilizar para o desempenho pretendido.

The influence of task design on upper limb muscles fatigue during low-load repetitive work: A systematic review

Ergonomic interventions such as increased scheduled breaks or job rotation have been proposed to reduce upper limb muscle fatigue in repetitive low-load work. This review was performed to summarize and analyze the studies investigating the effect of job rotation and work-rest schemes, as well as, work pace, cycle time and duty cycle, on upper limb muscle fatigue. The effects of these work organization factors on subjective fatigue or discomfort were also analyzed. This review was based on relevant articles published in PubMed, Scopus and Web of Science. The studies included in this review were performed in humans and assessed muscle fatigue in upper limbs. 14 articles were included in the systematic review. Few studies were performed in a real work environment and the most common methods used to assess muscle fatigue were surface electromyography (EMG). No consistent results were found related to the effects of job rotation on muscle activity and subjective measurements of fatigue. Rest breaks had some positive effects, particularly in perceived discomfort. The increase in work pace reveals a higher muscular load in specific muscles. The duration of experiments and characteristics of participants appear to be the factors that most have influenced the results. Future research should be focused on the improvement of the experimental protocols and instrumentation, in order to the outcomes represent adequately the actual working conditions. Relevance to industry: Introducing more physical workload variation in low-load repetitive work is considered an effective ergonomic intervention against muscle fatigue and musculoskeletal disorders in industry. Results will be useful to identify the need of future research, which will eventually lead to the adoption of best industrial work practices according to the workers capabilities.

A arte de envelhecer dançando: recordar o passado e preparar o futuro no Centro Social da Paróquia de Santa Eulália de Nespereira

Com a realização do trabalho, que agora se apresenta, tem-se como finalidade refletir sobre a maneira como se pode envelhecer dançando. Sustentados na metodologia de projeto, o esforço recaiu numa análise sobre as conexões das necessidades emergentes dos participantes, no que concerne desejos e motivações dos idosos1 (bem como as diferentes implicações subjacentes e latentes), com a possibilidade de as concretizar pela dança. Intentou-se, assim depreender de que forma numa sociedade global, onde o acesso a informações e conhecimentos atualizados é fundamental, a motivação para a aquisição de novas competências, adaptadas a novos desafios e situações, é considerada crucial e possível na idade adulta, e mais concretamente no período de reforma e, particularmente neste caso, na melhoria da ocupação dos tempos livres, desenvolvendo novas competências e estímulos. Tendo em conta os interesses e a implicação dos idosos, direcionou-se o trabalho no sentido de se construir um projeto com e para os idosos, através da metodologia de investigação ação participativa, mostrando como não há idade para aprender nem para ensinar, de forma a potenciar melhorias na qualidade de vida dos participantes, nos tempos livres ocupando-os e implicando-os, suplantando as habituais atividade comummente designadas de “entreter velhinhos”.

Avaliação da Performance Cirúrgica: Como Fazer?

Assessment of surgical performance is a must for every surgical practice nowadays and can be done by using scientific methods imported mostly from the Quality control tools that have been in use for long in industry. Surgical performance comprises several dimensions including clinical activity (mortality and morbidity as end points), academic activities, research and, more and more, efficiency. Stable long time results (efficacy), reducing error (safety) and meeting patient expectations (patient satisfaction) are among other performance components. This paper focus on the precise definitions of mortality and morbidity related to surgical activities and on the tools to evaluate patient complexity and assess pre operative risk. Some graphic representations are suggested to compare performance profiles of surgeons and to define individual performance profiles. Strong emphasis is put on pre operative risk assessment and its crucial role to interpret divergent surgical results. Where risk assessment is not possible or is unavailable, observed / expected ratios (O/E) for a given endpoint , be it mortality, length of stay or morbidity, must be established and routinely used to refer results and to identify performance outliers. Morbidity is being pointed out as a most valuable performance indicator in surgery because it is sensitive and comprises efficiency, safety and quality, at large.

Simulação de Robôs Quadrúpedes Utilizando o SimMechanics

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

Impact of sensor nodes scaling and velocity on handover mechanisms for healthcare wireless sensor networks with mobility support

Health promotion in hospital environments can be improved using the most recent information and communication technologies. The Internet connectivity to small sensor nodes carried by patients allows remote access to their bio-signals. To promote these features the healthcare wireless sensor networks (HWSN) are used. In these networks mobility support is a key issue in order to keep patients under realtime monitoring even when they move around. To keep sensors connected to the network, they should change their access points of attachment when patients move to a new coverage area along an infirmary. This process, called handover, is responsible for continuous network connectivity to the sensors. This paper presents a detailed performance evaluation study considering three handover mechanisms for healthcare scenarios (Hand4MAC, RSSI-based, and Backbone-based). The study was performed by simulation using several scenarios with different number of sensors and different moving velocities of sensor nodes. The results show that Hand4MAC is the best solution to guarantee almost continuous connectivity to sensor nodes with less energy consumption.

Tendências de recompensas em empresas portuguesas

Esta dissertação tem como objetivo central conhecer os sistemas de recompensas em empresas portuguesas. Primeiramente é realizada uma abordagem aos conceitos subjacentes ao sistema de recompensas e, simultaneamente é exposta teoria sobre o tipo de recompensas mais utilizadas e como estas diferem consoante o cargo/função. Foi aplicado um inquérito por questionário a uma amostra de 144 empresas localizadas por todo o país. Foram testadas hipóteses de estudo capazes de permitir caraterizar o sistema de recompensas desenvolvido nas empresas em estudo. Os resultados do estudo permitem concluir que: 1) os sistemas de recompensas baseados na antiguidade estão atualmente em desuso, ao contrário dos sistemas de recompensas baseados na função/cargo, no desempenho e nas competências; 2) o principal objetivo do sistema de recompensas das empresas do estudo é a motivação dos colaboradores; 3) a conjugação das recompensas monetárias e não monetárias são as mais valorizadas pelas empresas; 4) predomina a compensação variável nos sistemas de recompensas das empresas bem como os incentivos mistos (individuais e de grupo); 5) predominam os incentivos de curto-prazo no sistema de recompensas; 6) o bónus anual é o incentivo mais utilizado; 7) os benefícios e alguns dos incentivos tendem a ser maiores à medida que se sobe na hierarquia funcional da empresa; 8) o benefício predominante é a atribuição de telemóvel e o seguro de saúde; 9) as formas de reconhecimento mais comuns são os prémios de desempenho, o feedback contínuo, as promoções e as placas comemorativas; 10) a maioria dos inquiridos acredita que as oportunidades de desenvolvimento de carreira é uma importante medida para a retenção dos colaboradores; 11) as oportunidades de desenvolvimento são mais utilizadas pelas empresas de maior dimensão e; 12) os benefícios sociais são considerados a componente mais importante para garantir a retenção dos colaboradores. Com base nestes resultados, na parte final da dissertação são apresentadas algumas implicações teóricas e práticas, algumas limitações do estudo, bem como pistas para investigações futuras.

Aquisição por Visão Artificial e Medição Automática de Micro Dureza Vickers

O ensaio de dureza, e mais concretamente o ensaio de micro dureza Vickers, é no universo dos ensaios mecânicos um dos mais utilizados quer seja na indústria, no ensino ou na investigação e desenvolvimento de produto no âmbito das ciências dos materiais. Na grande maioria dos casos, a utilização deste ensaio tem como principal aplicação a caracterização ou controlo da qualidade de fabrico de materiais metálicos. Sendo um ensaio de relativa simplicidade de execução, rapidez e com resultados comparáveis e relacionáveis a outras grandezas físicas das propriedades dos materiais. Contudo, e tratando-se de um método de ensaio cuja intervenção humana é importante, na medição da indentação gerada por penetração mecânica através de um sistema ótico, não deixa de exibir algumas debilidades que daí advêm, como sendo o treino dos técnicos e respetivas acuidades visuais, fenómenos de fadiga visual que afetam os resultados ao longo de um turno de trabalho; ora estes fenómenos afetam a repetibilidade e reprodutibilidade dos resultados obtidos no ensaio. O CINFU possui um micro durómetro Vickers, cuja realização dos ensaios depende de um técnico treinado para a execução do mesmo, apresentando todas as debilidades já mencionadas e que o tornou elegível para o estudo e aplicação de uma solução alternativa. Assim, esta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma solução alternativa ao método ótico convencional na medição de micro dureza Vickers. Utilizando programação em LabVIEW da National Instruments, juntamente com as ferramentas de visão computacional (NI Vision), o programa começa por solicitar ao técnico a seleção da câmara para aquisição da imagem digital acoplada ao micro durómetro, seleção do método de ensaio (Força de ensaio); posteriormente o programa efetua o tratamento da imagem (aplicação de filtros para eliminação do ruído de fundo da imagem original), segue-se, por indicação do operador, a zona de interesse (ROI) e por sua vez são identificadas automaticamente os vértices da calote e respetivas distâncias das diagonais geradas concluindo, após aceitação das mesmas, com o respetivo cálculo de micro dureza resultante. Para validação dos resultados foram utilizados blocos-padrão de dureza certificada (CRM), cujos resultados foram satisfatórios, tendo-se obtido um elevado nível de exatidão nas medições efetuadas. Por fim, desenvolveu-se uma folha de cálculo em Excel com a determinação da incerteza associada às medições de micro dureza Vickers. Foram então comparados os resultados nas duas metodologias possíveis, pelo método ótico convencional e pela utilização das ferramentas de visão computacional, tendo-se obtido bons resultados com a solução proposta.