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.

Contributo dos sistemas de informação geográfica para a mobilidade elétrica : localização de áreas ótimas para Park&Ride baseadas na rede do metro do Porto

Dissertação de mestrado em Gestão do Território na especialidade de Deteção Remota e Sistemas de Informação Geográfica

Imparidades em inventários

Dissertação de Mestrado apresentada ao Instituto de Contabilidade e Administração do Porto para a obtenção do grau de Mestre em Contabilidade e Finanças, sob orientação da Doutora Albertina Paula Monteiro Esta versão contém as críticas e sugestões dos elementos do júri.

Gestão de Recursos Energéticos para Apoio à Operação dos Virtual Power Players

A liberalização dos mercados de energia elétrica e a crescente integração dos recursos energéticos distribuídos nas redes de distribuição, nomeadamente as unidades de produção distribuída, os sistemas de controlo de cargas através dos programas de demand response, os sistemas de armazenamento e os veículos elétricos, representaram uma evolução no paradigma de operação e gestão dos sistemas elétricos. Este novo paradigma de operação impõe o desenvolvimento de novas metodologias de gestão e controlo que permitam a integração de todas as novas tecnologias de forma eficiente e sustentável. O principal contributo deste trabalho reside no desenvolvimento de metodologias para a gestão de recursos energéticos no contexto de redes inteligentes, que contemplam três horizontes temporais distintos (24 horas, 1 hora e 5 minutos). As metodologias consideram os escalonamentos anteriores assim como as previsões atualizadas de forma a melhorar o desempenho total do sistema e consequentemente aumentar a rentabilidade dos agentes agregadores. As metodologias propostas foram integradas numa ferramenta de simulação, que servirá de apoio à decisão de uma entidade agregadora designada por virtual power player. Ao nível das metodologias desenvolvidas são propostos três algoritmos de gestão distintos, nomeadamente para a segunda (1 hora) e terceira fase (5 minutos) da ferramenta de gestão, diferenciados pela influência que os períodos antecedentes e seguintes têm no período em escalonamento. Outro aspeto relevante apresentado neste documento é o teste e a validação dos modelos propostos numa plataforma de simulação comercial. Para além das metodologias propostas, a aplicação permitiu validar os modelos dos equipamentos considerados, nomeadamente, ao nível das redes de distribuição e dos recursos energéticos distribuidos. Nesta dissertação são apresentados três casos de estudos, cada um com diferentes cenários referentes a cenários de operação futuros. Estes casos de estudos são importantes para verificar a viabilidade da implementação das metodologias e algoritmos propostos. Adicionalmente são apresentadas comparações das metodologias propostas relativamente aos resultados obtidos, complexidade de gestão em ambiente de simulação para as diferentes fases da ferramenta proposta e os benefícios e inconvenientes no uso da ferramenta proposta.

Avaliação do comportamento e reforço da Ponte de Maçaínhas sob a ação do tráfego ferroviário

A presente dissertação tem como principal objetivo a avaliação do estado de conservação de uma ponte ferroviária metálica centenária para posteriormente se efetuar o reforço desta. O objeto de estudo foi a Ponte de Maçaínhas, uma ponte metálica treliçada que se situa na linha da Beira Baixa permitindo a ligação entre a Guarda e a Covilhã. Este trabalho envolveu um estudo profundo de vários conteúdos normativos relativos a ações em pontes ferroviárias e ações ambientais. Este estudo estende-se ainda ao campo das verificações regulamentares e critérios de segurança estrutural adequadas ao presente contexto. A operação de reforço começou numa rigorosa análise dos componentes estruturais da ponte, através do estudo de plantas e de um extenso registo fotográfico, para posteriormente se conceber um modelo numérico que traduzisse a situação real. Ao modelo concebido foram aplicadas as cargas regulamentares adequadas por forma a entender o comportamento que a ponte apresenta perante estas e se as suas secções transversais apresentam capacidade resistente suficiente. Caso estas não apresentem capacidade resistente suficiente teriam de ser intervencionadas. Concluído o processo de avaliação estrutural e de reforço, procedeu-se à verificação do comportamento da estrutura reforçada perante as ações de projeto. Com isto pretende-se avaliar se os esforços se distribuem da mesma maneira ou se a operação de reforço teve algum efeito na distribuição destes. Por último, para avaliar o comportamento da estrutura perante a passagem de tráfego real, realizaram-se análises dinâmicas que tiveram por base um grupo de veículos que habitualmente circulam na linha da Beira Baixa e um comboio de alta velocidade. Estas análises foram realizadas tanto para a situação pré reforço como pós reforço. Desta forma conseguiu-se fazer um paralelo entre ambas as condições e perceber se a operação de reforço foi bem-sucedida.

Análise da sonolência na condução rodoviária a partir de sinais EEG

A Sociedade Europeia de Pesquisa do Sono realizou muito recentemente um estudo, onde mostrou que a prevalência média de adormecimento ao volante nos últimos 2 anos foi de 17%. Além disto, tem sido provado por todo o mundo que a sonolência durante a condução é uma das principais causas de acidentes de trânsito. Torna-se assim conveniente, o desenvolvimento de sistemas que analisem a suscetibilidade de um determinado condutor para adormecer no trânsito, bem como de ferramentas que monitorem em tempo real o estado físico e mental do condutor, para alertarem nos momentos críticos. Apesar do estudo do sono se ter iniciado há vários anos, a maioria das investigações focaram-se no ciclo normal do sono, estudando os indivíduos de forma relaxada e de olhos fechados. Só mais recentemente, têm surgido os estudos que se focam nas situações de sonolência em atividade, como _e o caso da condução. Uma grande parte Dos estudos da sonolência em condução têm utilizado a eletroencefalografia (EEG), de forma a perceber se existem alterações nas diferentes bandas de frequência desta, que possam indicar o estado de sonolência do condutor. Além disso, a evolução da sonolência a partir de alterações no piscar dos olhos (que podem ser vistas nos sinais EEG) também tem sido alvo de grande pesquisa, tendo vindo a revelar resultados bastante promissores. Neste contexto e em parceria com a empresa HealthyRoad, esta tese está integrada no projeto HealthyDrive, que visa o desenvolvimento de um sistema de alerta e deteção de sinais de fadiga e sonolência nos condutores de veículos automóveis. A contribuição desta tese no projeto prendeu-se com o estudo da sonolência dos indivíduos em condução a partir de sinais EEG, para desta forma investigar possíveis indicadores dos diferentes níveis desta que possam ser utilizados pela empresa no projeto. Foram recolhidos e analisados 17 sinais EEG de indivíduos em simulação de condução. Além disso foram desenvolvidos dois métodos de análise destes sinais: O primeiro para a deteção e análise dos piscar de olhos a partir de EEG, o segundo para análise do espetro de potência. Ambos os métodos foram utilizados para analisar os sinais recolhidos e investigar que tipo de relação existe entre a sonolência do condutor e as alterações nos piscares dos olhos, bem como as alterações do espetro do EEG. Os resultados mostraram uma correlação entre a duração do piscar de olhos e a sonolência do condutor. Com o aumento da sonolência velicou-se um aumento da duração do piscar, desencadeado principalmente pelo aumento na duração de fecho, que chegou aos 51.2%. Em relação ao espectro de potência, os resultados sugerem que a potência relativa de todas as bandas analisadas fornecem informações relevantes sobre a sonolência do condutor. Além disso, o parâmetro (_+_)/_ demostrou estar relacionado com variações da sonolência, diminuindo com o seu avanço e aumentando significativamente (111%) no instante em que os condutores adormeceram.

Avaliação do comportamento de uma ponte metálica centenária sujeita à ação de tráfego ferroviário ligeiro

A presente dissertação tem como objetivo principal a análise numérica do comportamento dinâmico de uma ponte ferroviária, sob ação de tráfego ligeiro ferroviário. Neste contexto são apresentados alguns fundamentos teóricos a ter em conta nestes domínios, visando uma melhor compreensão dos fenómenos existentes no comportamento dinâmico de pontes ferroviárias quando sujeitas ao tráfego. O caso de estudo teve como foco a ponte Luiz I, uma ponte metálica situada sobre o rio Douro, que liga as cidades do Porto e Vila Nova de Gaia, sob ação de tráfego ligeiro ferroviário no seu tabuleiro superior para a condição anterior aos trabalhos de reabilitação e reforço realizados entre 2004 e 2005. Para o efeito foi desenvolvido um modelo numérico de elementos finitos da ponte realizado com recurso ao programa ANSYS, assim como um modelo numérico do veículo do Metro de Lisboa. Com base nestes modelos foram obtidos os parâmetros modais, nomeadamente as frequências naturais e os modos de vibração de toda a estrutura e do veículo. O estudo do comportamento dinâmico da ponte foi realizado por intermédio de uma metodologia de cargas móveis e de interação veículo-estrutura, através da ferramenta computacional Train-Bridge Interaction (TBI). As análises dinâmicas foram efetuadas para a passagem dos veículos de passageiros das redes de Metros do Porto e Lisboa. Nestas análises é estudada a resposta da estrutura em função da variabilidade ao nível da secção transversal, dependência do tramo, influência do veículo, da sua velocidade de circulação e impacto das frequências de vibração estimadas pelo modelo numérico.

Mecanismos de inflamação brônquica resultantes da exposição a factores ambientais

RESUMO Tratando-se a asma de uma doença respiratória, desde há várias décadas que tem sido abordada a hipótese de que factores ambientais, nomeadamente os relacionados com a qualidade do ar inalado, possam contribuir para o seu agravamento. Para além dos aeroalergenos, outros factores ambientais como a poluição atmosférica estarão associados às doenças respiratórias. O ar respirado contém uma variedade de poluentes atmosféricos, provenientes quer de fontes naturais quer de origem antropogénica, nomeadamente de actividades industriais, domésticas ou das emissões de veículos. Estes poluentes, tradicionalmente considerados como um problema de foro ambiental, têm sido cada vez mais encarados como um problema de saúde pública. Também a qualidade do ar interior, tem sido associada a queixas respiratórias, não só em termos ocupacionais mas também em exposições domésticas. Dentro dos principais poluentes, encontramos a matéria particulada (como as PM10), o O3, NO2, e os compostos orgânicos voláteis (COVs). Se é verdade que os três primeiros têm como principais fontes de exposição a combustão fóssil associada aos veículos automóveis, já os COVs (como o benzeno, tolueno, xileno, etilbenzeno e formaldeído) são poluentes mais característicos do ar interior. Os mecanismos fisiopatológicos subjacentes à agressão dos poluentes do ar não se encontram convenientemente esclarecidos. Pensa-se que após a sua inalação, induzam um grau crescente de stress oxidativo que será responsável pelo desenvolvimento da inflamação das vias aéreas. A progressão do stress oxidativo e da inflamação, associarse- ão posteriormente a lesão local (pulmonar) e sistémica. Neste trabalho pretendeu-se avaliar os efeitos da exposição individual a diversos poluentes, do ar exterior e interior, sobre as vias aéreas, recorrendo a parâmetros funcionais, inflamatórios e do estudo do stress oxidativo. Neste sentido, desenvolveu-se um estudo de painel na cidade de Viseu, em que foram acompanhadas durante 18 meses, 51 crianças com história de sibilância, identificadas pelo questionário do estudo ISAAC. As crianças foram avaliadas em quatro Visitas (quatro medidas repetidas), através de diversos exames, que incluíram execução de espirometria com broncodilatação, medição ambulatória do PEF, medição de FENO e estudo do pH no condensado brônquico do ar exalado. O estudo dos 8-isoprostanos no condensado brônquico foi efectuado somente em duas Visitas, e o do doseamento de malonaldeído urinário somente na última Visita. Para além da avaliação do grau de infestação de ácaros do pó do colchão, para cada criança foi calculado o valor de exposição individual a PM10, O3, NO2, benzeno, tolueno, xileno, etilbenzeno e formaldeído, através de uma complexa metodologia que envolveu técnicas de modelação associadas a medições directas do ar interior (na casa e escola da criança) e do ar exterior. Para a análise de dados foram utilizadas equações de estimação generalizadas com uma matriz de correlação de trabalho uniforme, com excepção do estudo das associações entre poluentes, 8-isoprostanos e malonaldeído. Verificou-se na análise multivariável a existência de uma associação entre o agravamento dos parâmetros espirométricos e a exposição aumentada a PM10, NO2, benzeno, tolueno e etilbenzeno. Foram também encontradas associações entre diminuição do pH do EBC e exposição crescente a PM10, NO2, benzeno e etilbenzeno e associações entre valores aumentados de FENO e exposição a etilbenzeno e tolueno. O benzeno, o tolueno e o etilbenzeno foram associados com maior recurso a broncodilatador nos 6 meses anteriores à Visita e o tolueno com deslocações ao serviço de urgência. Os resultados dos modelos de regressão que incluíram o efeito do poluente ajustado para o grau de infestação de ácaros do pó foram, de uma forma geral, idênticos ao da análise multivariável anterior, com excepção das associações para com o FENO. Nos modelos de exposição com dois poluentes, com o FEV1 como variável resposta, somente o benzeno persistiu com significado estatístico. No modelo com dois poluentes tendo o pH do EBC como variável resposta, somente persistiram as PM10. Os 8-isoprostanos correlacionaram-se com alguns COVs, designadamente etilbenzeno, xileno, tolueno e benzeno. Os valores de malonaldeído urinário não se correlacionaram com os valores de poluentes. Verificou-se no entanto que de uma forma geral, e em particular mais uma vez para os COVs, as crianças mais expostas a poluentes, apresentaram valores superiores de malonaldeído na urina. Verificou-se que os poluentes do ar em geral, e os COVs em particular, se associaram com uma deterioração das vias aéreas. A exposição crescente a poluentes associou-se não só com obstrução brônquica, mas também com FENO aumentado e maior acidez das vias aéreas. A exposição crescente a COVs correlacionou-se com um maior stress oxidativo das vias aéreas (medido pelos 8-isoprostanos). As crianças com exposição superior a COVs apresentaram maiores valores de malonaldeído urinário. Este trabalho sugere uma associação entre exposição a poluentes, inflamação das vias aéreas e stress oxidativo. Vem reforçar o interesse dos poluentes do ar, nomeadamente os associados a ambientes interiores, frequentemente esquecidos e que poderão ser explicativos do agravamento duma criança com sibilância.-----------ABSTRACT: Asthma is a chronic respiratory disease that could be influenced by environmental factors, as allergens and air pollutants. The air breathed contains a diversity of air pollutants, both from natural or anthropogenic sources. Atmospheric pollution, traditionally considered an environmental problem, is nowadays looked as an important public health problem. Indoor air pollutants are also related with respiratory diseases, not only in terms of occupational exposures but also in domestic activities. Particulate matter (such as PM10), O3, NO2 and volatile organic compounds (VOCs) are the main air pollutants. The main source for PM10, O3, NO2 exposure is traffic exhaust while for VOCs (such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene and phormaldehyde) the main sources for exposure are located in indoor environments. The pathophysiologic mechanisms underlying the aggression of air pollutants are not properly understood. It is thought that after inhalation, air pollutants could induce oxidative stress, which would be responsible for airways inflammation. The progression of oxidative stress and airways inflammation, would contribute for the local and systemic effects of the air pollutants. The present study aimed to evaluate the effects of individual exposure to various pollutants over the airways, through lung function tests, inflammatory and oxidative stress biomarkers. In this sense, we developed a panel study in the city of Viseu, that included 51 children with a history of wheezing. Those children that were identified by the ISAAC questionnaire, were followed for 18 months. Children were assessed four times (four repeated measures) through the following tests: spirometry with bronchodilation test, PEF study, FENO evaluation and exhaled breath condensate pH measurement. 8-isoprostane in the exhaled breath condensate were also measured but only in two visits. Urinary malonaldehyde measurement was performed only in the last visit. Besides the assessment of the house dust mite infestation, we calculated for each child the value of individual exposure to a wide range of pollutants: PM10, O3, NO2, benzene, toluene, xylene, ethyl benzene and formaldehyde. This strategy used a complex methodology that included air pollution modelling techniques and direct measurements indoors (homes and schools) and outdoors. Generalized estimating equations with an exchangeable working correlation matrix were used for the analysis of the data. Exceptions were for the study of associations between air pollutants, malonaldehyde and 8-isoprostanes. In the multivariate analysis we found an association between worsening of spirometric outcomes and increased exposure to PM10, NO2, benzene, toluene and ethylbenzene. In the multivariate analysis we found also negative associations between EBC pH and exposure to PM10, NO2, benzene, ethylbenzene and positive associations between FENO and exposure to ethylbenzene and toluene. Benzene, toluene and ethylbenzene were associated with increased use of bronchodilator in the 6 months prior to the visit and toluene with emergency department visits. Results of the regression models that included also the effect of the pollutant adjusted for the degree of infestation to house dust mites, were identical to the previous models. Exceptions were for FENO associations. In the two-pollutant models, with the FEV1 as dependent variable, only benzene persisted with statistical significance. In the two pollutant model with pH of EBC as dependent variable, only PM10 persisted. 8-isoprostanes were well correlated with some VOCs, namely with ethylbenzene, xylene, toluene and benzene. Urinary malonaldehyde did not present any correlation with air pollutants exposure. However, those children more exposed to air pollutants (namely to VOCs), presented higher values of malonaldehyde. It was found that air pollutants in general, and namely VOCs, were associated with deterioration of the airways. The increased exposure to air pollutants was associated not only with airways obstruction, but also with increased FENO and higher acidity of the airways. The increased exposure to VOCs was correlated with increased airways oxidative stress (measured by 8-isoprostane). Children with higher levels of exposure to VOCs had higher values of urinary malonaldehyde. This study suggests a relation between air pollution, airways inflammation and oxidative stress. It suggests also that attention should be dedicated to air quality as air pollutants could cause airways deterioration.

Avaliação numérica e experimental da carga admissível de vigas compostas para monocarris de sistemas de elevação

Este trabalho foi realizado com o apoio, e em colaboração da empresa Flexcrane, que constrói e comercializa soluções flexíveis de pontes rolantes para cargas ligeiras. Com cargas máximas de 2 toneladas estas pontes e seus caminhos de rolamento são construídas essencialmente enformados a frio. O objetivo deste trabalho é a verificação numérica e experimental das cargas que este tipo de estrutura suporta, nas suas diferentes configurações. Numa aproximação por engenharia inversa, com a realização deste trabalho, foi possível determinar a carga admissível das vigas compostas utilizadas, assim como o seu comportamento quando em carga. Para obtenção destes resultados foram realizadas simulações computacionais recorrendo ao método de elementos finitos, utilizando para isso o software Ansys Workbench e ainda ensaios experimentais que permitiram validar os resultados obtidos numericamente e consolidar o conhecimento sobre o comportamento desta solução comercial. Por ser de construção modular, são possíveis diferentes combinações para o produto final, por esta razão foram estudados numericamente diferentes configurações possíveis, com e sem reforços. Foi realizada a validação experimental para a configuração mais usual, fazendo recurso a um dispositivo para ensaio de estruturas e componentes, pertencente ao Isep. Foi ainda utilizada a técnica extensométrica para avaliar as tensões em pontos selecionados e compara-los com os obtidos numericamente. Concluiu-se pelo ótimo desempenho dos produtos Flexcrane.

Planeamento de Trajetória para Operações de Busca e Salvamento com UAVs

Os sistemas autónomos trazem como mais valia aos cenários de busca e salvamento a possibilidade de minimizar a presença de Humanos em situações de perigo e a capacidade de aceder a locais de difícil acesso. Na dissertação propõe-se endereçar novos métodos para perceção e navegação de veículos aéreos não tripulados (UAV), tendo como foco principal o planeamento de trajetórias e deteção de obstáculos. No que respeita à perceção foi desenvolvido um método para gerar clusters tendo por base os voxels gerados pelo Octomap. Na área de navegação, foram desenvolvidos dois novos métodos de planeamento de trajetórias, GPRM (Grid Probabilistic Roadmap) e PPRM (Particle Probabilistic Roadmap), que tem como método base para o seu desenvolvimento o PRM. O primeiro método desenvolvido, GPRM, espalha as partículas numa grid pré-definida, construindo posteriormente o roadmap na área determinada pela grid e com isto estima o trajeto mais curto até ao ponto destino. O segundo método desenvolvido, PPRM, espalha as partículas pelo cenário de aplicação, gera o roadmap considerando o mapa total e atribui uma probabilidade que irá permitir definir a trajetória otimizada. Para analisar a performance de cada método em comparação com o PRM, efetua-se a sua avaliação em três cenários distintos com recurso ao simulador MORSE.

Estimação do desempenho de um veículo a pedais com assistência eléctrica equipado com painéis solares fotovoltaicos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Desenvolvimento de uma caixa de velocidades electrónica para um motor polifásico de pólos variáveis

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Sistema de Informação Geográfica aplicado ao transporte de reclusos

Trabalho de Projeto apresentado como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Ciência e Sistemas de Informação Geográfica

A detecção remota e os sistemas de informação geográfica na contribuiçã dos grandes projectos de segurança aeroportuária

Relatório de Estágio apresentado para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Gestão do Território, área de especialização em Detecção Remota e SIG

A implantação do automóvel em Portugal (1895-1910)

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em História, Filosofia e Património da Ciência e da Tecnologia