Planning, operations and data handling of planetary science missions

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Física

Environmental modeling with precision navigation using ROAZ autonomous surface vehicle

The use of robotic vehicles for environmental modeling is discussed. This paper presents diverse results in autonomous marine missions with the ROAZ autonomous surface vehicle. The vehicle can perform autonomous missions while gathering marine data with high inertial and positioning precision. The underwater world is an, economical and environmental, asset that need new tools to study and preserve it. ROAZ is used in marine environment missions since it can sense and monitor the surface and underwater scenarios. Is equipped with a diverse set of sensors, cameras and underwater sonars that generate 3D environmental models. It is used for study the marine life and possible underwater wrecks that can pollute or be a danger to marine navigation. The 3D model and integration of multibeam and sidescan sonars represent a challenge in nowadays. Adding that it is important that robots can explore an area and make decisions based on their surroundings and goals. Regard that, autonomous robotic systems can relieve human beings of repetitive and dangerous tasks.

TIGRE - An autonomous ground robot for outdoor exploration

13th International Conference on Autonomous Robot Systems (Robotica), 2013

Neural control of an autonomous robot

This article aims to apply the concepts associated with artificial neural networks (ANN) in the control of an autonomous robot system that is intended to be used in competitions of robots. The robot was tested in several arbitrary paths in order to verify its effectiveness. The results show that the robot performed the tasks with success. Moreover, in the case of arbitrary paths the ANN control outperforms other methodologies, such as fuzzy logic control (FLC).

An Exact Schedulability Test for Global FP Using State Space Pruning

Presented at 23rd International Conference on Real-Time Networks and Systems (RTNS 2015). 4 to 6, Nov, 2015, Main Track. Lille, France.

Método de correspondência para sistemas de visão multi-câmara

Os sistemas de perceção visual são das principais fontes de informação sensorial utilizadas pelos robôs autónomos, para localização e navegação em diferentes meios de operação. O objetivo passa por obter uma grande quantidade de informação sobre o ambiente que a câmara está a visualizar, processar e extrair informação que permita realizar as tarefas de uma forma e ciente. Uma informação em particular que os sistemas de visão podem fornecer, e a informação tridimensional acerca do meio envolvente. Esta informação pode ser adquirida recorrendo a sistemas de visão monoculares ou com múltiplas câmaras. Nestes sistemas a informação tridimensional pode ser obtida recorrendo a técnica de triangulação, tirando partido do conhecimento da posição relativa entre as câmaras. No entanto, para calcular as coordenadas de um ponto tridimensional no referencial da câmara e necessário existir correspondência entre pontos comuns às imagens adquiridas pelo sistema. No caso de más correspondências a informação 3D e obtida de forma incorreta. O problema associado à correspondência de pontos pode ser agravado no caso das câmaras do sistema terem características intrínsecas diferentes nomeadamente: resolução, abertura da lente, distorção. Outros fatores como as orientações e posições das câmaras também podem condicionar a correspondência de pontos. Este trabalho incide sobre problemática de correspondência de pontos existente no processo de cálculo da informação tridimensional. A presente dissertação visa o desenvolvimento de uma abordagem de correspondência de pontos para sistemas de visão no qual é conhecida a posição relativa entre câmaras.

Análise do Desempenho de Técnicas de Otimização no Problema de Escalonamento

A optimização nas aplicações modernas assume um carácter fortemente interdisciplinar, relacionando-se com a necessidade de integração de diferentes técnicas e paradigmas na resolução de problemas reais complexos. O problema do escalonamento é recorrente no planeamento da produção. Sempre que uma ordem de fabrico é lançada, é necessário determinar que recursos serão utilizados e em que sequência as atividades serão executadas, para otimizar uma dada medida de desempenho. Embora ainda existam empresas a abordar o problema do escalonamento através de simples heurísticas, a proposta de sistemas de escalonamento tem-se evidenciado na literatura. Pretende-se nesta dissertação, a realização da análise de desempenho de Técnicas de Optimização, nomeadamente as meta-heurísticas, na resolução de problemas de optimização complexos – escalonamento de tarefas, particularmente no problema de minimização dos atrasos ponderados, 1||ΣwjTj. Assim sendo, foi desenvolvido um protótipo que serviu de suporte ao estudo computacional, com vista à avaliação do desempenho do Simulated Annealing (SA) e o Discrete Artificial Bee Colony (DABC). A resolução eficiente de um problema requer, em geral, a aplicação de diferentes métodos, e a afinação dos respetivos parâmetros. A afinação dos parâmetros pode permitir uma maior flexibilidade e robustez mas requer uma inicialização cuidadosa. Os parâmetros podem ter uma grande influência na eficiência e eficácia da pesquisa. A sua definição deve resultar de um cuidadoso esforço experimental no sentido da respectiva especificação. Foi usado, no âmbito deste trabalho de mestrado, para suportar a fase de parametrização das meta-heurísticas em análise, o planeamento de experiências de Taguchi. Da análise dos resultados, foi possível concluir que existem vantagem estatisticamente significativa no desempenho do DABC, mas quando analisada a eficiência é possível concluir que há vantagem do SA, que necessita de menos tempo computacional.

Inspeção a sistemas de climatização e conceção de um sistema de gestão da manutenção aplicado em edifícios universitários

Os requisitos legais impostos ao processo de manutenção das instalações de AVAC em edifícios evoluíram nos últimos 10 anos no sentido de uma crescente exigência, obrigando à existência de planos de manutenção preventiva, livros de ocorrências, inspeções obrigatórias a equipamentos, auditorias ou certi cações energéticas. Para os responsáveis da gestão da manutenção de edifícios, em particular para os que gerem uma quantidade signi cativa de equipamentos e instalações, fazê-lo sem o auxílio de uma ferramenta informática é um desa o considerável. Este trabalho visou a arquitetura de um sistema de gestão da manutenção de edifícios que foi aplicado a um caso real, nomeadamente o campus de Azurém da Universidade do Minho. Foi desenvolvida uma metodologia de inspeção, recolha e tratamento da informação para os sistemas técnicos de AVAC existentes nos edifícios. Esta metodologia foi implementada numa aplicação informática que permite aos técnicos responsáveis pela manutenção uma agilização de tarefas, resultado de um vasto conjunto de informações e de ferramentas desenvolvidas propositadamente, facilmente acessíveis através da rede Wi-Fi universitária. A integração das tarefas de manutenção na aplicação informática permitirá aumentar o grau de e ciência e e cácia nas atividades inerentes à manutenção, aumentando o grau de satisfação dos técnicos envolvidos no processo e dos utentes dos edifícios. O registo das tarefas de manutenção realizadas e dos respetivos custos em bases de dados, tornará também possível a geração de relatórios que sustentarão decisões mais assertivas. A implementação na aplicação informática dos seis módulos estruturais do Sistema de Gestão da Manutenção e Consumos Energéticos, SGMCE, permitirá atingir um nível de gestão da manutenção mais elevado, criando condições para o efetuar o comissionamento. O comissionamento prolonga-se por toda a vida do edifício, permitindo atingir os objetivos designados pelo seu promotor, dentro de patamares de custos de exploração energéticos e de custos optimizados de manutenção.

Pré-fabricação em betão armado – Uma abordagem sobre a indústria e seus processos

O presente relatório resulta do estágio que decorreu na empresa TELHABEL, em Vila Nova de Famalicão e insere-se na unidade curricular Dissertação, Projeto e Estágio (DIPRE) do 2º semestre do 2º ano do curso de Mestrado em Engenharia Civil no ramo de construções no Instituto Superior de Engenharia do Porto. Durante o período de estágio foi possível adquirir uma visão abrangente da pré-fabricação em betão armado e pré-esforçado, que incluiu todas as áreas envolvidas no processo: atividades prévias, organização fabril, processo industrial, produção, transporte e montagem. Foi estabelecido um programa de trabalhos que envolveu a pesquisa de elementos bibliográficos sobre pré-fabricação, e o contacto com o dia-a-dia de uma empresa industrial. Foram estudadas várias tecnologias fabris de produção de elementos pré-fabricados, tentando perceber as suas vantagens, campos de aplicação e condicionantes de utilização. Analisou-se o trabalho fabril incidindo na organização e sequência de atividades, desde a realização de armaduras, cofragens, betonagem, controlo de qualidade até à armazenagem de produto acabado. Com complemento da atividade fabril fez-se uma breve referência ao transporte e montagem do material e a sua íntima relação com a produção. Uma vez que, em Portugal, a pré-fabricação se encontra numa fase de escassa atividade, procurou-se simular um caso real que permitisse ao formando o estudo de um projeto fictício, mas perfeitamente realizável. Concebeu-se a estrutura pré-fabricada para construir um armazém, da qual se fez a medição, orçamentação e elaboração dos desenhos de cofragem para fabrico. Posteriormente estudou-se também a produção da ponte sobre o rio Giraul, que se encontra, presentemente, em produção pela empresa, em Angola. Neste estudo procurou-se perceber as questões envolvidas nas cofragens e armaduras, tendo sido estudada a preparação destas últimas, de modo a alertar o formando para os problemas envolvidos na sua execução. A análise aos projetos propostos permitiu compreender a responsabilidade e complexidade das tarefas envolvidas na produção de pré-fabricados.

Estudo dos Princípios da Eficiência Energética de um Edifício

O trabalho aqui desenvolvido tem como objetivos descrever o empreendimento acompanhado durante o estágio, relatar as tarefas realizadas no contexto do estágio e por fim desenvolver um tema adequado ao ramo de Mestrado. Primeiro é apresentado o empreendimento acompanhado durante o estágio. O empreendimento acompanhado foi do Hotel Golden Tulip em Águeda, constituído por um edifício principal e um edifício anexo destinado a spa. São referidas as soluções construtivas, os equipamentos e os serviços que irá proporcionar aos seus utilizadores. Seguidamente são relatadas as tarefas realizadas no contexto do estágio, relacionadas com o acompanhamento da construção do hotel. Estas tarefas foram diversas, desde a direção até à coordenação de segurança em obra. Por último é desenvolvido o tema “Estudo e avaliação de princípios de sustentabilidade de um edifício”, que é aplicado ao edifício principal do hotel. Este tema procura estudar e avaliar soluções aplicadas no edifício, desde soluções construtivas a equipamentos, de forma a propor melhorias ao seu desempenho e a retirada das respetivas conclusões.

Orçamentação e Gestão da Reconstrução de uma Obra: Caso de estudo de um edifício

O presente relatório, desenvolvido no âmbito do estágio curricular realizado na Cociga-Construções Civis de Gaia, SA, tem como objetivo principal caracterizar as diversas etapas que constituem o desenvolvimento de uma obra, que consiste na reconstrução de um edifício. Para tal, procedeu-se à descrição e análise dos respetivos métodos organizacionais, construtivos e orçamentais aplicados na execução da obra para a Caetano Parts. O trabalho teve início com a caracterização da obra em questão e respetivo enquadramento espacial e regional. De seguida, foram descritas as principais etapas do desenvolvimento da obra, como concurso/adjudicação, preparação, contrato, execução e fecho da mesma. Não esquecendo que uma das tarefas mais importantes na fase inicial da obra, após a adjudicação, foi a organização da documentação necessária para que esta pudesse ter início. Na fase referente à execução, foram descritos de forma detalhada e acompanhados, em alguns casos, de registos de imagens, os procedimentos que constituíram as diferentes fases da obra, assim como os métodos construtivos correspondentes. O presente trabalho engloba o registo e a catalogação dos documentos necessários para as diferentes etapas da obra de reconstrução. Durante a realização das diferentes etapas e respetivo registo das mesmas, foi possível concluir que a boa qualidade da prestação de serviços por parte dos trabalhadores da empresa e dos subempreiteiros, possibilitou a concretização de uma obra com altos padrões de qualidade e de acordo com os objetivos do proprietário e da empresa responsável pela execução da mesma. Por último, a realização deste trabalho possibilitou o registo, análise e posterior reflexão sobre os procedimentos legais, logísticos e técnicos a ter em conta aquando da realização de uma obra e que são fatores fundamentais para que se possam manter os padrões de qualidade, rigor e sucesso da mesma.

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.

Non-preemptive and SRP-based fullypreemptive scheduling of real-time Software Transactional Memory

Recent embedded processor architectures containing multiple heterogeneous cores and non-coherent caches renewed attention to the use of Software Transactional Memory (STM) as a building block for developing parallel applications. STM promises to ease concurrent and parallel software development, but relies on the possibility of abort conflicting transactions to maintain data consistency, which in turns affects the execution time of tasks carrying transactions. Because of this fact the timing behaviour of the task set may not be predictable, thus it is crucial to limit the execution time overheads resulting from aborts. In this paper we formalise a FIFO-based algorithm to order the sequence of commits of concurrent transactions. Then, we propose and evaluate two non-preemptive and one SRP-based fully-preemptive scheduling strategies, in order to avoid transaction starvation.

From Mind to Body: Is Mental Practice Effective on Strength Gains? A Meta-Analysis

Mental practice is an internal reproduction of a motor act (whose intention is to promote learning and improving motor skills). Some studies have shown that other cognitive strategies also increase the strength and muscular resistance in healthy people by the enhancement of the performance during dynamic tasks. Mental training sessions may be primordial to improving muscle strength in different subjects. The aim of this study was to systematically review and meta-analiyze studies that assessed whether mental practice is effective in improving muscular strength. We conducted an electronic-computed search in Pub-Med/Medline and ISI Web of Knowledge, Scielo and manual searchs, searching papers written in English between 1991 and 2014. There were 44 studies in Pub-Med/Medline, 631 in ISI Web of Knowledge, 11 in Scielo and 3 in manual searchs databases. After exclusion of studies for duplicate, unrelated to the topic by title and summary, different samples and methodologies, a meta-analysis of 4 studies was carried out to identify the dose-response relationship. We did not find evidence that mental practice is effective in increasing strength in healthy individuals. There is no evidence that mental practice alone can be effective to induce strength gains or to optimize the training effects.

Desenvolvimento do processo de produção de peça plástica revestida a PVC para a indústria automóvel

O desenvolvimento do processo de produção de um produto para a indústria automóvel é sempre um desafio de nível de dificuldade exigente. Este trabalho teve por base o estudo do desenvolvimento do processo de produção de um produto para a área automóvel, constituído por diversos componentes e exigindo diversas etapas de produção. O desafio partiu de um cliente da SIMOLDES - PLÁSTICOS, S.A. que necessitava de uma peça em plástico para um novo modelo de automóvel. Foram estabelecidas as condições iniciais impostas pelo cliente e foram estudados os condicionalismos impostos pelas mesmas. Foram estudadas diferentes alternativas com vista à optimização do processo, garantindo a qualidade e tentando minimizar o custo final do produto. Foi realizada uma optimização dos moldes, por forma a poderem ser utilizadas máquinas com Força de Fecho mais baixa. Foram desenvolvidos alguns equipamentos que permitiram à empresa optar por novas formas de produção, utilizando materiais mais amigos do ambiente. Foram estudadas as condições de distribuição e optimização das tarefas, com vista à garantia do cumprimento dos prazos de entrega exigidos pelo cliente. Foi estudado o ‘layout’ que optimizou as operações de transporte das diferentes peças que constituem o produto final. Este trabalho foi elaborado com base num trabalho desenvolvido e implementado na SIMOLDES – PLÁSTICOS, S.A.