A multimodal tablet-based interface for designing and reviewing 3D engineering models

The ability to view and interact with 3D models has been happening for a long time. However, vision-based 3D modeling has only seen limited success in applications, as it faces many technical challenges. Hand-held mobile devices have changed the way we interact with virtual reality environments. Their high mobility and technical features, such as inertial sensors, cameras and fast processors, are especially attractive for advancing the state of the art in virtual reality systems. Also, their ubiquity and fast Internet connection open a path to distributed and collaborative development. However, such path has not been fully explored in many domains. VR systems for real world engineering contexts are still difficult to use, especially when geographically dispersed engineering teams need to collaboratively visualize and review 3D CAD models. Another challenge is the ability to rendering these environments at the required interactive rates and with high fidelity. In this document it is presented a virtual reality system mobile for visualization, navigation and reviewing large scale 3D CAD models, held under the CEDAR (Collaborative Engineering Design and Review) project. It’s focused on interaction using different navigation modes. The system uses the mobile device's inertial sensors and camera to allow users to navigate through large scale models. IT professionals, architects, civil engineers and oil industry experts were involved in a qualitative assessment of the CEDAR system, in the form of direct user interaction with the prototypes and audio-recorded interviews about the prototypes. The lessons learned are valuable and are presented on this document. Subsequently it was prepared a quantitative study on the different navigation modes to analyze the best mode to use it in a given situation.

Controlo de estufagem do Vinho Madeira em escala piloto

Um dos processos de envelhecimento do Vinho Madeira é a “Estufagem” realizada através da circulação de água aquecida a uma determinada temperatura por um sistema de serpentina existente no interior de cada estufa. De modo a tornar o processo de estufagem eficiente e preservar a qualidade do Vinho Madeira, a monitorização, registo e controlo da temperatura reveste-se da maior importância sendo, atualmente, todo esse processo realizado, por norma, manualmente, quer no sistema de dez estufas de aço inox existente no laboratório de enologia da Universidade da Madeira (UMa), quer nos sistemas das cooperativas de Vinho Madeira. Existem, no mercado, alguns sistemas que solucionam, com menor ou maior limitação, este problema. Porém, nenhum desses sistemas implementa um sistema de controlo “inteligente” capaz de se adaptar automaticamente a diferentes períodos de temperaturas predefinidos e manter o aquecimento das estufas de acordo com essas temperaturas com uma margem de erro inferior a ±0,5℃, bem como o custo associado aos mesmos é elevado o que dificulta a sua implementação neste setor. O sistema implementado, nesta tese, consiste em duas aplicações: uma aplicação web e uma Windows Forms Application. A aplicação web foi desenvolvida em C# com recurso à framework ASP.NET Web Pages e implementa toda a lógica necessária à monitorização gráfica e à gestão do sistema, nomeadamente a definição do setpoint para cada estufa. A Windows Forms Application, também desenvolvida em C# devido à necessidade de interligação com a biblioteca fornecida pela CAREL para conexão aos controladores de temperatura IR32, efetua o registo e controlo automático da temperatura, de acordo com o setpoint definido para cada estufa através da aplicação web. O controlo de temperatura realiza-se com recurso às redes neuronais, nomeadamente através dum controlador DIC (Direct Inverse Controller) que obteve, de entre os vários controladores testados, o melhor Erro Quadrático Médio (MSE) e o melhor Coeficiente de Correlação (R). Através da utilização do sistema implementado conseguiu-se eliminar a limitação física de erro com ± 1℃ em torno do setpoint tendo-se conseguido, para o melhor caso, uma margem de erro de ± 0,1℃ relativamente ao setpoint reduzindo-se, assim, a margem de variação de temperatura até um máximo de 1,8ºC e, consequentemente, o erro associado.

Combining the power of online crowdsourcing with creative writing user interfaces

The goal of this work was to provide professional and amateur writers with a new way of enhancing their productivity and mental well-being, by helping them overcoming writers block and being able to achieve a state of optimal experience while writing. Our approach is based on bringing together different components to create what we call a creative moment. A creative moment is composed by an image, a text, a mood, a location and a color. The color presented in the creative moment varied according to the mood that was associated to the creative moment. With the creative moments we hoped that our users could have a way to easily trigger their creativity and have a kick start in their work. The prototyping of a web crowdsourcing platform, named CreativeWall, and a Microsoft Word Add-In, that was used on the user study performed, is described and their implementations are discussed. The user study reveals that our approach does have a positive influence in the productivity of the participants when compared with another existing approach. The study also revealed that our approach can ease the process of achieving a state of optimal experience by enhancing one of the dimensions presented on the Flow Theory. At the end we present what we consider would be some possible future developments for the concept created during the development of this work.

Radiology Service Bus: Interoperabilidade semântica para Radiologia

A integração de sistemas é um tema sempre actual na temática das tecnologias de informação. Desde há muito tempo que as grandes empresas identificaram a necessidade de integrar dados de diferentes sistemas, criando mais valor para os seus negócios. Alguns sectores da indústria estão claramente mais avançados do que outros no que diz respeito à integração de sistemas. Alguns factores, como a concorrência e competitividade mais agressiva em alguns mercados, foram os catalisadores desses avanços tecnológicos. A indústria da saúde não foi, infelizmente, um dos sectores onde se registaram grandes avanços na integração de sistemas. Foi, no entanto, onde se registou uma explosão de normas e protocolos que suportam as diversas disciplinas da medicina, como por ex, a Radiologia. Essas normas e protocolos permitiram dotar a medicina de meios mais rigorosos de produzir diagnósticos e encontrar curas para as mais diversas patologias. Existem muitos produtos que adoptam estas normas. As organizações foram, progressivamente, adquirindo esses produtos mas sem grande preocupação da eventual necessidade da integração. A disciplina da Radiologia é uma das disciplinas onde se verifica, ainda hoje, uma enorme diversidade de equipamentos e sistemas de informação mas onde se encontra desafios consideráveis no que diz respeito à integração. Foram esses desafios que despoletaram o interesse de investigação e cujos resultados se partilham nesta dissertação.

Sistema de gestão de energia e ativação de uma espoleta eletrónica

Os incêndios florestais constituem uma realidade que pode ser minimizada com o auxílio Forças Armadas, através de homens e de meios. O Projeto FIREND®, no qual este trabalho está inserido, tem como objetivo projetar uma munição que ao libertar uma substância química sobre o fogo, o impeça de se expandir e se possível, o extinga. O projétil tem 155mm de calibre e o seu compartimento de carga terá cerca de 7,5

Integrated architecture for vision-based indoor localization and mapping of a quadrotor micro-air vehicle

Atualmente os sistemas de pilotagem autónoma de quadricópteros estão a ser desenvolvidos de forma a efetuarem navegação em espaços exteriores, onde o sinal de GPS pode ser utilizado para definir waypoints de navegação, modos de position e altitude hold, returning home, entre outros. Contudo, o problema de navegação autónoma em espaços fechados sem que se utilize um sistema de posicionamento global dentro de uma sala, subsiste como um problema desafiante e sem solução fechada. Grande parte das soluções são baseadas em sensores dispendiosos, como o LIDAR ou como sistemas de posicionamento externos (p.ex. Vicon, Optitrack). Algumas destas soluções reservam a capacidade de processamento de dados dos sensores e dos algoritmos mais exigentes para sistemas de computação exteriores ao veículo, o que também retira a componente de autonomia total que se pretende num veículo com estas características. O objetivo desta tese pretende, assim, a preparação de um sistema aéreo não-tripulado de pequeno porte, nomeadamente um quadricóptero, que integre diferentes módulos que lhe permitam simultânea localização e mapeamento em espaços interiores onde o sinal GPS ´e negado, utilizando, para tal, uma câmara RGB-D, em conjunto com outros sensores internos e externos do quadricóptero, integrados num sistema que processa o posicionamento baseado em visão e com o qual se pretende que efectue, num futuro próximo, planeamento de movimento para navegação. O resultado deste trabalho foi uma arquitetura integrada para análise de módulos de localização, mapeamento e navegação, baseada em hardware aberto e barato e frameworks state-of-the-art disponíveis em código aberto. Foi também possível testar parcialmente alguns módulos de localização, sob certas condições de ensaio e certos parâmetros dos algoritmos. A capacidade de mapeamento da framework também foi testada e aprovada. A framework obtida encontra-se pronta para navegação, necessitando apenas de alguns ajustes e testes.

ROVIM T2D: Um robô autónomo de vigilância de instalações militares

Os avanços técnológicos da última década permitiram um crescimento nas aplicações militares de veículos autónomos. Com o objetivo de explorar o seu potêncial na vigilância de instalações militares, a Academia Militar encomendou o desenvolvimento e construção de um protótipo funcional de um veículo autónomo. Nesta dissertação os sistemas de tração, travagem e direção desse protótipo são abordados. A literatura atual foca-se em aplicações comerciais de veículos rodoviários, onde a autonomia é o principal problema. No entanto, equipas não profissionais lidam antes disso com dificuldades em capturar uma visão clara do projecto e fracos procedimentos de segurança. Uma moto-quatro com um módulo de baterias elétricas e atuadores embarcados para os sistemas da tração, travagem e direção, assim como os mecanismos de controlo e interface, é aqui proposta e avaliada, numa abordagem focada na flexibilidade de desenho e na segurança dos utilizadores. As limitações da solução proposta são identificadas e são propostas correções.

Regulador linear de tensão em tecnologia HV-CMOS

Atualmente, assiste-se na nossa sociedade a um recurso e uso massivo de equipamentos eletrónicos portáteis. Este facto, aliado à competitividade de mercado, exigiu o desenvolvimento desses equipamentos com o intuito de melhorar a sua gestão de potência e, obter, consequentemente, maior autonomia e rendimento. Assim, na gestão de potência de um SoC são os reguladores de tensão que assumem um papel de extrema importância. O trabalho realizado ao longo da presente dissertação pressupõe o projeto de um regulador linear de tensão do tipo LDO em tecnologia HV-CMOS, capaz de suportar tensões de entrada de 12V com vista à alimentação de blocos funcionais RF-CMOS com 3,3V e uma corrente de 100mA. Foi implementado através do processo CMOS de 0.35μm de 50V da Austria Micro Systems. A corrente de quiescente do regulador linear de tensão que determina a eficiência de corrente é de 120,22μA. Possui uma eficiência de corrente de 99,88% e um rendimento de 82,46% quando a tensão mínima de entrada é utilizada. O regulador linear de tensão possui uma tensão de dropout de 707mV. A estabilidade do sistema é mantida mesmo com transições de carga de 10μA para 100mA. O regulador possui um tempo de estabelecimento inferior a 2,4μs e uma variação da tensão de saída relativamente ao seu valor nominal inferior a 18mV, ambos para o pior caso. Porém, este regulador possui um undershoot e um overshoot de +- 1,85V.

Célula de medida de viscosidade de líquidos

O objetivo deste trabalho é o projeto, construção e teste de um sistema que permita a medida de viscosidade de líquidos utilizando o método do fio vibrante em regime livre. A principal contribuição original deste trabalho é o modo de controlo do estímulo e aquisição de sinal no contexto da medição de viscosidade, utilizando uma interface gráfica (GUI) onde o utilizador pode controlar o estímulo e a taxa de aquisição do sensor. A Field Programmable Gate Array (FPGA) é utilizada para controlar e sincronizar todo o sistema e fazer a ligação entre a interface gráfica e o hardware desenvolvido para condicionar o sinal de estímulo do fio vibrante e de resposta do fio vibrante. A amplitude eficaz máxima de corrente a estimular o fio vibrante permite utilizar fios vibrantes com um diâmetro maior e efetuar medições em líquidos mais viscosos. Utilizando o protótipo desenvolvido para adquirir a resposta do fio vibrante fez-se o ajuste dos pontos experimentais à equação que descreve o comportamento teórico da resposta do fio vibrante, obtendo-se valores de frequência e amortecimento da resposta do fio vibrante com um desvio padrão de e respetivamente, permitindo assim calcular a viscosidade do líquido em estudo.

Piloto automático: Sistema de navegação autónoma

Desde o início do crescente interesse na área de robótica que a navegação autónoma se apresenta como um problema de complexa resolução que, por isso, desperta vasto interesse no meio científico. Além disso, as capacidades da navegação autónoma aliadas à robótica permitem o desenvolvimento de variadas aplicações. O objectivo da navegação autónoma é conferir, a um dispositivo motor, capacidade de decisão relativa à locomoção. Para o efeito, utilizam-se sensores, como os sensores IMU, o receptor GPS e os encoders, para fornecer os dados essenciais à navegação. A dificuldade encontra-se no correcto processamento destes sinais uma vez que são susceptíveis a fontes de ruído. Este trabalho apresenta um sistema de navegação autónomo aplicado ao controlo de um robot. Para tal, desenvolveu-se uma aplicação que alberga todo o sistema de localização, navegação e controlo, acrescido de uma interface gráfica, que permite a visualização em mapa da movimentação autónoma do robot. Recorre-se ao Filtro de Kalman como método probabilístico de estimação de posição, em que os sinais dos vários sensores são conjugados e filtrados. Foram realizados vários testes de modo a avaliar a capacidade do robot atingir os pontos traçados e a sua autonomia no seguimento da trajectória pretendida.

Projeto de uma antena para controlo wireless de um robot

A comunicação e transmissão de informação sem fios tornou - se uma realidade cada vez mais utilizada pelas sociedades contemporâneas. A nível profissional, as forças armadas de cada país acharam conveniente modernizar os seus meios, por forma a aumentar a eficiência e a segurança em determinadas tarefas. Nesse sentido, o Exército português adquiriu um robot (ROVIM) cuja função é desempenhar ações de reconhecimento e vigilância de modo a obter informações de forma segura. O objetivo desta dissertação é dimensionar e construir uma antena para controlo wireless do robot (ROVIM). As especificações técnicas desta antena requerem dois modos de operação, um com uma largura de feixe larga e outro com uma largura de feixe estreita. Para alcançar esses objetivos dimensionou-se e construiu-se duas antenas. Na dissertação são construídas duas antenas, a primeira é uma antena Yagi – Uda convencional e a segunda é uma antena com uma estrutura nova que permite a regulação do ganho e da largura de feixe a -3 dB. A primeira antena será o modelo base da segunda antena, que apresenta a inovação do controlo das caraterísticas de radiação. Esse controlo é possível através da introdução de díodos e do respetivo circuito de polarização na estrutura da antena. Inicialmente, as antenas foram dimensionadas e simuladas recorrendo ao programa de simulação CST MWS, de modo a operarem na banda dos 2,4 GHz. Após a construção das antenas, as caraterísticas de radiação foram medidas recorrendo à câmara anecoica e ao network analyzer, permitindo assim a comparação dos resultados medidos com os simulados.

Comunicações tácticas e de emergência por propagação por efeito NVIS

O presente trabalho tem como objectivo projectar e construir uma antena que opere em onda curta, HF, e que explore a propagação na ionosfera por efeito NVIS, de modo a permitir o estabelecimento de comunicações de curta distância em situações tácticas e de emergência. Este projecto pode ter bastante interesse para o Exército Português, em teatros de operações em que o terreno seja bastante acidentado, como por exemplo o Afeganistão ou o Kosovo. A antena projectada e construída é composta por dois dipolos cruzados, com uma tipologia em v invertido, por forma a ser efectuada uma ligação de curta distância, com ângulos de elevação que podem atingir cerca de 88º a 89º para distâncias da ordem da dezena de quilómetros. Foi efectuado o dimensionamento teórico, a simulação do diagrama de radiação e posteriormente procedeu-se à construção e ensaio da antena, com resultados bastante satisfatórios.

Combining the power of online crowdsourcing with creative writing user interfaces

The goal of this work was to provide professional and amateur writers with a new way of enhancing their productivity and mental well-being, by helping them overcoming writers block and being able to achieve a state of optimal experience while writing. Our approach is based on bringing together different components to create what we call a creative moment. A creative moment is composed by an image, a text, a mood, a location and a color. The color presented in the creative moment varied according to the mood that was associated to the creative moment. With the creative moments we hoped that our users could have a way to easily trigger their creativity and have a kick start in their work. The prototyping of a web crowdsourcing platform, named CreativeWall, and a Microsoft Word Add-In, that was used on the user study performed, is described and their implementations are discussed. The user study reveals that our approach does have a positive influence in the productivity of the participants when compared with another existing approach. The study also revealed that our approach can ease the process of achieving a state of optimal experience by enhancing one of the dimensions presented on the Flow Theory. At the end we present what we consider would be some possible future developments for the concept created during the development of this work.

Relatório de Estágio na Inficon AG e na PT Inovação & Sistemas

This document focuses the projects developed during two independent internships, which were carried out at Inficon AG and PT Inovação & Sistemas. Since the research areas of both internships are unrelated, individual abstracts are presented.

Condução autónoma – desenvolvimento de um robô para navegação num ambiente rodoviário à escala

Desde sempre que a tecnologia tem procurado ajudar, complementar ou mesmo substituir o ser humano em todas as suas tarefas e necessidades mais tediosas e/ou perigosas. A indústria automóvel é das que mais investe na investigação e desenvolvimento desta área, procurando desenvolver viaturas inteligentes, baseados em condução autónoma que ajudem o ser humano enquanto condutor, seja ao nível do conforto como da segurança. Em Portugal, no Festival Nacional de Robótica, existe uma prova onde se aplicam conceitos de decisão, controlo e visão para a condução autónoma num ambiente à escala. É com este conceito em mente que se executa este projeto, com a intenção de construir um veículo à escala, com direção de Ackerman, com a capacidade de se conduzir sem a intervenção ou controlo humano, que possa ser também utilizado na referida prova de competição. O projeto criado é baseado num sistema de controlo de baixo nível, responsável por controlar a velocidade, direção e travagem do veículo, sob comando de um sistema de alto nível baseado em visão computacional. O sistema desenvolvido foi testado, com sucesso, numa fase preliminar na prova a que se destinava. A versão atual do veículo inclui duas câmaras (uma delas móvel) para aquisição de informação múltipla, e codificadores nas rodas para um controlo mais preciso da velocidade do veículo.