Controle de posição com restrição à orientação de um Veículo Aéreo Não-Tripulado tipo Quadrirrotor

Quadrotors aircraft are composed by four propellers mounted on four engines on a cross or x disposition, and, in this structure, the engines on the same arm spin in the same direction and the other arm in the opposite direction. By rotating each helix generates vertical upward thrust. The control is done by varying the rotational speed of each motor. Among the advantages of this type of vehicle can cite the mechanical simplicity of construction, the high degree of maneuverability and the ability to have vertical takeoffs and landings. The modeling and control of quadrirrotores have been a challenge due to problems such as nonlinearity and coupling between variables. Several strategies have been developed to control this type of vehicle, from the classical control to modern. There are air surveillance applications where a camera is fixed on the vehicle to point forward, where it is desired that the quadrotor moves at a fixed altitude toward the target also pointing forward, which imposes an artificial constraint motion, because it is not desired that it moves laterally, but only forwards or backwards and around its axes . This restriction is similar to the naturally existing on robots powered by wheels with differential drive, which also can not move laterally, due to the friction of the wheels. Therefore, a position control strategy similar to that used in this type of robot could be adapted for aerial robots like quadrotor. This dissertation presents and discusses some strategies for the control of position and orientation of quadrotors found in the literature and proposes a strategy based on dynamic control of mobile robots with differential drive, called the variable reference control. The validity of the proposed strategy is demonstrated through computer simulations

Experimental model identification of open-frame underwater vehicles

Most of the works published on hydrodynamic parameter identification of open-frame underwater vehicles focus their attention almost exclusively on good coherence between simulated and measured responses, giving less importance to the determination of “actual values” for hydrodynamic parameters. To gain insight into hydrodynamic parameter experimental identification of open-frame underwater vehicles, an experimental identification procedure is proposed here to determine parameters of uncoupled and coupled models. The identification procedure includes: (i) a prior estimation of actual values of the forces/torques applied to the vehicle, (ii) identification of drag parameters from constant velocity tests and (iii) identification of inertia and coupling parameters from oscillatory tests; at this stage, the estimated values of drag parameter obtained in item (ii) are used. The procedure proposed here was used to identify the hydrodynamic parameters of LAURS—an unmanned underwater vehicle developed at the University of São Paulo. The thruster–thruster and thruster–hull interactions and the advance velocity of the vehicle are shown to have a strong impact on the efficiency of thrusters appended to open-frame underwater vehicles, especially for high advance velocities. Results of tests with excitation in 1-DOF and 3-DOF are reported and discussed, showing the feasibility of the developed procedure.

Abordagem experimental para avaliação de manobras de navios em modelos físicos de espaços náuticos.

Em um mercado de comércio internacional cada vez mais competitivo existe a necessidade de a infraestrutura do sistema portuário brasileiro modernizar-se, tornando-se mais eficiente do ponto de vista operacional e com capacidade para receber navios de maior porte. Neste cenário, as técnicas de projeto de espaços náuticos precisam ser revistas, utilizando-se de ferramentas mais sofisticadas que permitam otimizar os dimensionamentos sem deixar de lado as questões da eficiência e, principalmente, da segurança operacional. O presente trabalho apresenta uma abordagem experimental para análise do projeto das dimensões de canais de acesso e bacias portuárias, fundamentada no desenvolvimento de um simulador de manobras de navios em modelo físico de escala reduzida, denominado Simulador Analógico de Manobras SIAMA 2014. Além disso, é proposto um sistema completo para avaliação das condições de manobrabilidade de espaços náuticos portuários, desde a calibração da ferramenta de simulação, até a verificação de cenários complexos e situações de emergência. O SIAMA 2014 e o sistema desenvolvido foram aplicados em um estudo de caso, que contou com a participação de práticos e autoridades portuárias na realização de simulações de manobras para verificação das condições de atracação no novo berço do Terminal Portuário Marítimo de Ponta da Madeira, em São Luís do Maranhão. Os resultados deste estudo foram apresentados e discutidos, de forma a mostrar a importância da utilização de modelos físicos reduzidos na simulação de manobra de navios.

Dispositivo Médico-Cirúrgico Eletromecânico para Laparoscopia

Os avanços realizados nas técnicas cirúrgicas têm permitido que o tempo de recuperação outrora contado em dias ou até semanas tenha sido reduzido para horas, com os pacientes a saírem do hospital pelo seu próprio pé pouco tempo após a intervenção. Tal resulta numa redução do tempo de recuperação, menos desconforto para o paciente e consequente redução dos custos associados ao internamento. A redução nos tempos de recuperação é fundamentalmente devida às técnicas cirúrgicas minimamente invasivas que assentam sobretudo na utilização de instrumentos laparoscópicos. A anestesia é agora muitas vezes local ou apenas uma sedação, ficando o paciente sob efeito da anestesia durante um período menor quando comparado com as técnicas tradicionais. O desenvolvimento de dispositivos laparoscópicos que permitam ao cirurgião maior manobrabilidade associada a uma atuação simples, sem os movimentos invertidos inerentes aos instrumentos tradicionais, irão permitir realizar intervenções que outrora seriam realizadas com as técnicas tradicionais, de forma segura e menos intrusiva reduzindo o risco de complicações pós-operatórias. Os dispositivos laparoscópicos mais avançados associados a certas técnicas cirúrgicas, permitem a realização de intervenções complexas e de grande minucia através de apenas um orifício LESS (Laparoendoscopic single-site surgery), ou no caso de ser realizada com robô, R-LESS (Robotic laparoendoscopic single-site surgery); reduzindo de forma ainda mais acentuada o tempo de recuperação e o tamanho da cicatriz. O aumento da manobrabilidade dos dispositivos laparoscópicos é obtida através da inclusão de sistemas eletromecânicos relativamente complexos que tentam transpor o movimento da mão para a pinça dentro do paciente. No entanto, a adição destes sistemas podem tornar a manipulação desses dispositivos pouco intuitiva e pouco ergonómica, sobretudo se forem usados com apenas uma das mãos. Por outro lado, quando a atuação deixa de ser realizada de forma puramente mecânica e direta o cirurgião perde sensibilidade da força que está a ser exercida pelo dispositivo já que esta passa a ser efetuada através de um sistema assistido, como por exemplo motores elétricos, sistemas hidráulicos ou pneumáticos. Estes fatores resultam que a aceitação destes dispositivos pelos cirurgiões não tenha sido fácil. Para contornar este problema, o dispositivo desenvolvido para além de grande capacidade de manobra, oferece atuação natural e portabilidade. Contempla uma componente háptica de atuação hidráulica que ajudará o cirurgião a melhor perceci-onar o que se passa na ponta da pinça. Como o movimento da pinça é controlado por um sistema eletromecânico é possível escalonar a amplitude do movimento de entrada e reduzir o tremor fisiológico das mãos. A pinça e respetiva haste é convencional podendo ser usados os trocarts já existentes. Foi desenvolvido um protótipo virtual com todos os componentes necessários para um funcionamento integral. No então não foram realizados protótipos físicos de todos os componentes, nem se sabe como os diferentes módulos interagem entre si.