Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecatrônica

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Sistema mecatrônico de tempo real para monitoramento da qualidade da água embarcado em veleiro robótico autônomo
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2015-10-08) Silva Júnior, Andouglas Gonçalves da; Gonçalves, Luiz Marcos Garcia; Aroca, Rafael Vidal; ; http://lattes.cnpq.br/9262228584082064; ; http://lattes.cnpq.br/1562357566810393; ; http://lattes.cnpq.br/2346181034036586; Silva, João Moreno Vilas Boas de Souza; ; http://lattes.cnpq.br/8722766030280997; Alsina, Pablo Javier; ; http://lattes.cnpq.br/3653597363789712
Propomos um sistema mecatrônico completo para monitoramento da qualidade da água em rios, lagoas (e represas) e no mar, capaz de realizar a coleta, processamento e apresentação dos dados na web, em tempo real, com o intuito de facilitar a sua análise, de forma rápida e precisa pelas comunidades interessadas. A título de aplicação, o sistema está sendo embarcado em um veleiro robótico autônomo, que será a plataforma responsável por coletar os dados em vários pontos pré-definidos em um sistema de planejamento de navegação. Este projeto une as vantagens da autonomia de um veleiro robótico com a necessidade de monitoramento rápido e preciso da qualidade da água. Introduzimos a arquitetura de hardware e software de um sistema de monitoramento genérico que dá suporte a diferente aplicações, focando sua utilização em um veleiro robótico autônomo não tripulado, facilitando o desenvolvimento de pesquisas nessa área.
Controle ativo de vibração em estruturas inteligentes utilizando um controlador por modos deslizantes com compensação difusa
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2016-03-01) Medeiros, Philippe Eduardo de; Bessa, Wallace Moreira; ; http://lattes.cnpq.br/3256782908311485; ; http://lattes.cnpq.br/5594617038786753; Queiroz, Kurios Iuri Pinheiro de Melo; ; http://lattes.cnpq.br/7489022506091803; Savi, Marcelo Amorim; ; http://lattes.cnpq.br/1224532648969159; Dias, Samaherni Morais; ; http://lattes.cnpq.br/9792492584361511
Estruturas e sistemas inteligentes tem como principal característica a capacidade de emular o comportamento de organismos vivos, os quais possuem comportamento autorregulado. Deste modo, devido a presença de um mecanismo de estímulo-resposta, este tipo de estrutura possui propriedades adaptativas. O termo estrutura inteligente vem sendo usado para identificar sistemas estruturais capazes de modificar sua geometria e/ou propriedades físicas no intuito de executar determinada tarefa. Neste trabalho, um controlador por modos deslizantes com compensação difusa é empregado para o controle ativo de vibrações em uma treliça de Von Mises feita de liga com memória de forma. Este sistema possui uma dinâmica bastante rica e complexa, podendo apresentar comportamento caótico mesmo quando submetido a carregamentos de frequências moderadas. Simulações numéricas são apresentadas para comprovar a eficácia da estratégia utilizada.
Aplicação da função de densidade espectral de correntropia cíclica em uma arquitetura de sensoriamento espectral
(2016-04-25) Câmara, Tales Vinícius Rodrigues de Oliveira; Martins, Allan de Medeiros; ; ; Doria Neto, Adrião Duarte; ; Silveira, Luiz Felipe de Queiroz; ; Fontes, Aluisio Igor Rêgo;
Técnicas de Classificação Automática de Modulação (AMC) têm sido utilizadas por sistemas modernos de comunicação para otimizar o uso do espectro e com isso aumen- tar as taxas de transmissão de dados. No processo de AMC, várias arquiteturas podem ser utilizadas para retirar informação e avaliar características do sinal modulado em um canal. Uma grande parte dessas arquiteturas são construídas utilizando como base a ci- cloestacionariedade. A análise cicloestacionária é realizada por meio das ferramentas: Função de Autocorrelação Cíclica (CAF) e Função Densidade Espectral Cíclica (SCD). Esta ultima particularmente, é utilizada para observar as características cicloestacionárias de diferentes sinais, as quais são chamadas de assinaturas. Embora tenha várias aplica- ções bem sucedidas no âmbito de AMC, a cicloestacionariedade possui restrições pois a CAF e SCD são limitadas à análise estatística de segunda ordem, devido ao uso da correlação com cerne de sua expressão. Com o objetivo de generalizar a avaliação da cicloestacionariedade sobre infinitos momentos estatísticos de um sinal, surgem Função de Autocorrentropia Cíclica (CCAF) e a Função Densidade Espectral de Correntropia Cíclica (CCSD). Tais funções são fundamentadas no cálculo da correntropia. Neste tra- balho a CCSD será investigada quanto capacidade de gerar assinaturas para diferentes modulações e seu potencial de uso em AMC será avaliado.
Controle preditivo com compensação de não-linearidades para o controle de um quadricóptero
(2016-09-30) Farias Filho, João Gutemberg Barbosa de; Dorea, Carlos Eduardo Trabuco; Bessa, Wallace Moreira; ; http://lattes.cnpq.br/3256782908311485; ; http://lattes.cnpq.br/0143490577842914; ; http://lattes.cnpq.br/0718103459959119; Queiroz, Kurios Iuri Pinheiro de Melo; ; http://lattes.cnpq.br/7489022506091803; Alsina, Pablo Javier; ; http://lattes.cnpq.br/3653597363789712; Conceicao, Andre Gustavo Scolari; ; http://lattes.cnpq.br/6840685961007897
O trabalho trata da aplicação do Controle Preditivo com o proposto Método da Compensação de Não-Linearidades para o controle de um quadricóptero. Esse método consiste de utilizar o modelo não-linear do sistema para prever e inserir não-linearidades na formulação do controle preditivo por meio de uma estrutura afim. Dentro do contexto de controle de um quadricóptero, o controlador proposto é comparado, através de simulações numéricas, com o controlador preditivo linear tradicional. Posteriormente experimentos são feitos com um quadricóptero real montado em uma bancada de testes. Como resultado o uso do método proposto trouxe um ganho de desempenho considerável quando o estado do sistema se distanciou do ponto de operação em que foi linearizado.
Controle de sistemas eletro-hidráulicos via linearização por realimentação com compensação inteligente de incertezas
(2016-11-25) Azevedo, George Oliveira de Araújo; Bessa, Wallace Moreira; Freire Júnior, Raimundo Carlos Silverio; ; http://lattes.cnpq.br/1042806990155996; ; http://lattes.cnpq.br/3256782908311485; ; http://lattes.cnpq.br/1433194434718950; Zachi, Alessandro Rosa Lopes; ; http://lattes.cnpq.br/3410411498624892; Dorea, Carlos Eduardo Trabuco; ; http://lattes.cnpq.br/0143490577842914; Araújo, Márcio Valerio de; ; http://lattes.cnpq.br/0827462439273599
Com o surgimento de técnicas de controle que utilizam estratégias não lineares combinadas com algoritmos da inteligência artificial, tem sido possível em diversas área da engenharia o controle eficaz de sistemas não lineares, mesmo na presença de elevado grau de incertezas. A lógica difusa (fuzzy) se destaca dentre as técnicas de inteligência artificial tanto pela facilidade de sua implementação quanto pela semelhança entre o seu processo de inferência e o raciocínio humano. Outra vantagem reside no fato da lógica difusa não necessitar de conhecimento prévio do modelo do sistema, quando aplicada ao controle de sistemas dinâmicos. No que tange às estratégias de controle não linear, a principal limitação da técnica de linearização por realimentação, por exemplo, está na necessidade do conhecimento do modelo do sistema. Os sistemas eletro-hidráulicos, por sua vez, possuem modelo não linear de difícil controle pelas técnicas tradicionais e são utilizados em diversas áreas da engenharia, como por exemplo nos setores industrial e aeroespacial. Desta forma, mostra-se extremamente importante que seu controle seja realizado de maneira eficiente, tanto por questões de economia quanto de segurança. Partindo das dificuldades apresentadas ao tentar controlar esse tipo de sistema, são apresentadas propostas de utilização da técnica de controle de linearização por realimentação em conjunto com a lógica difusa para compensar a não linearidade de zona morta e demais incertezas inerentes a este tipo de sistema. Para avaliar o desempenho das estratégias de controle propostas são realizadas simulações numéricas utilizando um modelo não linear simplificado desse sistema e também são desenvolvidos testes experimentais em um atuador eletro-hidráulico de bancada.
Um novo método de planejamento de caminho para robôs baseado em espuma probabilística
(2016-12-16) Silveira, Yuri Sarmento; Alsina, Pablo Javier; http://lattes.cnpq.br/3653597363789712; http://lattes.cnpq.br/4159157547244176; Medeiros, Adelardo Adelino Dantas de; http://lattes.cnpq.br/6787525856497063; Martins, Allan de Medeiros; http://lattes.cnpq.br/4402694969508077; Freire, Eduardo Oliveira
O processo de planejamento de caminho é um problema bastante estudado na robótica. A capacidade de analisar o ambiente e definir a sequência de ações que levam um robô de uma localização inicial até uma localização final desejada, sem colidir com os obstáculos presentes no ambiente, é uma habilidade fundamental requerida para a criação de sistemas robóticos autônomos que possam executar diversas funções. Nesta dissertação, apresenta-se um estudo sucinto do estado da arte na área de planejamento de caminhos para sistemas robóticos autônomos, de forma a contextualizar o tema abordado neste trabalho. Cada método de planejamento possui sua própria estratégia de exploração do ambiente e planejamento do caminho. Nesta dissertação é proposto um novo método de planejamento de caminho para robôs. No método proposto, o espaço livre do ambiente é coberto de forma aproximada por um conjunto denominado Espuma Aleatória, a qual é composta por subconjuntos convexos superpostos denominados Bolhas. A partir da localização inicial, novas bolhas são criadas aleatoriamente na superfície da espuma, que se propaga pelo espaço livre, com comportamento semelhante à propagação de frentes de onda, gerando uma árvore de busca, até atingir a localização final. Desta forma, é possível encontrar uma sequência de bolhas concatenadas, denominada Rosário, que conecta a localização final à inicial. Um caminho válido pode ser facilmente obtido dentro do espaço de manobra definido pelo rosário. O processo de busca no método proposto é determinado por apenas dois parâmetros. Critérios para a sua sintonia são estudados e apresentados neste trabalho. De forma a validar o método proposto, o seu desempenho foi avaliado através de simulações computacionais para diferentes estudos de caso.
Técnica de rastreamento e perseguição de alvo utilizando o algoritmo Haar cascade aplicada a robôs terrestres com restrições de movimento
(2017-06-21) Pereira, Rafael Cardoso; Martins, Allan de Medeiros; ; http://lattes.cnpq.br/4402694969508077; ; http://lattes.cnpq.br/3684166772638074; Alsina, Pablo Javier; ; http://lattes.cnpq.br/3653597363789712; Doria Neto, Adrião Duarte; ; http://lattes.cnpq.br/1987295209521433; Nascimento, Tiago Pereira do; ; http://lattes.cnpq.br/1641673656667170
A habilidade de seguir ou de se mover acompanhando uma pessoa ou um objeto especificado, capaz de se deslocar, é uma perícia necessária em diversos agentes autônomos. Tais agentes são amplamente utilizados para realizar várias tarefas presentes no cotidiano, podendo ser aplicados tanto em tarefas corriqueiras, como em carrinhos de supermercado ou limpeza de ambientes, quanto às tarefas de mais alto risco, como em grandes indústrias ou carros autônomos. A ideia apresentada aqui é a de desenvolver um método de rastreamento e perseguição de alvo aplicável à robôs móveis terrestres com rodas que possuem restrições em sua movimentação, que fazem com que técnicas de controle padrão nem sempre possam ser aplicadas. O trabalho desenvolvido aqui também leva em consideração a utilização de uma técnica de detecção de alvo que possa se tornar adaptável a praticamente qualquer tipo de alvo estipulado pelo projetista de acordo com as necessidades de sua aplicação. O desenvolvimento dos métodos propostos foram realizados agregando técnicas de reconhecimento de padrões utilizados em câmeras de padrão RGB comuns, técnicas de estimativa de posição e orientação e algoritmos de controle inteligentes, que possuem baixo custo computacional, aplicáveis a robôs com restrições de movimentação.
Método genérico para estimação e modelagem do erro RMS em dados de profundidade de sensores para visão 3D
(2017-07-05) Fernandez, Luis Enrique Ortiz; Gonçalves, Luiz Marcos Garcia; http://lattes.cnpq.br/1562357566810393; http://lattes.cnpq.br/3725377549115537; Silva, Bruno Marques Ferreira da; http://lattes.cnpq.br/7878437620254155; Souza, Anderson Abner de Santana; http://lattes.cnpq.br/2563070123322776
Na visão artificial usam-se vários dispositivos como o MS Kinect v1/v2, as câmeras estéreo PG Bumblebee XB3 e a Stereolabs ZED, entre outros. Como todos são dispositivos que estimam dados de profundidade, podem conter erros. Neste trabalho, apresenta-se o projeto e implementação de um método genérico para a estimação do erro RMS em dados de profundidade fornecidos por qualquer dispositivo, capaz de gerar dados do tipo RGB-D, isto é, uma imagem e um mapa de profundidade ao mesmo tempo. Para verificação do método foi construído um sistema embarcado baseado na placa NVIDIA Jetson TK1 e três sensores, as duas versões do MS Kinect e a câmera estéreo ZED. No momento da coleta de dados foram estabelecidos os modelos matemáticos do erro RMS para cada dispositivo e, ao final, foi feita uma análise da exatidão de cada um.
Análise de métricas para determinar a similaridade entre objetos não rígidos restritos em tempo real
(2017-07-05) Avila, Elizabeth Viviana Cabrera; Gonçalves, Luiz Marcos Garcia; https://orcid.org/0000-0002-7735-5630; http://lattes.cnpq.br/1562357566810393; http://lattes.cnpq.br/5999613830368563; Gomes, Rafael Beserra; Maia, Rosiery da Silva; http://lattes.cnpq.br/7042008440404612
Dentro da área de Mecatrônica, principalmente em CAD (Computer Aided Desing) e Visão Robótica, são desenvolvidas uma série de aplicações que necessitam da análise de objetos não rígidos ou deformáveis através de representações computacionais dos mesmos. Esta pesquisa mostra como medir similaridade de objetos deformáveis utilizando a representação através de nuvens de pontos tridimensionais. Basicamente, são consideradas três nuvens de pontos do objeto analisado: uma sem alterações, outra que representa o grau de máxima deformação e uma terceira que descreve a deformação de interesse, no momento de execução de alguma aplicação. Estudamos dois métodos alternativos para medir similaridade baseadas em medidas de distâncias, com as respectivas verificações da precisão e tempos. O primeiro método é baseado no cálculo da distância de Mahalanobis e, no segundo, é usada a distância de Hausdorff após uma etapa prévia de registro e alinhamento dos dados. Foram realizados experimentos e análises considerando algumas partes do corpo humano, onde se evidencia que a distância de Mahalanobis tem o menor tempo de execução, sendo factível em tempo real. Várias aplicações nas áreas acima mencionadas podem se basear nos resultados obtidos nesta dissertação para determinar os níveis de deformação de objetos deformáveis restritos.
Meta-heurísticas aplicadas à identificação de sistemas
(2017-12-08) Severino, Alcemy Gabriel Vitor; Araújo, Fábio Meneghetti Ugulino de; ; ; Medeiros, Adelardo Adelino Dantas de; ; Dorea, Carlos Eduardo Trabuco; ; Linhares, Leandro Luttiane da Silva; ; Yoneyama, Takashi;
A identificação de sistemas tem como objetivo determinar modelos matemáticos capazes de descrever suas características dinâmicas a partir de observações. Geralmente, o processo de identificação é dividido nas seguintes etapas: i) coleta de dados experimentais, ii) determinação da estrutura do modelo, iii) estimação de parâmetros e iv) validação do modelo. Neste trabalho investiga-se o problema da determinação de estruturas. A partir de técnicas de otimização conhecidas como meta-heurísticas, foi desenvolvido um algoritmo para determinação da estrutura de modelos NARX polinomiais. Diferente dos métodos tradicionais, as meta-heurísticas utilizam um conjunto de possíveis soluções e estratégias, geralmente baseadas na natureza, para encontrar a solução do caso aplicado. Dentre as técnicas estudadas estão o algoritmo genético, a otimização por enxame de partículas e o algoritmo do morcego. A metodologia proposta foi aplicada na identificação de três exemplos experimentais: um aquecedor elétrico, um conversor buck e uma válvula pneumática. Os resultados demonstram que meta-heurísticas podem ser aplicadas no problema da seleção de estruturas em modelos NARX polinomiais.
Identificação de faltas de alta impedância por análise de características cicloestacionárias
(2017-12-20) Souza, Frankelene Pinheiro de; Silveira, Luiz Felipe de Queiroz; Costa, Flávio Bezerra; ; ; ; Martins, Allan de Medeiros; ; Lopes, Felipe Vigolvino; ; Lira, George Rossany Soares de;
Os sistemas de proteção convencionais baseados em sobrecorrente, de um modo geral, não se sensibilizam com a ocorrência de faltas de alta impedância, pois essas correntes apresentam baixa amplitude. Esse tipo de distúrbio causa prejuízos às concessionárias, como também, pode causar mortes de pessoas e animais. Diante disso, distintos métodos para a identificação das faltas de alta impedância em sistemas de distribuição de energia elétrica vêm sendo propostos. A principal dificuldade encontrada por esses métodos é devido a interferência do ruído no sinal, assim como o baixo nível de sobrecorrente de falta. Diante da busca por um método seguro, eficiente e confiável para identificar as faltas de alta impedância, e que não apresente os inconvenientes encontrados nos métodos proposto na literatura, propõe-se um método inovador que minimiza a interferência do ruído no sinal, e utiliza características estatísticas presentes nos sinais com falta de alta impedância para os identificar, e assim os diferenciar de outros fenômenos presentes nos sistemas elétricos. Especificamente, o método usa análise de processos cicloestacionários para extrair informações de autocorrelação cíclica das amostras dos sinais de interesse, pelo cálculo da função densidade espectral cíclica. A partir dessas informações, podese obter descritores que permitem classificar em uma etapa posterior as faltas de alta impedância. Resultados indicaram que o método é robusto ao ruído e eficiente em termos de taxa de classificação correta dos eventos de falta de alta impedância, como também o método não emite falsos alertas ao sistema.
Reconhecimento de gestos manuais em tempo real utilizando dados de eletromiografia de superfície
(2018-01-31) Pinheiro, Felipe de Souza; Martins, Allan de Medeiros; ; ; Silveira, Luiz Felipe de Queiroz; ; Rego, Joilson Batista de Almeida; ; Fontes, Aluisio Igor Rego;
O controle de próteses, órteses e outros mecanismos com base na resposta elétrica da musculatura de alguma região em específico, representa a integração automática entre usuário e aplicação. Nesse trabalho, são apresentados os resultados de três alternativas promissoras para extração se características, assim como suas propostas de implementação, com a intenção de identificar diferentes gestos realizados com a mão direita com base em quatro sinais de eletromiografia de superfície da musculatura do antebraço. Em seguida, será apresentado o resultado da implementação final em hardware utilizando as técnicas com melhor desempenho na etapa anterior.
Soft sensor aplicado a plantas de processamento de gás natural baseado em redes neurais artificiais
(2018-05-28) Lima, Jean Mário Moreira de; Araújo, Fábio Meneghetti Ugulino de; ; ; Dorea, Carlos Eduardo Trabuco; ; Linhares, Leandro Luttiane da Silva;
Atualmente, diante de um mercado cada vez mais competitivo, produzir de forma eficiente é essencial para se obter um balanço econômico positivo. Reduzir custos, realizar processos otimizados e ofertar produtos cada vez melhores são fatores que influenciam diretamente na economia de qualquer indústria. Diante disso, técnicas que podem melhorar e/ou otimizar processos, como o monitoramento da qualidade de produto ou controle avançado tornam-se fundamentais para a indústria como um todo. No caso de Unidades de Processamento de Gás Natural (UPGNs), o monitoramento da qualidade do produto produzido é intrínseco a uma produção satisfatória, e esse controle da qualidade faz-se, como na maioria dos processos químicos, através da composição química dos produtos. Entretanto, mesmo quando cromatógrafos a gás são utilizados para análise química dos componentes, tem-se lentidão no processo analítico e longos intervalos de medição são observados. Isso impede que técnicas de monitoramento em tempo real, ou de controle, sejam estabelecidas para obtenção de melhor rendimento do processo. Dentre esses produtos, em termos econômicos, o principal é o GLP (Gás Liquefeito de Petróleo), composto por propano, butano e contaminantes como etano e pentano. Neste trabalho é proposto um sistema chamado de soft sensor que faça a inferência, baseada em redes neurais, da composição do GLP, isto é, dos seus principais componentes. Dessa forma, o monitoramento, em tempo real, da qualidade do GLP produzido torna-se possível, uma vez que a medição de sua composição não será feita através do lento processo analítico. Assim, melhora-se a qualidade do processo, do produto e, consequentemente, a lucratividade. Para o desenvolvimento deste trabalho, utilizou-se uma UPGN simulada no software HYSYS, formada por uma coluna deetanizadora em série com uma coluna debutanizadora. Na instrumentação da planta, têm-se alguns controladores PIDs. O sensor virtual tem como entradas algumas das variáveis de processo desses controladores. Neste tabalho, é proposto também um sistema de correção do erro, em tempo real, do soft sensor, tendo com base a leitura da composição do GLP feita por cromatógrafos presentes no processo. Os resultados se mostraram promissores, atestando o funcionamento adequado do soft sensor.
Controle de uma coluna debutanizadora utilizando GS-PID
(2018-07-09) Vale, Pedro André Nogueira Souza de Oliveira; Araújo, Fábio Meneghetti Ugulino de; ; ; Costa Júnior, Ademar Gonçalves da; ; Queiroz, Kurios Iuri Pinheiro de Melo;
Nos dias atuais, em virtude do aumento contínuo da concorrência, é necessário um controle cada vez mais eficiente do processo para buscar uma melhor qualidade do produto, a redução dos custos e uma maior segurança. Na indústria petroquímica, onde uma das operações unitárias mais importantes é a destilação, isso não é diferente. Na realização da destilação é utilizado um conjunto de equipamentos, como válvulas, controladores, vasos, colunas de destilação, que proporciona o controle efetivo da composição do produto (GLP, gasolina, entre outros), com qualidade dentro de uma especificação predeterminada. Este trabalho tem como objetivo contribuir para a realizar de um controle mais efetivo da temperatura e da vazão de refluxo de uma coluna debutanizadora. A coluna de destilação implementada no software HYSYS simula um processo real que contém não linearidades acentuadas. Assim, foram investigados os usos de diferentes técnicas de Gain Scheduling em junção com a técnica de anti-windup Integrator Clamping. Para a sintonia dos controladores foi realizada uma estratégia empírica.
Implementação de um simulador para o controle de atitude em nanossatélites
(2018-09-13) Campos, Eduardo Lacerda; Queiroz, Kurios Iuri Pinheiro de Melo; Dias, Samaherni Morais; ; ; ; Rego, Joilson Batista de Almeida; ; Duarte, José Marcelo Lima;
Este trabalho apresenta um simulador de controle de atitude para nanossatélites composto por um sistema de navegação (estimador de atitude) e um controlador Proporcional Derivativo (PD). Os sensores considerados para estimar a atitude foram um magnetômetro e um sensor solar, simulados por meio de um modelo ideal com a adição de um ruído branco. Para representar a cinemática, o nanossatélite foi considerado como um corpo rígido e a representação da sua atitude em quatérnio. No sistema de navegação, o Filtro de Kalman Estendido com restrição de norma demonstrou-se adequado para os sensores embarcados no nanossatélite, permitindo estimar a velocidade angular e a sua atitude. Diferentes testes foram realizados para validar o simulador, o sistema de navegação e o controlador PD. Os resultados demonstram que o conjunto é capaz de estabilizar e corrigir a atitude do nanossatélite, mesmo na presença de diferentes perturbações, grandes ângulos e altas velocidades angulares. Assim, o simulador produzido apresentou resultados adequados, permitindo que seja utilizado em estudos futuros de nanossatélites.
Sistema multissensorial vestível de baixo custo para captura de marcha humana aplicado a exoesqueleto ortopédico Ortholeg 2.0
(2018-12-17) Eugênio, Kassio Janielson da Silva; Alsina, Pablo Javier; ; ; Sanca, Armando Sanca; ; Araújo, Márcio Valério de; ; Melo, Nicholas de Bastos; ; Dias, Samaherni Morais;
Atualmente, várias pesquisas estão sendo realizadas no que se refere à exoesqueletos ortopédicos para membros inferiores. Contudo, a capacidade desses exoesqueletos realizarem movimentos antropomórficos ainda é um problema que os pesquisadores enfrentam. Entretanto, uma pesquisa recente buscou desenvolver um método estatístico de geração de marcha levando em consideração as características individuais e parâmetros de movimento de cada indivíduo. Por esse motivo, é necessário ter um banco de dados que disponha de um grande número de informações com relação a marcha humana, características e parâmetros dos movimentos, para o modelo estatístico, a fim de que os exoesqueletos ortopédicos reproduzam as peculiaridades dos movimentos de cada usuário. Porém, os sistemas de captura de parâmetros cinemáticos baseados em câmeras são demasiadamente custosos, além de exigirem condições ambientais específicas, como por exemplo, a luminosidade do local e o posicionamento das câmeras, o que impossibilita, muita vezes, o seu uso. Neste contexto o objetivo deste trabalho é apresentar o desenvolvimento de um sistema multissensorial de baixo custo e vestível que permite medir parâmetros cinemáticos dos movimentos antropomórficos dos membros inferiores. Para isto, foi utilizado o Filtro de Informação que é uma técnica de estimação para realizar fusões de dados de sensores que permite obter informações mais precisas do sistema. Os parâmetros medidos serão armazenados em um banco de dados e que podem ser usado pelo método estatístico aplicado ao exoesqueleto ortopédico Ortholeg 2.0. O sistema proposto é composto por quatro sensores do tipo Encoder, cinco sensores de unidades de medidas inerciais e quatro sensores de flexão, permitindo medir os parâmetros cinemáticos dos movimentos antropomórficos.
Estimação de atitude e velocidade angular em nanossatélites utilizando um observador de Luenberger para sistemas não lineares
(2019-04-30) Soares, Francisval Guedes; Queiroz, Kurios Iuri Pinheiro de Melo; Dias, Samaherni Morais; ; ; ; Araújo, Aldayr Dantas de; ; Braz, Erico Cadineli; ; Rego, Joilson Batista de Almeida;
Os avanços tecnológicos das últimas décadas, juntamente com a padronização dos CubeSats, tornaram viável a utilização de nanossatélites para fins comerciais e institucionais. Aproveitando-se dessa tendência, o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) vem desenvolvendo o projeto CONASAT, que consiste em uma constelação de nanossatélites para coleta de dados ambientais. A interação em constelação exige razoável precisão do sistema de determinação e controle de atitude dos satélites, em meio a limitações da plataforma CubeSat e do custo do projeto. Nesse contexto, dada a necessidade de estimação da atitude e da velocidade angular, o presente trabalho apresenta uma alternativa de menor complexidade ao Filtro de Kalman Estendido (EKF). A solução consiste em uma implementação do observador de estado de Luenberger para sistemas não lineares, considerando ainda o uso do algoritmo QUEST para obtenção da atitude. Adota-se um modelo cinemático do sistema com parametrização da matriz de rotação por quatérnio, e um modelo dinâmico considerando o objeto como um corpo rígido na presença de torque devido a perturbações magnéticas. O sistema de sensores de atitude é composto por um magnetômetro e um sensor solar, simulados a partir do modelo ideal com adição de ruído branco. Por fim, o estimador implementado é avaliado por meio de simulações, juntamente com uma abordagem do EKF com restrição de norma. Os resultados obtidos demonstram a viabilidade técnica do método proposto na estimação de atitude e velocidade angular em nanossatélites.
Projeto de controladores para sistemas de segunda ordem com atraso via resposta em frequência
(2019-05-03) Dantas, Nelson José Bonfim; Dorea, Carlos Eduardo Trabuco; Araújo, José Mário; ; ; ; Araújo, Fábio Meneghetti Ugulino de; ; Euzébio, Thiago Antonio Melo;
A solução de problemas de controle para sistemas de segunda ordem com atraso constitui um dos desafios da engenharia. Fenômenos como vibrações mecânicas, ressonância e oscilações, podem ser descritos matematicamente por equações diferenciais de segunda ordem, nomeando estes sistemas como sistemas de segunda ordem. Este trabalho tem como objetivo principal projetar controladores para sistemas de segunda ordem com atraso, utilizando a abordagem por resposta em frequência, dispensando a necessidade de aproximações para o atraso, garantindo soluções estáveis sem necessidade de análise à posteriori. Definindo matematicamente o problema de controle como um problema de otimização, é feita uma busca pelos ganhos do controlador com a utilização de um algoritmo genético, tendo como parâmetro de projeto garantir que a curva de Nyquist do sistema permaneça a uma distância suficiente da região de instabilidade. Essa metodologia visa garantir que os ganhos calculados resultem em sistemas robustos para que mesmo sujeitos a alterações de parâmetros, a estabilidade seja garantida. Os resultados obtidos de simulações ao final do trabalho se mostraram satisfatórios dentro das especificações desejadas.
N-Boat: projeto e desenvolvimento de um veleiro robótico autônomo
(2019-07-01) Negreiros, Álvaro Pinto Fernandes de; Gonçalves, Luiz Marcos Garcia; ; ; Alsina, Pablo Javier; ; Silva, João Moreno Vilas Boas de Souza;
Propomos o projeto e desenvolvimento do veleiro autônomo N-Boat II, construído pelos laboratórios associados Natalnet (UFRN) e LAICA (IFRN). Introduzimos o projeto eletromecânico, desde a concepção e construção até a fase de controle do mesmo. Seu grande diferencial é hardware distribuído por afinidade ao longo de compartimentos estanques isolados entre si. Com premissa de ser um protótipo passível de replicação e de possuir código aberto, este modelo robótico será utilizado, a princípio, no monitoramento da qualidade da água. No entanto, essa plataforma pode ser utilizada em inúmeras tarefas de diversas naturezas. Dessa forma, espera-se, ao final deste trabalho, disponibilizar à comunidade uma infraestrutura completa com potencial para ser utilizada de forma cientifica, comercial ou militar, em propostas que necessitem de um veículo robótico de superfície aquática com autonomia suficiente para missões de média e longa duração.
Controle de bordo para nanossatélites: desenvolvimento e aplicação ao projeto CONASAT
(2019-09-26) Alves, Alex Carlos Rodrigues; Dias, Samaherni Morais; Queiroz, Kurios Iuri Pinheiro de Melo; ; ; ; Vidal, Francisco José Targino; ; Duarte, José Marcelo Lima;
Desde o lançamento da Sputnik I em 1957, a indústria de satélites experimentou grandes avanços tecnológicos. Inicialmente, os recursos para execução de missões com satélites se concentravam em grandes entidades comerciais e organizações governamentais. Porém, ao oferecer uma solução de baixo custo e com menor tempo de desenvolvimento, o padrão CubeSat permitiu que diversas instituições e organizações fossem capazes de desenvolver missões com nanossatélites. No Brasil, o Centro Regional do Nordeste (CRN) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) tem desenvolvido, em parceria com a Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), o projeto CONASAT com o objetivo de desenvolver uma constelação de nanossatélites para o Sistema Brasileiro de Coleta de Dados Ambientais (SBCDA). Atualmente, tem sido desenvolvido o CubeSat denominado CONASAT-0 (o primeiro da constelação), para o qual faz-se necessária a implementação de um sistema de controle de bordo capaz de satisfazer os requisitos do projeto CONASAT. Diante desse contexto, neste trabalho, é apresentada a primeira versão do sistema de controle de bordo para o CONASAT-0. Além disso, nesta dissertação são apresentados os testes realizados com o sistema desenvolvido e os resultados obtidos. Por fim, são apresentadas proposições para trabalhos futuros.

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