Repositório RCAAP

O principal objetivo dos veículos híbridos é diminuir o consumo de combustível em relação a veículos convencionais. Para isso, existe a necessidade de realizar a integração dos diferentes sistemas do trem-de-força e coordenar o seu funcionamento através de estratégias de controle. Tais estratégias são desenvolvidas e simuladas em conjunto com um modelo computacional da planta do veículo antes de serem aplicadas em uma unidade de controle eletrônica. O presente estudo tem como objetivo analisar o gerenciamento de energia em um veículo híbrido elétrico não-plugin do tipo série-paralelo visando à diminuição de consumo de combustível. O método de otimização global é utilizado para encontrar as variáveis de controle que resultam no mínimo consumo de combustível em um determinado ciclo de condução. Na primeira etapa, um modelo computacional da planta do veículo e da estratégia de controle não-ótima são criados. Os resultados obtidos da simulação são então comparados com dados experimentais do veículo operando em dinamômetro de chassis. A seguir, o método de otimização global é aplicado ao modelo computacional utilizando programação dinâmica e tendo como objetivo a minimização do consumo de combustível total ao final do ciclo. Os resultados mostram considerável redução do consumo de combustível utilizando otimização global e tendo como variável de controle não só a razão de distribuição de torque mas também os pontos de operação do motor de combustão. Os modelos computacionais criados nesse trabalho são disponibilizados e podem ser usados para o estudo de diferentes estratégias de controle para veículos híbridos.

Grupos de pesquisa espalhados pelo mundo vêm empregando a Tomografia por Impedância Elétrica (TIE) em aplicações médicas. Entretanto estas pesquisas vem sendo limitadas pelos sistemas de aquisição atualmente empregados, que, frequentemente, n~ao possuem a flexibilidade em termos de números de canais, capacidade de sincronismo temporal e velocidade exigidos nas pesquisas mais recentes. Para facilitar o progresso das pesquisas este trabalho propõe uma arquitetura aberta para aquisição, transferência e armazenamento de sinais. A arquitetura proposta compreende unidades de medição e processamento de sinais, chamadas Canais de Medição. Cada canal de medição é composto por três módulos, o Condicionador de Sinal, o Conversor AD e o Demodulador. Um módulo Supervisor, que essencialmente é um software de configuração e armazenamento, possibilita o controle e monitoramento destes canais através de um módulo Concentrador, que gerencia um barramento de comunicação. Estes módulos, operando em conjunto, têm desempenho equiparável às soluções existentes, porém com ganho de flexibilidade e velocidade. Manutenção e modificações da arquitetura ficam facilitadas pela estrutura modular, aspecto importante nos ambientes de pesquisa. Os dados são armazenados em banco de dados, com a velocidade de coleta compatível com estimação de 50 imagens de TIE por segundo.

Este trabalho apresenta aspectos teóricos e práticos relevantes do desenvolvimento do Sistema de Navegação e Controle (SNC) a ser implementado em um Veículo Submarino Semi-Autônomo (VSSA), tipo não carenado e auto propelido, que está em desenvolvimento e construção na Escola Politécnica da USP, para a Petrobrás. Os três graus de liberdade horizontais são controlados para seguirem trajetórias pré-definidas, enviadas como sinais de referência para navegação por uma estação de apoio localizada na superfície, responsável pela guiagem do veículo. Os sinais de referência enviados são acústicos propagados pela água. A implementação física do SNC e o controle dos três graus de liberdade verticais não fazem parte do escopo deste trabalho. O SNC consiste em um controlador determinístico, um seguidor de trajetórias linear quadrático alimentado por um vetor de estados estimado assintoticamente. Por segurança, em caso de falha de algum sensor, e para filtrar ruídos nos sinais medidos, um estimador de estados de ordem plena é utilizado conjuntamente. Pela simplicidade de síntese e implementação, esta arquitetura de controle é considerada a melhor alternativa para capacitar o VSSA a executar os movimentos semi-autônomos desejados. As técnicas de controle utilizadas requerem a linearização do modelo matemático não-linear que descreve o comportamento dinâmico do veículo. O modelo é obtido de maneira simplificada. Os resultados são gerados por simulações com o modelo não-linear.

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um algoritmo para avaliar o grau de corrosão em paredes de oleodutos, através de ultrassom. O algoritmo desenvolvido será implementado em um circuito digital, fazendo parte de um sistema que poderá ser embarcado em pigs ultrassônicos para inspeção de dutos à procura de corrosão. O modelo matemático conhecido como filtro casado é usado como base do algoritmo, além de um método de detecção de picos para localização dos sinais de eco de ultrassom, provenientes das reflexões do sinal nas paredes dos dutos. Um dos problemas é a definição do sinal (e do filtro) que será utilizado, mas por meio de sinais sintetizados (signal design) uma grande gama de alternativas foi analisada e apenas algumas foram selecionadas para testes em experimentos. Por último os melhores sinais foram utilizados na inspeção de um corpo de prova feito à partir de um duto corroído, e os resultados são analisados. A detecção da primeira parede do oleoduto apresenta resultados promissores em comparação com a medição tridimensional das mesmas paredes. O sistema foi capaz de reconstruir o perfil da parede interna do duto com elevada verossimilhança, mesmo em regiões severamente corroídas. A detecção da segunda parede apresenta resultados satisfatórios para baixos níveis de corrosão, porém alguns problemas foram encontrados para níveis mais altos de corrosão, prejudicando a medição direta da espessura da parede nestas condições.

Human machine interface has been a growing field of scientific research for the last years. Conventional robots have been conceived as rigid metallic structures and, when metal meets human tissue, it is necessary to break the mindset in order to achieve better interaction. Exoskeletons, often called wearable robots, shares the same challenges with applications ranging from industry, to military, medicine and entertainment. This work introduces a systematic design of a development platform for exoskeleton research supported by Requirement Engineering and implemented through prototyping. The dynamics of the human joint and the robotic joint are modelled with different couplings between them. A Model Reference Adaptive Control is proposed as a solution for exoskeleton control and simulations indicate that it is capable of estimating human joint parameters in real time. The Model Reference controller is implemented, with successful modulation of the robotic joint apparent impedance. From a practical perspective, we present the design and construction of an experimental workbench and the use of an on-line repository for the control software development. The on-line repository results in a viable way for collaborative project management, software versioning and scientific contribution. The experimental workbench which was designed to meet the stakeholders needs - the university, patients and therapists - being of modular application, easy to operate and relatively low cost, can be used to conduct motor control experiments and rehabilitation tasks.

O mancal magnético base deste trabalho é de 1-GDL(grau de liberdade) de controle uni-axial com circuito magnético híbrido do tipo atração, o qual foi desenvolvido em 2000 na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo por Silva e Horikawa [1][2]. Nas duas extremidades do rotor são fixados ímãs, e em oposição ficam os atuadores eletromagnéticos com núcleos ferromagnéticos. Os ímãs são atraídos para os atuadores pelas forças magnéticas devido à presença dos núcleos ferromagnéticos dos dois atuadores. Devido à concorrência entre as forças magnéticas de atração, o rotor fica confinado na posição central do eixo axial resultando numa rigidez passiva para esforços radiais. E na direção axial, a posição do rotor é definida pelo controle ativo que produz o efeito da levitação magnética do rotor. Se o rotor do mancal magnético sofrer esforços na direção axial, o sistema de controle deve aplicar mais corrente elétrica nos atuadores para assegurar o correto posicionamento do rotor, isto pode gerar um enorme consumo de energia elétrica. Este trabalho estuda o princípio de controle de mancal magnético com potência nula para ser aplicado no projeto de uma bomba centrífuga mista, que tem seu rotor suspenso magneticamente. É chamada de potência nula a condição de operação com o mínimo de consumo de energia na levitação do rotor. A bomba em projeto será utilizada no auxílio da circulação sanguínea, aliviando a carga do bombeamento do ventrículo esquerdo do coração doente, por isso o projeto da bomba é chamado de Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV). As necessidades técnicas do DAV justificam o emprego do sistema de mancal magnético e do controle de potência nula. Para se aplicar a técnica de controle de potência nula é essencial que o sistema magnético do mancal seja do tipo híbrido. Este estudo se desenvolveu a partir do sistema de mancal magnético desenvolvido por Silva e Horikawa [1][2] pela semelhança de propriedades que o mancal do DAV solicita. O Algoritmo do controle de potência nula (ZPC- zero power control) foi desenvolvido para proporcionar um código simples e pequeno sem comprometer a robustez do controle que o projeto do DAV requer.

De acordo com as tendências de demanda por produtos cada vez mais personalizados com menor time-to-market possível, evidencia-se a necessidade da composição de sistemas produtivos (SPs) com uma estrutura reconfigurável para manter a competitividade frente aos crescentes desafios de um mercado globalizado. Esta capacidade de reconfiguração envolve não só as estruturas internas dos SPs, mas também a participação destes na execução de forma integrada e coordenada em um processo produtivo mais complexo. Dessa maneira, esta dissertação introduz uma arquitetura de supervisão e controle que integra e coordena um conjunto de SPs fisicamente dispersos, cujas funcionalidades estão disponibilizadas como serviços para a execução dos processos produtivos e que, para a supervisão e controle desses SPs dispersos adota-se a técnica de orquestração junto com o conceito de SOA (Service-Oriented Architecture) de modo que em caso de indisponibilidade de algum SP, ocorra a seleção de outro SP de acordo com um critério de prioridade que melhor atende aos requisitos para a manufatura dos produtos. Desta forma tem-se uma solução para a inclusão dinâmica de SPs no sistema. Como o SP disperso pode ser caracterizado como um sistema a eventos discretos, as funcionalidades das partes que compõem a arquitetura proposta é desenvolvida segundo uma metodologia de projeto baseada em modelos em rede de Petri cujas propriedades são exploradas para a avaliação desta arquitetura. O texto apresenta ainda um exemplo ilustrativo das principais funcionalidades da arquitetura proposta implementada para um SP disperso.

A Tomografia de Impedância Elétrica é uma técnica de obtenção de imagens não invasiva que pode ser usada em aplicações clínicas para estimar a impeditividade dos tecidos a partir de medidas elétricas na superfície do corpo. Matematicamente este é um problema inverso, não linear e mal posto. Geralmente é usado um filtro espacial Gaussiano passa alta como método de regularização para resolver o problema inverso. O objetivo principal deste trabalho é propor o uso de informação estatística fisiológica e anatômica da distribuição de resistividades dos tecidos do tórax, também chamada de atlas anatômico, em conjunto com o filtro Gaussiano como métodos de regularização. A metodologia proposta usa o método dos elementos finitos e o algoritmo de Gauss-Newton para reconstruir imagens de resistividade tridimensionais. A Teoria do Erro de Aproximação é utilizada para reduzir os erros relacionados à discretização e dimensões da malha de elementos finitos. Dados de tomografia de impedância elétrica e imagens de tomografia computadorizada coletados in vivo em um suíno com diferentes alterações fisiológicas pulmonares foram utilizados para validar o algoritmo proposto. As imagens obtidas foram consistentes com os fenômenos de atelectasia, derrame pleural, pneumotórax e variações associadas a diferentes níveis de pressão durante a ventilação mecânica. Os resultados mostram que a reconstrução de imagens de suínos com informação clínica significativa é possível quando tanto o filtro Gaussiano quanto o atlas anatômico são usados como métodos de regularização.

Materiais piezocompósitos laminados são compostos por camadas de material piezelétrico, metálico e compósito (matriz epóxi com fibras de carbono ou de vidro), que possibilitam obter vantagens em relação aos materiais piezelétricos convencionais, permitindo obter características superiores que não podem ser conseguidas pelos seus componentes de forma isolada como, por exemplo, maior flexibilidade e resistência mecânica ou menor peso. Sob esse enfoque, este trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de Estruturas Piezocompósitas Laminadas (EPLA) que consistem basicamente em estruturas multicamadas, através do projeto da sua resposta transiente e harmônica visando aplicações dinâmicas. Entre as potenciais aplicações dessas estruturas, tem-se atuadores, motores, sonares e dispositivos de coleta de energia (\"energy harvester\"), sendo de muito interesse a melhora das suas características dinâmicas e o seu desempenho. O projeto dinâmico de uma EPLA é complexo, porém pode ser sistematizado utilizando o Método de Otimização Topológica (MOT). O MOT é um método baseado na distribuição de material num domínio de projeto fixo com o objetivo de extremizar uma função de custo sujeita às restrições inerentes do problema, combinando algoritmos de otimização e de elementos finitos. A formulação de MOT para o projeto dinâmico de EPLA pretende determinar tanto a topologia ótima dos materiais nas diferentes camadas quanto o sinal de polarização do material piezelétrico e o ângulo da fibra na camada compósita, tendo como finalidade a maximização da amplitude de vibração em pontos determinados (em atuadores) ou da geração de energia elétrica a partir de excitações mecânicas (em coletores de energia). Além disso, é formulado um problema combinando os enfoques harmônico e transiente com o intuito de customizar a resposta da EPLA, de modo que, o nível da resposta seja o mesmo perante diferentes tipos de onda de excitação (transdutores multi-entrada). O trabalho inclui as etapas de projeto, simulação, fabricação e caracterização de protótipos.

Despite the extensive Brazilian coast areas, little is known on underwater acoustic environments in Brazil. Acoustic environments (or soundscape) are composed by biological, geological and man-made sound sources. Soundscapes are strongly linked to ecosystems dynamics, and follow temporal patters that can vary at daily and seasonal scales. Thus, for soundscape characterization, it is necessary to undertake sound recordings for long periods, which demands innovative analyzing methods. Accordingly, the present research focuses in two principal objectives: (1) to develop methods for analyzing long-term acoustic recordings and, (2) to characterize marine soundscapes of selected points in São Paulo State. Four deployment sites were selected for the underwater acoustic monitoring: a point located at the channel entrance of the Santos Harbor, and three marine Protected Areas (PAs) in Sao Paulo state. As a result, the largest underwater acoustic database from Brazilian seas was acquired. The present work used Power Spectral Density (PSD), Sound Pressure Level (SPL) and Spectrograms to develop an innovative methodology for analyzing long-term acoustic data. In addition, a new visualization tool and a method for automatic detection of dawn and dusk choruses are presented. The achieved results validated the proposed methodology as an effective tool for analyzing long-term acoustic data. The area close to the first site, the vicinity of Santos Harbor, was dominated by ship noise, which values reach levels that can affect some species of fish and marine mammals. The soundscapes of the other three remaining measurement sites were dominated by fish and crustacean choruses, with daily and seasonal patterns (related to sunrise and sunset). For the monitored regions, the present work signifies the first contribution for cataloguing fish choruses, and establishes a baseline for the study of their underwater acoustic environment. Although the proposed methodology has used long-term undersea acoustic datasets as case-study, it can also be extended for monitoring other aquatic or terrestrial ecosystems. Finally, the research indicates to Brazilian environmental agencies and to the related scientific community that passive acoustic monitoring is a noninvasive and cost-effective tool that can be used for the management of PAs and points of economic relevance.

As redes de sensores sem fio (RSSF) são uma tecnologia que ganhou muita importância nos últimos anos. Dentro das diversas aplicações para essas redes, o rastreamento de alvos é considerado essencial. Nessa aplicação, a RSSF deve determinar, de forma colaborativa, a trajetória de um ou mais alvos que se encontrem dentro de sua área de cobertura. O presente trabalho apresenta um algoritmo colaborativo baseado na fatoração multifrontal QR para estimação de trajetórias de alvos com RSSF. A solução proposta está inserida no âmbito da estimação por lotes, na qual os dados são coletados pelos sensores durante a aplicação e só no final é realizada a estimativa da trajetória do alvo. Uma vez coletados os dados, o problema pode ser modelado como um sistema de equações sobredeterminado Ax = b cuja característica principal é ser esparso. A solução desse sistema é dada mediante o método de mínimos quadrados, no qual o sistema é transformado num sistema triangular superior, que é solucionado mediante substituição inversa. A fatoração multifrontal QR é ideal neste contexto devido à natureza esparsa da matriz principal do sistema. A fatoração multifrontal QR utiliza um grafo denominado árvore de eliminação para dividir o processo de fatoração de uma matriz esparsa em fatorações densas de pequenas submatrizes denominadas matrizes frontais. Mapeando a árvore de eliminação na RSSF consegue-se que essas fatorações densas sejam executadas pelos nós sensoriais que detectaram o alvo durante seu trajeto pela rede. Dessa maneira, o algoritmo consegue realizar a fatoração da matriz principal do problema de forma colaborativa, dividindo essa tarefa em pequenas tarefas que os nós de sensoriais da rede possam realizar.

Tubos flexíveis são estruturas complexas compostas de várias camadas metálicas e poliméricas empregados pela indústria offshore na exploração de hidrocarbonetos. O estudo do comportamento estrutural e das falhas que podem advir do lançamento e uso desses sistemas em campo é uma área vasta e fecunda da mecânica estrutural. Apesar dos progressos alcançados na análise e nos vários estudos conduzidos ao longo dos anos, no sentido de explicar o surgimento do fenômeno conhecido por birdcaging pesquisando o comportamento das camadas conhecidas como armadura de tração, pouca atenção foi direcionada ao comportamento estrutural da capa plástica externa. A presente tese contribui com os estudos do mecanismo deflagrador do birdcaging à luz do comportamento estrutural da capa plástica e apresenta um critério limite para a previsão do fenômeno. Estudos analíticos, numéricos e principalmente experimentais foram realizados em tubos de PEAD simulando a capa plástica com a finalidade de investigar a instabilidade axissimétrica desta quando sujeita a compressão axial e pressurização interna. Utilizando o modelo analítico adaptado, foi criado um diagrama de limite de instabilidade com o uso de força e pressão interna adimensionalizadas. Este diagrama, testado com simulações realizadas em elementos finitos, ensaios experimentais em tubos de PEAD, e com valores de ensaios experimentais em tubos flexíveis, oferece um critério de engenharia para a predição do fenômeno em questão.

Neste trabalho, é abordado o problema da navegação de um veículo submarino autônomo. São propostos estimadores de estado que realizam fusão sensorial baseada em Filtro Estendido de Kalman. Esses estimadores de estado empregam as medidas dos seguintes sensores: uma unidade de medição inercial, um sensor de velocidade por efeito Doppler, um profundímetro e uma bússola. Primeiramente foi projetado um estimador de estados para o AUV Pirajuba, onde a estimação da orientação do veículo é realizada de forma desacoplada à estimação da velocidade e posição do veículo. Em seguida, foram desenvolvidos dois estimadores de estado que estimam orientação, velocidade e profundidade do veículo de forma acoplada. Para o projeto e testes dos estimadores mencionados anteriormente, foi empregada uma base de dados contendo um registro de medições reais dos sensores do veículo submarino autônomo Pirajuba, durante testes de campo no lago de uma represa. Os resultados dos testes validaram os estimadores de estado propostos nesse trabalho. Por último, foi realizada uma análise comparativa dos estimadores de estado mencionados.

A tarefa de operar um veículo submarino durante missões de inspeção de ambientes estruturados como, por exemplo, duto de usinas hidrelétricas, é feita principalmente por meio de referências visuais e uma bússola magnética. Porém alguns ambientes desse tipo podem apresentar uma combinação de baixa visibilidade e anomalias ferromagnéticas que inviabilizaria esse tipo de operação. Este trabalho, motivado pelo desenvolvimento de um veículo submarino operado remotamente (ROV) para ser usado em ambientes com essas restrições, propõe um sistema de navegação que utiliza o conhecimento prévio das dimensões do ambiente para corrigir o estado do veículo por meio da correlação dessas dimensões com os dados de um sonar de imageamento 2D. Para fazer essa correlação é utilizado o ltro de partículas, que é uma implementação não paramétrica do ltro Bayesiano. Esse ltro faz a estimação do estado com base nos métodos sequenciais de Monte Carlo e permite trabalhar de uma maneira simples com modelos não lineares. A desvantagem desse tipo de fusão sensorial é o seu alto custo computacional o que geralmente o impede de ser utilizado em aplicações de tempo real. Para que seja possível utilizar esse ltro em tempo real, será proposto neste trabalho uma implementação paralela utilizando uma unidade de processamento gráco (GPU) da NVIDIA e a arquitetura CUDA. Neste trabalho também será feito um estudo da utilização de duas congurações de sensores no sistema de navegação proposto neste trabalho.

O presente trabalho aborda análises de sistemas de propulsão e manobra para comboios fluviais, e seus efeitos na manobrabilidade dos comboios. Analisam-se o sistema de propulsão convencional (propulsor mais leme), o sistema azimutal e o equipamento de proa auxiliar combinado com cada um destes sistemas de propulsão. Apresenta-se a modelagem matemática dos sistemas de propulsão e manobra citados, os quais serviram de base para implementação de um simulador computacional utilizado para obtenção dos resultados desta dissertação. As forças e momentos hidrodinâmicos são obtidos através do método das derivadas hidrodinâmicas para as simulações próximas à velocidade de serviço do comboio, enquanto para simulações em baixa velocidade utilizou um método semi-empírico baseado no princípio de cross-flow. Inicialmente, efetuou-se a validação do simulador com resultados da literatura para o caso do comboio com propulsão convencional. Em seguida, o modelo foi adaptado para os demais tipos de sistemas de propulsão e manobra propostos. Os resultados obtidos mostram que há uma maior eficiência do sistema de propulsão azimutal e do equipamento na proa para manobras em baixas velocidades, o que se torna adequado sua aplicação em comboios fluvial, pois essas embarcações navegam em velocidades menores se comparadas a outros tipos de embarcações.

O seguinte trabalho visa o estudo, desenvolvimento e teste de um controlador de impedância genérico, que seja adequado para controle de exoesqueletos e outros sistemas robóticos, e que permita a utilização de um atuador de liga de memória de forma (SMA), entre outros tipos de atuador. Um segundo objetivo é avaliar a viabilidade da utilização de atuadores de SMA em aplicações de exoesqueletos para humanos, partindo dos resultados obtidos com o controlador e atuador propostos. Para atingir estas metas, foi projetado e construído um protótipo de exoesqueleto de membro inferior com um grau de liberdade, sendo que um atuador baseado em fios de liga de memória de forma foi utilizado. O algoritmo de controle de impedância foi desenvolvido e testes foram realizados primeiro por meio de simulações e posteriormente em ensaios práticos com o protótipo. Os resultados experimentais confirmaram a expectativa indicada pelos resultados numéricos. Embora o controlador de impedância haja funcionado como se pretendia, o atuador deixou a desejar devido, sobretudo, à sua lentidão de resposta. O texto apresenta uma breve revisão teórica sobre controle de impedância, exoesqueletos biomecatrônicos e ligas de memória de forma. Ademais, detalha o modelo matemático do problema e o aparato experimental projetado para realizar os ensaios que serviram de base para a análise do problema. Após apresentação e discussão dos resultados, é feita uma análise da viabilidade de aplicação destes conceitos a exoesqueletos para uso em humanos, concluindo que ainda há desafios tecnológicos importantes a serem vencidos antes da implementação prática de exoesqueletos com atuadores de SMA; contudo, esta implementação não pode ser descartada. Detalhes construtivos e programas desenvolvidos para simulações e controle do protótipo são apresentados nos apêndices.

Os dispositivos robóticos bípedes tem um grande potencial de aplicações tanto comerciais como para pesquisa. Dentre as presentes lacunas existentes que limitam a sua aplicabilidade prática tem um destaque especial a incapacidade de realizar uma marcha estável, robusta, versátil e eficiente no ponto de vista energético. No presente estado da arte, existem três principais estratégias de abordagem para o problema e algumas de suas implementações obtiveram sucesso em satisfazer pelo menos um dos requisitos listados, porém nunca todos eles de forma simultânea. Dentro deste cenário, este trabalho se propôs desenvolver um novo critério de estabilidade para marcha bípede que possibilite marchas versáteis, robustas e eficientes. Inicialmente foi realizada uma avaliação de diversos simuladores de código aberto e o Simbody foi definido como o mais apropriado para ser utilizado no desenvolvimento das simulações dinâmicas realizadas nesta Tese. Uma toolbox de MATLAB para auxiliar nos cálculos cinemáticos e dinâmicos foi desenvolvida em conjunto com um módulo de Inter Process Communication para realizar a comunicação entre o MATLAB e o simulador. Foi realizado um estudo da marcha bípede, implementando e avaliando as estratégias do Zero Moment Point e do Limit CycleWalking. Este estudo resultou numa proposta de controlador não linear comutado para robôs em Ciclo Limite. Na procura de um novo critério de estabilidade foi abordado o estudo da marcha humana. Um procedimento para identificar os mecanismos que controlam a estabilidade da marcha humana é analisar a mesma sob perturbações, como tropeços, ou na ultrapassagem de obstáculos. Na literatura existiam bastantes referências sobre este tema, porém, faltou uma comparação da marcha humana sob diferentes condições de visão com a marcha de robôs que utilizam o ZMP. Foi descoberto que os seres humanos privados de visão têm uma estratégia de ultrapassagem de obstáculos semelhante a um robô com ZMP. A partir do conhecimento adquirido deste estudo é proposto e formulado um novo critério de estabilidade, o Step Viability, inspirado na marcha humana e no conceito de N-Step Capturability. O Step Viability baseia-se na definição de restrições que garantem a viabilidade de realizar passos futuros que garantam a convergência para um ponto fixo em tempo finito. O critério foi implementado utilizando-se uma otimização de trajetória multi-fase. Múltiplos testes foram realizados utilizando-se o modelo Compass Gait com diferentes parâmetros (distribuição de massa, torque máximo disponível), com diferentes inclinações e com vários padrões de marcha desejados (periódico, aumento uniforme e até aleatório não periódico). Adicionalmente o critério foi testado em um modelo de 5 segmentos, sintetizando uma marcha com variação tanto linear quanto aleatória. O critério foi bem-sucedido na geração de uma marcha estável em todos os testes e os resultados foram consistentes. A marcha pode ser sintetizada completamente desacoplada do critério de estabilidade, e o modelo renunciou automaticamente do padrão desenhado em favor da estabilidade.

Uma câmera pan-tilt é capaz de se movimentar em torno de dois eixos de rotação (pan e tilt), permitindo que sua lente possa ser apontada para um ponto qualquer no espaço. Uma aplicação possível dessa câmera é mantê-la apontada para um determinado alvo em movimento, através de posicionamentos angulares pan e tilt adequados. Este trabalho apresenta uma técnica de controle servo visual, em que, inicialmente, as imagens capturadas pela câmera são utilizadas para determinar a posição do alvo. Em seguida, calculam-se as rotações necessárias para manter a projeção do alvo no centro da imagem, em um sistema em tempo real e malha fechada. A técnica de rastreamento visual desenvolvida se baseia em comparação de uma região de referência, utilizando a soma dos quadrados das diferenças (SSD) como critério de correspondência. Sobre essa técnica, é adicionada uma extensão baseada no princípio de estimação incremental e, em seguida, o algoritmo é mais uma vez modificado através do princípio de estimação em multiresolução. Para cada uma das três configurações, são realizados testes para comparar suas performances. O sistema é modelado através do princípio de fluxo óptico e dois controladores são apresentados para realimentar o sistema: um proporcional integral (PI) e um proporcional com estimação de perturbações externas através de um filtro de Kalman (LQG). Ambos são calculados utilizando um critério linear quadrático e os desempenhos deles também são analisados comparativamente.

O ambiente aquático tem notória importância para a pesquisa, pela biodiversidade e vastidão, e também do ponto de vista comercial, para a indústria militar e de óleo&gás por exemplo. Entretanto, a sua exploração é prejudicada por diversos fatores, entre eles devido à dificuldade de navegação. Infelizmente, carece-se de sinal GPS (Global Positioning System) embaixo d\'água, o que exige outras técnicas de localização. Assim, este trabalho analisa um sistema de navegação para um veículo submarino autônomo. Graças a sensores de velocidade, girômetros, bússola, entre outros, aplica-se o princípio de dead reckoning para calcular a posição atual do veículo a partir da última posição conhecida. Para tal, é feito inicialmente um estudo dos sensores a serem utilizados e um algoritmo de navegação é proposto, cujos resultados são expressos em coordenadas geodésicas (latitude e longitude), permitindo a visualização da trajetória do veículo em mapas geo-referenciados. Além disso, problemas práticos de medição são tratados. Em seguida, é feito um estudo sobre o ruído dos sensores, utilizando a curva de variância de Allan para caracterização dos sinais dos girômetros e do DVL (Doppler Velocity Logger). Por meio de equações de propagação de erro, os ruídos são recuperados em simulação, permitindo a estimação do erro de posição e de atitude (posição angular) acumulados para uma dada manobra. Finalmente, discute-se um critério de emersão a partir das estimativas de erro de posição.

O planeta Terra tem aproximadamente três quartos submersos em água, ainda assim, estima-se que somente são conhecidos 5% dos mares e oceanos. Nas últimas décadas, os AUVs (Autonomous Underwater Vehicles) se converteram em uma ferramenta útil para a exploração dos oceanos por levar a bordo vários equipamentos com um relativo baixo custo de operação. A parte estrutural dos AUVs, usualmente cascas cilíndricas, tem sido estudada. De modo geral, os objetivos desses estudos visam a manter a rigidez e deixar a estrutura mais leve, sob o critério de resistência a flambagem. A falha por flambagem, normalmente, ocorre antes da falha por resistência do material em cascas devido à sua geometria e à influência de imperfeições iniciais. Uma forma de aumentar a rigidez das cascas é o uso de enrijecedores, os quais geralmente são soldados à casca. No entanto, o uso desses enrijecedores em um veículo de pequeno porte diminui o espaço utilizados por diferentes dispositivos e instrumentos do veículo, além de resultar em possíveis inconvenientes na fabricação, tais como aumento do custo e produção de tensões residuais relativas aos processos de soldagem. Portanto, alternativas ao enrijecedor convencional devem ser buscadas para esse tipo de veículo. É possível substituir os enrijecedores convencionais por uma estrutura interna ao vaso de pressão e comum em submersíveis, a prateleira de acomodação da eletrônica. Essa estrutura, chamada aqui de enrijecedores deslizantes, possui cavernas circunferenciais que podem fornecer rigidez à casca e evitar os inconvenientes de redução de volume e de fabricação que os enrijecedores convencionais trazem. No entanto, tal substituição para o aumento de rigidez ainda não foi analisada. Portanto, neste trabalho se propõe analisar o comportamento do enrijecedor deslizante quando utilizado em substituição ao enrijecedor convencional, considerando que ambos fornecem resistência à compressão embora não apresentem as mesmas restrições de graus de liberdade. A análise é feita através de métodos analíticos e numéricos, tipicamente utilizados no estudo de enrijecedores convencionais.