Os veículos submarinos não tripulados tem uma importância crescente devido à sua flexibilidade e baixo custo. Devido à sua complexidade intrínseca, eles requerem diversas competências diferentes para serem desenvolvidos e permitem realizar pesquisas em vários campos do conhecimento. No contexto de uma universidade, que possui pessoal heterogêneo e de alta rotatividade, faz-se mister adotar uma organização que permita que os esforços de cada aluno possam ser reusados pelos outros, de modo as atividades de pesquisa possam avançar com pouca perda de tempo e retrabalho. Tal necessidade pode ser respondida pela aplicação de conceitos da engenharia de sistemas, tais como modularidade, separação formal entre soluções tecnológicas e necessidades, classificação funcional, critérios para escolha do método de desenvolvimento, uso de referencial normativo técnico, plano tecnológico, integração, verificação e validação e gerenciamento de configurações. Este trabalho se limita a desenvolver uma arquitetura de controle, observando os conceitos de engenharia de sistemas, aplicada a um AUV. É feita uma comparação com outras arquiteturas similares do estado da arte e mostram-se resultados de testes em piscina para esta arquitetura. É mostrado também que foi possível estabelecer a continuidade do desenvolvimento por outros alunos, validando a utilidade da metodologia. Conclui-se que, para aumentar a eficiência da pesquisa universitária, é necessário observar aspectos gerenciais e institucionais além dos aspectos técnicos ao conceber soluções técnicas. / The unmanned underwater vehicles have a growing position due to their flexibility and low cost. Due to their inherent complexity, they require many different skills to be developed and they allow conducting research in various fields of knowledge. In the context of a university, which has heterogeneous staff and high turnover, there is the need of adopting an organization that allows the efforts of each student be reused by others, so research activities can proceed with little loss of time and rework. This need can be answered by the application of system engineering concepts such as modularity, formal separation between technology solutions and needs, functional classification, criteria for the choice of development method, use of technical reference standard, technological plan, integration, verification and validation and configuration management. This work is limited to development of a control architecture, observing the concepts of systems engineering, applied to an AUV. A comparison is made with other similar architectures in the state of the art and shows up test results in the pool for this architecture. It is also shown that it was possible to keep the development by other students, validating the utility of the methodology. It is concluded that in order to increase the efficiency of university research, it must be observed managerial and institutional aspects beyond the technical aspects when designing technical solutions.

Os veículos submarinos não tripulados tem uma importância crescente devido à sua flexibilidade e baixo custo. Devido à sua complexidade intrínseca, eles requerem diversas competências diferentes para serem desenvolvidos e permitem realizar pesquisas em vários campos do conhecimento. No contexto de uma universidade, que possui pessoal heterogêneo e de alta rotatividade, faz-se mister adotar uma organização que permita que os esforços de cada aluno possam ser reusados pelos outros, de modo as atividades de pesquisa possam avançar com pouca perda de tempo e retrabalho. Tal necessidade pode ser respondida pela aplicação de conceitos da engenharia de sistemas, tais como modularidade, separação formal entre soluções tecnológicas e necessidades, classificação funcional, critérios para escolha do método de desenvolvimento, uso de referencial normativo técnico, plano tecnológico, integração, verificação e validação e gerenciamento de configurações. Este trabalho se limita a desenvolver uma arquitetura de controle, observando os conceitos de engenharia de sistemas, aplicada a um AUV. É feita uma comparação com outras arquiteturas similares do estado da arte e mostram-se resultados de testes em piscina para esta arquitetura. É mostrado também que foi possível estabelecer a continuidade do desenvolvimento por outros alunos, validando a utilidade da metodologia. Conclui-se que, para aumentar a eficiência da pesquisa universitária, é necessário observar aspectos gerenciais e institucionais além dos aspectos técnicos ao conceber soluções técnicas. / The unmanned underwater vehicles have a growing position due to their flexibility and low cost. Due to their inherent complexity, they require many different skills to be developed and they allow conducting research in various fields of knowledge. In the context of a university, which has heterogeneous staff and high turnover, there is the need of adopting an organization that allows the efforts of each student be reused by others, so research activities can proceed with little loss of time and rework. This need can be answered by the application of system engineering concepts such as modularity, formal separation between technology solutions and needs, functional classification, criteria for the choice of development method, use of technical reference standard, technological plan, integration, verification and validation and configuration management. This work is limited to development of a control architecture, observing the concepts of systems engineering, applied to an AUV. A comparison is made with other similar architectures in the state of the art and shows up test results in the pool for this architecture. It is also shown that it was possible to keep the development by other students, validating the utility of the methodology. It is concluded that in order to increase the efficiency of university research, it must be observed managerial and institutional aspects beyond the technical aspects when designing technical solutions.

Os mercados estão se tornando independentes de barreiras geográficas e as indústrias têm procurado novas configurações de sistemas produtivos (SPs), passando de estruturas centralizadas para estruturas distribuídas, deslocando suas plantas produtivas para países com reservas de energia e baixos custos operacionais. Para permitir a coordenação e gerenciamento deste tipo de SP disperso, aproveita-se dos avanços das tecnologias mecatrônicas e de informação, as quais permitem uma maior cooperação entre as partes do sistema e entre os atores (clientes, operadores, administradores, etc.) envolvidos. Cada parte do SP disperso que também é um SP tem seu grau de autonomia operacional. Esse tipo de sistema apresenta novos problemas de integração e coordenação de componentes, que têm que ser superados para se chegar a uma efetiva implementação. A falta de dados de testes já realizados com estruturas distribuídas dificulta o desenvolvimento prático de SPs dispersos. Este trabalho inicialmente adota uma arquitetura de controle para a negociação entre usuários de um SP disperso. Para a implementação da arquitetura foram desenvolvidos modelos computacionais explorando o potencial da rede de Petri e do PFS (production flow schema) para sistematizar a construção dos modelos. Pela análise dos modelos com base nas propriedades da rede de Petri avaliou-se a arquitetura de controle e estabeleceu-se as especificações que foram adotadas para sua implementação prática. A implementação e os testes foram realizados considerando os subsistemas autônomos de um sistema flexível de montagem que emula um SP disperso. Os estudos, análises e testes realizados foram fundamentais para adquirir maior experiência prática relacionado a concepção, projeto, implementação e operação de arquiteturas de controle distribuído aplicadas a SPs dispersos. / The markets are becoming independent of geographic and industry have sought new configurations of productive systems, from centralized structures to distributed structures, shifting their production plants to countries with energy reserves and low operating costs. To allow the coordination and management of this type of dispersed productive system, takes advantage of advances in mechatronics and information technologies, which allow greater cooperation between parts of the system and among stakeholders (customers, operators, administrators, etc.) involved. Each part of disperse productive system, that is also a productive system, has its own level of operational autonomy. This type of system presents new problems of integration and coordination of components that must be overcome to achieve effective implementation. The lack of data from tests already carried out with distributed structures hinders the practical development of disperse productive systems. This work initially adopts a control architecture for negotiation between users of a disperse productive system. For the implementation of the architecture were developed computational models exploring the potential of Petri networks (PN) and the production flow schema (PFS) to systematize the construction of models. For the analysis of models based on the PN properties we evaluated the control architecture and established the specifications that were used for its practical implementation. The implementation and the tests were performed considering the autonomous subsystems of a flexible mounting system that emulates a disperse productive system. The studies, analysis and tests were essential to acquire more practical experience related to conception, design, implementation and operation of distributed control architectures applied to disperse productive systems.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:05:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissRWCM.pdf: 3820933 bytes, checksum: 0defe423c2e4d7d5969558fc1677062d (MD5) Previous issue date: 2005-08-26 / In order to attend the market quickly, a company need to have flexibility and to change its production line, to assist to the production of personalized products, to change the raw material or, even, the conception of the product like in an automatic system of manufacture. Administration of processes, industrial automation and IT (Information Technology) are essential to guarantee not only the companies, competitiveness but their survival inside of this scenery. The larger interest among the automatic systems of manufacture in this work is the flexible manufacture system (FMS), for its inclusion and complexity and, consequently, its control and the variety of architectures, as the centralized, the hierarchical, the heterarchical, the hybrid and, finally the multi - agent, therefore the main focus of this work will be the control system of a FMS. So one of the architecture alternatives, is the proposal using a system of hybrid control, because it allows the communication among levels, by sidelong, and the modules involved in the production process and factory ground control, so it will be possible, to determine which are the instances or moments so of decision, describing the used functions, as well as the treated information. To make possible the modeling modules are used: manager, selective and movement controller facilitating the construction of a structured algorithm aiming at the detail of the process mapping of communication about the actions unchained in the factory ground. / Para uma empresa responder mais rapidamente ao mercado, é importante ter flexibilidade e poder mudar sua linha de produção facilmente, para atender à fabricação de produtos personalizados, alterar a matéria-prima ou, até mesmo, a concepção do produto como em um sistema automático de manufatura. Gerenciamento de processos, automação industrial e TI (Tecnologia da Informação) são essenciais para garantir não somente competitividade das empresas, mas sua sobrevivência dentro deste cenário. Dentre os sistemas automáticos de manufatura que têm sido abordados, o de maior interesse para o escopo deste trabalho é o sistema flexível de manufatura (FMS), por sua abrangência e complexidade e, conseqüentemente, seu controle. Há uma variedade de arquiteturas de controle, como a centralizada, a hierárquica, a heterárquica, a híbrida e, finalmente a multi agente, com vantagens e desvantagens em relação à facilidade de modelagem, implementação e desempenho. Como proposta deste trabalho é estudada uma das alternativas de arquitetura, utilizando um sistema de controle híbrido, pelo fato do mesmo permitir a comunicação entre níveis, tanto lateralmente, como com os módulos envolvidos no processo de fabricação e controle de chão de fábrica. Será possível com isto, determinar quais são as instâncias ou momentos de tomada de decisão, descrevendo as funções utilizadas, bem como as informações tratadas. Para viabilizar a modelagem utilizam-se módulos: gerenciador, seletivo e controlador de movimentação facilitando a construção de um algoritmo estruturado objetivando o detalhamento do mapeamento do processo de comunicação das ações desencadeadas no chão de fábrica.

Os mercados estão se tornando independentes de barreiras geográficas e as indústrias têm procurado novas configurações de sistemas produtivos (SPs), passando de estruturas centralizadas para estruturas distribuídas, deslocando suas plantas produtivas para países com reservas de energia e baixos custos operacionais. Para permitir a coordenação e gerenciamento deste tipo de SP disperso, aproveita-se dos avanços das tecnologias mecatrônicas e de informação, as quais permitem uma maior cooperação entre as partes do sistema e entre os atores (clientes, operadores, administradores, etc.) envolvidos. Cada parte do SP disperso que também é um SP tem seu grau de autonomia operacional. Esse tipo de sistema apresenta novos problemas de integração e coordenação de componentes, que têm que ser superados para se chegar a uma efetiva implementação. A falta de dados de testes já realizados com estruturas distribuídas dificulta o desenvolvimento prático de SPs dispersos. Este trabalho inicialmente adota uma arquitetura de controle para a negociação entre usuários de um SP disperso. Para a implementação da arquitetura foram desenvolvidos modelos computacionais explorando o potencial da rede de Petri e do PFS (production flow schema) para sistematizar a construção dos modelos. Pela análise dos modelos com base nas propriedades da rede de Petri avaliou-se a arquitetura de controle e estabeleceu-se as especificações que foram adotadas para sua implementação prática. A implementação e os testes foram realizados considerando os subsistemas autônomos de um sistema flexível de montagem que emula um SP disperso. Os estudos, análises e testes realizados foram fundamentais para adquirir maior experiência prática relacionado a concepção, projeto, implementação e operação de arquiteturas de controle distribuído aplicadas a SPs dispersos. / The markets are becoming independent of geographic and industry have sought new configurations of productive systems, from centralized structures to distributed structures, shifting their production plants to countries with energy reserves and low operating costs. To allow the coordination and management of this type of dispersed productive system, takes advantage of advances in mechatronics and information technologies, which allow greater cooperation between parts of the system and among stakeholders (customers, operators, administrators, etc.) involved. Each part of disperse productive system, that is also a productive system, has its own level of operational autonomy. This type of system presents new problems of integration and coordination of components that must be overcome to achieve effective implementation. The lack of data from tests already carried out with distributed structures hinders the practical development of disperse productive systems. This work initially adopts a control architecture for negotiation between users of a disperse productive system. For the implementation of the architecture were developed computational models exploring the potential of Petri networks (PN) and the production flow schema (PFS) to systematize the construction of models. For the analysis of models based on the PN properties we evaluated the control architecture and established the specifications that were used for its practical implementation. The implementation and the tests were performed considering the autonomous subsystems of a flexible mounting system that emulates a disperse productive system. The studies, analysis and tests were essential to acquire more practical experience related to conception, design, implementation and operation of distributed control architectures applied to disperse productive systems.

Supondo-se que os robôs coexistirão conosco num futuro próximo, é então evidente a necessidade de Arquiteturas de Controle Inteligentes voltadas para a Interação Humano-Robô. Portanto, este trabalho desenvolveu uma Organização de Arquitetura de Controle Inteligente comportamental, cujo objetivo principal é permitir que o robô interaja com as pessoas de maneira intuitiva e que motive a colaboração entre pessoas e robôs. Para isso, um módulo emocional sintético, embasado na teoria bidimensional de emoções, foi integrado para promover a adaptação dos comportamentos do robô, implementados por Esquemas Motores, e a comunicação de seu estado interno de modo inteligível. Esta Organização subsidiou a implantação da Arquitetura de Controle em uma aplicação voltada para a área assistencial da saúde, consistindo, destarte, em um estudo de caso em robótica social assistiva como ferramenta auxiliar para educação especial. Os experimentos realizados demonstraram que a arquitetura de controle desenvolvida é capaz de atender aos requisitos da aplicação, conforme estipulado pelos especialistas consultados. Isto posto, esta tese contribui com o projeto de uma arquitetura de controle capaz de agir mediante a avaliação subjetiva baseada em crenças cognitivas das emoções, o desenvolvimento de um robô móvel de baixo-custo, e a elaboração do estudo de caso em educação especial. / Assuming that robots will coexist with humans in the near future, it is conspicuous the need of Intelligent Control Architectures suitable for Human-Robot Interaction. Henceforth, this research has developed a behavioral Control Architecture Organization, whose main purpose is to allow the intuitive interaction of robot and people, thus fostering the collaboration between them. To this end, a synthetic emotional module, based on the Circumplex emotion theory, promoted the adaptation of the robot behaviors, implemented using Motor Schema theory, and the communication of its internal state. This Organization supported the adoption of the Control Architecture into an assistive application, which consists of the case study of assistive social robots as an auxiliary tool for special education. The experiments have demonstrated that the developed control architecture was able to meet the requirements of the application, which were conceived according to the opinion of the consulted experts. Thereafter, this thesis contributes with the design of a control architecture that is able to act upon the subjective evaluation based on cognitive beliefs of emotions, the development of a low-cost mobile robot, and the development of the case study in special education.

Supondo-se que os robôs coexistirão conosco num futuro próximo, é então evidente a necessidade de Arquiteturas de Controle Inteligentes voltadas para a Interação Humano-Robô. Portanto, este trabalho desenvolveu uma Organização de Arquitetura de Controle Inteligente comportamental, cujo objetivo principal é permitir que o robô interaja com as pessoas de maneira intuitiva e que motive a colaboração entre pessoas e robôs. Para isso, um módulo emocional sintético, embasado na teoria bidimensional de emoções, foi integrado para promover a adaptação dos comportamentos do robô, implementados por Esquemas Motores, e a comunicação de seu estado interno de modo inteligível. Esta Organização subsidiou a implantação da Arquitetura de Controle em uma aplicação voltada para a área assistencial da saúde, consistindo, destarte, em um estudo de caso em robótica social assistiva como ferramenta auxiliar para educação especial. Os experimentos realizados demonstraram que a arquitetura de controle desenvolvida é capaz de atender aos requisitos da aplicação, conforme estipulado pelos especialistas consultados. Isto posto, esta tese contribui com o projeto de uma arquitetura de controle capaz de agir mediante a avaliação subjetiva baseada em crenças cognitivas das emoções, o desenvolvimento de um robô móvel de baixo-custo, e a elaboração do estudo de caso em educação especial. / Assuming that robots will coexist with humans in the near future, it is conspicuous the need of Intelligent Control Architectures suitable for Human-Robot Interaction. Henceforth, this research has developed a behavioral Control Architecture Organization, whose main purpose is to allow the intuitive interaction of robot and people, thus fostering the collaboration between them. To this end, a synthetic emotional module, based on the Circumplex emotion theory, promoted the adaptation of the robot behaviors, implemented using Motor Schema theory, and the communication of its internal state. This Organization supported the adoption of the Control Architecture into an assistive application, which consists of the case study of assistive social robots as an auxiliary tool for special education. The experiments have demonstrated that the developed control architecture was able to meet the requirements of the application, which were conceived according to the opinion of the consulted experts. Thereafter, this thesis contributes with the design of a control architecture that is able to act upon the subjective evaluation based on cognitive beliefs of emotions, the development of a low-cost mobile robot, and the development of the case study in special education.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:05:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3569.pdf: 2552721 bytes, checksum: b67cadf34336e157d59bd554dfc7534e (MD5) Previous issue date: 2006-05-29 / An Automated Manufacturing System (AMS) is a production system where a discrete number of raws is processed and assembled by controlled machines and/or robots. Controlling AMS is a complex task, due to the several sub-systems that compose it and the need for attending strategic production issues and market. The AMS control complexity increases with the necessity of production and technologic resources. The studies related to AMS control normally consider specific features of the system. Some authors propose solutions considering architecture, some others consider approaches by modular nets, others consider mathematic analysis; and so, each study has its contribution in a specific point. This work considers a wider set of features related to the problem of modeling AMS control. It is presented different options of architecture, different ways to concern hierarchically about the problem, the use of Petri Nets as a way to represent graphically the problem conserving the mathematic formalisms, simulation, and the use of a graphic software that treat all the options before. The proposal of this work is indicate a modeling method for AMS control that considers all features related to its control. This method proposes eight elaboration stages of the model. The stands consider the elements in a specification level more generic and, gradually, they are more detailed. In some stands, simulations are applied with the objective of validate what has been modeled. The work ends with the application of the method to a hypothetic FMS. It is considered a production planning for five types of products in determined quantities. The method application is considered effective, since trough the simulation of the model, it can be verified that all the products are produced according to the production plan proposed and that eventual deadlocks and conflicts can be avoided. / Um sistema automático de manufatura (AMS) é um sistema de produção onde um número discreto de matérias-primas é processado e montado por máquinas controladas e/ou robôs. Fazer o controle de um AMS é uma tarefa complexa pela existência de vários subsistemas e elementos que o compõem, e também pela necessidade de responder a questões estratégicas de produção e mercado. A complexidade de controle de AMS aumenta com as necessidades de produção e recursos tecnológicos. Os trabalhos relativos a controle de AMS normalmente consideram características específicas do sistema. Alguns autores propõem soluções considerando a arquitetura, outros consideram abordagens por redes modulares, alguns consideram análise matemática; e assim, cada trabalho faz sua contribuição em um ponto mais especifico. Este trabalho busca considerar um conjunto mais abrangente de características inerentes ao problema de modelagem de controle de AMS. Nele são apresentadas várias abordagens inerentes às diversas características encontradas em um AMS. São mostradas diferentes opções de arquiteturas, formas diferentes de abordar hierarquicamente o problema, o uso de redes de Petri como forma de representar graficamente o problema conservando o formalismo matemático, simulação, e o uso de um software gráfico que contemple todas as opções anteriores. A proposta do trabalho é indicar um método de modelagem de AMS que considere as características inerentes ao seu controle. Este método propõe oito etapas de elaboração do modelo. As etapas consideram os elementos em um nível de especificação mais genérico e que, gradualmente, vão sendo mais detalhados. Em algumas etapas são feitas simulações no intuito de validar o que já tenha sido modelado. O trabalho chega ao fim com a aplicação do método de modelagem sobre um FMS hipotético. É considerado um planejamento da produção para cinco tipos de produtos em quantidades determinadas. A aplicação do método se mostra eficaz uma vez que, através da simulação do modelo, pode-se verificar que todos os produtos são fabricados conforme o plano de produção proposto e que eventuais deadlocks e conflitos podem ser evitados.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RicardoSB.pdf: 513523 bytes, checksum: a7e284b7570e2b02e306ed0d667aab6c (MD5) Previous issue date: 2008-01-25 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In this work, we present a hardware-software architecture for controlling the autonomous mobile robot Kapeck. The hardware of the robot is composed of a set of sensors and actuators organized in a CAN bus. Two embedded computers and eigth microcontroller based boards are used in the system. One of the computers hosts the vision system, due to the significant processing needs of this kind of system. The other computer is used to coordinate and access the CAN bus and to accomplish the other activities of the robot. The microcontroller-based boards are used with the sensors and actuators. The robot has this distributed configuration in order to exhibit a good real-time behavior, where the response time and the temporal predictability of the system is important. We adopted the hybrid deliberative-reactive paradigm in the proposed architecture to conciliate the reactive behavior of the sensors-actuators net and the deliberative activities required to accomplish more complex tasks / Neste trabalho ? apresentada uma arquitetura de hardware e software para controle do rob? m?vel aut?nomo Kapeck. O hardware do rob? Kapeck ? composto por um conjunto de sensores e atuadores organizados em um barramento de comunica??o CAN. Dois computadores embarcados e oito placas microcontroladas foram utilizadas no sistema. Um dos computadores foi utilizado para o sistema de vis?o, devido ? grande necessidade de processamento deste tipo de sistema. O outro computador foi utilizado para coordenar e acessar o barramento CAN e realizar as outras atividades do rob?. Placas microcontroladas foram utilizadas nos sensores e atuadores. O rob? possui esta configura??o distribu?da para um bom desempenho em tempo-real, onde os tempos de resposta e a previsibilidade temporal do sistema s?o importantes. Foi seguido o paradigma h?brido deliberativo-reativo para desenvolver a arquitetura proposta, devido ? necessidade de aliar o comportamento reativo da rede de sensores-atuadores com as atividades deliberativas necess?rias para realizar tarefas mais complexas

Made available in DSpace on 2015-03-05T13:53:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 28 / Nenhuma / Neste trabalho foi desenvolvido um sistema de controle robusto para robôs móveis autônomos que é capaz de operar e de se adaptar a diferentes ambientes e condições. Para isso foi proposta uma arquitetura de controle híbrida (COHBRA), integrando as duas principais técnicas de controle robótico (controle deliberativo e controle reativo). Esta arquitetura de controle utiliza uma abordagem de três camadas para integrar uma camada vital (controle reativo), uma camada funcional (seqüenciador) e uma camada deliberativa (controle deliberativo). A comunicação entre as diversas camadas é realizada através de uma área de memória compartilhada, inspirada na abordagem Blackboard. A arquitetura de controle possui um esquema de múltiplas representações internas do ambiente: representação poligonal, representação matricial e representação topológica / semântica. O sistema de controle desenvolvido tem a capacidade de navegar em um ambiente dinâmico, desviando tanto de obstáculos estáticos como de obstáculos móveis / In this work we developed a robust control system for autonomous mobile robots capable of operating and adapting in various environments and conditions. In order to accomplish this objective an hybrid control architecture (COHBRA) was proposed, integrating the two main techniques of robotic control: deliberative control and reactive control. This control architecture uses a three layers approach to integrate a vital layer (reactive control), a functional layer (sequencer) and a deliberative layer (deliberative control). The communication between the three layers uses a shared memory approach, inspired in the Blackboard approach. The control architecture has a structure of multiple internal representations of the environment: polygonal representation, matricial representation and topological/semantic representation. The control system has the ability to navigate in a dynamic environment, avoiding static obstacles and unexpected mobile obstacles. The deliberative layer uses the A* algorithm to calcu