O adequado deslocamento autônomo de robôs móveis entre fileiras de cultura agrícola implica a apropriada configuração estrutural do veículo, bem como considerar a detecção das filas de plantas ou árvores, e também o desenvolvimento de um sistema de controle de locomoção. Esta tese apresenta o desenvolvimento de um sistema de controle em malha fechada baseado na técnica de otimização H∞, que é aplicado no deslocamento entre fileiras de plantio de um robô móvel agrícola em escala reduzida. Mais especificamente, o foco deste trabalho é o seguimento de caminhos na cultura através da aplicação de técnicas de controle robusto. Duas questões foram fundamentais na elaboração da tese: 1) \"Quais são os métodos e procedimentos necessários para implementar a navegação autônoma de um protótipo de robô móvel entre fileiras de cultura agrícola?\" e, 2) \"É possível aplicar os conceitos relativos a sistemas de controle em malha fechada para solucionar o problema da navegação autônoma do robôs móveis entre fileiras de cultura agrícola?\". Primeiramente é apresentada uma revisão bibliográfica sobre robôs móveis agrícolas que tem locomoção baseada em rodas. Posteriormente, os conceitos relacionados com o projeto de controle baseado na técnica de otimização H∞ são fundamentados. Em seguida, são descritos os detalhes relacionados com a construção da plataforma robótica proposta, o projeto do controlador de caminho, as respectivas simulações e as especificações para a realização de testes em ambiente agrícola. Finalmente os resultados alcançados são apresentados. Conclui-se que o sistema de controle proposto se mostrou efetivo na realização da navegação autônoma do robô entre as fileiras da cultura previamente configuradas para a avaliação do seu desempenho. / Appropriate autonomous navigation of mobile robots between crop rows implies, besides appropriate structural configuration, considering detection of plants or trees in rows, as well as the development of a locomotion control system. Consequently, this thesis presents the development of a closed loop control system based on H∞ optimization technique, which is applied to control the navigation of a low scale car-like mobile robot between crop rows; more specifically, main focus of this work is tracking paths in the culture, by the application of robust control techniques. Two questions were fundamental in the development of the thesis: 1) which are the methods and procedures to implement the autonomous navigation of a mobile robot prototype between crop rows? And 2) is it possible to apply the concepts of closed-loop control systems to solve the problem of autonomous navigation of mobile robots between crop rows? Firstly, we provide a literature review on agricultural mobile robots whose mobility depends on wheels. Secondly, control systems design fundamentals based on the H∞ optimization technique are addressed. Thirdly, details related to the construction of the proposed robotic platform and also the design of the proposed path controller (including its simulation and specifications for testing within an agricultural environment) are described. Finally, results of our findings are presented. It is concluded that our control system showed to be effective in the realization of autonomous navigation between crop rows in agricultural environment, which was properly configured in order to evaluate the performance of our robot.

Nas últimas décadas, a indústria automobilística mundial vem investindo no desenvolvimento tecnológico dos motores, com o objetivo de alcançar melhor eficiência energética e atender às legislações que limitam a quantidade de resíduos tóxicos nos gases de exaustão e menor consumo de combustível. Isso resultou na implantação dos sistemas de gerenciamento eletrônico do motor, que possibilitam funcionalidades para se controlar diversas variáveis do motor, aumentando consideravelmente o rendimento do motor. Este trabalho tem como objetivos explorar a dinâmica de um motor de combustão interna ciclo Otto, os sinais elétricos associados, e os componentes de seu gerenciamento eletrônico. A partir dessas informações, o trabalho apresenta o processo de analise dos sinais elétricos e as estratégias de controle utilizadas em um sistema de gerenciamento real. Assim, são desenvolvidos o hardware e o firmware de uma unidade microcontroladora para gerenciamento eletrônico do motor. O hardware foi elaborado com uma concepção centralizada, ou seja, foi usado apenas um microcontrolador de 32-bit para gerenciar todas as funções. O firmware de controle foi desenvolvido de forma modular baseado em modelos de malha fechada. O modelo matemático do motor foi identificado utilizando técnicas de controle em um veículo real, e a avalidação do modelo foi obtida através de testes em um dinamômetro inercial. / In the last few decades, the world automotive industry has invested in the technological development of the engines, aiming to get better energetic efficiency and comply with legislations that limit the amount of toxic exhaustion gases. This resulted in electronic management systems for engines, which allowed flexibility to control several engine-related variables, considerably increasing the engine efficiency. This work aims to explore the Otto cycle combustion engine dynamics, its electronic signals, and the elements of its electronic management. Based on that information, this work presents the analysis process of the electronic signals, and the control strategies used in a real management system. Then, the hardware and firmware of a microcontroller unity are developed for the electronic management of the engine. The hardware was elaborated with a centralized concept, i.e., only one 32-bit microcontroller was used to control all functions. The control firmware was developed in a modular scheme, based on the closed loop models. The engine mathematical model was identified using control techniques in a real engine. The results were obtained by tests in an inertial dynamometer.

The Internet is one of the greatest innovations ever created by mankind, and it is a technical trend that has moved into industries to facilitate automation, supervision and management in the form of IoT devices. These devices are designed to be extremely lightweight and operate in low-power and lossy networks, and therefore run a low duty cycle and CPU-clock frequency to reserve battery life. Fog nodes are located on site to minimize network delay and provide centralized processing to handle data from hundreds of connected devices in wireless sensor networks. This is the future of industrial automation. Our goal is to show the functionality of an industrial IoT network within the scope of Fog computing by implementing a closed-loop control system in Cooja. Performance evaluations considered network reliability in terms of packet delivery ratio and timeliness. We assume that wireless IoT devices are running RPL routing (one of the most common standard routing protocols for IoT applications). We implement a mobility controller at the Fog-server in order to collect measurements made by the Fog nodes and send commands to IoT devices. In this thesis work, we assume that the commands are related to the mobility pattern of mobile node (e.g. AGVs in industrial automation) in order to avoid collision. From the simulation results we can conclude that sampling rates and node density have a greater impact on performance compared to payload size. We cannot be sure that our results reflect what a real-world evaluation would imply as we are running an emulation software, even though it has a very realistic physical layer. We do however believe that with substantial testing and improvements to both Cooja and our implementation, an accurate representation can be accomplished and algorithms in Cooja can be moved to real-world implementations.

O adequado deslocamento autônomo de robôs móveis entre fileiras de cultura agrícola implica a apropriada configuração estrutural do veículo, bem como considerar a detecção das filas de plantas ou árvores, e também o desenvolvimento de um sistema de controle de locomoção. Esta tese apresenta o desenvolvimento de um sistema de controle em malha fechada baseado na técnica de otimização H∞, que é aplicado no deslocamento entre fileiras de plantio de um robô móvel agrícola em escala reduzida. Mais especificamente, o foco deste trabalho é o seguimento de caminhos na cultura através da aplicação de técnicas de controle robusto. Duas questões foram fundamentais na elaboração da tese: 1) \"Quais são os métodos e procedimentos necessários para implementar a navegação autônoma de um protótipo de robô móvel entre fileiras de cultura agrícola?\" e, 2) \"É possível aplicar os conceitos relativos a sistemas de controle em malha fechada para solucionar o problema da navegação autônoma do robôs móveis entre fileiras de cultura agrícola?\". Primeiramente é apresentada uma revisão bibliográfica sobre robôs móveis agrícolas que tem locomoção baseada em rodas. Posteriormente, os conceitos relacionados com o projeto de controle baseado na técnica de otimização H∞ são fundamentados. Em seguida, são descritos os detalhes relacionados com a construção da plataforma robótica proposta, o projeto do controlador de caminho, as respectivas simulações e as especificações para a realização de testes em ambiente agrícola. Finalmente os resultados alcançados são apresentados. Conclui-se que o sistema de controle proposto se mostrou efetivo na realização da navegação autônoma do robô entre as fileiras da cultura previamente configuradas para a avaliação do seu desempenho. / Appropriate autonomous navigation of mobile robots between crop rows implies, besides appropriate structural configuration, considering detection of plants or trees in rows, as well as the development of a locomotion control system. Consequently, this thesis presents the development of a closed loop control system based on H∞ optimization technique, which is applied to control the navigation of a low scale car-like mobile robot between crop rows; more specifically, main focus of this work is tracking paths in the culture, by the application of robust control techniques. Two questions were fundamental in the development of the thesis: 1) which are the methods and procedures to implement the autonomous navigation of a mobile robot prototype between crop rows? And 2) is it possible to apply the concepts of closed-loop control systems to solve the problem of autonomous navigation of mobile robots between crop rows? Firstly, we provide a literature review on agricultural mobile robots whose mobility depends on wheels. Secondly, control systems design fundamentals based on the H∞ optimization technique are addressed. Thirdly, details related to the construction of the proposed robotic platform and also the design of the proposed path controller (including its simulation and specifications for testing within an agricultural environment) are described. Finally, results of our findings are presented. It is concluded that our control system showed to be effective in the realization of autonomous navigation between crop rows in agricultural environment, which was properly configured in order to evaluate the performance of our robot.

Nas últimas décadas, a indústria automobilística mundial vem investindo no desenvolvimento tecnológico dos motores, com o objetivo de alcançar melhor eficiência energética e atender às legislações que limitam a quantidade de resíduos tóxicos nos gases de exaustão e menor consumo de combustível. Isso resultou na implantação dos sistemas de gerenciamento eletrônico do motor, que possibilitam funcionalidades para se controlar diversas variáveis do motor, aumentando consideravelmente o rendimento do motor. Este trabalho tem como objetivos explorar a dinâmica de um motor de combustão interna ciclo Otto, os sinais elétricos associados, e os componentes de seu gerenciamento eletrônico. A partir dessas informações, o trabalho apresenta o processo de analise dos sinais elétricos e as estratégias de controle utilizadas em um sistema de gerenciamento real. Assim, são desenvolvidos o hardware e o firmware de uma unidade microcontroladora para gerenciamento eletrônico do motor. O hardware foi elaborado com uma concepção centralizada, ou seja, foi usado apenas um microcontrolador de 32-bit para gerenciar todas as funções. O firmware de controle foi desenvolvido de forma modular baseado em modelos de malha fechada. O modelo matemático do motor foi identificado utilizando técnicas de controle em um veículo real, e a avalidação do modelo foi obtida através de testes em um dinamômetro inercial. / In the last few decades, the world automotive industry has invested in the technological development of the engines, aiming to get better energetic efficiency and comply with legislations that limit the amount of toxic exhaustion gases. This resulted in electronic management systems for engines, which allowed flexibility to control several engine-related variables, considerably increasing the engine efficiency. This work aims to explore the Otto cycle combustion engine dynamics, its electronic signals, and the elements of its electronic management. Based on that information, this work presents the analysis process of the electronic signals, and the control strategies used in a real management system. Then, the hardware and firmware of a microcontroller unity are developed for the electronic management of the engine. The hardware was elaborated with a centralized concept, i.e., only one 32-bit microcontroller was used to control all functions. The control firmware was developed in a modular scheme, based on the closed loop models. The engine mathematical model was identified using control techniques in a real engine. The results were obtained by tests in an inertial dynamometer.