O problema de roteamento do ônibus escolar (PROE), é um importante problema de ordem prática, estudado em otimização combinatória. É formulado através de um conjunto de paradas, frotas de ônibus, escolas e garagem, onde a partir destes conjuntos, busca-se criar rotas otimizadas visando a redução do custo operacional do serviço. Este trabalho apresenta duas grandes contribuições para a melhoria da solução do PROE, sendo elas, o desenvolvimento de um algoritmo baseado na metaheurística GRASP + 2-Opt, para a geração de rotas otimizadas, e um sistema de apoio a decisão para o PROE, com a utilização de funções do Google Maps v3, para proporcionar uma visualização ágil da atual situação do problema para o administrador do sistema, isto, através do uso de marcadores de localizações para paradas de ônibus, escolas e garagem. O sistema foi testado de duas formas. A primeira, com a utilização de instâncias de referência da literatura e a segunda com uma simulação de um ambiente do mundo real. Os resultados são comparados com os principais trabalho da literatura do problema, assim conseguindo gerar soluções com uma redução significativa na quantidade de ônibus utilizados, bem como no tempo de processamento para a geração das rotas. / The school bus routing problem (SBRP) is an important practical problem, studied in combinatorial optimization. It is formulated through a set of stops, bus fleets, schools and garage, where from these sets, we seek to create optimized routes in order to reduce the operating cost of the service. This work presents two great contributions to the improvement of SBRP solution, are the following, the development of an algorithm based on GRASP + 2-Opt, for generating optimal routes and a system decision support for the SBRP, with the use of Google Maps v3 functions, to provide a agile view of the current situation of the problem to the system administrator, through the use of marker locations for bus stops, schools and garage. The system was tested in two ways. First, with the use of benchmark instances the literature and the second with a simulation of a real-world environment. The results are compared with the main work problem literature, thus achieving generate solutions with a significant reduction in the number of buses used and the computational time for generating the route.

O presente trabalho abordou um problema de programação de embarcações que realizam o lançamento de dutos ou linhas de produção e a interligação destes à infra-estrutura submarina, em uma operação de exploração de petróleo offshore. As tarefas são realizadas por embarcações PLVs (pipe layer vessels), e possuem como atributos: duração, em dias; lista de embarcações compatíveis; instante de liberação; penalidade relacionada ao atraso na execução da tarefa. Este problema é uma variação da classe de problemas de programação de máquinas paralelas não-relacionadas, em que o objetivo é minimizar o atraso ponderado total. Este trabalho empregou como métodos de solução a meta-heurística GRASP com path relinking. Esta técnica foi implementada utilizando os recursos de processamento multi-threading, de forma a explorar múltiplas trajetórias simultaneamente. Testes foram feitos para comprovar o desempenho das heurísticas propostas, comparando-as com limitantes fornecidos pelo método geração de colunas. / This work addressed a fleet scheduling problem present in the offshore oil industry. Among the special purpose services one will find the pipe layer activities and its connection to the subsea infrastructure, accomplished by the Pipe Layer Vessels (PLV). The jobs are characterized by a release date, which reflects the expected arrival date of the necessary material at the port. There are compatibility constraints between job and vessel, so that some vessels may not be able to perform a certain job; the duration of the jobs can be differentiated by vessel and if a job is finished after its due date, a penalty is incurred. This is a variation of the unrelated parallel machine problem with total weighted tardiness objective function. This research employed a metaheuristic GRASP with Path Relinking, which have proved to be competitive and an effective solution strategy. This method was implemented in a multi-threading scheme allowing multiple paths to be explored simultaneously. Computational experiments were conducted, comparing solutions with bounds provided by linear column generation.

Research and development leading to the realisation of a fully autonomous and robust multi-fingered hand has been going on for three decades. Yet none can be found in an industrial application. This is largely because we do not fully understand the fundamental mechanics of multi-finger grasping. / This thesis is a study of the mechanics of multi-finger grasping, with particular attention being paid to applying the analysis to experimental co-operative motion tasks between a hand-arm system and grasped object. / Fine manipulation with multi-fingered robot hands is critically influenced by the capacity to achieve stable grasps. By exploring the fundamental mechanics involved, a method for establishing the stability of spatial four finger-contact grasps is obtained. This work examines both frictionless and frictional grasps in two and three dimensions and develops the stability requirements for grasping. The conditions for a stable grasp are expressed as simple equations relating the line coordinates of (i) transitory sliding actuator and (ii) the normal to the tangent plane at every contact location. This is achieved by using the principle of virtual work and a branch of statics known as astatics. / After specifying a grasp in terms of its contact locations and forces the object can be grasped. However, in general the configuration of the hand-arm combination will not be unique, as such a manipulator system has more than six degrees of freedom and is said to be super-abundant. The choice of appropriate shares taken by the arm and hand in delivering the manipulation task needs to be resolved. This can be done making use of a kinematic performance measure based on aligning the grip triangle with the hand line of symmetry and maximising the available manipulation range. The hand-arm combination can then be driven to this desired grasp enabling the manipulator to carry out the specified task effectively. A Salisbury hand and PUMA 760 robot arm are used to demonstrate these co-operative motion tasks. / All the experimental results are presented along with a detailed description of the implementation of a hierarchical robot controller system which incorporates force control of the PUMA 760.

This thesis investigates the questions of where to grasp and how to grasp a given object with an articulated robotic grasping device. To this end, aspects of grasp synthesis and hand motion planning and control are investigated. Grasp synthesis is the process of determining a palm pose with respect to the target object, as well as a hand joint configuration and/or grasp contact points such that a successful grasp execution is allowed. Existing methods tackling the grasp synthesis problem can be categorized in analytical and empirical approaches. Analytical approaches are based on geometric, kinematic and/or dynamic formulations, whereas empirical methods aim at mimicking human strategies.An overarching idea throughout this thesis is to circumvent the curse of dimensionality, which is inherent in high-dimensional planning problems, by incorporating empirical data in analytical approaches. To this end, tools from the field of constrained optimization are used (i) to synthesize grasp families based on available prototype grasps, (ii) to incorporate heuristics capturing human grasp strategies in the grasp synthesis process and (iii) to encode demonstrated grasp motions in primitive motion controllers.The first contribution is related to the computation and analysis of grasp families which are represented as Independent Contact Regions (ICR) on a target object’s surface. To this end, the well-known concept of the Grasp Wrench Space for a single grasp is extended to be applicable for a set of grasps. Applications of ICR include grasp qualification by capturing the robustness of a grasp to position inaccuracies and the visual guidance of a demonstrator in a teleoperating scenario. In the second main contribution of this thesis, it is shown how to reduce the grasp solution space during the synthesis process by accounting for human approach strategies. This is achieved by imposing appropriate constraints to a corresponding optimization problem. A third contribution in this dissertation is made to reactive motion planning. Here, primitive controllers are synthesized by estimating the free parameters of corresponding dynamical systems from multiple demonstrated trajectories. The approach is evaluated on an anthropomorphic robot hand/arm platform. Also, an extension to a Model Predictive Control (MPC) scheme is presented which allows to incorporate state constraints for auxiliary tasks such as obstacle avoidance.

Resumo: Neste trabalho a metaheurística GRASP é utilizada para resolver o problema de reconfiguração de sistemas de distribuição de energia elétrica modelado como um problema de programação não linear binário misto. O objetivo é minimizar as perdas de potência ativa do sistema sujeito a restrições físicas e operacionais do sistema de distribuição. As variáveis binárias do problema representam a abertura e/ou fechamento de chaves de interconexão existentes nos ramos do sistema e as variáveis contínuas representam as tensões nodais e ângulos das tensões nodais. Na metodologia utilizada todas as chaves de interconexão do sistema de distribuição estão fechadas no início do processo e a cada passo da fase construtiva do GRASP um ramo é desconectado do sistema e um fluxo de carga é resolvido. Na fase de melhoria, tendo em vista que a solução da fase construtiva é um sistema radial, foi utilizado a cada iteração um fluxo de carga especializado para sistemas radiais. Para garantir que o sistema de distribuição opere de forma radial, foi introduzido na metodologia de solução uma rotina na qual é verificada a formação de laços e a conectividade do sistema em cada iteração das fases de construção e de melhoria local. São apresentados testes realizados utilizando os sistemas de 14, 33, 84,119 e 136 barras para avaliar a eficiência e robustez da metodologia proposta. Os resultados obtidos foram comparados aos resultados encontrados na literatura com o objetivo de validar a proposta deste trabalho / Abstract: In this work the GRASP is used to solve the problem of reconfiguring systems for electricity distribution modeled as a nonlinear programming problem of binary mixture. The goal is to minimize the power losses of the system subject to physical constraints and operating the distribution system. The problem of binary variables represents the opening and/or closing braces interconnecting branches existing in the system and the continuous variables represent the nodal voltages and angles of nodal voltages. In the methodology used to interconnect all the keys of the distribution system are closed at the beginning of the process and every step of the constructive phase of GRASP a branch is disconnected from the system and a load flow is solved. In the improvement phase, given that the solution of the constructive phase is a radial system was used at each iteration a load flow for radial systems specialist. To ensure that the distribution system operates in a radial manner, was introduced into the solution methodology is a routine in which verified the formation of linkages and connectivity of the system in each iteration of the phases of construction and local improvement. Tests are presented using the systems 14, 33, 84, 119 and 136 bus to evaluate the efficiency and robustness of the proposed methodology. The results were compared to results from the literature in order to validate the proposal of this work / Orientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Coorientador: Marina Lavorato de Oliveira / Banca: Marcos Julio Rider Flores / Banca: Eduardo Nobuhiro Asada / Mestre

Orientador: Jose Roberto Sanches Mantovani / Banca: Antonio Padilha Feltrin / Banca: Roberto Cayetano Lotero / Resumo: Neste trabalho propõe-se um algoritmo para a restauração de redes de distribuição de energia elétrica em tempo real baseado na meta-heurística GRASP (Greed Randomized Adaptative Search Procedure) considerando a inserção de geradores distribuídos. O problema é modelado como não linear inteiro misto e considera os dois principais objetivos da restauração de redes de distribuição: minimizar número de consumidores sem fornecimento de energia elétrica e o número de chaveamentos. O algoritmo desenvolvido a partir da metodologia proposta foi implementado em linguagem de programação C++ e testado em um sistema real de distribuição de grande porte. A partir dos resultados obtidos verificou-se o bom desempenho do algoritmo, tanto em termos de robustez quanto em desempenho computacional, ao encontrar um conjunto de soluções factíveis e de boa qualidade, dentro de um tempo computacional considerado adequado para o problema de restauração / Abstract: This work proposes a methodology to distribution power system restoration considering distributed generators installed on the system. The methodology is based on GRASP (Greed Randomized Adaptive Search Procedure) metaheuristic and the restoration problem is established as nonlinear mixed-integer taking account two mainly goals: minimizing both the number of consumers without supply and the number of switching. The algorithm based on proposed methodology is implemented in C++ programming language and tested using a bulk real-life distribution power system. The results show the methodology is able to provide a set of feasible and good quality solutions in a suitable time for the restoration problem / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-02-18Bitstream added on 2014-06-13T18:49:30Z : No. of bitstreams: 1 biscaro_aap_me_ilha.pdf: 1057545 bytes, checksum: feb928c10ad58cb9fc7bef33003e6afc (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Neste trabalho é proposta uma técnica de otimização para alocar medidores dispersos de tensão em alimentadores radiais aéreos de distribuição baseada na metaheurística Greedy Randomized Adaptive Search Procedure (GRASP), com o objetivo de melhorar o desempenho de algoritmos de localização de faltas que utilizam informações esparsas de tensão e, simultaneamente, fazer o controle em tempo real do nível de tensão do alimentador operando sob diferentes cenários. No modelo de programação proposto para alocar os medidores considera-se a natureza estocástica das variáveis envolvidas no problema relacionado com o estudo de contingências em sistemas de energia elétrica, ou seja: carregamento dos transformadores da rede no instante de ocorrência da falta, impedância de falta, probabilidade de falhas e erros de medição dos medidores dispersos de tensão, probabilidade de ocorrer qualquer um dos tipos de faltas possíveis, entre outros. O modelo da função objetivo contempla a localização de faltas com boa precisão para qualquer algoritmo que utiliza medições esparsas de tensão e os menores valores de magnitudes de tensão no alimentador, operando em condições normais ou sob contingências. Apresentam-se resultados de testes com a metodologia proposta para dois alimentadores reais de distribuição de energia elétrica. O primeiro alimentador é de médio porte, tensão nominal de 13,8 kV e possui 134 barras. O segundo alimentador é de grande porte, tensão nominal de 11,4 kV e possui 3287 barras. / This work proposes an optimization technique to allocate voltage measurement devices on radial overhead electric power distribution feeders based on Greedy Randomized Adaptive Search Procedure (GRASP) metaheuristic, aiming at improving the performance of algorithms for fault location using sparse voltage information, while making the real time control of the feeder’s operating voltage under different scenarios. The proposed programming model to allocate the devices considers the nature of the stochastic variables involved in the problem with the study of contingencies in electric power systems: loading of the network transformers at time of occurrence of failure, fault impedance, probability of failures and errors of measurement of dispersed voltage devices, likelihood that any of the possible types of faults occur, among others. The model's objective function includes the faults location procedure with good precision for any algorithm that uses sparse measurements of voltage and the lowest values of the magnitudes of voltage feeder, operating under normal conditions or contingencies. Test results with the proposed methodology applied to simulated data of two real life feeders are presented. The first feeder is medium size, rated voltage of 13.8 kV and has 134 bars. The second feeder is large, rated voltage of 11.4 kV and has 3287 bars.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:36:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2138461 bytes, checksum: b91d7f14f64fd9d32fd38aee2b19b970 (MD5) Previous issue date: 2010-07-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work approaches the problem of the tasks scheduling (Job Shop Scheduling) through the combination of the GRASP and Tabu Search metaheuristics. The study consists of using the GRASP (Greedy Randomized Adaptive Search Procedure) in the construction phase of the initial solution, suggesting for that, a specific procedure based on Coffman Gramah algorithm. However, such procedure was the great differential in this study, since it offers an initial solution qualitatively better, what allows the reduction of the local search time, where it was utilized the Tabu Search metaheuristic in the local search phase, which provided best results when it was compared with other metaheuristics that have the same structural base. The combination GRASP and Tabu Search were evaluated under two differentiated implementations, being one with Tabu Search in its form more simplified and another one with Tabu Search developing a process of optimized search, using an aditional mathematical model, which demonstrated great advancements in relation at processing time and the obtained results. The computational results, when compared with the existing ones in literature, they had shown that GRASP and Tabu Search combination are capable to produce good solutions. / Este trabalho aborda o problema de escalonamento de tarefas (Job Shop Scheduling) através da combinação das metaheurísticas GRASP e Busca Tabu. O estudo consiste em utilizar o GRASP na fase de construção da solução inicial, sugerindo, para tanto, um procedimento específico baseado no algoritmo de Coffman Gramah. Tal procedimento foi o grande diferencial deste trabalho, visto que oferece uma solução inicial qualitativamente superior, permitindo a redução do tempo de busca local, onde foi utilizada a metaheurística Busca Tabu, a qual demonstrou proporcionar melhores resultados, comparando-se com outras metaheurísticas que seguem a mesma base estrutural. A combinação GRASP e Busca Tabu foi avaliada sob duas implementações diferenciadas, sendo uma com a Busca Tabu em sua forma mais simplificada e outra com a Busca Tabu desenvolvendo um processo de busca otimizada com o auxílio de um modelo matemático , a qual demonstrou grandes progressos quanto ao tempo de processamento e a obtenção de resultados. Os resultados computacionais obtidos, quando comparados com os existentes na literatura, mostraram que a combinação GRASP e Busca Tabu é capaz de produzir boas soluções.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:36:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 13060370 bytes, checksum: d278616bda56ec354853e6497ba88f41 (MD5) Previous issue date: 2012-08-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The arrival of Digital TV has brought the possibility to broadcasters create interactive programs. For this, applications should be sent to the TV station via the standard DSMCC carousel. This standard enables data to be sent cyclically, so that any time you turn on the TV, it can receive all data transmitted. However, the way each interactive application will be available on the carousel has an impact on the users waiting time. The carousel can be modified to prioritize some applications, and so give more satisfaction to most users and also increase the profits of the station. It is not been defined yet a model of how to handle the priority of applications. Current work suggests an innovative business model, seeking to satisfy users, the broadcaster and the contractor.With the priorities of the applications, a new problem arises, termed here as the Download Time Variability Problem (DTVP). It defines the way that the carousel should be created to minimize the users waiting times. This is a difficult problem, which makes the use of exact techniques unapplicable for large instances. The paper proposes the use of GRASP and ILS metaheuristics to solve the problem. / A chegada da TV Digital trouxe consigo a possibilidade de criação de programas interativos por parte das emissoras. Para isso, aplicativos para TV devem ser enviados pela emissora através do padrão Carrossel DSM-CC. Esse padrão permite que os dados sejam enviados de forma cíclica, a fim de que a qualquer momento que o usuário ligue a TV, o mesmo possa receber todos os dados transmitidos. Porém, a forma com que cada aplicativo interativo vai estar disponível no carrossel tem um impacto no tempo de espera do usuário. O carrossel pode ser modificado de forma a priorizar algumas aplicações, e assim dar maior satisfação a maioria dos usuários e também aumentar o lucro da emissora. Ainda não existe um modelo definido de como tratar a prioridade das aplicações. O trabalho corrente sugere um modelo de negócio inovador, buscando satisfazer os usuários, a emissora e a empresa contratante. Com as prioridades das aplicações, surge um novo problema, denominado neste trabalho como o Problema da Variabilidade do Tempo de Download (PVTD). Ele trata da forma com que o carrossel deve ser gerado para minimizar o atraso no download das aplicações. Isso é um problema difícil, o que inviabiliza a utilização de técnicas exatas para grandes instâncias. O trabalho propõe a utilização das metaheurísticas GRASP e ILS para solucionar o problema.

O presente trabalho abordou um problema de programação de embarcações que realizam o lançamento de dutos ou linhas de produção e a interligação destes à infra-estrutura submarina, em uma operação de exploração de petróleo offshore. As tarefas são realizadas por embarcações PLVs (pipe layer vessels), e possuem como atributos: duração, em dias; lista de embarcações compatíveis; instante de liberação; penalidade relacionada ao atraso na execução da tarefa. Este problema é uma variação da classe de problemas de programação de máquinas paralelas não-relacionadas, em que o objetivo é minimizar o atraso ponderado total. Este trabalho empregou como métodos de solução a meta-heurística GRASP com path relinking. Esta técnica foi implementada utilizando os recursos de processamento multi-threading, de forma a explorar múltiplas trajetórias simultaneamente. Testes foram feitos para comprovar o desempenho das heurísticas propostas, comparando-as com limitantes fornecidos pelo método geração de colunas. / This work addressed a fleet scheduling problem present in the offshore oil industry. Among the special purpose services one will find the pipe layer activities and its connection to the subsea infrastructure, accomplished by the Pipe Layer Vessels (PLV). The jobs are characterized by a release date, which reflects the expected arrival date of the necessary material at the port. There are compatibility constraints between job and vessel, so that some vessels may not be able to perform a certain job; the duration of the jobs can be differentiated by vessel and if a job is finished after its due date, a penalty is incurred. This is a variation of the unrelated parallel machine problem with total weighted tardiness objective function. This research employed a metaheuristic GRASP with Path Relinking, which have proved to be competitive and an effective solution strategy. This method was implemented in a multi-threading scheme allowing multiple paths to be explored simultaneously. Computational experiments were conducted, comparing solutions with bounds provided by linear column generation.