[pt] A crescente demanda por sistemas de transporte autônomos e inteligentes exige o desenvolvimento de técnicas avançadas de controle e estimativa, visando garantir operações seguras e eficientes. Devido à natureza não linear da dinâmica veicular e seus fenômenos característicos, os métodos clássicos de estimativa e controle podem não alcançar resultados adequados, o que incentiva a pesquisa de novos algoritmos. Por algumas contribuições, a primeira parte deste trabalho trata de algoritmos de estimação, tanto para identificação de parâmetros invariantes no tempo, quanto para estimação de estados e parâmetros variantes no tempo. Especial destaque é dados aos algoritmos de Estimação de Estados por Horizonte Móvel (MHSE), que se apresenta como robusto e preciso, devido ao problema de otimização com restrição em que se baseia. Este algoritmo é avaliado em dinâmica longitudinal de veículos, para estimativa de deslizamento longitudinal e coeficiente de atrito pneu-estrada. Apesar de sua eficiência, o alto custo computacional torna necessária a busca por alternativas sub-ótimas, e o emprego de Redes Neurais que mapeiam os resultados da otimização é uma solução promissora, que é tratada como Estimação por Horizonte Móvel com Redes Neurais (NNMHE). O NNMHE é avaliado em uma estimativa do estado de carga (SOC) de baterias para veículos elétricos, demonstrando, através de dados experimentais, que o NNMHE emula com precisão o problema de otimização e a literatura indica sua aplicação efetiva em hardwares embarcados. Por fim, é apresentada uma contribuição sobre o controle preditivo baseado em modelo não linear (NMPC). É proposto e avaliado seu uso compondo uma nova estrutura de controle hierárquica para veículos elétricos com motores independentes nas rodas, através do qual é possível controlar adequadamente o veículo em tarefas de rastreamento de velocidade e trajetória, com reduzido esforço computacional. O controle é avaliado usando dados experimentais de pneus obtidos, que aproximam a simulação de situações reais. / [en] The rising demand of autonomous and intelligent transportation systems requires the development of advanced control and estimation techniques, aiming to ensure safety and efficient operations. Due to the nonlinear nature of vehicle dynamics and its characteristic phenomena, classical estimation and control methods may not achieve adequate results, which encourages the research of novel algorithms. By some contributions, the first part of this work deals with estimation algorithms, both for identification of time invariant parameters and for estimation of states and time varying parameters. Special emphasis is given to Moving-Horizon State Estimation (MHSE), which is presented to be robust and accurate, due to the constrained optimization problem on which it is based. This algorithm is evaluated in vehicle longitudinal dynamics, for slip and tire-road friction estimation. Despite its efficiency, the high computational cost makes it necessary to search for suboptimal alternatives, and the employ of a Neural Networks that maps the optimization results is a promising solution, which is treated as Neural Networks Moving-Horizon Estimation (NNMHE). The NNMHE is evaluated on a state-of-charge (SOC) estimation of batteries for electric vehicles, demonstrating, through experimental data, that the NNMHE emulates accurately the optimization problem, and the literature indicates its effectively application on embedded hardware. Finally, a contribution about Nonlinear Model-based Predictive Control (NMPC) is presented. It is proposed and evaluated its use compounding a novel hierarchical control framework for electric vehicles with independent in-wheel motors, through which it is possible to adequately control the vehicle on velocity and path tracking tasks, with reduced computational effort. The control is evaluated using experimental obtained tire data, which approaches the simulation to real situations.

[pt] Nos últimos anos, os avanços mais recentes em robótica e suas aplicações têm sido usados para reduzir a carga de trabalho e os requisitos de mão-de-obra, melhorando o ambiente, a saúde e a segurança, particularmente nos sistemas de produção agrícola. Robôs autônomos fazem parte de tal inovação tecnológica e os robôs móveis com esteiras, em particular, têm sido amplamente utilizados em campos agrícolas em todo o mundo, já que suas esteiras proporcionam uma grande área de contato em solos úmidos e terrenos irregulares, evitando que o robô fique preso e melhorando a sua mobilidade. Neste trabalho, aborda-se a modelagem e o controle de robôs móveis com esteiras (Tracked Mobiler Robots, TMRs) para executar tarefas de vigilância em campos agrícolas. A metodologia proposta considera que o modelo cinemático do TMR são incertos devido ao escorregamento inerente entre as esteiras e o terreno. Para lidar com as incertezas de modelagem e perturbações externas, utiliza-se uma estratégia de controle robusto baseada na abordagem de modos deslizantes. Uma interface de usuário móvel (Mobile User Interface, MUI) baseada no sistema operacional Android é desenvolvida para controlar o robô movél com esteiras de forma manual ou autônoma. A partir da MUI, o operador humano pode visualizar as informações capturadas de sensores externos e internos. Simulações numéricas em MATLAB são realizadas para verificar o desempenho do controladores, bem como validar o modelo cinemático do robô, em diferentes configurações iniciais. / [en] In recent years, the latest advances in robotics and its applications have been used to reduce the workload and manpower requirements, improving the environment, health and safety (EHS) conditions, particularly in agricultural production and farming systems. Autonomous robots are part of such technological innovation and Tracked Mobile Robots (TMRs), in particular, have being widely used on agricultural fields around the world, since their tracks provide a large contact area on the wet soils and irregular terrains avoiding the robot to get stuck. In this work, we address the modeling and control design of tracked mobile robots (TMRs) able to perform surveillance tasks in agricultural fields. The proposed methodology considers that the kinematic models of the TMRs are both uncertain due to the inherent slippage between the tracks and the terrain. To deal with the modeling uncertainties and external disturbances, we use the sliding mode control (SMC) approach. A Mobile User Interface (MUI) based on Android operating system. is developed to control the TMR manually or autonomously. By using the MUI the human operator can visualize the information captured from external and internal sensors. Numerical simulations in MATLAB are carried out to verify the performance of the controller as well as validate the robot kinematic model under different configurations.

[pt] O propósito geral da pesquisa é gerar conhecimento sobre como e por que alcançar um produto de classe mundial na indústria de transformação brasileira, locus do design industrial, com foco conclusivo na indústria do móvel residencial de madeira maciça. Isto é importante pelo fato da indústria de transformação ser o setor de maior capacidade indutora da economia, sendo este seu valor estratégico, e por trazer a ideia de resgate da indústria diante do processo de desindustrialização. A pré-condição para esta proposta é que a indústria seja competitiva a nível internacional e para tal iremos precisar de produtos de classe mundial. A pesquisa é um estudo de caso envolvendo quatro indústrias do móvel residencial de madeira maciça para validar a hipótese de que a conjunção simultânea do design como ferramenta estratégica para os negócios, produção enxuta e incorporação de tecnologia digital no ecossistema da indústria cria as condições favoráveis para o alcance de um produto de classe mundial. A escolha dos casos foi feita de modo a propiciar replicações da teoria prevista. Utilizamos sete categorias de fontes de dados e adotamos a estratégia de seguir nossa proposição teórica que forneceu subsídios ao plano de coleta de dados. Como técnica analítica demos forte ênfase à sobreposição entre coleta e análise, através de percepções registradas ao lado dos dados em matrizes de exposição. Estas também trazem as consistências com a literatura revisada e as evidências entre os casos, de onde extraímos os padrões cruzados que resultaram em um conjunto de balizadores de referência para o alcance de um produto de classe mundial. A conclusão traz os casos selecionados mostrando resultados similares e proporcionando assim consistência com nossas proposições teóricas. Como toda pesquisa, esta também apresenta limitações a serem exploradas: promover generalização analítica com outras tipologias de indústrias de transformação, com outras categorias de indústrias pois as quatro selecionadas são indústrias familiares, e que os balizadores de referência não se esgotam nos encontrados, com novos podendo ser mapeados. / [en] The overall purpose of this research is to generate knowledge on how and why to achieve a world-class product in the Brazilian manufacturing industry, locus of industrial design, with conclusive focus on the solid wood residential furniture industry. This is important because the manufacturing industry is the sector with the greatest inductive capacity of the economy, this being its strategic value, and for bringing the idea of industry rescue in the face of deindustrialization process. The precondition for this proposal is that the industry is internationally competitive and for that we will need world-class products. The research is a case study involving four industries of solid wood residential furniture to validate the hypothesis that the simultaneous conjunction of design as a strategic tools for business, lean manufacturing and incorporation of digital technology into the industry ecosystem creates favourable conditions to reach a world class product. The choice of cases was made in order to provide for replications of the predicted theory. We used seven categories of data sources and adopted the strategy of following our theoretical proposition that provided subsides to the data collection plan. As an analytical technique we strong emphasis on the overlap between collection and analysis through perceptions recorded alongside the data on display matrix. This also brings the consistencies with the revised literature and the evidence between the cases from where we extracted the cross-patterns that resulted in a list of reference beacons for reaching a world-class product. The conclusion brings the selected cases showing similar results and thus providing consistency with our theoretical propositions. Like all research this one also presents limitations to be explored: to promote analytical generalization with other typologies of manufacturing industries, with other categories of industries since the four selected ones are familiar industries and that the reference beacons are not exhausted in the found ones, with new ones being mapped.

[pt] Com o aumento da expectativa, de vida o envelhecimento da população vem se tornando uma realidade cada vez mais presente no Brasil e no mundo. Esse novo panorama demográfico já é vivenciado por países ricos, que vêm cada vez mais investindo para se enquadrar nessa nova realidade, seja por meio da adaptação de suas cidades ou pelo desenvolvimento de novas tecnologias para melhora da qualidade de vida. Na área da robótica, diversas pesquisas vêm sendo desenvolvidas com o intuito de reabilitação e melhora da qualidade de vida da população idosa. Nesses trabalhos são desenvolvidos, por exemplo, dispositivos que buscam auxiliar o idoso na realização de suas atividades diárias, provendo, principalmente, suporte e prevenção de quedas. Essa dissertação de mestrado apresenta o desenvolvimento do protótipo de um dispositivo para assistência a locomoção de pessoas idosas que possuam alguma deficiência visual, motora e/ou cognitiva. O dispositivo tem como objetivo guiar o usuário em ambientes urbanos de maneira autônoma. O protótipo deve ser capaz de desviar de qualquer obstáculo que possa levar o idoso à queda, além de ter uma estrutura que ofereça apoio para o seu deslocamento. O dispositivo proposto possui uma estrutura semelhante a um andador, cuja base é um robô móvel diferencial. Para que possa obter informações do ambiente, o dispositivo está equipado com sensores de distância, uma central inercial e encoders nas rodas. Todo o processamento ocorre em uma CPU de baixo custo, Raspberry Pi 1 versão 2, embarcada no próprio dispositivo e o controle de navegação ocorre por meio de um algoritmo baseado em lógica Fuzzy. Os acessos ao hardware e software de controle do dispositivo são gerenciados pelo framework de robótica Player (Gerkey e contribuidores, 2010). Para que o dispositivo receba a rota de navegação ele está conectado a um celular, com sistema operacional Android, via protocolo TCP/IP. Esse celular está executando uma API (Application Programming Interface) do Google Maps que fornece direção e distância ao objetivo a cada passo da interação, além da localização global do dispositivo, por meio do sensor GPS do celular. O objetivo deve ser inicialmente estabelecido pelo usuário por meio da API desenvolvida, para que a navegação autônoma ocorra. Além da navegação autônoma, o dispositivo permite que usuário envie comandos diretamente para os motores por meio de sensores de força instalados próximos aos pontos de apoio do usuário. / [en] With the increase in life expectation, the ageing population has become more present in Brazil and the world. This new demographic scenery has been already framed by rich countries, which are increasingly investing to fit this new reality, either through the adaptation of their cities or the development of new technologies to improve the quality of life. In the area of robotics, several researches have been developed with the aim of rehabilitation and improvement of the quality of life of the elderly population. These researches are developing, for example, devices to assist the elderly in carrying out their daily activities, providing support and prevention of falls. This work presents the development of the prototype of a device to assist elderly person with any visual, cognitive and/or motor impairment to locomotion by itself. The device aims to guide the user autonomously in urban environments. The prototype should be able to avoid any obstacle that can cause the elderly to fall, besides having a structure that offers support for his balance. The proposed device has a structure similar to a walker whose base is a differential mobile robot. For the device be able to get information from the environment, it is embedded with range sensors, a measurement central unit and encoders at the wheels. All processing occurs in a low-cost CPU, Raspberry Pi 1 B version 2, which is embedded in the mobile device, and the navigation control algorithm is based on fuzzy logic. The robotic framework Player (Gerkey and contributors, 2010) provides the access to the hardware and software of the device. For the device to receive the navigation route, it is connected to an Android operating system phone, by TCP/IP protocol. This phone runs an API (Application Programming Interface) from Google Maps that provides the direction and the distance to the goal in every step of its interaction, besides the global location of the robot, provided by the GPS sensor of the phone. The user should firstly set the goal with the API developed, so that the autonomous navigation will occur. In addition to the autonomous navigation, the device allows the user to send commands directly to the motors by means of the force sensors installed at the robot cane.

[pt] As características do canal rádio móvel são essenciais ao desenvolvimento de equipamentos e sistemas modernos de telecomunicações sem fio. Para os ambientes nos quais o sistemas operarão, o conhecimento dos principais parâmetros do canal em banda larga é obtido através do uso do conjunto formado por um equipamento transmissor e outro equipamento receptor com suas respectivas antenas. A este conjunto transmissor e receptor atribui-se o nome de sonda. Existem diversas tecnologias sobre as quais as sondas são projetadas e construídas. Em particular mencionam-se as técnicas STDCC (swept time-delay cross-correlation), o Filtro Casado e o OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing). Esta tese compara, por simulação, o desempenho de sondas que utilizam estas três técnicas. São propostas alterações nos métodos Filtro Casado e OFDM, de forma que estes proporcionem resultados mais precisos. Além disto, são estudadas imperfeições em dispositivos comuns a todas elas e comparadas sua influência sobre a qualidade das estimações, de forma isolada e combinada. Para o amplificador de potência é considerado o seu principal fator de degradação: suas não linearidades. Para o oscilador local existente no receptor é analisada a contribuição do ruído de fase. O ruído térmico, sempre presente à entrada do receptor em qualquer situação, é variado em uma extensa faixa de valores e o seu efeito sobre a precisão de cada método é analisado. Os resultados obtidos são apresentados na forma de tabelas e gráficos representando, diretamente, o resultado da comparação com o canal de referência ou por meio dos indicadores erro RMS e desvio padrão. / [en] The mobile radio channel characterization is essential to the development of modern wireless telecommunication equipment and systems. The main wideband channel parameters of the environments where these systems will operate are collected by the use of a set comprising a transmitter, a receiver and an aerial system. This set is named sounder. There are many techniques used to project and implement these sounders, such as STDCC (Swept Time-Delay Cross-Correlation), Matched Filter and OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing). This thesis compares, by means of computer simulations, the performance of these three techniques. Some changes are proposed on the Matched Filter and OFDM methods to reach more precise results. Moreover, imperfections in common devices used by all sounders are studied, both independently and jointly, and the impact over the precision of channel estimations is analyzed. The main degradation factor of power amplifiers, which are the nonlinearities, was also considered, as well as the contribution of the phase noise in the receiver local oscillator. The effect of the thermal noise, always present on the receiver input, was also considered, over a large range of values. The results are presented by diagrams and tables showing results of comparisons with a reference channel or by mean of RMS errors and standard deviations.

[pt] Com o crescimento da utilização das redes celulares para a transmissão de dados, as operadoras de telefonia móvel estão enfrentando um aumento dramático na utilização do recurso rádio para suprir esta nova necessidade. Com isto, estão sendo obrigadas a migrarem para novas tecnologias que propiciem uma alta eficiência espectral, permitindo assim uma melhor utilização do espectro disponível. Este trabalho descreve uma ferramenta de simulação desenvolvida para analisar o gerenciamento dos recursos de rádio, além de propor um novo algoritmo de alocação de canais de dados para sistemas móveis pessoais, permitindo a transmissão de voz e dados sobre a mesma interface aérea. É sabido que é extremamente difícil levar em conta todos os parâmetros que devem ser considerados em um sistema móvel real. Procurou-se então adotar os mais conhecidos modelos de propagação, de mobilidade e de tráfego de voz e de dados disponíveis na literatura, de forma a tentar aproximar a ferramenta de simulação o máximo possível do caso real. A contribuição deste trabalho é oferecer uma ferramenta de simulação para as redes GSM/HSCSD que permita a otimização da eficiência no uso do espectro disponível para transmissão. Esta ferramenta possibilita ao usuário, além de analisar a capacidade do sistema, o controle de potência e estratégias de handover, avaliar novos algoritmos de alocação de canal para o tráfego de voz e dados em conjunto. Ao final desta dissertação serão apresentados os resultados obtidos com a utilização de um novo algoritmo de alocação de canais para o tráfego de dados, além de realizar algumas outras simulações buscando maximizar a eficiência espectral do sistema utilizando deste novo algoritmo. / [en] Due to the increasing use of cellular networks for data transmission, mobile telephone operators are facing a dramatic raise in using radio resources to supply their demand. As a result, they are being forced to migrate to new technologies that provide high spectral efficiency, allowing an optimized use of available spectrum. This work describes the development of an advanced tool to analyze the operator management of radio transmission for personal mobile systems. The model was built considering well-known propagation, mobility, voice and data traffic for transmission assumptions, in order to approximate the developed tool to the real world mobile systems. The simulation tool is suited for GSM/HSCSD networks allowing engineers to optimize the efficient use of the available spectrum. It also permits the evaluation of system capacity as well as the analysis of power control and handover strategies. Another application exploited in this work is the investigation of resource allocation algorithms. A new algorithm for resource allocation in integrated voice and data environments was proposed and its performance was evaluated using the simulation tool.

[pt] Para suportar os requisitos das redes móveis de 5a geração (5G), os sistemas de comunicação óptica serão usados nas redes de acesso. Isso ocorre porque a evolução das RAN (Radio Access Networks) incluem a centralização do equipamento mais crítico para implantar pontos de acesso móveis de baixa potência, como DAS (Distributed Antenna Systems) e Small Cells. Os serviços emergentes solicitam a implantação de tecnologias de rádio sobre fibra com ênfase na eficiência de largura de banda, eficiência energética e alta confiabilidade. Neste âmbito, um monitoramento eficiente da camada física é imperativo para a operação dessas redes. O sistema de monitoramento deve fornecer uma localização de falhas em serviço, econômico, centralizado e com impacto mínimo para a transmissão de dados. Esta tese propõe vários sistemas de monitoramento incorporado no transceptor utilizando reflectometria óptica no domínio do tempo. Os sistemas de monitoramento são testados em diferentes sistemas de transmissão de dados e arquiteturas de rede, onde é apresentada uma validação simulada e outras experimentais. / [en] In order to support the requirements for 5th generation mobile networks (5G), optical communication systems will be used in the access part of the network. This is because the evolution of radio access networks includes the centralization of the most critical equipment in order to deploy low power mobile access points, like distributed antenna systems and small cells. The emerging services call for the deployment of radio over fibre technologies with emphasis on bandwidth efficiency, energy efficiency and high reliability. Within this scope, an efficient monitoring of the physical layer would become essential for the operation of these networks. The monitoring system should provide in-service, cost efficient and centralized fault localization with minimum impact on data transmission. This thesis proposes several transceiver-embedded optical time domain reflectometry monitoring systems. The monitoring systems are tested over different data transmission systems and network architectures, where one architecture was simulated and several others experimentally validated.

[pt] Com o advento dos sistemas celulares de segunda e terceira gerações é esperado que as operadoras se vejam obrigadas a enfrentar um aumento dramático na carga de sinalização que trafega sobre a parte fixa da rede móvel. Apesar disso, são raros os provedores de serviços de comunicações móveis que possuem atualmente a capacidade de prever com relativa precisão o montante desse aumento. Este trabalho apresenta as etapas do desenvolvimento de uma ferramenta de simulação para análise de desempenho de redes de comunicação móvel celular com base na carga de sinalização gerada pelos procedimentos que a mantém em operação. A plataforma de simulação inclui um modelo de mobilidade e teletráfego para caracterizar o processo de geração dos cenários típicos de uma rede móvel celular e um modelo de retardos para representação da rede de sinalização. Ao final do estudo,são apresentados exemplos de aplicação da ferramenta na obtenção de resultados sobre gerência de status, gerência de localização, avaliação da carga de sinalização,dimensionamento da rede de sinalização e análise de desempenho para diferentes configurações de rede. / [en] The advent of second and third generation cellular systems make cellular operators face dramatic increase in the signaling traffic over the fixed part of the mobile network. In spite of this, rare mobile communications service providers are able to forecast the above mention increase and quantify it with reasonable precision. This work describes the development process of a simulation tool for performance analysis of cellular mobile network based on the signaling load generated by the procedures that keeps it working. The simulation platform inlcudes a mobility and teletraffic model to describe the generation process of cellular mobile networks tipical scenarios and a delay model to represent the signaling network. At the end, examples showing the application of the simulation tool to obtain results about status and location management, signaling load evaluation, signaling network planning and performance analysis for different network configurations are presented.