ISEL - Engenharia Electrotécnica
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Percorrer ISEL - Engenharia Electrotécnica por orientador "Almeida, Maria da Graça Vieira de Brito"
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- Automatização de sistema de separação de peças com recurso a um tapete rolante e um robot e processamento de imagemPublication . Costa, Jorge Manuel de Figueiredo; Almeida, Maria da Graça Vieira de Brito; Cordeiro, Armando José LeitãoA presente dissertação de mestrado foi realizada no seguimento do desenvolvimento de uma solução típica de automação industrial a qual consiste na tarefa de deteção por imagem e captura por um robot industrial, de objetos a serem transportados ao longo de um transportador, sendo a informação do seu posicionamento e orientação recolhida através de uma câmara instalada sobre o transportador. O projeto recorreu a diversas disciplinas tais como a robótica, visão artificial, e acionamentos eletromecânicos, todos estes a funcionar ligados a um controlador numa topologia de controlo centralizado. Isto levou a um estudo de alguns dos temas que mais têm sofrido evoluções significativas nas últimas décadas e que se propõem a dominar o meio industrial. Foram analisadas algumas técnicas de processamento de imagem com o objetivo de desenvolver um algoritmo que permitisse detetar algumas características da peça, de modo a capturar a peça na orientação pretendida. A caracterização do robot utilizado passou pelo estudo dos vários tipos de modelos existentes, de modo a entender melhor os seus meios de aplicação. Ambos os pontos acima estão bastante presentes em dois temas atuais: Indústria 4.0 e Inteligência artificial. Assim foi feita uma pequena referência ao seu enquadramento na indústria atual. Utilizou-se também um variador eletrónico de velocidade para controlar o transportador de modo a poder-se adaptar o meio de transporte das peças à captura dos objetos. Existindo assim vários sistemas isolados com características diferentes e ligados a um mesmo controlador, foi necessário desenvolver interfaces que permitissem a integração de todos numa única solução. Por último, foi desenvolvido um software completo para ser executado no controlador, colocando todo o sistema em funcionamento conforme descrito. Foi também criado um programa de calibração do sistema de visão o qual permitiu adaptar o funcionamento do anterior ao meio envolvente.
- Desenvolvimento de um simulador para sistemas de tratamento de águaPublication . Almeida, Miguel Correia Lopes de; Cordeiro, Armando José Leitão; Almeida, Maria da Graça Vieira de BritoPropõe-se, nesta dissertação, a implementação de um simulador didático de automação industrial apoiado num sistema de supervisão. Como resultado deste trabalho, será desenvolvida uma solução baseada num sistema de seis reservatórios, juntamente com um sistema de supervisão que permite comandar e monitorizar o simulador através de um Raspberry Pi com um display com ecrã touch e uma aplicação Android. Para tal, irão ser estudados temas relacionados com sistemas SCADA e protocolos de comunicação. Como os processos simulados estão presentes em estações de tratamento de água, será efetuado também um estudo do funcionamento das estações de tratamento de água e águas residuais, seus ciclos de funcionamento e automatismos de modo a obter-se a água com a qualidade desejada de acordo com a respetiva normalização. Pretende-se com esta dissertação, desenvolver um sistema que possa ser usado por outros alunos de licenciatura e mestrado do curso de engenharia eletrotécnica do ISEL, de modo a estes aprofundarem os seus conhecimentos em automação. Pretende-se ainda que o simulador seja usado em feiras, exposições e dias abertos a alunos internos e externos ao ISEL, mostrando algum trabalho que tem vindo a ser desenvolvido no mestrado em engenharia eletrotécnica, especialmente no ramo de automação industrial.
- Ferramenta computacional para medição de deslocamentos em ensaios de carga através de técnicas de processamento de imagemPublication . Fernandes, Helder Gonçalves; Almeida, Maria da Graça Vieira de Brito; Cordeiro, Armando José LeitãoA realização desta dissertação teve como objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta computacional, que permita a medição de deslocamentos de uma amostra de um determinado material a analisar (região de interesse - ROI) em um ensaio em carga estático através de processamento de imagem. A ferramenta computacional implementada permite, recorrendo a uma câmara fotográfica (com resolução tanto maior quanto mais precisa se pretenda que seja a medida) e um computador com o software “MATLAB®”, efetuar a medida de deslocamentos através do processamento da informação presente numa imagem original e comparando-a com a sequência de imagens que traduzem o movimento do material ao longo do ensaio. A solução adotada, contrariamente aos ensaios tradicionais, caso ocorra algum comportamento não programado (roturas, flexões não previstas em outras regiões, etc...) toda a região da amostra do material se encontra monitorizada e poderá voltar a ser analisada bastando para isso selecionar uma nova ROI. Esta solução poderá também ser menos dispendiosa, visto evitar a utilização de extensómetros e outros consumíveis usados nos ensaios tradicionais (equipamentos descartáveis). O método proposto através de processamento de imagem, por ser não invasivo, apresentará uma menor influência externa no comportamento da amostra a analisar. Muitas são as técnicas de processamento e manipulação de imagens digitais, assim como os algoritmos para deteção de movimentos através desse mesmo processamento, dos quais foram selecionados para implementação da ferramenta desenvolvida o Adaptive rood pattern search (ARPS) e o Horn/Schunck (HS). As imagens são divididas em blocos e por cada bloco é calculada a sua função de custo. A ideia base é procurar na imagem corrente o bloco que mais se aproxime do mesmo bloco da imagem anterior. O primeiro algoritmo é um algoritmo de correspondência de blocos (block matching) e o segundo é um algoritmo diferencial. Por forma a validar a ferramenta desenvolvida, pretende-se comparar os dados de deslocamento calculados através de processamento de imagem com os registados através de métodos tradicionais.
- Interface remota genérica para braços robóticosPublication . Mira, André Filipe Balsas; Almeida, Maria da Graça Vieira de Brito; Matutino, Pedro Miguel Florindo MiguénsA automação industrial não se restringe aos limites físicos de uma fábrica ou instalação industrial de produção, pois cada vez mais os processos são comandados e supervisionados remotamente. Nos dias modernos e com a evolução tecnológica, através de aplicações em dispositivos eletrónicos, pode-se facilmente realizar um controlo remoto, sem fios, de diferentes periféricos. A presente dissertação de Projeto Final de Mestrado, Interface Remota Genérica para Braços Robóticos, tem como objetivo, fazer o estudo teórico, a simulação e um protótipo experimental de uma interface remota genérica, desenvolvida para realizar o controlo de braços robóticos, com recurso a um microcontrolador. O microcontrolador utilizado, possibilita o controlo de braços robóticos através de três tipos de comunicações distintas, a comunicação série e duas comunicações sem fios, Bluetooth e Wi-Fi. O trabalho iniciou-se com o estudo do microcontrolador e de dois braços robóticos, o Mentor, um braço robótico de 1985 e o Dobot Magician, um braço robótico mais recente, comercializado a partir de 2016. Através da plataforma de desenvolvimento Adafruit Huzzah32 - ESP32 Feather, com um microcontrolador ESP-32 de baixo custo, desenvolvido pela Espressif Systems, foi criada a interface do sistema para controlo de braços robóticos. O controlo dos braços robóticos adotados, permite demonstrar o conceito da interface remota genérica desenvolvida. Além disto, foi também desenvolvida, uma interface utilizador-máquina distinta, para cada uma das três comunicações.
- Jogo do Galo com o RobotPublication . Orvalho, Rúben Alexandre de Gonçalves; Almeida, Maria da Graça Vieira de BritoA dissertação apresentada foi desenvolvida com o intuito de aliar tecnologia de processamento de imagem com mecanismos de decisão e cinemática. Desta forma, utilizando um ambiente de interação com o utilizador pode-se dar resposta ao mesmo de forma autónoma. O ambiente escolhido é o tradicional jogo do galo, este é composto por um tabuleiro com 9 casas e destinado a 2 jogadores. O jogo começa com a escolha da marca a utilizar por cada jogador, X ou O em seguida, alternadamente, cada jogador deve preencher uma casa do tabuleiro com a sua marca sendo a vitória atribuída ao jogador que conseguir colocar três peças em linha com a sua marca, esta pode ser vertical, horizontal ou diagonal. Para a interação do computador com o jogador vai ser utilizado um manipulador para traduzir fisicamente a resposta calculada pelo computador à jogada do utilizador. Neste âmbito entram em jogo duas disciplinas, muito abrangentes e cada vez mais importantes no desenvolvimento tecnológico mundial, robótica e processamento de imagem. No campo do processamento de imagem tem-se como tarefas: identificação do estado do ambiente de interação, processamento da jogada do utilizador e recolha da posição física das peças colocadas em jogo. Aliado a este processo existe um algoritmo que com base no estado do jogo irá calcular a melhor resposta a efetuar pelo manipulador. De forma a conseguir uma recolha correta do ambiente de jogo, foram utilizadas rotinas de processamento de imagem com métodos para reduzir o ruído que possa ser introduzido por variáveis externas ou alterações no ambiente e corretamente identificar a peça introduzida em jogo. Após a correta análise do estado atual do tabuleiro de jogo e com base na jogada calculada para o computador é determinado o movimento a executar pelo manipulador com recurso a cinemática. Com a informação necessária para realizar o movimento da peça a mesma é traduzida com recurso a um sistema dedicado ao seu tratamento e compatibilização com o manipulador. Em seguida os movimentos de cada junta previamente determinados são convertidos para grandezas analógicas através dum processador Arduíno e enviados para o manipulador.
- Navegação de um robô móvel por processamento de imagemPublication . Goulão, Alexandre Duarte; Almeida, Maria da Graça Vieira de BritoA robótica móvel é um campo científico notável, que pretende automatizar a movimentação de um mecanismo com uma designada função, para que este tenha a habilidade de realizar as suas tarefas sem permanecer numa posição fixa. Para este efeito, utiliza uma variedade de recursos para identificar o seu ambiente durante o deslocamento. Um dos métodos mais significativos, para o auxílio do reconhecimento do espaço envolvente, é o processamento de imagem. Esta dissertação visa o desenvolvimento de um robô móvel, composto por uma câmera, numa posição alta, com o intuito de realizar a aquisição da imagem, e sensores para evitar obstáculos. O utilizador interage com o robô móvel através do número de dedos da mão. Assim, o algoritmo de processamento de imagem desenvolvido permite controlar a movimentação do robô. O robô móvel foi estruturado com uma perspetiva simples e de baixo custo, mas que também conseguisse desempenhar o seu papel eficientemente. Para realizar o controlo do mesmo é utilizado um Raspberry Pi model 3B+. O foco principal deste projeto está presente no algoritmo de processamento de imagem, desenvolvido em python, com auxílio da biblioteca OpenCV. Empregando métodos de extração de características e de obtenção de contornos, foi possível identificar a mão do utilizador e o número de dedos apresentados. Este programa permite assim, controlar o robô móvel como um tipo de comando, em que consoante o número de dedos exibidos irá executar um diferente tipo de movimento.
- Processamento de imagem num simulador de armazenamento automáticoPublication . Carvalho, Daniel Jorge Ribeiro; Cordeiro, Armando José Leitão; Almeida, Maria da Graça Vieira de BritoNesta dissertação propõe-se o desenvolvimento de uma solução que permita determinar o estado de ocupação dos alvéolos de um simulador de armazenamento automático com recurso ao processamento de imagem. Trata-se de um simulador já existente no Laboratório de Automação e Robótica do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ADEEEA) que utilizava apenas as potencialidades do autómato (leitura e escrita de memórias locais) para determinar o estado de ocupação do armazém. Com a presente dissertação pretende-se adicionar novas funcionalidades ao simulador existente, introduzindo a capacidade de deteção automática em tempo real da presença ou ausência de peças nos respetivos alvéolos. Esta dissertação teve início com a realização de um estudo preliminar sobre a metodologia a aplicar de modo a determinar o modo mais viável de avaliar o estado de ocupação das várias posições de armazenamento. De seguida procedeu-se à escolha dos meios tecnológicos a empregar para a aplicação da metodologia selecionada, como por exemplo, a câmara digital, o software e a unidade de processamento digital. Foi decidido que seriam implementadas duas soluções diferentes. Uma das soluções é baseada num computador pessoal (portátil/secretária) que utiliza, em grande parte, recursos de software já consagrados na área da visão computacional, tratando-se de uma solução mais volumosa e com menos portabilidade face ao simulador em causa. A outra solução baseia-se na utilização de um microcomputador Raspberry Pi, o qual permite uma redução significativa do tamanho e custo do sistema e acrescenta um elevado grau de portabilidade uma vez que se pretende que a solução adotada seja parte integrante do simulador. Para além do trabalho de alteração da programação do Controlador Lógico Programável (PLC) existente no simulador por forma a receber as novas funcionalidades e desenvolvimento de software para aquisição e tratamento de imagem, foi ainda necessário desenvolver soluções de comunicação digital (hardware/software) com o PLC para cada uma das soluções desenvolvidas.
- Quatro em linha com o robôPublication . Gomes, Gonçalo Pereira; Almeida, Maria da Graça Vieira de BritoA robótica tem desempenhado um papel fundamental no avanço da tecnologia e no desenvolvimento da sociedade moderna. Com a capacidade de realizar tarefas complexas e repetitivas de forma autônoma, os robôs têm sido amplamente utilizados numa variedade de aplicações, desde linhas de produção industriais até assistentes pessoais inteligentes. Neste contexto, esta dissertação de mestrado tem como objetivo implementar e desenvolver um sistema que seja capaz de jogar o Quatro em Linha utilizando um manipulador robótico.O sistema proposto combina técnicas de processamento de imagem, um algoritmo Minimax com Alfa-Beta pruning e um manipulador robótico para realizar jogadas estratégicas no Quatro em Linha. O processamento de imagem é utilizado para capturar o estado atual do tabuleiro de jogo, permitindo ao sistema obter informações sobre a posição das peças. Com base nessas informações, o algoritmo Minimax é aplicado para analisar as possíveis jogadas e escolher a melhor estratégia a ser adotada. O manipulador robótico é responsável por executar as jogadas escolhidas pelo sistema. Assim, é capaz de posicionar as peças no tabuleiro de acordo com as instruções fornecidas pelo algoritmo. Essa integração entre processamento de imagem, algoritmo de tomada de decisão e manipulador robótico permite que o sistema jogue o Quatro em Linha de forma autônoma, rivalizando com jogadores humanos. Este trabalho de mestrado destaca a importância da robótica e da inteligência artificial na resolução de problemas complexos e na realização de tarefas que requerem análise, planeamento e interações com o ambiente.
- Separação de lixo por processamento de imagemPublication . Bernardo, João Centúrio de Almeida; Almeida, Maria da Graça Vieira de BritoEsta dissertação tem como objetivo o desenvolvimento de uma solução para categorização e separação de resíduos urbanos, utilizando técnicas de computação e processamento de imagem. Para isso, foi necessário adquirir conhecimentos em programação Python, desenvolver um algoritmo de reconhecimento e categorização de lixo urbano e projetar um sistema físico com equipamentos que permitam a separação de resíduos urbanos, utilizando o algoritmo de categorização desenvolvido. O trabalho teve início com a realização de um estudo sobre técnicas de aquisição e processamento de imagem, seguido de uma análise da realidade portuguesa em relação à recolha de resíduos urbanos. Em seguida, foi desenvolvido um algoritmo de caracterização de símbolos, escrito em Python, utilizando a biblioteca OpenCV, e contendo um modelo de reconhecimento de imagem, o YOLO. Para este modelo ser utilizado para este propósito, teve de ser treinado com imagens categorizadas. Após treinar o modelo com um conjunto de 500 imagens com 3 categorizações (VERDE, AMARELO e AZUL), o mesmo modelo foi treinado mais duas vezes com parâmetros de treino diferentes. O algoritmo foi colocado em testes com imagens que seriam de um esquema real, e foram obtidos resultados promissores. O terceiro modelo treinado destacou-se por apresentar resultados mais consistentes, mas ainda há espaço para melhoria com o uso de uma base de dados maior. Embora o trabalho não tenha cumprido todos os objetivos, já que o objetivo do sistema físico foi abandonado, o algoritmo desenvolvido apresenta resultados promissores e pode ser utilizado em outras aplicações.
- Solução de iluminação automóvel baseada na rede CANPublication . Francisco, João Pedro Estêvão; Cordeiro, Armando José Leitão; Almeida, Maria da Graça Vieira de BritoEsta dissertação trata da integração de uma solução de iluminação automóvel baseada na rede CAN, cobrindo as várias etapas do desenvolvimento da aplicação, desde a conceção da solução à descrição do software desenvolvido, passando pela explicação da seleção e da implementação do hardware. Inclui-se também um breve estudo sobre os sistemas de iluminação nos automóveis. Para fundamentar esta dissertação, para além da rede CAN são apresentadas várias redes indispensáveis nos automóveis atuais, tais como a rede LIN, a rede FlexRay e a rede MOST, uma das razões para a escolha destas redes foi cada uma representar uma classe SAE distinta, classes essas que também são apresentadas. Os resultados experimentais obtidos com a aplicação desenvolvida permitem concluir sobre o desempenho da rede CAN e dos periféricos associados, bem como da comunicação SPI.