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Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica (área de especialização em Tecnologias da Manufatura), Este trabalho incide sobre a conceção e desenvolvimento de um equipamento automático de corte de bacalhau congelado. A Soguima, empresa de produtos alimentares, propôs ao Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade do Minho a conceção deste equipamento, por forma a otimizar o seu processo de produção atual. Este é feito atualmente com recurso a serras de fita usadas por operadores. Os equipamentos disponíveis no mercado não são capazes de responder aos requisitos propostos pela empresa, pelo que foi necessário desenvolver uma nova máquina de raiz. Foi realizada uma pesquisa bibliográfica e de campo ao tema com o propósito de se identificarem os requisitos e as necessidades deste projeto, bem como determinar os objetivos que se pretendiam alcançar com o mesmo. Foram também estudados todos os conceitos, normas, regras e boas práticas da indústria alimentar, sendo esta de um domínio específico com aspetos bastante particulares especialmente no que toca à higiene. No seguimento do projeto preliminar, em que foi definida a estratégia de projeto a seguir, foram obtidas soluções concetuais para o equipamento a desenvolver, sendo depois selecionada a mais adequada. Em resultado do projeto detalhado realizado para as principais funções do equipamento, foram definidas e projetadas as partes que o compõem e as diversas interações de funcionamento entre os vários componentes. Foi também idealizado e desenvolvido o sistema de comando do equipamento ao nível do software, bem como foram realizadas simulações de todas as rotinas de comando desenvolvidas recorrendo a software adequado. Foi feita uma estimativa dos custos do primeiro protótipo do equipamento e discutidos os ganhos este traria, comparativamente ao processo atual. A terminar, foram feitas as conclusões e propostas de trabalhos futuros para o projeto., This work focuses on the conception and development of an automatic equipment for frozen codfish cutting. Soguima, a food products company, proposed the conception of this equipment to the Mechanical Engineering Department of Universidade do Minho, in order to optimize their current production process. Currently this process is made with band saws used by operators. The available equipments on the market do not answer to the requirements proposed by the company, so it’s necessary to develop a new machine from scratch. A literature and field search about the theme was made, with the purpose of identifying the requirements and needs of this project, as well as determining the objectives that are trying to be achieved. All the concepts, norms, rules and good practices of the food industry were also studied, given that this is a specific domain with particular aspects, especially when it comes to hygiene. Following the preliminary project, in which the project strategy to follow was defined, the conceptual solutions of the equipment were obtained, selecting the most adequate afterwards. In result of the detailed project made to the main functions of the equipment, the parts that compose and the several working interactions between the various components were defined and projected. The command system was also conceived and developed at software level, as well as the realization of simulations of all the developed command routines using suitable software. A cost estimate of the first prototype of the equipment was made and the gains that the equipment would bring comparatively to the current process were discussed. To finish, the conclusions and future work proposals to the project were made.

Dissertação de mestrado em Engenharia Mecatrónica, Com o aumento produtivo, houve uma necessidade exponencial de utilizar tecnologias de controlo que se virassem diretamente para a produção, no sentido de aumentar a eficiência, a flexibilidade e qualidade dos processos industriais. O uso de autómatos programáveis (PLC) para processos automatizados é um dado adquirido, pela versatilidade e fácil integração dos mesmos. A automatização contínua potenciou a criação de sistemas de supervisão e controlo que são denominados por sistemas SCADA (Supervision Control And Data Aquisition). Estes sistemas podem ser de domínio local ou remoto e permitem a total monitorização de um ou vários recursos ou de equipamentos. No âmbito desta dissertação foi necessário realizar, à partida, uma pesquisa detalhada ao nível dos sistemas SCADA existentes e disponíveis no mercado, com vista à otimização de características e funcionalidades em termos, sobretudo de facilidade e de segurança, de operação/comando por parte do utilizador. Pretende-se obter com este projeto, juntamente com a empresa Pinto Brasil, um produto final que satisfaça da melhor forma as necessidades específicas da empresa, associada normalmente à indústria da cablagem automóvel, tendo em conta a minimização de custos de produção., With the production increase, there is a special requirement to use control technologies that are directly focused to the production, in order to increase the efficiency, flexibility and quality of industrial processes. The use of programmable controllers (PLC) for automated processes is taken for granted, for your versatility and easy integration. Continuous automation potentiates the creation of supervisory and control systems that are called SCADA (Supervision Control and Data Acquisition). These systems may be local or remote and allow full monitoring of one or more resources or equipment. In the context of this dissertation, it will be done, a detailed searching about the available SCADA systems in the market, with a view to optimization features, functionalities and safety of operation / command by the user. It is intended to achieve with this project, along with the company Pinto Brazil, a final product that meets the best of the company's specific needs, usually associated to the automotive wiring industry, taking into account the minimization of production costs.

Dissertação de mestrado em Engenharia Informática, A evolução da sociedade aponta para um envelhecimento e isolamento da população. O número de idosos aumenta a cada ano que passa e um número crescente de pessoas prefere viver sozinhas. Estes grupos sociais correm o risco de sofrerem algum acidente que os deixe incapacitados ou inconscientes, não existindo outras pessoas dentro do espaço onde se inserem que as possam socorrer. Esta dissertação aborda este tópico, apresentando um protótipo de um sistema de monitorização, capaz de detetar e identificar períodos de movimento do utilizador. O objetivo é alertar para potenciais situações de perigo, geradas quando o utilizador está parado há bastante tempo e facilitar a intervenção nestes casos, já que nestas situações pode ser impossível o utilizador pedir auxílio devido a inconsciência ou incapacidade. O controlo é feito meramente pela identificação de algum movimento do utilizador, sem recorrer à análise de sinais vitais. O sistema é composto por duas aplicações, sendo uma local, dentro do espaço onde se fará a monitorização e a outra, associada a entidades de emergência, para identificar períodos sem movimento., The evolution of society points towards the ageing and isolation of the population. The number of elderly people is increasing with each passing year and an increasing number of people choose to live on their own. These social groups are at risk of any kind of accident that would leave them incapacitated or unconscious, as there are no other people who can come to their aid. This dissertation addresses this issue, presenting a prototype of a monitoring system, which can detect and identify periods of time when the user is moving. The main objective is to warn about potential dangerous situations, triggered when the user hasn’t been moving for some time and to provide an easier intervention. In these cases, it may be impossible for the user to call for help due to disablement or unconsciousness. The process of monitoring is made by simply identifying any type of motion from the user, without the need to analyze vital signs. The system has two applications: a local one, which would be placed where the monitoring would occur, and the other one would be associated with emergency entities, in order to identify periods without any type of movement.

Dissertação de mestrado em Engenharia Informática, Uma das principais fronteiras atuais na robótica é a possibilidade de permitir ao ser humano partilhar o mesmo ambiente de trabalho que o robô, ou mesmo interagir com ele diretamente. São várias as aplicações que tal desenvolvimento pode permitir, desde a medicina até ao mundo industrial. Desde que surgiram as máquinas tem como objetivo facilitar e otimizar a capacidade humana de produção, fazendo trabalho nas indústrias melhor e mais rápido que o homem, assim em muitos casos acabaram substituindo a mão-de-obra humana. Porém em alguns casos o trabalho poderia ter um melhor desempenho se humanos e robôs trabalhassem em conjunto. Este projeto tem em vista estimular a interação entre um humano e um robô, mais concretamente o robô tenta perceber se o humano presta atenção e dá feedback das ações que o mesmo desempenha. O projeto é focado na monitorização da atenção, em que o robô procura focar a atenção no comportamento do humano e através disso perceber se este está a interagir com ele. Para o desenvolvimento do projeto foi criada uma estrutura que permite ao robô efetuar os vários movimentos de interação com o humano, mais concretamente o robô tem a forma de uma aranha pelo simples facto de podermos ter um maior número de movimentos. Para o robô conseguir comunicar, sentir e interagir com o ser humano, este possuir alguns sensores que permitem essa interação., One of the main current frontiers in robotics is the possibility of allowing the human being to share the same work environment that the robot, or even interact with him directly. There are several applications that can allow such development, from medicine to the industrial world. Since emerged machines aims to facilitate and optimize the human capacity, doing work in the industries better and faster than humans, so in many cases ended up replacing hand labor human. But in some cases the work could have better performance if humans and robots work together. This project aims to stimulate interaction between a human and a robot, more specifically, the robot tries to understand if human watches and gives feedback of the actions that it performs. The project is focused on monitoring of attention, in which the robot seeks to focus attention on human behavior and thereby realize if he is interacting with it. To develop the project was created a structure that enables the robot to perform various movements to interact with the human, more specifically the robot has the shape of a spider simply because we have a larger number of movements. To allow the robot communicate, feel and interact with humans, the robot has some sensors that allow this interaction.

Dissertação de mestrado em Engenharia Mecatrónica, No panorama tecnológico atual, o tratamento da tibiotársica, nas suas variáveis, ainda é um tratamento frequentemente repetido nos serviços de medicina física e reabilitação pelos terapeutas, limitando-os a uma menor disponibilidade para outros tratamentos. A área da medicina física e reabilitação constitui uma área de interesse para a engenharia, onde existe um constante desenvolvimento de novos dispositivos de apoio, e onde são apresentados resultados cada vez mais eficientes do ponto de vista da reabilitação do paciente e consequentemente melhorias económicas. Nesta dissertação, propõe-se o desenvolvimento de um equipamento que permitirá, através das suas funcionalidades graduar, controlar e monitorizar o movimento da articulação tibiotársica. Possibilitará a avaliação da amplitude dos diversos movimentos de terapia, para além da avaliação da força muscular dos gastrocnémios, peroniais e tibiais. O projeto, denominado therapheet iniciou-se em Abril de 2013, com uma equipa multidisciplinar, sendo um dos elementos do grupo de trabalho o autor desta dissertação. De referir que da constituição do grupo faz parte um licenciado em Fisioterapia pela CESPU. Nesta dissertação, expõem-se inicialmente as características intrínsecas relacionadas com as patologias para as quais se pretende desenvolver o dispositivo, seguindo-se uma descrição das técnicas mais utilizadas atualmente para o tratamento dessas mesmas patologias. Serão também apresentados, os métodos usados atualmente, sendo feito um levantamento do custo benefício de cada um. O dispositivo mecatrónico encontra-se modelado tridimensionalmente através do software Autodesk Inventor 2014, através do qual foram feitas várias simulações dos movimentos pretendidos e testada a dinâmica do sistema. No final do trabalho serão apresentadas conclusões ao projeto desenvolvido, bem como aspetos relevantes e possíveis melhorias., In the current technology landscape, the treatment of hock in its variables, it is still a frequently repeated treatment in physical medicine and rehabilitation services by therapists, limiting them to less availability for other treatments. The area of physical medicine and rehabilitation is becoming an interest for engineering, where there is a constant development of new support equipment, and where more and more efficient results in terms of patient rehabilitation are presented and consequently improved economic-financial. In this dissertation, we propose the development of a device that will allow, through their graduate capabilities, control and monitor the movement of the hock joint. Enables assessment of range of motion in plantar flexion, dorsiflexion, inversion, eversion, adduction and abduction, in addition to the assessment of muscle strength of the gastrocnemius, and tibial peroniais. After evaluation of these parameters the device will allow the health professional to choose the range of motion to perform and the endurance to be applied during movement rehabilitation. The project, called therapheet started in April 2013 with a multidisciplinary team composed of various elements, and these two elements are the founders of the project while the principal with respect to the development of the device, of which the author this dissertation, licensed electromechanical engineering lying now in the final phase of the master’s degree in mechatronics engineering from the University of Minho. The other element pertaining to team a degree in Physical Therapy from CESPU currently being an integral part of a team of therapists Town Hall Vila Verde. Initially the intrinsic characteristics were exposed to conditions for which the device is intended to develop, followed by a description of techniques currently used for the treatment. This thesis were also presented, devices, and auxiliary mechanisms currently used for therapy exercises, and made a survey of your money. The device is shaped three-dimensionally by Autodesk Inventor 2014 software, whereby the desired number of simulations were made and tested movement dynamics of the system. At the end of the work conclusions will be presented to the project developed, as well as relevant aspects and possible improvements.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica (área de especialização em Tecnologias da Manufatura), A competitividade no setor alimentar, e a crescente necessidade pela colocação no mercado de uma vasta gama de produtos, incentivaram à inovação tecnológica e a uma maior automatização e controlo dos processos. Atualmente estão disponíveis diversos tipos de produtos avículas, assim como uma vasta gama de equipamentos capazes de os processar, contudo, ainda há uma grande necessidade em aumentar a cadência produtiva no processamento de determinados produtos. Neste pressuposto, surgiu a necessidade de uma empresa portuguesa, líder nacional no setor de produtos avículas, em introduzir alguma automatização no processo produtivo do artigo Canja de Galinha. Deste modo, solicitou a conceção de um equipamento para a produção deste artigo, que presentemente é realizado, maioritariamente, de forma manual. Esta dissertação apresenta o trabalho desenvolvido no âmbito do estudo, conceção e desenvolvimento, de um equipamento para o corte, aos pedaços, de frangos crus. Os pontos principais, tratados neste documento, consistem numa abordagem metódica, de acordo com a metodologia do projeto mecânico, para ao problema solicitado pelo cliente, fosse apresentada uma solução viável face às necessidades declaradas. Inicialmente foi gerado um conjunto de esboços conceptuais, ou seja, possíveis soluções, baseadas num conjunto de parâmetros a cumprir, previamente acordados com o cliente. Os parâmetros mais importantes estão relacionados com a lista de objetivos, as funções a contemplar e o estabelecimento dos requisitos do projeto. De um conjunto de métodos e técnicas, seleccionou-se a solução mais adequada, face às exigências e expectativas do cliente. A solução adoptada, a partir de um conjunto de soluções elaboradas, foi pormenorizadamente detalhada. Nesse contexto, foi incluída e cumprida a legislação relativa às normas de higiene e segurança, de acordo com a aplicação pretendida para o equipamento, assim como os aspetos relacionados com a ergonomia do posto de trabalho. Posto isto, procedeu-se à montagem virtual de todos os componentes. Por último, referiu-se as conclusões do trabalho realizado e definiu-se propostas para trabalhos futuros., The competitive edge on the food sector and the on growing necessity to make available on the market a vast range of products has encouraged the technological innovation and a greater automation and control of processes. Currently several types of poultry products are available as well as a vast range of equipment that are able to process those products. However there is still present a great need in improving the productive cadence whilst processing certain products. With this assumption a need has arisen for a Portuguese company, the national leader on the poultry products’ market, to automate their productive process of the product Canja de Galinha. Thus, has sought the creation of a specific equipment in order to produce this product, which is currently produced manually. This dissertation presents the work under study, conception and development of an equipment to cut raw chicken into pieces. The main points dealt in this document comprise of a methodical approach according to the methodology of a mechanical project, so that from the problem presented by the client a feasible solution was created that met the stated needs. A collection of conceptual sketches was initially generated, in other words, possible solutions based on a set of parameters to fulfil, which were previously defined in conjunction with the client, were developed. The most important parameters are related to the objectives’ list, the functionalities to take into account and set up of the project’s requirements. Of a set of methods and techniques the most appropriate solution was selected, taking into account the demands and expectations of the client. The adopted solution, from a set of created solutions, was thoroughly detailed. In that context, the legislation relative to the hygiene and safety norms was strictly followed according to the intended application for the equipment as well as the aspects related to ergonomics of workstation. Hereupon the virtual assembling of all components. In the end of this document conclusions for the work executed have been stated in addition to defining future work.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil, Na presente dissertação tem-se por objetivo recolher dados de medições de estados de agitação marinha na zona em estudo que é composta por elevado número de seixos, permitindo uma caracterização de estados de agitação marinha da praia, mais propriamente a praia de Belinho situada em Esposende É usual efectuar a caracterização da agitação com recurso a modelos numéricos complementados com registos de sensores de pressão instalados na zona em análise. Assim a caracterização de estados de agitação do trabalho aqui apresentado foi efectuada comparando os dados registados no sensor de pressão utilizado sendo ele o sensor TWR-2050, e os resultados das simulações efectuadas pelo software Coulwave, bem como os registos cedidos pelo Instituto Hidrográfico registados pela boia do porto de Leixões. O resultados apresentados são referentes as datas 24/04/2014, 28/04/2014, 13/05/2014 e 16/05/2014 e encontram-se em período de marés vivas. Relativamente as campanhas efectuadas in situ, o sensor foi instalado num local situado antes da rebentação, numa superfície plana, com fácil acesso a partir das rochas, sendo este colocado numa estrutura devidamente preparada para o efeito, com recurso a diversos materiais de fixação. Após a fase de recolha e análise dos dados das medições em campo, foi criado um modelo de agitação no software Coulwave, com base em registos da boia do porto de Leixões, com vista a simular os estados verificados em campanha, sendo que as condições de simulação introduzidas foram a altura significativa e o período significativo. São apresentados todos os resultados e analises das medições e do modelo numérico de modo a avaliar as diferenças verificadas nos períodos em análise. Da comparação efectuada em ambos os métodos, referentes à altura significativa e período significativo, conclui-se que em grande parte os valores se assemelham, de onde se deduz que os métodos tem uma eficácia satisfatória. Importante referir também que os valores registados em Leixões, no dia referente a primeira campanha possuem uma diferença significativa para com os registos in situ e os do modelo numérico. Do trabalho realizado é possível afirmar que a praia de Belinho não registou elevada agitação nas datas em analise e os dados de ondas registados são formadas ao largo., The purpose of this work is to collect data from measurements of sea agitation in the study area which is composed of large number of pebbles, allowing a cause-effect analysis of the beach morphodynamics, allowing a characterization of sea agitation on the beach, more properly beach Belinho, located in Esposende, Braga. It is usual to perform the characterization of sea agitation using the numerical models supplemented with records of pressure sensors installed in the area os study. Thus the characterization agitation states here presented here was made by comparing the data recorded in the pressure sensor used (the TWR-2050 sensor), and the results of the simulations by Coulwave software, as well as records assigned by the Hydrographic Institute recorded by Leixões harbor buoy. The results presented refer to the following dates: 24/04/2014, 28/04/2014, 05/13/2014 and 16/05/2014. Regarding the campaigns carried out in situ, the sensor was installed at a location before the breaker point on a flat surface, with easy access from the rocks, which was placed in a structure properly prepared for this purpose, using various fastening materials. After the phase of gathering and analyzing data from field measurements, a model of agitation in Coulwave software was created, based on records of Leixões harbor buoy, in order to simulate the observed states during campaigns; the conditions introduced in the simulation were the significant height and period. All results and analysis of the measurements and the numerical model are presented in order to evaluate the differences in the periods under review. From the comparison made in both methods, related to the significant wave height and significant period, we concluded that the values largely resemble and thus the methods are satisfactory. It is also important to note that the values recorded in Leixoes on the day after the first campaign have a significant difference to the records in situ and the numerical model. From this work it is possible to affirm that the Belinho did not register a high agitation on the study dates and the analyzed and recorded data show us that the waves are formed offshore.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Biomateriais, Reabilitação e Biomecânica), Durante muitos anos o conceito de reabilitação centrou-se em maximizar as funções motoras não afetadas, levando os pacientes a usar os seus restantes meios de uma forma compensatória. Recentemente verificou-se que movimentos repetitivos orientados para uma tarefa podem melhorar a força muscular e a coordenação de movimentos em doentes com limitações neurológicas ou ortopédicas severas. A fisioterapia tradicional é fisicamente exigente e laboriosa para o terapeuta, dispendiosa e pode apresentar variabilidade indesejada nos ciclos de movimentos praticados dentro de cada exercício ou entre sessões. O uso de dispositivos mecânicos e robóticos de treino permitem maior repetibilidade, maior número de ciclos realizados, sessões mais longas e diminuem a exaustão física do terapeuta que desse modo se pode concentrar em tarefas avaliativas de desempenho. Como apenas necessita de um terapeuta, também baixa os custos económicos para o doente. Porém, os sistemas robóticos tradicionais denotam custo e complexidade elevados, estando apenas disponíveis para grandes centros de reabilitação. O mecanismo de quatro barras é o um dos sistemas articulados mais populares, encontrando-se nos mais diversos dispositivos mecânicos. É um mecanismo de construção simples e de baixo custo, versátil a nível de aplicações e das relações que apresenta entre o movimento de entrada e saída, apenas necessita de um atuador para realizar o movimento e está descrito na literatura de forma extensa. Este trabalho propõe o projeto de um dispositivo, de baixo custo, baixa complexidade e elevada adaptabilidade, que permita a reabilitação da marcha humana. Pretende-se estabelecer uma metodologia para a síntese de um mecanismo de quatro barras, que possa ser utilizado para simular a trajetória do tornozelo no plano sagital, com vista à reabilitação dos pacientes., For many years, the rehabilitation concept focused on maximizing the functions which were not affected by the event that created the disability by using the remaining means in a compensatory fashion. More recent approaches showed that oriented repetitive motions could improve muscle strength and movement coordination in patients suffering from acute neurological or orthopedic conditions. Traditional physiotherapy is demanding and laborious on the therapist; costly and may present unwanted variability in the trained movement cycles between exercises and sessions. The use of mechanical and robotic training devices allows for greater movement repeatability, a greater number of realized movement cycles, longer sessions and decreases the therapist physical exhaustion which may now concentrate on evaluative tasks. As it requires only one therapist, it lowers the economic costs for the patient. However these devices are expensive and require complex maintenance and operating, making them only available for high-end rehabilitation centers. The four bar linkage is the most popular of the articulate systems and may be found in various mechanical applications and devices. It’s low cost, easy to build, versatile, presents a great variety of relations between the entry and exit movement, only needs one actuator and is described in great extent in related literature. This work proposes the design of a device of low cost and complexity, as well as high adaptability which allows for human gait rehabilitation. One intends to establish a method for the synthesis of a four bar linkage which is to be used in a device to simulate the ankle trajectory in the sagittal plane.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica (área de especialização em Tecnologias da Manufatura), Atualmente a indústria alimentar tem vindo a desenvolver-se e a crescer mundialmente devido ao cada vez maior número de habitantes que exige maiores quantidades de alimento e um processamento dos mesmos muito mais rápido. O objetivo desta dissertação centra-se na resolução de um problema concreto: desenvolver uma solução para remover as unhas das patas dos frangos que apresente uma elevada cadência de produção ao ponto de tornar o produto economicamente atrativo. Assim, nesta dissertação encontram-se todas as fases de desenvolvimento e criação de um equipamento, desde o estado da arte até á produção de um protótipo. Efetivamente, apresenta-se nesta dissertação toda a pesquisa efetuada que auxiliou ao desenvolvimento concetual de um equipamento de acordo com os objetivos do trabalho, bem como estudos estatísticos e testes práticos realizados para validação de informações. Apresenta-se todo o desenvolvimento de uma possível solução, desenvolvimento conceptual e inclusive dimensionamento e projeto de detalhe de todos os componentes que constituem o equipamento. Todo o projeto concetual e de detalhe são apresentados, bem como a modelação 3D de todos os componentes que constituem o equipamento. Nesta dissertação encontra-se ainda o sistema de automatização e controlo do funcionamento do equipamento, incluindo a definição de todos esses componentes que permitem a automatização do equipamento, bem como uma pequena simulação de funcionamento. Desta forma, demonstra-se nesta dissertação como o equipamento concebido consegue atingir uma cadência máxima de 9170 patas/hora, muito superior à cadência manualmente atingida de 1200 patas/hora. Para além disso demonstra-se a total capacidade de reconfiguração do equipamento para poder processar patas de diferentes tamanhos. Realizado em parceria com uma empresa, este trabalho culminou numa definição total do processo conceptual e de detalhe do equipamento, faltando apenas a fase de construção e teste de um protótipo para, de uma forma mais assertiva, poder validar e verificar o funcionamento do equipamento mas também efetuar eventuais melhorias., Currently, the food industry has been developing and growing worldwide due to the growing number of people requiring not only larger amounts of nourishment, but also its much faster processing. The main goal of this dissertation focuses on solving a particular problem: to develop a solution/equipment to remove the nails of the chickens’ paws that has a high rate of production making it an economically attractive product. Thus, in this work, are identified all stages of development and creation of a machine from scratch, from the state of the art and up to the production of a prototype. Moreover, this work presents all performed research that helped to conceptually develop an equipment based on the purposes of the work, as well as the statistical studies and practical tests taken for validation of information. It presents all the development of a possible solution, its conceptual progress, and even dimensioning and detail design of all components that constitute the equipment, which, conceptually, will comply with the initial goal. All the conceptual design and detail are presented, as well as 3D modelling of all components of the equipment, and of the complete equipment itself. This dissertation also includes the automation and control system of the operation of the equipment, including the definition of all these parts enabling the automation of equipment, as well as a small operation simulation. Thus, it is shown in this work how the planned equipment can achieve a maximum rate of 9170 paws / hour, far superior to the hit rate of 600 paws / hour, achieved when performing this task by hand. It also depicts the total capacity of reconfiguration of equipment, regarding the need to process paws of different sizes. Accomplished In partnership with company, this work culminated in a complete definition of the conceptual process and of the detail of the equipment. It only lacks the construction phase and testing of a prototype, so as to, more assertively, validate and verify the maneuver of the equipment, and also make the necessary improvements.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica, Desde a primeira invenção do tear circular, este já sofreu inúmeros desenvolvimentos. Inicialmente, os teares circulares destinados à produção de peúgas eram totalmente comandados por mecanismos mecânicos. Posteriormente estes evoluíram para teares circulares semi-automáticos. A partir dos anos 90 estes teares passaram a ter um controlo automático. O objectivo deste trabalho é o desenvolvimento de placas electrónicas, bem como, todo o seu software de controlo e comando. E desta forma, automatizar um tear circular automático, Conti F3C. Após um estudo aprofundado do funcionamento do tear circular, bem como, de toda a electrónica que o constitui, será apresentado uma alternativa para automatizar este tear. Ao qual, serão demonstrados o inventário de todos os componentes mecânicos e electrónicos adquiridos no âmbito deste estudo e os esquemas dos circuitos electrónicos desenvolvidos. Por último, o projecto será validado através da construção das placas de circuitos electrónicos e teste das mesmas. A partir destes testes ficou concluído que com esta substituição das placas electrónicas e o desenvolvimento do software de controlo e comando, o tear circular transformou-se numa máquina mais eficiente a nível energético e propícia a entrada no mercado de personalização de peúgas, uma vez que esta poderá albergar nos seus microcontroladores diversos programas que poderão ser trocados através de condições (por exemplo: pela quantidade de peúgas produzidas)., Since the first invention of the circular knitting machines, this has suffered innumerable developments. Initially, the circular knitting machines for the production of socks were totally controlled by mechanical mechanisms. More later, they progressed to semi-automatic. From of the 90s these knitting machines began getting on automatic control. The objective of this work is the development of electronic boards, well as, all your command and control software. And this way, automate an automatic circular knitting machine, Conti F3C. After a detailed study of the functioning of knitting machine, as well, all the components electronics that constitutes an alternative to automate this knitting machine will be presented. Which will be demonstrated inventory of all mechanical and electronic components acquired under this study and schemes of electronic circuits developed. Finally, the project will be validated through the construction of electronic circuits boards and testing this same boards. From these tests it was concluded that with this replacement of the electronic boards and the development of command and control software, the knitting machine has become a more efficient machine in energetic level, and propitious to market entry for customizing socks once that can accommodate various programs in their microcontrollers that can be exchanged through conditions (eg: by the quantity of socks produced).

Dissertação de mestrado em Ciências – Formação Contínua de Professores, Este trabalho foi elaborado no âmbito da realização do Mestrado em Ciências – Formação Contínua de Professores na área de especialização de Física e Química, de acordo com a aplicação do despacho RT-38/2011 regulamentado pela Circular VRT/RVC-01/2012. Apresenta um enquadramento científico sobre o tema “Trabalho e Calor”, focando-se os aspetos referenciados nos programas da disciplina para os ensinos básico e secundário, podendo servir para ajuda aos docentes na preparação das suas aulas. A experiência relacionada com a utilização da Robótica no ensino das Ciências é apresentada na segunda parte do relatório, onde se analisam projetos desenvolvidos nesta área que envolveram alunos dos ensinos básico, secundário e profissional de várias escolas europeias. É, ainda, analisado o percurso profissional com ênfase nas principais funções, formações e especialização realizadas., This work was conducted within the scope of a Masters Degree in Science – Teachers’ Lifelong Training, in the specialised field of Physics and Chemistry, according to the order RT-38/2011 regulated by the circular VRT/RVC-01/2012. It presents a scientific framework on the topic “Work and Heat”, focusing on the aspects included in the curricula for Basic and Secondary Education, and may be an extremely helpful guide to lesson planning. The experience related to the use of robots in science teaching is presented in the second part of this paper, where the projects developed in this area, among students of various basic, secondary and professional European schools, are analysed. It is also considered the professional route, with emphasis on major functions, professional trainings and specializations accomplished.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica, A implementação de sistemas automatizados na indústria implica o treino prévio de pessoal especializado na implementação de autómatos programáveis (vulgarmente denominados como PLCs, do inglês Programmable Logic Controller), de sensores e atuadores de vários tipos e funções, desde o simples comando de uma válvula até complexos controladores de processos. Este trabalho tem como objetivo criar uma ferramenta de simulação, onde os estudantes possam testar a implementação e comportamento de sistemas automatizados reais. Assim esta dissertação apresenta uma plataforma de simulação de sistemas automatizados, réplicas de sistemas reais, para que o comando do sistema possa ser simulado virtualmente, utilizando simulação Model-In-the-Loop. A plataforma foi desenvolvida no contexto do ensino de Sistemas a Eventos Discretos a estudantes de Engenharia Mecânica e Engenharia Eletrónica. A principal vantagem desta plataforma de simulação é o facto da metodologia de desenvolvimento poder ser estendida a outros exemplos práticos ilustrativos, disponibilizando aos estudantes novas estratégias e metodologias de ensino relacionadas com práticas laboratoriais. No desenvolvimento deste trabalho, procedeu-se à divisão da plataforma de automação em duas partes, parte de comando e parte física. Ambas sincronizadas uma vez que uma não funciona sem a outra. Neste trabalho aborda-se apenas o desenvolvimento da parte de comando sendo a parte de comando abordado noutra trabalho complementar a este. Dado isto, os passos para o desenvolvimento da parte de comando da plataforma, assim como os formalismos e ferramentas utilizadas estão descritas ao longo desta dissertação., The implementation of automated systems in the industry implies the prior training of specialized personnel in the implementation of PLCs (Programmable Logic Controller), sensors and actuators of various types and functions, from simple command to a valve controlling complex processes. This work aims to create a simulation tool, where students can test the implementation and performance of automated real. This thesis presents a simulation platform for automated systems, replicas of real systems, so that the control system can be simulated virtually simulation using Model- In-the - Loop. The platform was developed in the context of the teaching of Discrete Event Systems to students of Mechanical and Electronics Engineering. The main advantage of this simulation platform is that the development methodology can be extended to other illustrative examples, providing students with new strategies and teaching methodologies related to laboratory practice. In developing this work, we proceeded to the division of the automation platform into two parts, the command and the physical. Both synchronized since it will not operate without one another. In this paper only discusses the development of the control command being addressed in another part of this supplementary work. Given this, the steps for the development of part of the platform control, as well as formalisms and tools used are described throughout this thesis.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecatrónica, A implementação de sistemas automatizados na indústria implica o treino de pessoal especializado para trabalhar/desenvolver sistemas constituídos por autómatos programáveis (vulgarmente denominados como PLC’s, do inglês programmable logic controller), sensores e atuadores de vários tipos e funções, desde o simples comando de uma válvula até complexos controladores de processos. A principal vantagem desta plataforma de simulação é a possibilidade de fornecer aos alunos novas estratégias e metodologias de aprendizagem, tendo como base as práticas laboratoriais direcionadas ao que irão encontrar no mercado de trabalho. Através da utilização do seu computador pessoal, os alunos serão capazes de aprender ao seu próprio ritmo, autonomamente, tendo a capacidade de descobrir e incidir na resolução das suas próprias dificuldades. Esta dissertação apresenta todo o processo de construção de plataformas de simulação virtuais de sistemas automatizados, réplicas de sistemas reais, para que o controlo do sistema possa ser simulado virtualmente utilizando a simulação Model-In-the-Loop. Devido às vantagens destes processos, esta plataforma foi desenvolvida no contexto do ensino da área de automação aos estudantes das várias áreas da Engenharia. Dado isto, ao longo desta tese são enunciados todos os passos para o desenvolvimento da plataforma, assim como os formalismos e ferramentas utilizados., The implementation of automated systems in the industry involves training specialized personnel to work / develop systems consisting of programmable logic controllers (commonly referred to as PLC's), sensors and actuators of various types and functions, from the simple command of a valve to complex processes controllers. The main advantage of this simulation platform is the ability to provide students new learning strategies and methodologies, based on laboratory practices directed at what they will find in their labor market. Through the use of their personal computer, students will be able to learn at their own pace, independently, having the ability to discover and focus on solving their own problems. This thesis presents the entire process of building platforms for virtual simulation of automated systems, replica of real systems, so that the control system can be simulated using the simulation virtually Model-In-the-Loop. Due to the advantages of these processes, this platform has been developed in the context of teaching automation to the students of the most extensive areas of Engineering. Given that, along this thesis are listed all the steps for the development of the platform, as well as formalisms and tools used.

Dissertação de mestrado em Ciências – Formação Contínua de Professores

Dissertação de mestrado em Engenharia de Informática, Este trabalho, ou este estudo, ou esta experiência tenta demonstrar que existem ferramentas diferentes das já utilizadas para ajudar os alunos a compreender o funcionamento exato da disciplina de Matemática. Assim sendo, todo este projeto concentra-se na obtenção de formas diferentes de ensinar matemática aos alunos. A robótica, como instrumento de ensino e demonstração, vai permitir aos alunos terem um contacto prático com as matérias que lhes são ensinadas. Este projeto decorre numa escola básica com alunos do 5o ano. Todos estes alunos são voluntários e eram alunos com notas medianas a esta disciplina no ano anterior. Os robôs utilizados, são robôs da Lego Mindstorms NXT, com o respectivo software de programação. Os alunos tinham de os programar consoante a matéria que iam dando nas aulas. Nenhum aluno tinha tido contacto com estes robôs e muitos deles nem sequer nunca tinham mexido em computadores. Esta articulação programa-aluno-professor foi feita com a Diretora de Turma e a professora de Matemática, que iam revelando a planificação das aulas para que os alunos pudessem experimentar na prática o que tinham aprendido., This study or this work, tries to demonstrate that there are different tools from the ones used before, to help students understand the exact procedure of the Mathematics subject. So, this whole project is focused in teaching Mathematics in a different approach. Robotics, as a teaching and demonstration tool, will allow the students to experience in a useful way the topics they’ll be learning. This project involves students of the 5th grade of a Middle School. All the students were volunteers and had had a medium evaluation the previous school year. The robots used are Lego Mindstorms NXT, with the proper programming software. The students had to program them according to what they learned in class. None of the students had ever used these computers and some of them had never used a computer before. This purpose: program-student-teacher was done with the class director and the Maths teacher, who explained their planning to the students so that they could put into practise their work.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica, A implementação de sistemas automatizados na indústria implica treino de pessoal especializado para trabalhar/desenvolver sistemas constituídos por autómatos programáveis (vulgarmente denominados PLCs, do inglês "Programmable Logic Controllers"), sensores e atuadores de vários tipos e funções, desde o simples comando da válvula de um cilindro até complexos controladores de processos. Desenvolveu-se, na Universidade do Minho, numa parceria entre quatro departamentos da Escola de Engenharia, um laboratório virtual e remoto destinado ao ensino desta área do conhecimento, designado plataforma WALC (Web Assisted Laboratory for Control). Esta plataforma, proporciona o ensino da automação através da possibilidade de simulação do controlo de um sistema automatizado real. O objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento de simulações de sistemas automatizados, réplicas de sistemas reais, para que o controlo do sistema possa ser simulado virtualmente, utilizando simulações Software-In-the-Loop. Este simulador, tem como função, complementar a plataforma WALC, dado que utiliza sistemas virtuais, sem a necessidade de projetar e construir bancadas físicas de simulação e teste com elevados custos associados. Paralelamente ao desenvolvimento das simulações virtuais de sistemas automatizados, é apresentado o projeto e configuração adotados para a construção de um kit didático real para alargar a área de ensino da plataforma WALC., The implementation of automated systems in industry involves training of specialized people to work/develop systems constituted by programmable automatons (PLCs), sensors and actuators of several types and functions, since a simple command of a valve of a cylinder to complex controllers of processes. It was developed, at Minho University, in partnership between four departments of Engineering School, a virtual and remote laboratory devoted for the teaching of this knowledge area, called WALC. This tool provides a teaching of automation through the possibility of simulating the control of a real automated system. The objective of this work consists on the development of simulations of automated systems so as that the control system can be virtually simulated using Software-In-the-Loop simulations. These simulators have as function the complementation of WALC platform using virtual systems without the necessity of designing and constructing physical benches of elevated cost. In the same side of development of virtual simulations of automated systems, has been developed a real educational kit to extend the teaching area of WALC platform.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica, Atualmente verifica-se um crescimento exponencial a nível de desenvolvimento de sistemas robóticos móveis havendo um esforço para criar sistemas com propriedades mais eficientes e adaptáveis às exigências do ambiente de trabalho. Neste contexto, têm havido uma preocupação acrescida em desenvolver melhores sistemas de locomoção quer seja locomoção por rodas quer seja por pernas (bípede, quadrúpede e hexapode). Esta dissertação foca-se na otimização da locomoção bípede a qual é uma área que tem sido alvo de grande atenção uma vez que esta é uma área da robótica que ainda necessita de progredir no sentido de conseguir finalmente uma locomoção tão eficiente como a marcha humana. Deste modo, a elaboração deste trabalho teve como objetivos principais a criação de uma estratégia de otimização que combinasse a geração de padrões de movimento através de geradores centrais de padrões (CPGs) com um algoritmo de otimização evolucionário (Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm ll). Essa estratégia implicou a determinação de objetivos que correspondem a características da locomoção bípede e que foram otimizados, sendo eles o deslocamento frontal, a altura a que o pé levanta, a força de impacto entre os pés e o chão e a posição do centro de massa. Os resultados foram obtidos a partir de simulações na plataforma Webots para o robô bípede Darwin-OP. Neste contexto, os resultados foram muito satisfatórios uma vez que o algoritmo foi capaz de gerar locomoção estável e os objetivos propostos foram otimizados. Foi feito também um estudo de sensibilidade que determinou a existência de parâmetros de CPGs que apresentam uma forte correlação positiva com as funções objetivos. Assim, os parâmetros Acompasso, frequência ω e ORoll influenciam fortemente o deslocamento e a força de impacto e o parâmetro AhPitch influencia a altura a que o pé levanta. No futuro seria pertinente aplicar o algoritmo elaborado num robô bípede real e conferir se consegue gerar uma locomoção eficiente em condições reais., Presently there is an exponential increase on the level of development of mobile robotic systems and so there is an effort to create systems with properties more efficient and adaptable to the demands of the work environment. In this context, there has been a heightened concern in developing better systems of locomotion either by wheels either by legs (bipedal, 4-legged or 6-legged). This dissertation focuses on the optimization of bipedal locomotion which is an area that has been the subject of much attention since this is an area of robotics that still needs to make progress towards finally achieving locomotion as efficient as the human gait. Thus, this work aimed to create an optimization strategy that combines the generation of movement patterns through central pattern generators (CPGs) with an evolutionary optimization algorithm (Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm II). This strategy involved the determination of objectives that correspond to characteristics of bipedal locomotion and that have been optimized, namely the frontal displacement, the ground clearance, the impact force between the foot and the ground and the position of the center of mass. The results were obtained from simulations in Webots platform for the bipedal robot Darwin-OP. The results were very satisfactory since the algorithm was able to generate stable locomotion and the proposed objectives were optimized. We also made a sensitivity analysis that determined the existence of CPGs parameters that exhibit a strong positive correlation with the objective functions. Thus, the parameters Acompasso, the frequency ω and ORoll strongly influence the impact force and displacement as well as AhPitch influences the height to which the foot rises. In the future it would be appropriate to apply the developed algorithm in a real biped robot and check if it can generate an efficient locomotion in real conditions.

Tese de doutoramento em Engenharia Civil, Structural dynamic monitoring is currently used in several areas of engineering such as the mechanical, aeronautical, and civil communities. While in the most of these areas, dynamic monitoring tests started to be used in the 1970s, in the civil engineering field these tools have been used mostly since the 1980s for studying high flexible structures such as bridges and tall buildings. The use of these tools for monitoring cultural heritage buildings started to be studied at the University of Minho only in the last decade due to the interest in using non destructive methodologies for assessing the global response of these structures. The present work explores the possible inclusion of Wireless Sensor Networks (WSN) in the Operational Modal Analysis (OMA) schemes of existent structures. Since a complete solution of dynamic monitoring would also contemplate the improvement of feature extraction algorithms, the development of a new methodology for performing automatic and remote processes is addressed in this work. With this purpose, the possibilities of the commercial off-the-shelf solutions on WSN platforms were first explored. Laboratory and field OMA tests were carried out using these platforms and the results showed that this technology, as it is provided, has no direct application in this type of studies. The main reasons are the low resolution of the accelerometers and the ADCs embedded and the lack of communication protocols that assure not only a proper synchronization among nodes but also reliability in the communication processes. Once the limitations of the ready to use WSN solutions were identified a joint team involving electronic and communication engineers developed a prototype WSN system aiming at fulfilling the demanding requirements of OMA tests in existent structures. Despite the need of some improvements in this prototype system, the results of several rounds of validation tests demonstrated their excellent performance, which is comparable to conventional wired based systems, in scenarios with vibrations amplitudes higher than 0.1 mg. The last part of this work was dedicated to the improvement of the data processing stage of the dynamic monitoring processes. Due to the huge amount of collected data, the feasibility of continuous monitoring studies relies on the use of automatic feature extraction techniques. With this respect, a new algorithm was proposed for performing remote and automatic processes based on the interpretation of the information resulting from the parametric modal identification methods using a combination of the clustering techniques and the rule-based approach. The results of numerical and laboratory validation tests demonstrated the reliability of this algorithm since highly accurate estimations were obtained, with a high success rate. When the algorithm was tested in a field test using a 19th century church, the results demonstrated not only the efficacy of the algorithm but also the difficulties on using OMA tests in these structures, due to the fact that the environmental noise was, particularly during critical night hours, not enough to excite such heavy buildings., A monitorização dinâmica de estruturas é usada actualmente em diferentes áreas da engenharia, como por exemplo a mecânica, aeronáutica e civil. Enquanto na maioria destas áreas estes ensaios começaram a ser usados na década dos 70s, na engenharia civil a sua aplicação foi feita a partir dos anos 80, com o intuito principal de estudar estruturas altamente flexíveis como pontes e edifícios altos. O uso deste tipo de técnicas de monitorização em edifícios de carácter histórico começou a ser estudada na Universidade do Minho só na última década devido ao interesse na exploração de ferramentas não destrutivas que permitiriam ajudar a compreender o comportamento global destas estruturas. O presente trabalho explora a possível inclusão dos sistemas de sensores sem fios na Análise Modal Operacional de estruturas existentes. Uma vez que uma solução de monitorização completa contempla também a melhoria dos algoritmos de extracção das propriedades dinâmicas, a procura desta solução, mediante o desenvolvimento de uma nova metodologia remota e automática para o processo dos dados, faz também parte desta tese. Neste sentido, foram inicialmente exploradas as possibilidades reais das plataformas comerciais sem fios. Os resultados dos ensaios realizados mostraram que estas plataformas, como são vendidas, não têm aplicação directa neste tipo de estudos. Os principais motivos são à baixa resolução dos acelerómetros e conversores analógicos - digitais (ADCs) disponíveis, além da falta de implementação de um protocolo de comunicação, o qual garantiria não só a sincronização entre nós, mas também um processo fiável de comunicação entre eles. Uma vez identificadas as limitações destas plataformas comerciais, uma equipa conjunta envolvendo engenheiros electrónicos e de comunicações desenvolveu um novo sistema de monitorização sem fios visando cumprir os exigentes requisitos dos ensaios Modais Operacionais em estruturas existentes. Sendo ainda preciso fazer melhorias no protótipo desenvolvido, os resultados dos numerosos ensaios de validação provaram o excelente desempenho deste, comparável com o dos sistemas convencionais com fios, em situações com vibrações superiores a 0.10 mg. A parte final deste trabalho foi dedicada à melhoria da etapa do processamento de dados nos processos de monitorização dinâmica. Devido a grande quantidade de informação recolhida nestes processos, a sua falibilidade está sujeita ao uso de ferramentas automáticas para o seu tratamento. Neste sentido, no presente trabalho propõe-se um novo algoritmo de identificação remota e automática baseado na interpretação dos resultados dos métodos de identificação paramétrica usando uma combinação das técnicas de agrupamento (clustering) e das baseadas na experiencia (ruled-based). Os resultados dos ensaios numéricos e laboratoriais demonstraram a eficácia do algoritmo desenvolvido com estimações altamente precisas e confiáveis. Quando o algoritmo foi testado numa experiência de campo no estudo duma igreja do século XIX, os resultados confirmaram não só a eficácia do algoritmo mas também a dificuldade de aplicação das técnicas de Análise Operacional nestas estruturas. Isto, devido ao facto de o ruído ambiente ser, em algumas horas críticas, insuficiente para excitar estes edifícios altamente rígidos., The PhD Studies of the author were supported by Alban, European Union Programme of High Level Scholarships for Latin America, with the scholarship number E07D400374PE

Tese de doutoramento em Engenharia Electrónica e de Computadores, Nesta Tese foi desenvolvida uma arquitectura de controlo cognitiva que permite a um robô trabalhar em conjunto com um humano, tendo sido escolhida como tarefa de validação a construção cooperativa de objectos. A arquitectura de controlo é inspirada pelas mais recentes investigações a nível teórico e experimental sobre os mecanismos neuro-cognitivos, que se acredita estarem na base de tarefas cooperativas entre humanos. A arquitectura de controlo do robô implementa a coordenação de acções e objectivos como um processo dinâmico que integra o contexto, o conhecimento da tarefa e os resultados previstos do comportamento motor do humano. É formalizada através de um sistema acoplado de Campos Dinâmicos Neuronais que representam uma rede distribuída de populações neuronais interligadas com funcionalidades específicas. O uso de Campos dinâmicos neuronais possibilita adicionar capacidades cognitivas ao robô (e.g. decisão mesmo perante informação incompleta, ambígua ou ruidosa, antecipação, capacidade de inferir intenções e entender acções do outro agente), permitindo que o seu comportamento não seja apenas gerado em reacção à informação sensorial adquirida. O robô usado nesta Tese é antropomórfico, sendo constituído por um braço manipulador de sete graus de liberdade com uma mão robótica, e um sistema de visão stereo, montados num torso estático. Foi ainda adicionado um sistema de síntese de fala e outro de reconhecimento. A validação da arquitectura de controlo cognitiva foi realizada em duas tarefas de construção, onde o robô e um humano constroem objectos. Na primeira tarefa a equipa tem que construir um modelo de um Toy Vehicle, e na segunda tarefa tem que construir um de quatro objectos com peças do Baufix TM. Nestas tarefas é possível verificar que o robô é capaz de percepcionar e inferir as acções/intenções do humano, e deste modo seleccionar a acção complementar a realizar. O robô é ainda capaz de monitorizar conflitos/erros realizados pelo humano, bem como erros que ele próprio realize., This thesis proposes a cognitive control architecture for human-robot interaction, which has been validated through a cooperative construction task. The control architecture is inspired by recent theoretical and experimental research on the neuro-cognitive mechanisms that support joint action in humans. The robot control architecture implements the joint coordination of actions and goals as a dynamic process that integrates contextual cues, shared task knowledge and the predicted outcome of the user's motor behaviour. It is formalized by a coupled system of dynamic neural fields representing a distributed network of local but connected neural populations with specific functionalities. The use of dynamic neural fields endows the robot with cognitive abilities (e.g. decision making even with incomplete, ambiguous or noisy information, anticipation, the ability to infer intentions and understand the other agents' actions), allowing a behaviour that is more than the simple reaction to the acquired sensory information. An anthropomorphic robot is used in this work, composed by a seven degrees of freedom manipulator arm with a dexterous gripper mounted on a static torso, and a stereo vision system. It is also equipped with a speech synthesis and recognition system. The validation of the cognitive control architecture was conducted in two joint construction tasks, where the robot and a human build several target objects from their component parts. In the first task the team has to build a Toy Vehicle model, and in the second, to build one of four objects with Baufix TM pieces. In these tasks one can verify that the robot is able to perceive and infer the actions/intentions of human, and therefore select its own, and most appropriate, action to perform. The robot is still able to monitor conflicts/errors performed by the human, and errors performed by itself., Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) – SFRH/BD/18149/2004 ; Projecto LEMI (Learning to read the motor intention of others: towards socially intelligent robots) – POCI/v5/A0119/2005,08/2007-12/2008 ; Projecto Reequipamento (Anthropomorphic robotic systems: control based on the processing principles of the human and other primates’ motor system and potential applications in service robotics and biomedical engineering) – ref. CONC-REEQ/17/2001, Comissão Europeia - Projecto JAST (Joint Action Science Technology) – FP6-IST2, Proj. n.º 003747, Universidade do Minho - Projecto Reequipamento (Anthropomorphic robotic systems: control based on the processing principles of the human and other primates’ motor system and potential applications in service robotics and biomedical engineering) – ref. CONC-REEQ/17/2001

Dissertação de mestrado em Electrónica Industrial (especialização em Automação e Robótica), Esta dissertação teve como objectivo a concepção e construção de um robot antropomórfico para ser usado em tarefas que envolvam interacção e coordena¬ção com humanos. Partindo do objectivo principal o trabalho foi estruturado em várias tarefas: i) concepção e dimensionamento da estrutura para o robot; ii) a selecção de um sistema de visão adequado; iii) a integração de todos os disposi¬tivo'S necessários (braço, mão, unidade Pan-Tilt e câmaras); iv) a identificação e cálculo das coordenadas 3D de objectos. A estrutura do robot foi projectada não só para suportar o peso de todos os componentes que compõem este, mas também e muito importante, para garantir estabilidade mesmo em situações em que o braço executa movimentos bruscos. O tamanho e a forma da estrutura apresentam medidas antropométricas de modo a conferir ao robot um aspecto humanóide, por forma a aumentar a aceitabilidade por parte dos humanos. O robot está equipado com um braço de 7 DoF, similar ao de um humano, e uma mão artificial com 4 graus de liberdade. O conjunto braço + mão permite ao robot agarrar e manipular objectos, de modo similar à acção humana. O pescoço, de 2 graus de liberdade (neste caso uma unidade Pan¬Tilt), permite ao robot alterar o sítio para onde direcciona o olhar, conseguindo desta forma focar a atenção em áreas diferentes do ambiente. N a escolha do sistema de visão foi tido em consideração o ambiente em que se insere o robot, o campo de visão necessário, assim como o seu preço e desempenho, tendo-se conseguido atingir uma boa relação qualidade preço. O cálculo das coordenadas 3D de objectos, foi feito combinando técnicas de processamento de imagem para a identificação de objectos com imagens stereo obtidas do sistema de visão seleccionado. O robot está actualmente a ser usado em vários projectos de investigação (nacionais e internacionais) que abordam vários aspectos/problemas relacionados com a interacção e colaboração próxima entre humanos e robots., The focus of this work was the design and construction of an anthropomorphic robot to be used in tasks that involve dose physical interaction and coordination with humans. The work was structured in several sub-tasks: i) design and cons¬truction of the robot's structure; ii) selection of an adequate vision system; iii) integration of all the required devices (arm, hand, pan-tilt unit and cameras); iv) identify and calculate 3D coordinates of objects. The robot's structure was designed not only to withstand the weight of alI the components, but also and very important, to ensure the stability even in situations where the arm performs harsh movements. The size and shape of the structure have anthropometric measures, giving the robot a human-like form to increase the acceptability by humans. The robot is equipped with an anthropomorphic 7 DoF arm, a dexterous artificial hand with 4 DoF. The set arm + hand allows the robot to grasp and manipulate objects in a human-like way. The robot has a 2 DoF neck (Pan- Tilt unit) that allows the robot to change the direction where is looking, being able to focus the attention in different areas of the environment. ln the selection of the vision system, it was taken into account: the environ-ment where the robot is; the required field of view; the price and the performance. A good ratio between quality and price was achieved. The calculation of 3D coordinates was made combining image processing techniques for object identification with stereo images acquired by the vision system. The robot is currently being used in several research projects (national and international) that address many aspects problems related with dose human-robot interaction and coordination., Bolsa de investigação refª UMINHO/BI/019/2007 - Projecto JAST, Comissão Europeia refª IST-2-003747-IP - "Joint Action Science and Technology "(JAST), Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) refª CONC-REEQ/17/2001 - "Anthropomorphic robotic systems : control based on the processing principles of the human and other primates motor system and potential applications in service robotics and biomedical engineering" e refª POCI/V.5/AO119/2007, 08/2007-12/2008 - "Learning to read the motor intention of others towards socially intelligent robots" (LEMI)

Dissertação de Mestrado em Informática Actualmente estamos perante uma população cada vez mais envelhecida. Sendo que os idosos manifestam propensão para uma saúde mais debilitada, a necessitarem de cuidados cada vez mais contínuos com o avançar da idade. Outro aspecto actualmente manifestado na sociedade é a falta de tempo por parte dos membros activos da família. Devido à emancipação da mulher e ao ritmo frenético em que vivemos, as pessoas têm cada vez menos tempo. Juntando os dois factores supracitados, chega-se à conclusão que cada vez menos famílias têm possibilidade de dar o acompanhamento devido aos seus idosos. Acompanhamento este que se traduz em auxilio nas tarefas simples do dia-a-dia, na vigilância dos problemas físicos que os idosos apresentam e na convivência necessária ao ser humano enquanto ser social. Devido a esta problemática, muitas são as soluções que emergem numa tentativa de solucioná-la. E, dado o crescimento exponencial de novas tecnologias, estas soluções, na sua grande maioria, baseiam-se na área de redes de sensores sem fios. Neste projecto é proposta uma arquitectura para a solução intitulada Elder Care. Esta solução visa dois principais objectivos: por um lado, monitorizar sinais vitais do idoso, emitir alertas para a família e ajuda especializada, por outro, facultar uma rede social de modo a evitar o isolamento social. A arquitectura proposta encontra-se dividida em três módulos: monitorização local, centro de controlo e sala de convívio virtual. A monitorização local encontra-se instalada na residência do idoso, obtendo sinais vitais e enviando os mesmos para o centro de controlo, que será responsável por emitir alertas aos familiares e solicitar auxilio especializado, quando detectadas situações anómalas. Na monitorização local constará ainda um centro multimédia de modo a permitir que os idosos comuniquem com outros utilizadores do Elder Care através da sala de convívio virtual. A sala de convívio virtual, como o próprio nome indica, representará uma sala virtual onde os utilizadores se poderão encontrar e interagir, criando uma rede social. As we observe society in our days, we can see that people live longer; this means that we have an older population. As we know, elder are more likely to have health issues. The special needs presented by elder are gaining a major concern from all of us. Another tendency of our society is the lack of time that people demonstrate and, as a consequence, the lack of time reflects when families can’t take care of their own elders. Many solutions are being presented in order to solve this problem. Some of them are taking advantage of the new technology developments in body sensor network area. In this project we proposed an architecture of a system called Elder Care. The Elder Care solution has two primary goals: monitoring vital signs, sending alerts to family and specialized help and provide a social network in order to wrap all elder to avoid social isolation. The proposed architecture is divided in 3 primary modules: local monitoring, control center and virtual leisure room. The local monitoring will be installed at patient’s home, getting vital signs and sending them to the control center that will be responsible for setting in motion the proper alerts and specialized help as a response to abnormal situations. The local monitoring will also have a media center in order to allow users to communicate with other users that acquire Elder Care solution, through the virtual leisure room. This virtual leisure room, as the name indicates, will represent a virtual room where users can meet and interact, creating a social network.

Tese de Doutoramento em Electrónica Industrial - Ramo de Automação e Controlo, Ao longo desta tese, mostraremos como a dinâmica de atractores pode ser utilizada para controlar equipas de robôs móveis autónomos tornando-os capazes de navegar, em ambientes desconhecidos, de acordo com uma formação geométrica pré-determinada. Algumas das tarefas que são desempenhadas de forma mais eficiente por uma equipa de robôs coordenados em formação são: transporte de objectos, captura de fugitivos, formações de satélites e naves espaciais, exploração e reconhecimento de territórios e diversas aplicações no mundo submarino. Será usada uma estratégia líder–seguidor, na qual a formação desejada é dada através de uma matriz, chamada de matriz de formação, na qual os parâmetros em cada linha definem a pose desejada do robô na formação (isto é, o seu líder, distância desejada e orientação relativa para o líder). Esta posição desejada de um seguidor relativamente a um líder, pode ser, alternativamente, em coluna (atrás do líder), em linha (perpendicular ao líder), ou em oblíquo (de outra forma). Os valores dos parâmetros são, então, usados para moldar os campos vectoriais dos sistemas dinâmicos que geram os valores para as variáveis de controlo (isto é direcção de navegação e velocidade de translação). Estes sistemas dinâmicos são sintonizados de forma a que as variáveis de controlo estejam sempre muito perto de um dos atractores resultantes. A vantagem é que os sistemas são mais robustos contra perturbações porque o comportamento é gerado como uma série temporal de estados assimptoticamente estáveis. A principal contribuição desta tese reside no desenho de uma arquitectura de controlo para uma equipa de robôs que, usando a abordagem da dinâmica dos atractores, exibe implicitamente algumas caracter´ısticas importantes, tais como: a) a capacidade de estabilizar a formação desejada a partir de qualquer situação inicial; b) a capacidade de evitar obstáculos (sejam estáticos ou dinˆamicos); c) quebra de formações (que pode acontecer devido à presença de obstáculos); d) junção de formações. Através da manipulação da matriz de formação, também é possível alterar a formação durante a execução de uma missão. Esta mudança de formação pode ser apenas uma mudança na forma geométrica, ou um incremento ou decremento no número de robõs, proporcionando desta forma maior robustez á arquitectura em caso de falha de um robõ. A flexibilidade da arquitectura est presente, na medida em que enquanto a informação sensorial se altera, o sistema tamb’em altera as suas soluções continuamente, mas também descontinuamente (estabilizando a formação contra quebra da formaçao). Para demonstrar as capacidades da arquitectura proposta, para além de simulações por computador, duas escalas de robˆos serão usados. Estes robôs estão equipados com sensores de baixo nível para detectar obstruções com objectos. A detecção de colegas de equipa e sua localização feita usando um sistema de visão omnidireccional (nos robôs maiores) ou através das comunicações recebidas via rádio (robôs menores). Uma extensão para o espaçoo 3–D foi efectuada, sendo proposta uma arquitectura de controlo para uma equipa de 3 dirigíveis, que também se simulou.

This master thesis addresses the on-line programming problems which deals with reduce time integration to manufacture cells thought off-line robots pro¬gramming using exchange file projects. The industrial robot programming is a work for specialist in robotics. Today, this work is very hard because there are many robot manufacturers with different languages and different programming environments. Although, off-line programming is an way that can reduce drastically the machines step time to maintenance. ln this work is proposed a off-line programming environment, capable of extract the boun¬dary information of a piece from neutral files. Handle this information to program some specific application like a piece placement, welding, or pain¬ting of a single piece placed at a stable position. This tool is based in an abstract model to program robots, encapsulate in java classes. The main ad¬vantage of object oriented paradigm is best source code utilization. Grouping the business classes in modules by functionalities, we can reduce complexity between low matching. Recognized patterns like Façade and Template Method constructs the base to develop this programming framework. The programming robot languages used in this work was Rapid, KareI and Melfa Basic IV, respectively languages used by ABB, Fanuc and Mitsubishi cons¬tructors. First experiments demonstrate the feasibility and the efficiency of the approach., Esta tese de mestrado demonstra, alguns dos problemas comuns à programação on-line de robôs industriais e como o tempo gasto com a integração de uma célula de manufactura pode ser reduzido utilizando programação off-line de robôs associada aos arquivos de troca/neutros utilizados pelas ferramentas CAD. A programação de robôs industriais é usualmente um trabalho para es¬pecialistas. Actualmente, este trabalho é muito difícil devido à existência de um grande número de fabricantes de robôs, cada um com a sua linguagem e ambiente de programação proprietários. A programação off-line destes equipa¬mentos pode reduzir drasticamente o tempo de paragem da linha de produção para a troca ou manutenção de um determinando programa. Esta tese propõe um ambiente de programação off-line de robôs industriais capaz de extrair a informação geométrica de uma peça através da leitura de um arquivo de troca, e utilizar esta informação para programar uma tarefa específica como por exemplo posicionamento, soldadura, ou pintura de uma peça que se encontre numa posição estável. Esta ferramenta é baseada num modelo abstracto para a programação de robôs industriais, representado por classes Java. A principal vantagem da escolha do paradigma orientado a objecto é a melhor reutilização do código fonte. Agrupando as classes de negócio em módulos divididos por suas respectivas funcionalidades podemos reduzir a complexidade e o acoplamento. Padrões de projecto reconhecidos como Facade e Template Method construíram a base para desenvolver este motor direccionado para a programação de robôs. As linguagens utilizadas neste projecto foram Rapid, Karel e Melfa, Basic IV, linguagens exploradas respectivamente pelos fabricantes ABB, Fanuc e Mitsubishi. Os primeiros testes práticos efectuados num ABB demonstraram que esta alternativa é viável e pode ser bastante eficiente.

Tese de doutoramento em Engenharia Mecânica (ramo de conhecimento em Eletrónica, Electrotecnia e Automação), Ce travail est une thèse en co-tutelle encadrée par une convention de co-tutelle signée entre l'Université du Minho (UM) et l’École Normale Supérieure de Cachan (ENS). Le Département de Génie Mécanique (DEM) de l’UM et le Laboratoire Universitaire de Recherche en Production Automatisée (LURPA) de l'ENS de Cachan sont les principaux acteurs de cette coopération matérialisé par ce travail de thèse de l’auteur. Le travail de thèse a été élaboré dans les deux institutions et a été devélopé dans le domaine de la Sûreté de Fonctionnement de systèmes automatisés. La Sûreté de Fonctionnement (SdF) fait aujourd’hui irruption dans le cahier des charges d’un nombre de systèmes automatisés beaucoup plus important que par le passé. Assurer la sûreté d’un système nécessite une approche globale (pour ne pas laisser de maillon faible) qui porte sur l’ensemble des activités d’ingénierie puis d’exploitation du système. Dans le domaine des Systèmes à Evénements Discrets (SED), parmi les récentes contributions scientifiques majeures à l’amélioration de la SdF des systèmes automatisés on peut citer : la synthèse de contrôleurs sûrs grâce à la théorie de supervision, le diagnostic qui consiste à identifier des comportements fautifs et la vérification formelle de contrôleurs qui prouve la véracité de propriétés attendues. Nous avons pour notre part considéré un SED comme étant composé d’un contrôleur et d’un processus en boucle fermée, tous deux aux comportements asynchrones, synchronisés lors des échanges d’informations (cadencés par les phases de lecture des entrées et d’affectation des sorties du contrôleur). L'objectif principal de cette thèse est d’évaluer les apports, les limites et les complémentarités de la vérification du comportement d’un contrôleur logique par model-checking en prenant en compte, ou non, un modèle du processus commandé. Pour la modélisation nous proposons une classe d’automates non déterministes, communiquant par partage de variables logiques et aux transitions labellées par des expressions booléennes. Le modèle du processus est alors obtenu par coordination des comportements de modules élémentaires, grâce à un séquenceur qui permet une évolution asynchrone des modules jusqu’à atteindre une situation stable du modèle. La vérification formelle d’un ensemble représentatif de propriétés est traitée sur un système automatisé servant d’exemple support. Nous généralisons ces résultats et présentons une approche mixant la vérification formelle avec et sans modèle de processus. Cette approche est basée sur une double typologie des propriétés et des variables utilisées pour les exprimer. On distingue d’une part les propriétés de vivacité des propriétés de sûreté, et d’autre part les propriétés exprimées à partir de variables contrôlables ou non. Cette approche couplée propose un cadre de vérification plus rigoureux et plus sûr que celui de l’utilisation la plus souvent pratiquée, sans aucun modèle de processus., Este trabalho consiste na realização de uma tese em co-tutela, enquadrada por uma convenção de co-tutela celebrada entre a Universidade do Minho (UM) e a École Normale Supérieure (ENS) de Cachan. O Departamento de Engenharia Mecânica da UM e o Laboratoire Universitaire de Recherche en Production Automatisé da ENS de Cachan são os principais actores desta colaboração materializada por esta tese de doutoramento do autor. O trabalho de tese foi elaborado nas duas instituições e foi desenvolvido no domínio da Segurança de Funcionamento de sistemas automatizados. A Segurança de Funcionamento (SdF) aparece, nos dias de hoje, tratada nos cadernos de encargos de cada vez mais sistemas automatizados de uma forma mais importante do que no passado. Garantir a segurança de um sistema implica uma abordagem global (para que nenhum aspecto seja descurado) que considera as várias vertentes da actividade de engenharia e posteriormente sobre a colocação em funcionamento e exploração do sistema automatizado. No domínio dos Sistemas a Eventos Discretos (SED), de entre as várias contribuições científicas de maior relevo para a melhoria da SdF de sistemas automatizados, pode-se citar: a síntese de controladores seguros a partir da aplicação da teoria da supervisão, o diagnóstico que consiste em identificar os comportamentos de falha e a verificação formal de controladores que prova a veracidade de certas propriedades comportamentais esperadas. Neste caso específico, foi considerado um SED como sendo composto por um controlador e um processo em malha fechada, cada um deles com comportamentos assíncronos, sendo sincronizados através da troca de informações entre eles (cuja cadência é caracterizada pelas fases de leitura das entradas e afectação das saídas do controlador). O objectivo principal desta tese é de avaliar as vantagens, os limites e a complementaridade na verificação formal de um controlador lógico, por model-checking, considerando, ou não, um modelo do processo comandado. Para a modelização propõe-se uma classe de autómatos não determinísticos, que comunicam por partilha de variáveis lógicas e com transições «labelizadas» por expressões booleanas. O modelo do processo é obtido pela coordenação dos comportamentos de módulos elementares graças a um sequenciador que permite uma evolução assíncrona dos módulos até que se atinja uma situação estável do modelo. A verificação formal de um exemplo representativo de propriedades é tratado num sistema automatizado que serve de exemplo suporte. Generaliza-se os resultados obtidos e apresenta-se uma abordagem onde é misturada a verificação formal com e sem modelo do processo. Esta abordagem é baseada numa dupla tipologia das propriedades e das variáveis utilizadas para as exprimir. Distingue-se, por um lado, as propriedades de vivacidade e de segurança e, por outro, as propriedades exprimidas a partir de variáveis controláveis ou não. Esta abordagem «mista» propõe um quadro de verificação formal mais rigoroso e mais seguro do que é usualmente praticado sem a utilização de qualquer modelo do processo.

Dissertação de Mestrado em Matemática - Área de Especialização em Matemática e Aplicações à Mecânica, Nesta dissertação, é feita uma pequena apresentação sobre sistemas dinâmicos e mostra-se como a teoria de sistemas dinâmicos não-lineares pode ser usada para controlar o comportamento de um robô móvel e autónomo. Apresentam-se os princípios de design a que deve obedecer o sistema de controlo e como se pode formalizar uma arquitectura de controlo baseada em atractores móveis de sistemas dinâmicos não-lineares, para implementar num robô com modestos recursos sensoriais. Apresenta-se um sistema de monitorização que permite analisar os sistemas dinâmicos que controlam o movimento do robô, nomeadamente a localização das soluções atractoras e repulsoras. Este revelar-se-á uma ferramenta importante para a calibração de todo o sistema que controla o veículo autónomo e para a detecção e correcção de erros. Sendo os sistemas dinâmicos definidos por equações diferenciais não-lineares, a resolução das referidas equações é feita por métodos exclusivamente numéricos. Nesta dissertação também se apresenta um estudo que compara o comportamento do robô, quando se usam diferentes métodos numéricos de resolução de equações diferenciais. Quais as vantagens e desvantagens de cada um dos métodos expostos? Um dos objectivos é a construção de um sistema que permita a adaptação automática de uma arquitectura de controlo baseada em sistema dinâmicos, i.e., dotar o robô de um sistema que permita (re)sintonizar alguns parâmetros quando não está a ter comportamentos desejados., In this dissertation, a small presentation on dynamic systems is made and it is shown how the theory of nonlinear dynamic systems can be used to control the behaviour of a mobile and autonomous robot. The principles of the design to which the control system is submitted are presented here as well as the way how one can formalize an architecture of control based on moving attractors of nonlinear dynamic systems in order to be implemented in a robot with modest sensorial resources. A monotorization system is presented, that allows to analyse the dynamic systems that control the movement of the robot, namely the location of the attractors and repellers solutions. It will be an important tool for the calibration of all the system that controls the autonomous vehicle and for the discovering and correction of errors. Being the dynamic systems defined by nonlinear differential equations, the resolution of those equations is made by exclusively numerical methods. In this dissertation it is also presented a study that compares the behaviour of the robot, when different numerical methods to solve differential equations are used. What are the advantages and disadvantages of each of the displayed methods? One of the objectives is the construction of a system that allows the automatic adaptation of a control architecture based on dynamic systems. And also to endow the robot with a system that allows the (re)sintonization of some parameters when it is not achieving the desired behaviours.

Dissertação mestrado em engenharia electrónica industrial, A crescente necessidade do aumento de produtividade e da eficiência nas máquinas e nos processos industriais, impulsiona a adaptação de técnicas cada vez mais sofisticadas, sendo possíveis graças a tecnologias de controlo por computador. No corte por arranque de apara, usando um controlo em tempo real, é possível adaptar os parâmetros de corte para obter mais produtividade, eficiência e qualidade de corte. É neste contexto que se apresenta o trabalho efectuado no âmbito desta dissertação, orientado ao estudo e implementação de um sistema de auto-parametrização em tempo real de serra circular para corte de tubos metálicos. As máquinas tradicionais de corte por arranque de apara de tubos metálicos usam uma velocidade constante de corte. Este modo de funcionamento, em conjunto com os diferentes perfis de tubos, expõe a serra de corte a forças variáveis. Estas forças variáveis contribuem para uma má qualidade de corte e um maior desgaste na serra. Assim, o processo é parametrizado tendo em conta as piores condições que ocorrem na serra e na máquina. Usando um algoritmo de controlo, de forma a ajustar a velocidade de corte em função do esforço da serra, é possível obter um corte mais rápido e eficiente. A solução proposta baseou-se na implementação, num serrote automático, de um sistema de corte inteligente, controlado por um autómato industrial, com o objectivo de se obter um sistema de imediata comercialização. Foi ainda implementado um sistema de monitorização do processo corte, usando LabView e OPC (Object Linking and Embedding – for Process Control)., The growing need in machines and industrial processes´ increasing productivity and efficiency leads to the appliance of more sophisticated techniques, which are possible due to computer control technologies. In the shred extract cutting-off, using a real time control, it is possible to adapt the cutting-off parameters, in order to obtain more productivity, more efficiency and a better cutting-off quality. This is what this dissertation is actually about, which is oriented to the study and to the implementation of an auto-parameterization system, in real time, of the circular saw cutting-off for metallic tubes. The traditional shred cutting-off machines for metallic tubes use a constant cutting-off velocity. This mode of operation, combined with different tube profiles, exposes the cutting saw to variable forces. These variable forces contribute to a bad quality in the cutting-off process and also to a greater saw worn-out. This way, the parameterization is set in the worst cases which both occur in the saw and in the machine. Using a control algorithm, in order to adjust the cutting-off velocity to the saw strain, it is possible to get a more efficient and faster cutting-off. The proposed solution was based on the implementation of an intelligent cutting-off system in an automatic cutting-off machine, controlled by an industrial programmable logic controller, in order to obtain a system of immediate commerce. A cutting-off process monitor system has also been implemented, using LabView and OPC (Object Linking and Embedding – for Process Control).