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Instrumentação de Tanque
SEAI – Equipa F 27 Janeiro de 2015
André Oliveira Bernardo Silva
Bruno Augusto Diana Neves
Fátima Airosa Filipe Teixeira
Flávio Amorim Henrique Pinto
Miguel Morais Rui Xavier
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2
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
Índice
Equipa e desafio
Processo e Documentação
Implementação do Sistema
Conclusões
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3
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
Equipa
André
Oliveira
Fátima
Airosa
Bernardo
Silva
Diana
Neves
Flávio
Amorim
Filipe
Teixeira
Henrique
Pinto
Bruno
Augusto
Gestão
Miguel
Morais
Microeletrónica
Robótica
Rui
Xavier
Eletrónica
Aníbal
Matos
Orientador
Bruno
Ferreira
Cliente
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• Instrumentação de tanques para testes de robótica aquática.
• Este desafio foi dividido em 4 partes:
Localização de veículos à superfície;
Localização subaquática de veículos;
Emulações aquáticas;
Sensorização do tanque
4
Descrição do desafio
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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5
Método de sistemas de engenharia Aplicação dos conhecimentos teóricos
Divisão do projeto em módulos
Solução orientada ao utilizador
Reuniões semanais com foco no constante melhoramento
Processo de Engenharia
Formação
• Formação da Equipa
• Especificação do problema
• Organização Interna
Planeamento
• Levantamento de requisitos
• Levantamento de tecnologias existentes
• Estabelecimento de metas
• Orçamentação
Implementação
• Trabalho de “Laboratório”
• Implementação das soluções projetadas
• Criação de documentação técnica
• Testes de integração
Entrega
• Testesdemonstrativos
• Apresentação
• Conclusão
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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• Organização da equipa
Responsabilidades
Estado da Arte
Implementação 6
Manual de Qualidade
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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• Organização da equipa
• Regras e procedimentos internos
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Manual de Qualidade
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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• Organização da equipa
• Regras e procedimentos internos
• Avaliação
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Manual de Qualidade
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
Assiduidade (10% )
Pontualidade (5%)
Cumprimento de Prazos (25%)
Cumprimento de Objetivos (35%)
Trabalho de Equipa (25%)
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• Organização da equipa
• Regras e procedimentos internos
• Avaliação
• Repositório
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Manual de Qualidade
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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• Organização da equipa
• Regras e procedimentos internos
• Avaliação
• Repositório
• Ferramentas usadas
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Manual de Qualidade
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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Planeamento
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
Longo prazo - Gantt
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Curto prazo – To-do List
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Planeamento
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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Estado da ArteSENSORIZAÇÃO
Solução para velocidade de fluxo:• Mecânica (200 € – 1.000 €)• Acústica (1.500 € – 10.000 €)• Indução EM ( > 2.500 €)
Solução para medição de forças:• Dinamómetro(s)• Sensor Diferencial• Células de Carga
EMULAÇÕESSolução em…– Habitat Natural (sistema fechado)
• Túnel de Cavitação• Tanque de Reboque
– Simulação Computacional• SolidWorks, Symscape, …
– Fluido Equiparável• Túnel de vento
LOCALIZAÇÃO SUBAQUÁTICATipos de solução:– Ótica
• Câmara + Processamento– Acústica
• Short ou Ultra Short Baseline– Eletromagnética
• Ondas EM
LOCALIZAÇÃO À SUPERFÍCIETipos de solução:– Eletromagnética
• RFID (A/P), UWB, Wi-Fi, …– Acústica
• Ultrassons– Ótica
• Câmara + Processamento– Campo Magnético
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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Requisitos• Sistema
Possuir interface com o utilizador e um histórico
• Localização de veículos à superfície e subaquática
Precisão mínima (por cada eixo): 10 cm
Taxa de aquisição mínima: 1 Hz
• Emulações
Deverá ser composto por motores DC
Deverá ser possível aumentar/diminuir/anular a intensidade das perturbações à distância.
• Sensorização
O sistema deverá ser capaz de medir forças e fluxos de água segundo os eixos das abcissas (x) e das ordenadas (y).
Taxa de aquisição mínima de 1Hz
Resolução mínima: décimas de unidade da grandeza.
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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Conceito do Sistema
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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90%
2%
6%
2%
8%
Custos estimados
Recursos Humanos -Técnicos
Recursos Humanos -Orientação
Material - Hardware
Material - Software
Custo total estimado
27634,76 €
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Orçamento
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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Análise de Riscos
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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18
Análise de Riscos
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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SBS (System breakdown structure)
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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Sistema Implementado
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
Localização à Superfície
Sensorização
Emulações
Localização subaquática
Interface Central
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• Sistemas Baseados em Visão: Identificação de vários objetos em simultâneo
Facilmente adaptável a diferentes condições
Monitorização da área
Elevada precisão
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Localização à Superfície
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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Loc. à Superfície – Calibração
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
Permite adaptar o sistema a diferentes condições, definindo: Dimensões do tanque
Parâmetros da câmara e distorção da lente
Limiares de deteção de tags
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Detetar corretamente as tags dentro do tanque
Determinar coordenadas no referencial do tanque
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ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
Loc. à Superfície – Deteção de Tags
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Detetar corretamente as tags dentro do tanque
Determinar coordenadas no referencial do tanque
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ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
Loc. à Superfície – Deteção de Tags
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Detetar corretamente as tags dentro do tanque
Determinar coordenadas no referencial do tanque
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ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
Loc. à Superfície – Deteção de Tags
(334, 72)
(377, 136) (397, 94)
(393, 53)
Coordenadas (x, y) em centímetros
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26
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
Loc. à Superfície – Identificação de Tags
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ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
Loc. à Superfície – Identificação de Tags
ID 3
ID 0
ID 0
Com base no número de “buracos”
Por fim, envio de uma string bem estruturada com os resultados para a interface central por UDP.
3:3,393,53:0,377,136:0,397,94
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28
Sensorização
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
• Ventoinha e Suporte
• Íman
• Sensor magnético (Melexis MLX90363)
• Arduino
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Sensorização – Sensor Magnético
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
• É sensível a variação de fluxo aplicada nas 3 componentes (Bx, By, Bz)
• O sensor magnético contém um registo de 8 bytes para a interface SPI.
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30
Emulações
Túnel
Braço
Motores
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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Túnel
31
Emulações – Estrutura Mecânica I
Suporte para os motores
Estabilização de fluxo
Orientação de fluxo
Suporte da estrutura
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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Braço
32
Emulações – Estrutura Mecânica II
Módulo de acoplamento de veículos
Módulo de rotação 360
graus
Modulo com angulo
limitado
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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33
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
Emulações – Estrutura Mecânica III
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34
Emulação de correntes
Motores CrustCrawler
Controlador Hydra (RC)
Calibração obrigatória
Arduino (onda PWM)
Emulações – Motores
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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35
Localização Subaquática
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
Cálculo das Distância
Estimação da posição
Resultados
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36
Localização Subaquática I
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
Pergunta
Resposta
Método I
Método II
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Rotina:
1. Configuração dos módulos (3+1)
2. Calculo das distâncias
3. Filtro de Kalman Extendido,estimando a posição (xyz)
4. Envio da posição por UDP
37
Localização Subaquática II
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
1
2
3
4
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38
Interface Central
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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39
Interface Central
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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Dificuldades técnicas
• Módulos acústicos (erro de 18cm);
• Qualidade da imagem;
• Programação Java;
• Algoritmo complexo para cálculo de velocidade do fluxo;
Dificuldades organizacionais
• Evolução da equipa (comunicação e organização);
• Processo de avaliação;
• Acesso ao laboratório, testes de integração;
• Falta de informação sobre datas e entregas; 40
Dificuldades e Trabalho Futuro
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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41
Dificuldades e Trabalho Futuro
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
Trabalho Futuro
• Passar do projeto da criação de fluxos para a implementação real
• Imposição de correntes laterais
• Calibração da localização subaquática através da localização à superfície;
• Usar processamento através de OpenCV em Java para não haver necessidade de Matlab;
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• Concretização de objetivos.
• Criatividade na resolução de problemas e conflitos.
• Importância do bom trabalho em equipa.
• Método de gestão de projetos de média envergadura.
• Crescimento pessoal de cada elemento.
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Conclusão
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão
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A Equipa F agradece a sua atenção!
Questões?
43
ProcessoIntrodução Sistema Conclusão