Universidade Federal do Rio Grande do Sul Escola de Engenharia

Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Escola de Engenharia
Departamento de Engenharia Elétrica
Inspeção Robotizada de Linhas de Transmissão de
Energia Elétrica
Walter Fetter Lages
1
Caracterização
1.1 Instituições Participantes
• Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Brasil
• Fundação Universidade Federal do Rio Grande do Sul (FURG), Brasil
• Instituto Superior Técnico (IST), Portugal
Local de Execução
• Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Departamento de Engenharia Elétrica
Laboratório de Automação, Sistemas de Controle e Robótica
• Instituto Superior Técnico
Instituto de Sistemas e Robótica
Laboratório de Robótica Móvel
Período de Execução
Início previsto: janeiro de 2007
Duração prevista: 2 anos
1
Equipe Brasileira
• Prof. Dr. Walter Fetter Lages (coordenador)
• Prof. Dr. Renato Ventura Bayan Henriques (vice-coordenador)
• Eng. Vinícius Menezes de Oliveira, M.Sc. (Doutorando)
• Eng. Marcos Rosendo Dalte (Mestrando)
• Eng. Lorenzo Taddei (Mestrando)
Equipe Portuguesa
• Prof. Dr. João Fernando Cardoso Silva Sequeira (coordenador)
• Eng. Luís Tavares (Mestrando)
2
Introdução
Este projeto propõe o desenvolvimento de um sistema automatizado para inspeção
de linhas de transmissão baseado em um robô de serviço autônomo dotado de
visão computacional. O sistema a ser desenvolvido consiste em um dispositivo
robótico capaz de mover-se sobre a linha de transmissão e detectar problemas
nos cabos e isoladores. Para detecção de problemas nos cabos e isoladores serão
utilizadas imagens coloridas no espectro visível e imagens infravermelho.
Os métodos atuais de inspeção de linhas de transmissão envolvem operações
tediosas e de alto custo. A utilização de operadores humanos inspecionando visualmente grandes extensões de cabos e um elevado número de isoladores torna-se
um grande problema. Devido ao fato das cenas de cabos e isoladores serem extremamente repetitivas, a tarefa de inspeção é muito monótona, o que favorece a
desatenção e consequentemente falhas no processo de inspeção. Adicionalmente, a visualização dos cabos e isoladores por determinados ângulos (de cima, por
exemplo) requer operações dispendiosas com o uso de aeronaves. Ainda assim,
tem-se a inconveniência de em determinados momentos poder-se visualizar apenas uma vista dos dispositivos (de baixo, por exemplo) e em outros momentos
visualizar-se apenas outra vista (de cima, por exemplo). Obviamente, para determinados diagnósticos seria conveniente poder visualizar-se ao mesmo tempo
diversas vistas do dispositivo sob inspeção. Ainda que recursos como filmagens
manuais possam ser utilizados para prover-se diversas vistas simultâneas, é difícil
obter-se a sincronização espacial e temporal das diversas vistas.
2
Existem diversos trabalhos na literatura que consideram a utilização de robôs
para esse tipo de tarefa, entretanto, esse ainda é um assunto em aberto no meio
acadêmico. Alguns trabalhos importantes são [41, 50, 6, 3, 5, 22, 46].
A utilização de um sistema robotizado para inspeção possibilita a obtenção de
diversas vistas dos cabos e isoladores sincronizadas no espaço (ou seja, diversas
vistas do mesmo ponto do cabo ou isolador) e no tempo (todas as vistas obtidas no
mesmo instante). Com isto, todas as vistas refletem a mesma situação de operação
do cabo ou isolador. Um benefício adicional é a possibilidade de georeferenciar as
imagens no instante de captura das mesmas através da utilização de um receptor
de GPS embarcado no robô, por exemplo. Com isto, pode-se consultar os bancos
de dados com informações sobre as linhas de transmissão e ter acesso a dados
de projeto da linha e especificações de materiais. Estas informações poderiam
ser utilizadas tanto para desenvolver-se métodos sofisticados de diagnóstico de
problemas quanto para desencadear de forma automática ações de manutenção, se
for o caso. Outra possibilidade seria a geração de relatórios de problemas já com
a lista de equipamentos e materiais necessários para os reparos.
Além de enfocar o problema de obtenção de vistas adequadas para inspeção,
como descrito acima, este projeto também abordará o desenvolvimento de métodos para automação da detecção de problemas nos cabos e isoladores através
de técnicas de visão computacional aplicadas em imagens visíveis e de infravermelho. Assim, pretende-se minimizar os problemas não detectados na inspeção
devido a fadiga de inspetores humanos causada pela tarefa monótona.
Robôs para inspeção são utilizados já há algum tempo em depósitos de material radioativo e e para limpeza e inspeção de dutos. Versões mais sofisticadas
de robôs de inspeção são os utilizados para exploração espacial ou os aviões não
tripulados utilizados pelas forças armadas americanas. No entanto, tipicamente
estes robôs são telecontrolados, enquanto neste projeto propõe-se desenvolver um
robô capaz de operar de forma autônoma.
No escopo de linhas de transmissão, robôs de inspeção tem sido utilizados em
linhas subterrâneas. A cidade de Nova Iorque recentemente colocou em operação um robô destes. Em termos de técnicas para inspeção dos cabos e isoladores,
serão utilizadas neste projeto metodologias semelhantes às utilizadas nestes desenvolvimentos anteriores. Por outro lado, esta proposta diferencia-se por propor
o desenvolvimento de um robô para inspeção de linhas aéreas. Esta particularidade implica a utilização de mecanismos de locomoção adequados para possibilitar
o movimento do robô sobre a linha e ao mesmo tempo evitar que o robô caia ao
chão. Uma parte significativa deste projeto consiste em desenvolver estratégias de
locomoção que possibilitem a passagem de um lance da linha para outro, ou seja,
a passagem pelas torres, sem que o robô perca o equilíbrio.
No início da década passada, um novo tipo de robô foi proposto em [23],
apresentando a capacidade de se locomover por meio do balanço de seus braços
3
e corpo, tal qual se movimentam os macacos (figura 1). O robô faz uso da ação
da gravidade para pendular e conseguir mover-se. O protótipo proposto apresenta
5 juntas, cada uma equipada com um atuador. Em um trabalho subseqüente [24],
considera-se um robô com apenas dois elos (braços), onde um método de controle
baseado em CMAC (Cerebellar Model Arithmetic Computer) é utilizado, obtendo
os sinais de controle através de heurísticas geradas em treinamento prévio. Além
disso, esse robô mais simples foi projetado como um sistema subatuado, ou seja,
há mais graus de liberdade que entradas de controle no sistema. O controle de
sistemas mecânicos subatuados é um tópico de pesquisa que tem recebido especial
atenção por parte dos pesquisadores, ao longo dos últimos anos [42, 43, 49].
Figura 1: Movimentação por bracejamento.
3
Motivação
A equipe envolvida na execução deste projeto possui grande experiência em robótica e visão computacional, em especial no desenvolvimento de protótipos de
robôs. Entre os trabalhos já desenvolvidos destacam-se:
1. Calibração automática de sistemas de visão estéreo a partir de movimentos
desconhecidos [7]
2. Telepresença através da Internet com Realimentação de Visão e Força
3. Controle de robôs móveis, utilizando diversas estratégias, por exemplo, controle linearizante [40], controle não linear [37, 38, 13], controle adaptativo [36, 39], controle por estrutura variável [12, 14], controle com redes
neurais [10, 11, 13], controle com lógica nebulosa [47], controle preditivo [17, 18, 29, 31, 30, 27, 35]
4
4. Estimação de posição e orientação de robôs móveis utilizando fusão de dados através do filtro de Kalman nas versões centralizado e descentralizado [28]
5. Localização e Navegação de robôs móveis em ambientes de desconhecidos
utilizando encoders, bússola digital, visão computacional e sonares de ultrasom [9]
6. Desenvolvimento dos robôs móvel ITA-IEEE e Twil [33]
7. Retrofitting dos controladores do robô industrial ASEA IRB-6 e do manipulador antropomórfico Janus [8]
8. Controle de robôs através da Internet com compensação de atrasos [26, 2,
1, 34, 15]
9. Arquitetura para controle distribuído de manipuladores robóticos
A literatura sobre o impacto industrial da robotização dos meios de produção é
extensa. Esta vasta literatura apresenta pelo menos um ponto de consenso: a eficiência dos sistemas robotizados e a crescente competitividade industrial sugerem o
desenvolvimento de linhas de produção automatizadas, com vários manipuladores
efetuando tarefas complexas e atuando em conjunto. Embora os robôs industriais
estejam em uso há aproximadamente 30 anos, a área de robôs de serviço apenas
agora está emergido como um futuro campo de aplicação. As de aplicações de
robôs de serviço incluem: entrega de correspondência, aspiração de pó, lavagem
externa de aviões, assistência a pessoas com deficiências, aragem de terra para
plantio etc. De certa forma, os robôs industriais evoluíram para os robôs de serviço, que por sua vez evoluirão para os robôs pessoais. Ter-se-ia desta forma, com
os robôs uma evolução similar a que ocorreu com os computadores. Parece razoável supor que a disseminação dos robôs pessoais terá um impacto maior do que a
disseminação dos computadores pessoais.
Aplicações de robôs de serviço no setor elétrico incluem a inspeção de pás de
turbinas geradoras, inspeção de dutos e linhas de transmissão, troca de esferas de
balizamento aéreo em linhas de transmissão, etc. Robôs para inspeção de turbinas estão em desenvolvimento através de projetos da UFES e da COPPE/UFRJ
financiados pelos fundos setoriais tanto do setor elétrico quanto do setor de petróleo. Robôs para inspeção e limpeza de dutos são utilizados frequentemente
por empresas do setor petroquímico. A prefeitura de Nova Iorque colocou em
operação recentemente um sistema robotizado para inspeção de linhas de transmissão subterrâneas. O Laboratório de Robótica, Simulação e Soldagem (LRSS)
do Departamento de Engenharia Mecânica da UFMG em parceria com a CEMIG
5
desenvolveu um robô para troca de esferas de balizamento aéreo em linhas de
transmissão com locomoção por tração no cabo.
Os pesquisadores que estão propondo este projeto possuem um longo histórico de cooperação com pesquisadores do LRSS da UFMG, através da rede de
pesquisa MANET (Manufacturing Automation Network). Atualmente se está desenvolvendo em conjunto a tecnologia para retrofitting de robôs industriais através
do reprojeto da eletrônica de controle dos mesmos.
Assim, tem-se pleno acesso à tecnologia desenvolvida para o robô de troca de
esferas de balizamento. Em especial, pretende-se utilizar a mesma metodologia
para locomoção do robô no modo de tração e adapta-la para o robô de inspeção
de cabos e isoladores. Já a locomoção no modo de bracejamento será baseada no
trabalho desenvolvido pelo prof. Fukuda da Universidade de Nagoya, que desenvolveu diversas estratégias de controle para robôs que assemelham-se a macacos.
A estimação da localização do robô através da fusão de dados de diversos sensores será baseada em métodos já desenvolvidos em projetos anteriores abordando robôs móveis com rodas, que vem sendo desenvolvidos pela equipe da UFRGs
desde 1993.
4
Justificativa
O Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Rio Grande
do Sul (UFRGS) possui um projeto de Pesquisa e Desenvolvimento financiado
pela Companhia Estadual de Energia Elétrica (CEEE) para o desenvolvimento de
um robô para inspeção de linhas de transmissão de energia elétrica [32]. Este
projeto iniciou em janeiro de 2006 e já possui resultados parciais publicados em
congresso nacionais [16, 17] e internacionais [18, 19, 20, 21].
O Instituto de Sistemas e Robótica (ISR) do Instituto Superior Técnico (IST)
de Lisboa está desenvolvendo o projeto RIOL: Robotic Inspection Over Power
Lines [48], com financiamento da Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT)
do Ministério da Ciência e do Ensino Superior de Portugal no âmbito do Programa Operacional Sociedade do Conhecimento (POSC), que possui objetivos
semelhantes ao projeto UFRGS/CEEE e também já possui resultados parciais publicados [44, 45].
Assim, ambos projetos encontram-se em um momento tal que a existência de
um projeto de cooperação possibilitará uma real troca de experiências entre os pesquisadores das instituições envolvidas. Dada a grande semelhança entre os dois
projetos, as técnicas de controle e inspeção de linhas de transmissão desenvolvidas para um robô desenvolvido por uma equipe poderão ser adaptadas facilmente
para utilização pela outra equipe. Com isto será possível a validação cruzada dos
métodos desenvolvidos e o seu teste em linhas de transmissão com características
6
diferentes, como as existentes em Portugal e no Brasil.
Além das visitas dos pesquisadores da UFRGS ao ISR e dos pesquisadores
do ISR a UFRGS, o projeto também prevê o intercâmbio de alunos de doutorado. Neste sentido, o projeto contará também com a participação da Fundação
Universidade Federal do Rio Grande (FURG) através de um professor que está
realizando seu doutoramento no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEE) da UFRGS e que está desenvolvendo seus trabalhos no âmbito do
projeto UFRGS/CEEE.
Finalmente, convém ressaltar que o projeto UFRGS/CEEE prevê uma viagem
internacional para apresentação de artigos em eventos científicos. Durante esta
viagem haverá uma estadia em Lisboa, possibilitando um primeiro contato entre
pesquisadores das equipes brasileira e portuguesa. Como o projeto UFRGS/CEEE
prevê apenas uma viagem, o apoio do convênio CAPES/GRICES é fundamental
para que se possa continuar a parceria estabelecida.
5
Objetivos
As principais metas deste projeto são:
1. Identificar os principais problemas tecnológicos para a implementação de
um sistema de inspeção automatizada de cabos e isoladores de linhas de
transmissão através de um robô móvel autônomo dotado de visão computacional. O sistema deverá ser capaz de locomover-se sobre a linha de
transmissão, detectando e localizando problemas em cabos e isoladores. O
sistema deverá gerar um relatório dos problemas detectados com sua localização e um vídeo da inspeção, para permitir a supervisão (e validação da
operação) do sistema por um operador humano.
2. Desenvolver soluções para os problemas identificados em (1), com especial
ênfase a técnicas que sejam adequadas aos tipos de linhas de transmissão
encontradas no Brasil e em Portugal. Objetiva-se desenvolver soluções para
três problemas em particular: a) o problema de locomoção do robô sobre a
linha de transmissão e b) o problema inspeção dos cabos e c) o problema de
inspeção dos isoladores.
3. Construir protótipos de robôs de serviço para inspeção de linhas de transmissão e Implementar as soluções mais promissoras desenvolvidas em (2).
4. Avaliar o desempenho dos protótipos em condições realistas.
7
6
Metodologia
Como já comentado na seção 5, este projeto abordará três problemas: 1) a locomoção do robô sobre a linha de transmissão; 2) a inspeção dos cabos e 3) a inspeção
dos isoladores. Para cada um destes problemas serão desenvolvidas soluções que
serão integradas para a construção de um protótipo funcional.
Para a locomoção do robô serão estudados dois métodos: a) tração e b) bracejamento. O método de tração direta sobre o cabo consiste na utilização de polias
que tracionam o robô através de atrito com o cabo. É um método relativamente
tradicional de tração de veículos sobre cabos devido à simplicidade e parece ser
o mais adequado quando o cabo está livre de obstáculos, como entre as torres da
linha de transmissão. No entanto, a passagem por pontos onde o cabo possui obstáculos, como nas torres de transmissão torna-se problemática, pois a passagem
da polia é bloqueada. Para contornar esta dificuldade será utilizada locomoção
através de bracejamento. Bracejamento é a movimentação através de braços, como macacos pendurados. Através de bracejamento pode-se facilmente transpor
obstáculos no cabo.
Propõe-se um esquema de controle MPC (Model-based Predictive Control)
aplicado a um robô bracejador subatuado, com três elos: dois braços e corpo. O
esquema MPC é adotado pela sua capacidade de tratar restrições e limites do sistema diretamente durante o cálculo do sinal de controle [4] e, também, de gerar
uma lei de controle implicitamente ótima. De acordo com a idéia de tirar vantagem da força gravitacional para o movimento do robô, supõe-se que o controle
ótimo gerado seja tal que faça uso efetivo da ação da gravidade. Desse modo,
MPC provê um controle que, implicitamente, faz uso da força da gravidade.
A estratégia de controle NMPC (Nonlinear Model Predictive Control é uma
técnica, do ponto de vista teórico, bem desenvolvida e compreendida, e sua principal desvantagem é que o esforço computacional requerido é muito superior à
técnica linear. O NMPC trata diretamente um problema de otimização não-linear,
o qual é um problema não-convexo, com um grande número de variáveis de decisão e um mínimo global, no caso geral, impossível de se calcular [25]. A estratégia
de controle utilizada nesse trabalho consiste em utilizar sucessivas linearizações,
levando a uma descrição linear, variante no tempo, do sistema a ser considerado
pelo MPC linear.
Como o robô será alimentado por baterias, a eficiência energética do modo de
locomoção utilizado é uma consideração importante de projeto. A eficiência energética de ambos os tipos de locomoção será avaliada, juntamente com demais considerações como estabilidade do movimento e facilidade de implementação para
determinar o tipo de locomoção a ser utilizado. Serão avaliadas as possibilidades
de locomoção por tração apenas, bracejamento apenas e tração e bracejamento
combinadas.
8
O controle da locomoção do robô e o adequado georeferenciamento dos problemas detectados nos cabos e isoladores depende da capacidade de auto-localização
do robô. Para tanto, o robô será dotado de um receptor de GPS, sensores de deslocamento com encoders incrementais, acelerômetros, girômetros e inclinômetros.
A princípio, a localização fornecida pelo GPS seria suficiente para localização dos
problemas na linha de transmissão. No entanto, tanto a precisão da medida quanto
taxas de amostragem típicas de receptores GPS são muito baixas para o controle
do movimento do robô, em especial quando utilizando bracejamento. As medidas
de posição e orientação fornecidas pelos outros sensores (encoders, acelerômetros,
girômetros e inclinômetros) possuem precisão e taxas de amostragem adequadas
para controle do robô. Porém, estes sensores são do tipo incremental ou inercial,
e portanto sujeitos a drift. Consequentemente, o erro exibido por estes sensores,
inicialmente muito baixo, cresce indefinidamente com o tempo. Os erros do GPS,
por outro lado, não acumulam-se com o tempo. Assim, neste projeto serão utilizadas técnicas de fusão de dados para obter estimativas da localização do robô
com taxas de amostragem semelhantes as dos sensores inerciais mas com erros
limitados como as medidas obtidas com GPS. Adicionalmente, para incrementar
a precisão das medidas por GPS será utilizada a técnica de GPS diferencial.
A inspeção dos cabos e isoladores será realizada através de visão computacional nos espectros visível e infravermelho. Para tanto serão adquiridas imagens
de diversas vistas dos dispositivos sob inspeção através da movimentação das câmeras e/ou de jogos de espelhos e lentes. Assim, para cada vista serão gerados
4 planos de imagens, correspondentes aos comprimentos de onda visíveis RGB
(vermelho, verde e azul) e a faixa de IR (infravermelho). O processamento dos
planos RGB, correspondente à luz visível, será utilizado para identificação de
problemas que podem ser detectados através de alterações morfológicas nos dispositivos visíveis a olho nú. O plano IR, por representar uma imagem térmica do
dispositivo, será utilizado para detecção de problemas funcionais nos dispositivos
que não tenham se traduzido em alterações morfológicas.
Para identificação e classificação dos problemas nos cabos e isoladores serão
utilizadas imagens de referência obtidas em condições normais de operação da
linha de transmissão. As técnicas de classificação a serem estudadas serão baseadas no cálculo de coeficientes de correlação entre as imagens obtidas da linha
sob teste e as imagens de referência no banco de dados. e na utilização de redes
neurais.
Os resultados do projeto serão transferidos para a equipe designada pela CEEE
através de relatórios técnicos, seminários de transferência tecnológica e demonstrações de protótipos.
Revisão bibliográfica: Nesta etapa será feita uma revisão bibliográfica detalhada
com o objetivo de equalizar o background da equipe e definir claramente as
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responsabilidades.
Locomoção por tração: Esta etapa é dedicada a desenvolver o projeto do robô
de serviço com locomoção por tração direta do cabo.
Locomoção por bracejamento: Esta etapa é dedicada ao desenvolvimento da
locomoção do robô móvel por bracejamento.
Estimação da Localização do Robô: Nesta etapa serão desenvolvidos programas de interfaceamento com os sensores e algoritmos de fusão de dados
baseados no filtro de Kalman.
Inspeção dos Cabos no Espectro Visível: Nesta etapa serão desenvolvidas rotinas de visão computacional para detecção de problemas morfológicos em
cabos de linhas de transmissão. Para tanto serão utilizadas imagens no espectro visível.
Inspeção dos Isoladores no Espectro visível: Nesta etapa serão desenvolvidas
rotinas de visão computacional para detecção de problemas morfológicos
em isoladores através do processamento de imagens no espectro visível.
Inspeção dos Cabos no Espectro Infravermelho: Nesta etapa serão desenvolvidas rotinas para detecção de problemas nos cabos através do processamento das imagens infravermelho. Com isto serão detectados problemas
funcionais não detectáveis a olho nú.
Inspeção dos Isoladores no Espectro Infravermelho: Nesta etapa serão desenvolvidas rotinas para detecção de problemas nos isoladores através do processamento das imagens infravermelho. Com isto serão detectados problemas funcionais não detectáveis a olho nú.
Integração: Nesta etapa os desenvolvimentos de hardware e software das etapas anteriores serão integrados para implementar um protótipo funcional de
robô de inspeção. Uma consideração importante desta etapa é a definição
de interfaces padronizadas, que permita que os diversos módulos do sistema
possam ser utilizados pelos robôs desenvolvidos no Brasil e em Portugal.
Testes: Esta etapa é dedicada ao teste do protótipo em condições realistas e à
avaliação do seu desempenho com vistas a obter recomendações para o seu
aperfeiçoamento.
Relatório: Nesta etapa serão elaborados os relatórios do projeto com a consolidação de toda a documentação do projeto de pesquisa e a documentação
técnica do protótipo desenvolvido.
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7
Resultados Esperados
Neste projeto serão desenvolvidas metodologias para efetuar a inspeção automatizada de cabos e isoladores de linhas de transmissão através de um sistema robotizado com capacidade de locomoção autônoma e aquisição de imagens.
7.1 Formação e Capacitação de Recursos Humanos
Como resultado direto deste projeto espera-se o desenvolvimento de pelo menos
uma tese de doutorado, duas dissertações de mestrado e diversos trabalhos de conclusão de curso e/ou iniciação científica, desenvolvidas por estudantes brasileiros
e um número semelhante de teses e dissertações elaboradas por estudantes portugueses.
Adicionalmente, a equipe envolvida desenvolverá experiência nas áreas de instrumentação, microprocessadores, robótica, mecatrônica e programação. Estes
conhecimentos poderão ser explorados em futuros projetos e artigos para congressos e periódicos técnicos.
O projeto propiciará uma estreita colaboração entre o Departamento de Engenharia Elétrica da UFRGS, o Laboratório de Sistemas e Robótica do IST e a
Companhia Estadual de Energia Elétrica. Certamente esta parceria terá um impacto positivo na formação dos alunos do Departamento de Engenharia Elétrica
da UFRGS.
7.2 Aplicações
Os resultados deste projeto possibilitarão às concessionárias de energia elétrica
uma redução dos custos para inspeção e manutenção das suas linhas de transmissão, bem como pela possível melhoria do processo de inspeção, possibilitando
uma otimização das rotinas de manutenção, reduzindo o tempo médio entre falhas, melhorando os seus índices de desempenho operacional.
Os consumidores de energia elétrica serão beneficiados pelo menor tempo de
interrupção de serviço e, eventualmente, pela redução na tarifa devido ao menor
custo operacional da concessionária.
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Linhas de Atuação, após o Término do Projeto
Conforme já comentado, neste projeto de pesquisa pretende-se desenvolver um
sistema robótico para inspeção de linhas de transmissão de energia elétrica. Para
tanto serão desenvolvidas tecnologias nas áreas de robótica, visão computacional, sistemas e tempo real, as quais poderão ser exploradas em futuros projetos
11
de pesquisa. Os trabalhos desenvolvidos serão divulgados em congressos sobre
automação industrial e robótica. Assim, potenciais usuários da indústria poderão ter acesso à tecnologia adquirida e ao sistema desenvolvido, e eventualmente
utiliza-los.
9
Infra-Estrutura Disponível
Para desenvolvimento deste projeto, as equipes brasileira e portuguesa contam
com toda a infra-estrutura do Laboratório de Sistemas de Controle, Automação
e Robótica (LASCAR) do Departamento de Engenharia Elétrica da UFRGS e do
Laboratório de Sistemas e Robótica (LSR) do IST. Ambos laboratórios possuem
todos os recursos de hardware e software para o desenvolvimento de sistemas
robotizados, sistemas de visão computacional e sistemas de tempo real, como
requerido por este projeto.
Adicionalmente, através da instituição co-participante, conta-se também com
os laboratórios e a oficina do Departamento de Materiais de Construção da Fundação Universidade Federal do Rio Grande.
10 Contrapartidas
As instituições proponentes deste projeto já dispõe de financiamento para desenvolvimento dos robôs propostos, solicitando ao convênio CAPES/GRICES apenas
os recursos necessários para as missões de pesquisa e estudos. Mais especificamente, já se dispõe de recursos para:
1. Pagamento de pessoal
(a) Bolsas para alunos brasileiros no Brasil
(b) Bolsas para alunos portugueses em Portugal
2. Aquisição de Equipamentos
3. Aquisição Material de consumo para construção do robôs
4. Pagamento de serviços de terceiros
Os recursos para o desenvolvimento dos trabalhos pela equipe da UFRGS
provêm do Programa de Pesquisa e Desenvolvimento da Companhia Estadual de
Energia Elétrica contrato CEEE/AT/2006-9928432 [32].
Os recursos para o desenvolvimento dos trabalhos pela equipe do IST provêm
do projeto RIOL:Robotic Inspection Over Power Lines - POSC / EEA-SRI / 60775
12
/ 2004 [48], com financiamento da Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT)
do Ministério da Ciência e do Ensino Superior de Portugal no âmbito do Programa
Operacional Sociedade do Conhecimento (POSC).
11 Cronograma
Tabela 1: Cronograma
Descrição
Missão de pesquisador brasileiro à Portugal
Missão de doutorando brasileiro à Portugal
Missão de pesquisador portugues ao Brasil
Missão de doutorando aluno portugues ao
Brasil
13
Semestre
1/2007 2/2007 1/2008 2/2008
X
X
X
X
X
X
X
X
X
12 Orçamento
Tabela 2: Recursos Solicitados ao CNPq
Descrição
Quantidade Valor Unitário (R$) Valor Total (R$)
Passagens aéreas inter5
4.700,00
23.500,00
nacionais para brasileiros em missão em Portugal
Diárias para pesquisa120
187,83
22.539,60
dores portugueses em
missão no brasil
Material de consumo
5.000,00
Seviços de Terceiros
4.000,00
(Pessoa Física)
Seviços de Terceiros
4.000,00
(Pessoa jurídica )
Seguro Saúde pra bra5 150,00
750,00
sileiros em missão em
Portugal
Total
59.789,60
Tabela 3: Recursos Solicitados ao GRICES
Descrição
Quantidade Valor Unitário ( ) Valor Total ( )
Passagens aéreas inter4
1.800,00
7.200,00
nacionais para portugueses em missão no
Brasil
Diárias para pesquisa120
180,00
21.600,00
dores brasileiros em
missão em Portugal
Total
28.800,00
Referências
[1] G. H. Alt and W. F. Lages. Avaliação de sistema de controle em tempo
real através da rede ip. In Anais do VI Simpósio Brasileiro de Automação
Inteligente, Bauru, SP, Brasil, 2003. Sociedade Brasileira de Automática,
Sociedade Brasileira de Automática.
14
[2] G. H. Alt and W. F. Lages. Controle em tempo real de sistemas dinâmicos
através de redes ip. In Anais do 3o Congresso Internacional de Automação,
Sistemas e Instrumentação, São Paulo, SP, Brasil, 2003. ISA - Sociedade de
Instrumentação, Sistemas e Automação - Distrito 4 - América do Sul, ISA Sociedade de Instrumentação, Sistemas e Automação - Distrito 4 - América
do Sul.
[3] R. Aracil, M. Ferre, M. Hernando, E. Pinto, and J. M. Sebastian. Telerobotic system for live-power line maintenance. Control Engineering Practice,
10(11):1271–1281, November 2002.
[4] E. F. Camacho and C. Bordons. Model Predictive Control. Advanced Textbooks in Control and Signal Processing. Springer-Verlag, 1999.
[5] M. F. M. Campos, G. A. S. Pereira, S. R. C. Vale, A. Q. Bracarence, G. A.
Pinheiro, and M. P. Oliveira. A robot for installation and removal of aircraft
warning spheres on aerial power transmission lines. IEEE Transactions on
Power Delivery, 18(4):1581–1582, October 2003.
[6] J. Côté, S. Montambault, and M. St.-Loius. Preliminary results on the development of a teleoperated compact trolley for live-line maintenance. In IEEE
Conference on Transmission and Distribution Construction, Operation and
Live-line Maintenance, pages 21–27, October 2000.
[7] R. da Siva guerra. Calibração automática de sistemas de visão estéreo a partir
de movimentos desconhecidos. Tese de mestrado, Universidade Federal do
Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, abr 2004. Orientador: Walter Fetter
Lages.
[8] E. J. de Lima II, G. C. F. Torres, C. A. C. Castro, A. Q. Bracarense, R. V. B.
Henriques, and W. F. Lages. Sensoring for retrofitting of an industrial robot. In Proceedings of the 11th IFAC Symposium on Information Control
Problems in Manufacturing, Salvador, BA, 2004. Elsevier.
[9] G. de Lima Ottoni and W. F. Lages. Navegação de robôs móveis em ambientes desconhecidos utilizando sonares de ultra-som. Revista da Sociedade
Brasileira de Automática: Controle e Automação, 14(4):402–411, outubro,
novembro e dezembro 2003.
[10] V. M. de Oliveira, E. R. de Pieri, and W. F. Lages. Feedforward control of a
mobile robot using a neural network. In Proceedings of the IEEE Systems,
Man and Cybernetics Society 2000 Meeting, pages 3342–3347, Nashville,
EUA, 2000.
15
[11] V. M. de Oliveira, E. R. de Pieri, and W. F. Lages. Neural networks in the
control of a mobile platform. In Proceedings of the IFAC Symposium on
Robot Control, Viena, Austria, 2000.
[12] V. M. de Oliveira, E. R. de Pieri, and W. F. Lages. Controle de robôs móveis
via redes neurais e modos deslizantes. In Anais do V Congresso Brasileiro
de Redes Neurais, Rio de Janeiro, 2001.
[13] V. M. de Oliveira, E. R. de Pieri, and W. F. Lages. Controle em malha fechada de robŝ móveis utilizando redes neurais e transformação descontínua.
In Anais do V Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente, Canela, RS,
2001.
[14] V. M. de Oliveira, E. R. de Pieri, and W. F. Lages. Mobile robot control using
sliding mode and neural network. In Proceedings of the 7th IFAC Symposium
on Robot Control, volume 2, pages 581–586, Wrocław, 2003. Elsevier.
[15] V. M. de Oliveira and W. F. Lages. Mobile robot control over the internet
with delay compensation. In Proceedings of the 11th IFAC Symposium on
Information Control Problems in Manufacturing, Salvador, BA, 2004. Elsevier.
[16] V. M. de Oliveira and W. F. Lages. Controle de um robô bracejador subatuado utilizando NMPC. In XVI Congresso da Sociedade Brasileira de
Automática, Salvador, BA, Out 2006. SBA.
[17] V. M. de Oliveira and W. F. Lages. Controle preditivo de um robô bracejador
subatuado utilizando linearização. In XXVI Congresso da Sociedade Brasileira de Computação — III Encontro de Robótica Inteligente, pages 83–92,
Campo Grande, MS, Jul 2006. SBC.
[18] V. M. de Oliveira and W. F. Lages. Linear predictive control of a brachiation
robot. In IEEE Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering, pages 1517–1520, Ottawa, Canada, May 2006. IEEE.
[19] V. M. de Oliveira and W. F. Lages. MPC applied to motion control of an underactuated brachiation robot. In Proceedings of the 11th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, Prague,
2006. IEEE Press.
[20] V. M. de Oliveira and W. F. Lages. Predictive control of an underactuated
brachiation robot. In Proceedings of the 8th IFAC Symposium on Robot
Control, Bologna, 2006. Elsevier.
16
[21] V. M. de Oliveira and W. F. Lages. Predictive control of an underactuated
brachiation robot using linearization. In Proceedings of the 7th Portuguese
Conference on Automatic Control, Lisboa, 2006.
[22] A. de Souza, L. A. Moscato, M. F. dos Santos, W. de Brito Vidal Filho,
G. A. N. Ferreira, and A. G. Ventrella. Inspection robot for high-voltage
transmission lines. In A. B. of Mechanical Sciences and Engineering, editors, ABCM Symposium Series in Mechatronics, volume 1, 2004.
[23] T. Fukuda, H. Hosokal, and Y. Kondo. Brachiation type of mobile robot.
In International Conference on Advanced Robotics, volume 2 of Robots in
Unstructured Environments, pages 915–920, June 1991.
[24] T. Fukuda, F. Saito, and F. Arai. A study on the brachiation type of mobile robots (heuristic creation of driving input and control using cmac). In
IEEE/RSJ International Workshop on Intelligent Robots and Systems, volume 2, pages 478–483, November 1991.
[25] M. A. Henson. Nonlinear model predictive control: Current status and future
directions. Computers and Chemical Engineering, 23(2):187–202, December 1998.
[26] F. Kühne. Controle em tempo real de robôs através de redes IP. Tese de
mestrado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, dez
2003. Orientador: Marcelo Soares Lubaszewski and Walter Fetter Lages.
[27] F. Kühne. Controle preditivo de robôs móveis não-holonômicos. Tese de
mestrado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS,
mar 2005. Orientador: João Manoel Gomes da Silva Jr. and Walter Fetter
Lages.
[28] F. Kühne, C. A. Claro, S. Suess, and W. F. Lages. Estimação e controle da
posição de um robô móvel utilizando filtro de kalman descentralizado. In
Anais do XV Congresso Brasileiro de Automática, Gramado, RS, 2004.
[29] F. Kühne, J. M. Gomes da Silva Jr., and W. F. Lages. Mobile robot trajectory
tracking using model predictive control. In Anais do VII Simpósio Brasileiro
de Automação Inteligente, São Luiz, MA, Set 2005.
[30] F. Kühne, W. F. Lages, and J. M. Gomes da Silva Jr. Model predictive control
of a mobile robot using linearization. In Proceedings of the Mechatronics
and Robotics 2004, pages 525–530, Aachen, Germany, 2004.
17
[31] F. Kühne, W. F. Lages, and J. M. Gomes da Silva Jr. Point stabilization of
mobile robots with nonlinear model predictive control. In Proceedings of
the IEEE International Conference on Mechatronics & Automation, pages
1163–1168, Niagara Falls, Canada, Jul 2005.
[32] W. F. Lages. Desenvolvimento de um robô para inspeção de linhas de transmissão. <http://www.ece.ufrgs.br/~fetter/plir>. Projeto
de P&D CEEE 2003 no 9928432.
[33] W. F. Lages. Controle e Estimação de Posição e Orientação de Robôs Móveis. Tese de doutorado, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos
Campos, SP, setembro 1998. Orientador: Elder M. Hemerly.
[34] W. F. Lages, G. H. Alt, and R. V. B. Henrigues. Controle em tempo real
de robôs através de rede baseada no protocolo ip. In J. M. Balthazar, G. N.
da Silva, M. B. M. Tsuchida, L. S. Goes, and J. D. S. Silva, editors, Anais do
2nd Congresso Temático de Aplicações de Dinâmica e Controle, volume 2
of Série Arquimedes, pages 1–24, São José dos Campos, SP, 2003. SBMAC.
[35] W. F. Lages and J. A. V. Alves. Controle de robôs móveis em tempo real
utilizando controle preditivo baseado em modelo linearizado. In Anais do
XVI Congresso Brasileiro de Automática, Salvador, BA, 2006.
[36] W. F. Lages and E. M. Hemerly. Adaptive linearizing control of mobile robots. In Proceedings of the 5th IFAC Workshop on Intelligent Manufacturing
Systems, Gramado, RS, Brazil, 1998. International Federation of Automatic
Control.
[37] W. F. Lages and E. M. Hemerly. Controle em coordenadas polares de robôs
móveis com rodas. In Anais do XII Congresso Brasileiro de Automática,
Uberlândia, MG, Brazil, 1998. Sociedade Brasileira de Automática.
[38] W. F. Lages and E. M. Hemerly. Smooth time-invariant control of wheeled mobile robots. In Proceedings of The XIII International Conference on
Systems Science, Wrocław, Poland, 1998. Technical University of Wrocław.
[39] W. F. Lages and E. M. Hemerly. Controle de robôs móveis utilizando transformação descontínua e linearização adaptativa. In Anais do XIII Congresso
Brasileiro de Automática, Florianópolis, SC, 2000.
[40] W. F. Lages, E. M. Hemerly, and L. F. A. Pereira. Controle linearizante
de uma plataforma móvel empregando realimentação visual. In Anais do
XI Congresso Brasileiro de Automática, São Paulo, Brazil, 1996. Sociedade
Brasileira de Automática.
18
[41] Y. Maruyama, K. Maki, and H. Mori. A hot-line manipulator remotely operated by the operator in the ground. Sixth International Conference on Transmission and Distribution Construction and Live Line Maintenance, pages
437–444, September 1993.
[42] G. Oriolo and Y. Nakamura. Control of mechanical systems with secondorder nonholonomic constraints: Underactuated manipulators. In Proceedings of the 30th Conference on Decision and Control, pages 2398–2403,
December 1991.
[43] M. Reyhanoglu, A. van der Schaft, N. H. McClamroch, and I. Kolmanovsky.
Nonlinear control of a class of underactuated systems. In Proceedings of
the 35th Conference on Decision and Control, pages 1682–1687, December
1996.
[44] J. Rocha and J. F. C. S. Sequeira. The development of a robotic system
for maintenance and inspection of power lines. In Proceedings of the 35th
International Symposium on Robotics, Paris-Nord-Villepinte, France, 2004.
[45] J. Rocha and J. F. C. S. Sequeira. New approaches for surveillance tasks. In
Proceedings of the 5th IFAC International Symposium on Intelligent Autonomous Vehicles, Lisbon, Portugal, 2004.
[46] J. Rocha and J. Siqueira. New approaches for surveillance tasks. In
5th IFAC/EUROn SYmposium on Intelligent Autonomous Vehicles, [email protected], 2004.
[47] R. M. Schmidt and W. F. Lages. Identificação visual para navegação de robôs
móveis utilizando um controlador fuzzy sintonizado por otimização numérica. In Anais do XIII Congresso Brasileiro de Automática, Florianópolis, SC,
2000.
[48] J. F. C. S. Sequeira. Robotic inspection over power lines - RIOL. <http:
//users.isr.ist.utl.pt/~jseq/RIOL/index.htm>. Projeto
POSC / EEA-SRI / 60775 / 2004.
[49] C.-Y. Su and Y. Stepanenko. Adaptive variable structure set-point control of underactuated robots. IEEE Transactions on Automatic Control,
44(11):2090–2093, November 1999.
[50] S. Tanaka, Y. Maruyama, K. Yano, H. Inokuchi, T. Torayama, and S. Murai.
Development of a hot-line work robot, "phase ii"and a training system for
robot operators. In International Conference on Transmission & Distribution
19
Construction Operation & Live-Line Maintenance, pages 147–153, April
1998.
20