Planeamento Otimizado de Movimento de Robot Submarino
Objetivos
O objetivo fulcral do projeto é desenvolver e implementar um mecanismo de planeamento de movimentos de um robot submarino recorrendo a técnicas de controlo ótimo. Pretende-se assim ter em conta fatores importantes como o consumo energético, o tempo de execução, entre outros, e aplicar controlo ótimo para resolver problemas, otimizando o percurso referente aos robots acima enunciados. Exemplo disso serão porventura as variações de correntes marítimas, possibilitando
um dado trajeto ser feito com o menor consumo de energia possível, aumentando assim o tempo de operação do robot.
Motivação
Nos últimos anos as missões com recurso a robots submarinos autónomos (AUV’s), têm vindo a aumentar, na medida em que são fundamentais na monitorização de zonas de difícil acesso ao homem não correndo o risco de haver perdas de vida humana, já que estes podem ser tripulados por controlo remoto, sem necessidade de pessoas a bordo. Exemplos como o Slocum Glider e o Mares do grupo OceanSYS - submarinos presentes na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, local de realização desta dissertação -, são bem justificativos do uso feito por estes robots, em que a principal característica é o seu sistema de navegação com boa poupança de energia, o que deixa estes aparelhos com boa autonomia às custas da sua velocidade relativamente lenta. Daí os mesmos poderem ficar longos períodos de tempo submersos em água, embora sejam fortemente afetados pelas correntes marítimas segundo [4].
Surge neste percurso um verdadeiro problema que é o de traçar rotas de movimentação dos submarinos. Ora, como fazê-los percorrer um trajeto predefinido evitando obstáculos, e como o fazer no menor trajeto possível poupando assim energia? A primeira pergunta pode ser tratada com os estudos já feitos na parte de path planning da movimentação de robôs submarinos, estudada na área de robótica, tema esse que será tratado mais abaixo no capítulo 2.
Quanto à segunda questão, abordam-se aqui possíveis métodos de otimizar este tema, recorrendo a técnicas de controlo ótimo – capítulo 3.
O planeamento da movimentação de um robot predefinindo um trajeto a percorrer faz-se, com a intenção do mesmo ir de um dado ponto (a - inicial) até um ponto (b - final) ultrapassando obstáculos. Este problema poderá porventura ser de difícil resolução devido a enumeras variáveis, tais como: tamanho, forma e graus de liberdade do robot.
Quer-se assim delinear o movimento do robot com recurso à modelação do estado do sistema do mesmo, aplicando controlos e otimizando esse sistema. Assim, passa-se para a fase de compreensão analítica do sistema com os resultados obtidos, fazendo-se de seguida uma validação dos mesmos que será parte fundamental desta dissertação.
Estratégia
A metodologia definida para este projeto, englobará, numa primeira fase, uma revisão a toda a documentação referente ao planeamento da movimentação de robôs submarinos e ao estudo de técnicas de controlo ótimo; seguidamente passar-se-á para a parte de implementação de um algoritmo de controlo, com as técnicas referidas com esperada otimização da movimentação dos robôs. Continuando, realizar-se-ão os testes experimentais através de simulações correspondentes ao algoritmo criado, passando-se de seguida para a realização de testes em ambientes reais, fazendo-se uma análise e validação de resultados obtidos. Termina-se o projeto com a realização de um relatório final, que será uma introspetiva do trabalho realizado ao longo do mesmo, expondo-se os resultados obtidos. Prevê-se a realização de reuniões semanais, para pôr os orientadores a par do trabalho que está efetuado e das dificuldades obtidas no mesmo.
Ferramentas de Desenvolvimento do Projeto
Para o projeto tratar-se-á todos os processos ao nível do software Matlab, pois é de alto nível e tem uma boa biblioteca de funções, úteis para o requerido. Numa fase posterior ter-se-á que passar os ficheiros criados para linguagem correspondente à usada nos robôs submarinos (Slocum Glider e MARES) presentes no projeto do grupo OceanSYS, que são os meios disponíveis existentes do local de realização desta dissertação – prevê-se o uso linguagem C ou dentro do género. Vamos usar neste caso, para o trabalho com controlo ótimo, o AMPL,e o solver IPOPTS.
Embora seja usada a ferramenta de trabalho Microsoft Word para a realização do Estado da Arte - possível de ser visualizada na aba "Documentação" - , usar-se-á a ferramenta Latex para a redação do relatório final de Dissertação, devido à grande ajuda neste tipo de projetos, principalmente ao nível de formatação.