Existem diferentes fases em missões de intervenção. Neste texto, essas missões são caracterizadas pela execução de alguma tarefa pelos manipuladores dos UVMS. De uma forma geral, uma missão inicia pelo lançamento do sistema veículo-manipulador. A seguir, ele se desloca até o sítio de intervenção. Ao chegar, os manipuladores devem ser ativados para em seguida realizarem a operação de manipulação. Ao se completar esta operação, os manipuladores são desativados para que o veículo se desloque até a base, onde por fim será recuperado, desligado e guardado.
Existem algumas variações nessas fases. Um exemplo é o uso de gaiolas, que não apenas servem para posicionar o veículo embaixo d’água, mas também são usadas como referencial para os veículos, re- transmissor de comunicação e fornecedor de energia. Outros casos par- ticulares são o lançamento por submarinos (em aplicações militares) e os sistemas híbridos, que partem como veículos de cruzeiro fisica- mente autônomos e se conectam a um cordão umbilical apenas no sítio de intervenção. Alguns veículos ainda contam com recursos de auto estacionamento na gaiola ou na base.
A caracterização de missões de intervenção feita neste trabalho resultou na classificação e descrição das suas fases, que são descritas a seguir:
Lançamento Muitos UVMS são grandes demais para lançamento ma- nual (v. Tabelas 1 e 2). Assim, eles são normalmente içados até a água e abaixados a uma profundidade onde os efeitos hidrodi-
nâmicos presentes na superfície são minimizados. Ao chegar na profundidade desejada, o veículo é acionado e começa a usar seus sensores e atuadores. Em alguns casos, o lançamento consiste em duas fases, onde uma gaiola é levada à água e, após chegar em determinada profundidade, ocorre a liberação do veículo; Deslocamento ao sítio de intervenção Após o lançamento, o ca-
minho que o veículo deve percorrer para chegar ao local da inter- venção é definido. Com isso, os propulsores são acionados para que ele siga esse caminho. Essas ações podem ser executadas por um operador de forma teleoperada ou pelos sistemas de pro- cessamento de informações do próprio veículo. Durante o deslo- camento, os manipuladores ficam armazenados dentro do casco, para minimizar os efeitos hidrodinâmicos de interação dos mani- puladores com a água e para proteção;
Ativação dos manipuladores Ao chegar no local de intervenção, os manipuladores devem ser liberados e seus sistemas iniciados, as- sumindo uma postura inicial. Alguns sistemas podem ainda com- preender uma fase de calibração dos sensores do manipulador, ou a montagem de ferramentas;
Execução da intervenção Em geral, a operação principal da missão do UVMS ocorre com o veículo estacionário. Para tanto, este deve compensar a influência do meio, como correntes e amortecimen- tos, bem como os efeitos que os manipuladores causam durante a execução das tarefas. Além disso, o movimento de cada ma- nipulador e do veículo deve ser planejado de forma a minimizar o consumo de energia, que pode ser crítico no caso de sistemas fisicamente autônomos. Deve-se também considerar a possibili- dade de ocorrência de situações não previstas na especificação da tarefa e consequentes mudanças nesta para compensar as mudan- ças de contexto. O evitamento de colisão com obstáculos móveis e a compensação do movimento dos objetos a serem manipulados são exemplos desse tipo de problema;
Desativação dos manipuladores Após o término da operação de in- tervenção, os manipuladores devem ser recolhidos e desativados para que o veículo possa retornar à sua base. Define-se então o movimento de recolhimento dos manipuladores para que fiquem protegidos na estrutura do veículo. Após o armazenamento, os manipuladores podem ser desativados para economizar energia;
Deslocamento à base Esta fase é essencialmente inversa à do deslo- camento ao sítio de intervenção. Uma diferença é a localização da base por sistemas autônomos, que podem ser móveis no caso de navios ou submarinos. Para tanto, podem ser usados faróis acústicos para que o UVMS possa localizar a base ou definir um local de encontro, que será o ponto onde o UUV virá à tona, para que o pessoal de apoio da base o encontre e o recupere;
Recuperação Ao retornar, o UVMS deve ser trazido de volta ao seu local de armazenamento da base. Para tanto, ele é içado de volta. Em sistemas que usam o lançamento por gaiola, o que ocorre é o retorno e o estacionamento do veículo nesta, que após é içada.
A realização dessas fases envolve diferentes atividades que são executadas pelos operadores e pelos subsistemas do UVMS. A partici- pação de cada ator (operadores ou subsistemas) varia de acordo com o grau de autonomia do sistema de intervenção e da natureza da missão. Para as fases que não envolvem o uso dos manipuladores, o ob- jetivo é o deslocamento do veículo de forma a atender aos caminhos e posturas definidas para o sistema. As atividades relevantes estão inter- relacionadas de acordo com o diagrama da Figura 9. Nesse diagrama, as setas indicam o sentido do fluxo de informações entre as atividades e os círculos são conectores de informações.
Missão Guiagem Pilotagem Controle Veículo
Navegação
Movimento Ambiente
Operador
Figura 9. Diagrama de blocos de atividades de um UVMS em fases que não envolvem intervenção
A atividade Missão compreende a interação do UVMS com o usuário, fornecendo uma interface homem-máquina para isso. Além de apresentar diferentes informações de sensores relativas ao estado do UVMS, a interface pode apresentar informações dos sensores relativas à missão. É possível também armazenar os dados de sensores para análise posterior. Diferentes dispositivos para o acionamento do sistema são disponibilizados ao usuário de acordo com a necessidade de operação remota. Quanto maior o grau de autonomia, menor a interação do operador com o sistema, o que implica em um caráter mais supervisório do que interventivo para esta atividade. Em um UVMS totalmente
autônomo, o operador usaria a interface para especificar a missão em alto nível e a partir desta a atividade geraria definições de baixo nível para as demais atividades do sistema, tais como o seguimento de um caminho pelo veículo.
A Guiagem recebe as descrições das tarefas como caminhos para o UVMS, gerando as referências de movimento dos atuadores necessá- rias para que esses caminhos sejam seguidos (Fossen, 1994). O planeja- mento de movimento emprega a resolução da cinemática inversa para a geração das referências. Para lidar com a possibilidade de mudanças de contexto de execução (devido a eventos não previstos ou a requisitos de diferentes subtarefas) a guiagem pode utilizar diferentes modelos ci- nemáticos do sistema UVMS-meio, escolhendo o mais adequado para a realização da tarefa a cada instante de acordo com a mudança de estado da missão.
A atividade de Pilotagem é responsável por determinar as re- ferências de esforços para os atuadores através da dinâmica inversa. Ela usualmente está integrada à atividade de Controle, que é respon- sável por acionar os atuadores do UVMS de forma que estes sigam as referências de esforços.
Por fim, a atividade de Navegação processa informações de sen- sores e dados pré-armazenados do ambiente de operação (como mapas parciais e localização de balizadores) para determinar a posição e ori- entação do sistema, alimentando a missão e a pilotagem.
Nas fases da missão relacionadas com a intervenção, outras ati- vidades são relacionadas ao uso dos manipuladores. Nessas fases, o objetivo das tarefas usualmente está relacionado ao movimento dos efetuadores finais, enquanto o veículo assume uma postura estacionária ou colabora com o movimento. O diagrama da Figura 10 descreve como as atividades do sistema se interrelacionam nessas fases.
Missão Guiagem Pilotagem
Acionamento Controle Veículo Manipulador Manipulador Manipulador Navegação Movimento Ambiente Operador
Figura 10. Diagrama de blocos de atividades de um UVMS em fases que envolvem intervenção
nipuladores para a especificação das tarefas e geração de referências de movimento. As referências relativas ao veículo continuam sendo envi- adas para a pilotagem, enquanto as dos manipuladores são enviadas para uma atividade equivalente que utiliza a dinâmica inversa dos ma- nipuladores para determinar os esforços nas suas juntas. A atividade de controle recebe ambas as referências para acionar os atuadores do sistema. A atividade de navegação nessas fases também recebe os da- dos de sensores dos manipuladores para determinar as posturas dos efetuadores finais.