Alguns temas de pesquisa diretamente relacionados aos UVMS são descritos a seguir. Junto à descrição, são citados alguns trabalhos relevantes que foram consultados no desenvolvimento desta tese. Visões Gerais e Tendências Análises do panorama da robótica su-
baquática, identificando tecnologias, aplicações e tendências são periodicamente publicadas, servindo como guia para o desenvol- vimento de novas pesquisas. Entre esses trabalhos, são citados (Yuh, 2000; Whitcomb, 2000; Antonelli; Fossen; Yoerger, 2008). Uma revisão sobre a tecnologia de sensores é feita em (Kinsey; Eustice; Whitcomb, 2006). Uma análise do mercado, de tecnolo- gias maduras e em desenvolvimento é apresentada em (Button et al., 2009).
Manipuladores no meio aquático A interação com o meio líquido é um fator relevante no uso dos manipuladores subaquáticos. Al- guns resultados sobre os esforços resultantes são extraídos dire- tamente da modelagem de um corpo rígido movimentando-se em um fluido, que é bastante explorado na literatura sobre dinâmica de veículos subaquáticos. Pesquisas sobre modelagem, desenvol- vimento e experimentação de manipuladores operando imersos são reportadas em (McLain; Rock; Lee, 1995; Tarn; Yang, 1997; Lane et al., 1999; Sagara et al., 2001).
Modelagem cinemática e dinâmica Em grande parte da literatura, a modelagem cinemática dos UVMS considera modelos separados
para o veículo e para o manipulador. No primeiro, faz-se a análise de um corpo rígido livre no espaço, enquanto no segundo utiliza-se a notação de Denavit-Hartenberg para a obtenção da cinemática e da dinâmica. Os modelos são posteriormente combinados para a obtenção do movimento do efetuador final do manipulador em relação a um referencial inercial.
Em relação ao veículo, desenvolve-se a cinemática e a dinâmica detalhadamente em (Fossen, 1994). Uma revisão da dinâmica de UUV pequenos e médios é apresentada em (Ananthakrishnan; Decron, 2000). Análises de modelos de UVMS considerando veí- culo e manipulador são feitas em (Schjolberg; Fossen, 1994; Hsu et al., 2000).
Uma abordagem alternativa empregando a teoria dos helicoides para a análise cinemática de UVMS integrando veículo e manipu- lador foi proposta por Santos (Santos, 2006; Santos et al., 2006). Nela, tratou-se do caso de um veículo subaquático com um ma- nipulador acoplado. Uma abordagem de análise cinemática por quaternions duais é apresentada em (Oliveira, 2011).
Controle de posição e força O controle de UVMS tem sido pesqui- sado por muitos autores. A dificuldade da obtenção de um mo- delo dinâmico preciso para estes sistemas, bem como da interação deste com o ambiente leva a diferentes abordagens para a solução deste problema. Antonelli avaliou o uso de diversas estratégias de controle em diferentes sistemas veículo-manipulador. Além de vários artigos, os resultados foram reunidos em um livro que pode ser considerado como uma referência para UVMS (Antonelli, 2006). Entre outros trabalhos sobre estratégias de controle cine- mático e dinâmico, citam-se (Cui; Podder; Sarkar, 1999; Fraisse et al., 2000; de Wit; Diaz; Perrier, 2000; Sarkar; Podder, 2001; Xu et al., 2007; Soylu; Buckham; Podhorodeski, 2010).
Projeto, construção e experimentação Embora UVMS teleopera- dos sejam uma tecnologia em uso, as pesquisas sobre autonomia ainda empregam simulações. Alguns projetos de desenvolvimento de veículos para experimentação e uso em produção são o SAU- VIM (Yuh et al., 1998; Marani; Choi; Yuh, 2009), o ALIVE (An- tonelli; Fossen; Yoerger, 2008), o ROBHAZ (Richardson; Wo- odward; Billingham, 2002) e o RAUVI (De Novi et al., 2010; Ridao, P. and Sanz, P. J. and Oliver, J., 2011). Além desses, pode-se ainda citar o desenvolvimento de um veículo para explo- ração espacial (Stone Aerospace, 2012).
Cooperação A cooperação de UVMS ainda é um tema recente, com uma visão geral disponível em (Padir; Koivo, 2003; Padir, 2005). Para veículos de cruzeiro, a cooperação também é tratada (Bishop; Stilwell, 2001; Bishop, 2003, 2008). Uma arquitetura de coopera- ção entre UUV e Veículos não tripulados de superfície, ou USV (do inglês Unmanned Surface Vehicles) é abordada em (Benja- min, 2007).
A robótica subaquática é um campo de pesquisa que tem crescido no Brasil, em parte motivado pelo interesse na exploração de petróleo e gás offshore. Outra motivação importante é a grande extensão do mar territorial brasileiro, que ainda é pouco conhecido. Os primeiros estudos sobre modelagem, simulação e controle datam da década de 80 (Dominguez, 1989). No controle de UUV são citados diversos tra- balhos, como (Hsu et al., 2000; Cunha, 1992; De Souza; Maruyama, 2007; Kuhn, 2011), por exemplo. Aspectos de projeto e construção de UUV são objeto de estudo de diferentes trabalhos (Tavares, 2003; Bar- ros; Soares, 2002; Botelho et al., 2003; Moraes, 2005; Centeno, 2007; Floriani; Dias; Rocha, 2011). A cinemática de UUV tem sido abordada em pesquisas como (Santos et al., 2006; Oliveira, 2011; Rocha; Dias, 2010a).
Apresentou-se neste capítulo os cenários e desafios dos sistemas subsaquáticos de intervenção. A partir dessa compilação de materiais da literatura, observa-se que a autonomia desses sistemas é o objetivo da maioria das pesquisas, bem como uma demanda de mercado.
Este trabalho enquadra-se no desenvolvimento da autonomia dos UVMS. Para tanto, concentra-se na fase de intervenção das missões, tratando do planejamento de movimento do sistema de intervenção, uma das atribuições da atividade de guiagem. A partir de uma des- crição do movimento desejado para o efetuador final e do veículo (se necessário), o planejamento de movimento deve gerar as referências para os atuadores do sistema de forma que a tarefa especificada seja realizada. Para tanto, a análise cinemática desses sistemas é necessária. A partir desta, devem ser definidas estratégias de resolução de tarefas que contemplem o UVMS, os objetos a sofrerem intervenção e o meio. Estes são os temas dos capítulos seguintes.
3 CINEMÁTICA DE UM UVMS
Este capítulo apresenta uma síntese da modelagem cinemática de sistemas veículo-manipulador subaquáticos apresentada na literatura. A cinemática de um UVMS deve considerar o movimento do veículo e dos manipuladores a ele vinculados. A abordagem mais frequente na literatura utiliza uma modelagem composta pelo veículo como um corpo rígido livre no espaço e do manipulador através da notação Denavit- Hartenberg. A combinação dos modelos do veículo e do manipulador pode ser vista como se este tivesse uma base móvel.
Além dessa modelagem, descreve-se também neste capítulo a ci- nemática de UVMS através da teoria dos helicoides. Esta provê um tratamento unificado à cinemática de UVMS considerando-o uma ca- deia cinemática.