DSpace/Manakin Repository

Análise e implementação de um algoritmo de sensação de movimento em uma plataforma de 2 graus de liberdade para treinamento de operadores de caminhões fora de estrada

Mostrar registro simples

dc.creator BORGES, Lucas Alves
dc.date.issued 2025-07-02
dc.identifier.citation BORGES, Lucas Alves. Análise e implementação de um algoritmo de sensação de movimento em uma plataforma de 2 graus de liberdade para treinamento de operadores de caminhões fora de estrada. 2025. 71 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia da Computação) - Instituto de Ciências Tecnológicas, Universidade Federal de Itajubá, Campus Theodomiro Carneiro Santiago. Itabira, 2025. Disponível em: <https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4323>. Acesso em: dd mm aaaa. pt_BR
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4323
dc.description.abstract Vehicle simulators in mining environments play an increasingly vital role in the development and training of operators, offering high safety, reliability, low cost, and the ability to create scenarios that would be difficult to reproduce under real conditions. However, due to spatial constraints, simulators cannot fully replicate the movements of real vehicles, especially off-highway trucks like the CAT793F, which exhibit distinct behaviors in acceleration, braking, turning, and other maneuvers. This work presents a methodology for implementing a washout-type Motion Cueing Algorithm (MCA) on a motion platform with two degrees of freedom (DoF), designed to simulate pitch and roll movements consistent with the operating conditions of mining trucks. The proposed algorithm was compared with an alternative approach and showed promising results, with better motion representation, lower response delay, and reduced system-induced noise. The evaluation of the results was conducted in three main stages: initially through an objective analysis using the OMCT (Objective Motion Cueing Test), followed by a comparison with the expected response of the human vestibular system, highlighting a good similarity, especially in the semicircular canals. Finally, the influences of noise and disturbances observed in the platform’s response were considered, with these deviations being strongly associated with dynamic effects resulting from the lack of anchoring of the base to the ground. This condition favors undesired displacements and imbalances during motion, directly affecting the accuracy of the simulation and the stability of the system. pt_BR
dc.description.sponsorship Agência 1 pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.publisher Universidade Federal de Itajubá pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject Algoritmo de sensação de movimento pt_BR
dc.subject Motion cueing algorithm pt_BR
dc.subject Plataforma de movimentos pt_BR
dc.subject Motion platform pt_BR
dc.subject Sistema Vestibular pt_BR
dc.subject Vestibular system pt_BR
dc.title Análise e implementação de um algoritmo de sensação de movimento em uma plataforma de 2 graus de liberdade para treinamento de operadores de caminhões fora de estrada pt_BR
dc.type Dissertação pt_BR
dc.date.available 2025-07-01
dc.date.available 2025-12-03T11:28:13Z
dc.date.accessioned 2025-12-03T11:28:13Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/2090428456321383 pt_BR
dc.contributor.advisor1 VITOR, Giovani Bernardes
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/9780560304367459 pt_BR
dc.contributor.advisor-co1 RODOR, Fadul Ferrari
dc.contributor.advisor-co1Lattes http://lattes.cnpq.br/6005927979152448 pt_BR
dc.description.resumo Os simuladores de veículos em ambientes de mineração desempenham um papel cada vez mais vital no desenvolvimento e capacitação de operadores, oferecendo alta segurança, confiabilidade, baixo custo e a possibilidade de criar cenários que seriam difíceis de reproduzir em condições reais. No entanto, devido a restrições espaciais, os simuladores não conseguem replicar integralmente os movimentos dos veículos reais, em especial os caminhões fora de estrada, como o CAT793F, que apresentam comportamentos característicos em aceleração, frenagem, curvas e outros deslocamentos. Este trabalho apresenta uma metodologia para a implementação de um Algoritmo de Motion Cueing (MCA) do tipo washout em uma base de movimento com dois graus de liberdade (degrees of freedom - DoF), projetada para simular os movimentos de pitch e roll, condizentes com as condições operacionais dos caminhões em ambientes de mina. O algoritmo proposto foi comparado com a parametrização utilizada por outro autor e apresentou resultados promissores, com melhor representação do movimento, menor atraso de resposta e redução de ruídos provenientes do sistema. A avaliação dos resultados foi conduzida em três etapas principais: inicialmente por meio da análise objetiva utilizando o OMCT (Objective Motion Cueing Test), seguida pela comparação com a resposta esperada do sistema vestibular humano, destacando boa similaridade especialmente nos canais semicirculares. Por fim, foram consideradas as influências de ruídos e perturbações observadas na resposta da plataforma, sendo que esses desvios estão fortemente associados aos efeitos dinâmicos decorrentes da ausência de ancoragem da base ao solo. Essa condição favorece deslocamentos indesejados e desbalanceamentos durante os movimentos, interferindo diretamente na precisão da simulação e na estabilidade do sistema. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department PPG - Programas de Pós Graduação - Itabira pt_BR
dc.publisher.program PPG - Programas de Pós Graduação - Itabira pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::MATEMATICA DA COMPUTACAO pt_BR
dc.relation.references ALINA-ELENA, L. M.; GHEORGHE, G. Software tools used for research and prototyping a gough-stewart platform. Engineering Series, n. 2, 2023. Citado na página 18. ANDRADE, C. Understanding statistical noise in research: 1. basic concepts. Indian J Psychol Med., v. 45, n. 1, p. 89–90, 2020. Citado na página 45. ANGELAKI, D. E.; CULLEN, K. E. Vestibular system: The many facets of a multimodal sense. Annual Review of Neuroscience, Annual Reviews, v. 31, n. Volume 31, 2008, p. 125–150, 2008. Citado 2 vezes nas páginas 27 e 28. ARANGO, C. G. et al. Learning-based approximate nonlinear model predictive control motion cueing. arXiv e-prints, p. arXiv–2504, 2025. Citado na página 35. ARIOUI, H.; NEHAOUA, L.; AMOURI, H. Classic and adaptive washout comparison for a low cost driving simulator. In: IEEE. Proceedings of the 2005 IEEE International Symposium on, Mediterrean Conference on Control and AutomationIntelligent Control, 2005. [S.l.], 2005. p. 586–591. Citado 2 vezes nas páginas 19 e 30. ASADI, H. et al. A review on otolith models in human perception. Behavioural brain research, Elsevier, v. 309, p. 67–76, 2016. Citado na página 24. ASADI, H. et al. Optimisation of nonlinear motion cueing algorithm based on genetic algorithm. Vehicle System Dynamics, Taylor & Francis, v. 53, n. 4, p. 526–545, 2015. Citado na página 22. ASADI, H. et al. A particle swarm optimization-based washout filter for improving simulator motion fidelity. In: IEEE. 2016 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC). [S.l.], 2016. p. 001963–001968. Citado na página 21. BAZONI, J. A. Hipovitaminose D como fator de risco para a vertigem posicional paroxística benigna: estudo caso-controle. Dissertação (Mestrado) — Universidade Norte do Paraná, 2016. Citado 3 vezes nas páginas 8, 27 e 28. BEZERRIL, N.; OLIVEIRA, F. A influÊncia do sistema vestibular na manutenÇÃo do equilÍbrio corporal. In: . [S.l.]: Universidade Federal da Paraíba, 2022. Citado 2 vezes nas páginas 26 e 28. BOHIGAS, O.; MANUBENS, M.; ROS, L. A linear relaxation method for computing workspace slices of the stewart platform. Journal of Mechanisms and Robotics, v. 5, p. 011005, 10 2012. Citado 2 vezes nas páginas 8 e 19. CASAS-YRURZUM, S. et al. On the objective evaluation of motion cueing in vehicle simulations. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, IEEE, v. 22, n. 5, p. 3001–3013, 2020. Citado 2 vezes nas páginas 24 e 41. CAT. Caminhões de Mineração. <https://www.cat.com/pt_BR/products/new/equipment/off-highway-trucks/mining-trucks/18092621.html> [Acessado em: (27/06/2025)]. Citado na página 13. CELESTINO, M. S.; VALENTE, V. C. P. N. Aplicabilidade e benefícios de softwares e simuladores em processos de ensino-aprendizagem. ETD - Educação Temática Digital, v. 23, n. 4, p. 881–903, nov. 2021. Citado na página 13. CONRAD, B.; SCHMIDT, S. F. Motion drive signals for piloted flight simulators. [S.l.], 1970. Citado 2 vezes nas páginas 12 e 21. DELGADO, L. C. Design and assembly of a 2-DOF motion simulator for racing applications. Dissertação (B.S. thesis) — Universitat Politècnica de Catalunya, 2025. Citado na página 13. FUENTES, J. Motion cueing study and development for driving simulators. Dissertação (Tesi di Laurea Magistrale) — Politecnico di Milano, 2021. Citado na página 21. GARRETT, N. J.; BEST, M. Driving simulator motion cueing algorithms–a survey of the state of the art. Loughborough University, 2010. Citado na página 13. GRANT, P. R.; REID, L. D. Motion washout filter tuning: Rules and requirements. Journal of aircraft, v. 34, n. 2, p. 145–151, 1997. Citado na página 12. HOSMAN, R.; ADVANI, S. Design and evaluation of the objective motion cueing test and criterion. The Aeronautical Journal, Cambridge University Press, v. 120, n. 1227, p. 873–891, 2016. Citado na página 25. HOUCK, J.; TELBAN, R.; CARDULLO, F. Motion cueing algorithm development: Human-centered linear and nonlinear approaches. 06 2005. Citado 6 vezes nas páginas 25, 27, 28, 29, 43 e 52. HUANG, C.-I.; FU, L.-C. Human vestibular based (hvb) senseless maneuver optimal washout filter design for vr-based motion simulator. In: IEEE. 2006 IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics. [S.l.], 2006. v. 5, p. 4451–4458. Citado na página 50. KARMAKAR, S.; TURNER, C. J. Forward kinematics solution for a general stewart platform through iteration based simulation. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Springer, v. 126, n. 1, p. 813–825, 2023. Citado na página 19. KHUSRO, Y. R. et al. Mpc-based motion-cueing algorithm for a 6-dof driving simulator with actuator constraints. Vehicles, MDPI, v. 2, n. 4, p. 625–647, 2020. Citado na página 22. KRAG, B. Modeling and simulation—basics and benefits. In-Flight Simulators and Fly-by-Wire/Light Demonstrators: A Historical Account of International Aeronautical Research, Springer, p. 19–25, 2017. Citado na página 17. LEMES, R. C. Desenvolvimento de um algoritmo de movimento adaptativo fuzzy-washout clássico para uma plataforma de stewart. 2018. Citado na página 35. LIU, C.; LI, L.; ZHAO, L. A motion cueing algorithm for a 2-dof pneumatic motion simulation platform. In: IEEE. 2023 42nd Chinese Control Conference (CCC). [S.l.], 2023. p. 455–460. Citado na página 19. MACENSKI, S. et al. Robot operating system 2: Design, architecture, and uses in the wild. Science Robotics, v. 7, n. 66, p. eabm6074, 2022. Disponível em: <https://www.science.org/doi/abs/10.1126/scirobotics.abm6074>. Citado na página 32. MERLET, J.-P. Parallel robots. [S.l.]: Springer Science & Business Media, 2005. v. 128. Citado na página 30. MURGOVSKI, N. Vehicle modelling and washout filter tuning for the chalmers vehicle simulator. 2007. Citado na página 23. NEHAOUA, L. et al. Motion cueing algorithms for small driving simulator. In: IEEE. Proceedings 2006 IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2006. ICRA 2006. [S.l.], 2006. p. 3189–3194. Citado 2 vezes nas páginas 19 e 22. PEREIRA, M. Labirintite, você sabe o que é? [S.l.]: Universidade de Brasília, 2021. <https://www.citedrive.com/overleafhttps://eupercebo.unb.br/2021/11/08/labirintite-voce-sabe-o-que-e/> [Acessado em: (21/05/2025)]. Citado 2 vezes nas páginas 8 e 26. QAZANI, M. R. C. et al. An mpc-based motion cueing algorithm using washout speed and grey wolf optimizer. In: IEEE. 2021 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC). [S.l.], 2021. p. 1627–1633. Citado na página 22. QAZANI, M. R. C. et al. Adaptive motion cueing algorithm based on fuzzy logic using online dexterity and direction monitoring. IEEE Systems Journal, IEEE, v. 16, n. 2, p. 1945–1953, 2021. Citado 2 vezes nas páginas 23 e 35. QAZANI, M. R. C. et al. A neural network-based motion cueing algorithm using the classical washout filter for comprehensive driving scenarios. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, IEEE, v. 25, n. 6, p. 5112–5121, 2023. Citado na página 22. RANAWEERA, M.; MAHMOUD, Q. H. Bridging reality gap between virtual and physical robot through domain randomization and induced noise. In: Canadian AI. [S.l.: s.n.], 2022. Citado na página 44. RENGIFO, C. et al. Impact of human-centered vestibular system model for motion control in a driving simulator. IEEE Transactions on human-machine systems, IEEE, v. 51, n. 5, p. 411–420, 2021. Citado 2 vezes nas páginas 15 e 24. REYMOND, G.; KEMENY, A. Motion cueing in the renault driving simulator. Vehicle System Dynamics, Taylor & Francis, v. 34, n. 4, p. 249–259, 2000. Citado na página 24. SANTOS, V. C. dos; SILVEIRA, G. A. da. A efetividade dos simuladores de voo no treinamento de pilotos para tarefas processuais específicas e aquisição de habilidades. Revista Conexão SIPAER, v. 10, n. 1, p. 15–30, 2019. Citado na página 12. SEEHOF, C.; DURAK, U.; DUDA, H. Objective motion cueing test-experiences of a new user. In: AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference. [S.l.: s.n.], 2014. p. 2205. Citado 3 vezes nas páginas 15, 25 e 41. SPRINGER, K.; GATTRINGER, H.; BREMER, H. Towards washout filter concepts for motion simulators on the base of a stewart platform. PAMM, Wiley Online Library, v. 11, n. 1, p. 955–956, 2011. Citado na página 36. STEWART, D. A platform with six degrees of freedom. Proceedings of the institution of mechanical engineers, Sage Publications Sage UK: London, England, v. 180, n. 1, p. 371–386, 1965. Citado na página 17. STUPANS, A. et al. Implementation of classical motion cueing algorithms for serial manipulator based motion simulator: Larrmos case study. Latvian Journal of Physics and Technical Sciences, De Gruyter Poland, v. 61, n. 4, p. 3–16, 2024. Citado 3 vezes nas páginas 12, 21 e 35. TONG, P.; BIL, C. Effects of errors on transfer of aircraft flight training. National Aerospace Laboratory NLR - 32nd European Rotorcraft Forum, ERF 2006, v. 3, p. 1390–1411, 01 2007. Citado 2 vezes nas páginas 8 e 18. ULLRICH, W. The antoinette barrel – a training device upon re quest. In: . [S.l.: s.n.], 2022. <https://www.halldale.com/defence/20498-the-antoinette-barrel-a-training-device-upon-request> [Acessado em: (02/06/2025)]. Citado 2 vezes nas páginas 8 e 18. VARGAS, M. B. Controle de uma Plataforma de Movimento de um Simulador de vôo. Tese (Doutorado) — Universidade de São Paulo, 2009. Citado 8 vezes nas páginas 8, 36, 37, 39, 40, 46, 48 e 57. YADAV, M.; ALAM, M. A. Dynamic time warping (dtw) algorithm in speech: a review. International Journal of Research in Electronics and Computer Engineering, v. 6, n. 1, p. 524–528, 2018. Citado na página 43. YOUNG, L.; OMAN, C. Model for vestibular adaptation to horizontal rotation. Aerospace medicine, v. 40, n. 10, p. 1076–1080, 1969. Citado na página 25. ZHANG, C.; ZHANG, L. Kinematics analysis and workspace investigation of a novel 2-dof parallel manipulator applied in vehicle driving simulator. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, v. 29, n. 4, p. 113–120, 2013. ISSN 0736-5845. Citado 4 vezes nas páginas 8, 20, 30 e 31. ZHAO, J. et al. Six-dof stewart platform motion simulator control using switchable model predictive control. arXiv preprint arXiv:2503.11300, 2025. Citado 2 vezes nas páginas 18 e 35. pt_BR


Arquivos deste item

Este item aparece na(s) seguinte(s) coleção(s)

Mostrar registro simples