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ORCID:  http://orcid.org/0009-0009-7362-3472
Document type: Trabalho de Conclusão de Curso
Access type: Acesso Embargado
Embargo Date: 2028-02-11
Title: Projeto e implementação de um robô com sistema de rastreamento para monitoramento de nadadores
Alternate title (s): Design and implementation of a robot with a tracking System for swimmer monitoring
Author: Alves, Jorge Henrique de Souza Marques
First Advisor: Souza, Márcio Peres de
First member of the Committee: Sales, Rogério
Second member of the Committee: Oliveira Filho, Ricardo Humberto de
Third member of the Committee: Lizardo, Frederico Balbino
Summary: A natação consolidou-se como uma das modalidades esportivas mais praticadas e difundidas globalmente, sendo valorizada tanto por seu amplo alcance recreativo e terapêutico quanto por seu exigente caráter competitivo. No cenário de alto rendimento, o aprimoramento do desempenho dos atletas depende cada vez mais de uma abordagem científica fundamentada na análise de métricas biomecânicas rigorosas, como a velocidade instantânea, o comprimento e a frequência de braçadas. Contudo, a rotina de treinamento ainda enfrenta um gargalo crítico: a dependência de processos de avaliação posteriores e morosos. Em muitos casos, a coleta e a análise manual dos dados atrasa o protocolo de treinamentos. Dessa forma, este trabalho apresenta o desenvolvimento e a validação de um robô móvel autônomo projetado para o monitoramento e suporte ao treinamento de nadadores de alto desempenho. O sistema visa automatizar a coleta de métricas biomecânicas em tempo real, superando as limitações dos métodos tradicionais de análise manual. A plataforma utiliza um Raspberry Pi 4 para o processamento de visão computacional, empregando o modelo de detecção de faces baseado em YOLOv8n. Com esse modelo, alcançou-se um tempo médio de inferência de 171 ms, aproximadamente 8,26 FPS. Para a validação do sistema de controle em ambiente real, realizaram-se ensaios em pista retilínea utilizando o modelo de detecção de faces, simulando a dinâmica de acompanhamento do nadador. O projeto mecânico foi desenvolvido em SolidWorks e fabricado via impressão 3D (FFF) em PLA e ABS, resultando em um chassi estável equipado com rodas de EVA para redução de oscilações na captura de imagem. O controle dos motores CC JGY-370 é realizado por um microcontrolador ESP32, que executa um algoritmo PID em malha fechada para manter o alvo centralizado no campo de visão da câmera. Para a modelagem do sistema, utilizou-se a identificação por resposta ao degrau, caracterizando a planta como um sistema integrador com ganho estático médio de 1,011. Os resultados experimentais demonstraram que o robô atinge uma velocidade média de 1,22 m/s, marca compatível com a velocidade crítica de nado sustentada em treinamentos de longa duração. Em operação de malha fechada, obteve-se um erro máximo de 1,5 m ao rastrear um alvo em velocidade constante, garantindo a estabilidade mesmo diante de variações de trajetória. O sistema conta ainda com uma interface web via Flask para operação remota e sensores de obstáculo para prevenção de quedas. O trabalho conclui que a plataforma é uma ferramenta promissora para a modernização do treinamento esportivo, fornecendo filmagens estáveis e dados de velocidade instantânea de forma automatizada.
Abstract: Swimming has established itself as one of the most practiced sports globally, valued for its recreational, therapeutic, and highly competitive nature. In high-performance scenarios, enhancing athlete performance increasingly relies on a scientific approach based on rigorous biomechanical metrics, such as instantaneous velocity, stroke length, and stroke frequency. However, training routines still face a critical bottleneck: the dependence on slow, post-session evaluation processes. This paper presents the development and validation of an autonomous mobile robot designed for monitoring and supporting high-performance swimmers. The system aims to automate the collection of biomechanical metrics in real-time, overcoming the limitations of traditional manual analysis. The platform utilizes a Raspberry Pi 4 for computer vision processing, employing a YOLOv8n face detection model, which achieved an average inference time of 171 ms (approximately 8.26 FPS). For real-world control system validation, straight-track trials were conducted using the detection model to simulate swimmer-tracking dynamics. The mechanical design was developed in SolidWorks and manufactured via 3D printing (FFF) using PLA and ABS, resulting in a stable chassis equipped with EVA wheels to reduce oscillations during image capture. Motor control for the JGY-370 DC motors is managed by an ESP32 microcontroller, executing a closed-loop PID algorithm to keep the target centered in the camera's field of view. System modeling was performed through step response identification, characterizing the plant as an integrator system with an average static gain of 1.011. Experimental results demonstrated that the robot reaches an average speed of 1.22 m/s, compatible with the critical swimming speed sustained in long-duration training. In closed-loop operation, a maximum tracking error of 1.5 m was recorded at constant speed, ensuring stability despite trajectory variations. The system also features a Flask-based web interface for remote operation and obstacle sensors for fall prevention. This work concludes that the platform is a promising tool for modernizing sports training, providing stable footage and automated instantaneous velocity data.
Keywords: Rastreamento
Tracking
Visão computacional
Computer vision
Robótica móvel
Mobile robotics
Detecção de objetos
Object detection
Natação
Swimming
Area (s) of CNPq: CNPQ::OUTROS::ENGENHARIA MECATRONICA
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::CONTROLE DE SISTEMAS MECANICOS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Quote: ALVES, Jorge Henrique de Souza Marques. Projeto e implementação de um robô com sistema de rastreamento para monitoramento de nadadores. 2026. 62 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecatrônica) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49715
Date of defense: 11-Feb-2026
Appears in Collections:TCC - Engenharia Mecatrônica

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