Calibration Method for Underwater Visual Ground-Truth System

This work presents an automatic calibration method for a vision based external underwater ground-truth positioning system. These systems are a relevant tool in benchmarking and assessing the quality of research in underwater robotics applications. A stereo vision system can in suitable environments such as test tanks or in clear water conditions provide accurate position with low cost and flexible operation. In this work we present a two step extrinsic camera parameter calibration procedure in order to reduce the setup time and provide accurate results. The proposed method uses a planar homography decomposition in order to determine the relative camera poses and the determination of vanishing points of detected lines in the image to obtain the global pose of the stereo rig in the reference frame. This method was applied to our external vision based ground-truth at the INESC TEC/Robotics test tank. Results are presented in comparison with an precise calibration performed using points obtained from an accurate 3D LIDAR modelling of the environment.

Otimização do Funcionamento da ETAR das Termas de S. Vicente, Penafiel

A água é um recurso natural único, escasso e essencial a todos os seres vivos, o que a torna um bem de extrema importância. Nos dias de hoje, o desperdício deste bem, aliado ao aumento da sua procura, tornou-se um problema devido à decrescente disponibilidade de água doce no nosso planeta. Todas as águas que rejeitamos depois da sua utilização para diversos fins, designadas de águas residuais, necessitam de tratamento antes de serem devolvidas ao meio ambiente. O seu tratamento é realizado numa Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) e o processo de tratamento depende das suas características. A ETAR das Termas de S. Vicente, em Penafiel, trabalha no seu limite de capacidade, apresenta uma sobrecarga hidráulica gerada por uma afluência de águas pluviais e o processamento das lamas geradas não permite uma secagem tão completa como seria desejável. Assim, este trabalho teve como objetivo o estudo do funcionamento desta ETAR com a finalidade de propor soluções que o possam otimizar. As soluções propostas para otimizar o funcionamento da ETAR em estudo são: i) a substituição de grades de limpeza manual por grades de limpeza automática de forma a reduzir a necessidade da intervenção do operador ao nível da remoção e condicionamento dos gradados; ii) a construção de um desarenador arejado que além de remover areias de diâmetro superior a 0,2 mm promove também a remoção de gorduras, protegendo desta forma os equipamentos a jusante da abrasão/desgaste prematuros e reduzindo a formação de depósitos nas tubagens; iii) a construção de um tanque de equalização de forma a garantir uma distribuição mais uniforme dos caudais e da carga poluente; iv) a substituição do enchimento do leito percolador por um meio de suporte plástico que permite atingir melhores eficiências de remoção neste tratamento biológico; v) a alteração do agente de desinfeção para radiação ultravioleta, evitando a adição de produtos químicos na água residual e possível formação de subprodutos prejudiciais ao ambiente, como ocorreria no caso da cloragem; e vi) a substituição da desidratação de lamas em leitos de secagem por filtros de banda, que é um processo mais rápido, que ocupa menos espaço e permite atingir elevadas eficiências de remoção de humidade. Para cada uma das sugestões são apresentadas as correspondentes especificações técnicas e dimensionamento. As sugestões de melhoria apresentadas neste trabalho constituem uma alternativa mais económica do que a ampliação da ETAR, que genericamente corresponde à duplicação da linha de tratamento atual. Devido à menor complexidade em termos de construção, estas sugestões podem vir a ser implementadas num futuro próximo, prolongando assim um pouco mais a vida útil da ETAR atual.

Water jet based autonomous surface vehicle for coastal waters operations

This paper presents the design of low cost, small autonomous surface vehicle for missions in the coastal waters and specifically for the challenging surf zone. The main objective of the vehicle design described in this paper is to address both the capability of operation at sea in relative challenging conditions and maintain a very low set of operational requirements (ease of deployment). This vehicle provides a first step towards being able to perform general purpose missions (such as data gathering or patrolling) and to at least in a relatively short distances to be able to be used in rescue operations (with very low handling requirements) such as carrying support to humans on the water. The USV is based on a commercially available fiber glass hull, it uses a directional waterjet powered by an electrical brushless motor for propulsion, thus without any protruding propeller reducing danger in rescue operations. Its small dimensions (1.5 m length) and weight allow versatility and ease of deployment. The vehicle design is described in this paper both from a hardware and software point of view. A characterization of the vehicle in terms of energy consumption and performance is provided both from test tank and operational scenario tests. An example application in search and rescue is also presented and discussed with the integration of this vehicle in the European ICARUS (7th framework) research project addressing the development and integration of robotic tools for large scale search and rescue operations.

Dynamic stability metrics for the container loading problem

The Container Loading Problem (CLP) literature has traditionally evaluated the dynamic stability of cargo by applying two metrics to box arrangements: the mean number of boxes supporting the items excluding those placed directly on the floor (M1) and the percentage of boxes with insufficient lateral support (M2). However, these metrics, that aim to be proxies for cargo stability during transportation, fail to translate real-world cargo conditions of dynamic stability. In this paper two new performance indicators are proposed to evaluate the dynamic stability of cargo arrangements: the number of fallen boxes (NFB) and the number of boxes within the Damage Boundary Curve fragility test (NB_DBC). Using 1500 solutions for well-known problem instances found in the literature, these new performance indicators are evaluated using a physics simulation tool (StableCargo), replacing the real-world transportation by a truck with a simulation of the dynamic behaviour of container loading arrangements. Two new dynamic stability metrics that can be integrated within any container loading algorithm are also proposed. The metrics are analytical models of the proposed stability performance indicators, computed by multiple linear regression. Pearson’s r correlation coefficient was used as an evaluation parameter for the performance of the models. The extensive computational results show that the proposed metrics are better proxies for dynamic stability in the CLP than the previous widely used metrics.

Projeto de uma ETAR para a freguesia de Canelas, Penafiel

O tratamento das águas residuais domésticas surge com o intuito de degradar os poluentes presentes, para que as águas residuais tratadas não prejudiquem o ambiente nem a saúde pública. O presente trabalho teve como objetivo a conceção e o dimensionamento de uma Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) na freguesia de Canelas com a finalidade de substituir a já existente e permitir a ampliação da área da rede de saneamento da freguesia. Foram considerados dois tipos de ETAR’s, compacta e convencional, para tratar águas residuais domésticas de aproxidamente 2000 habitantes, com um caudal médio de 400 m3/dia e um caudal de ponta de 1136,7 m3/dia. Das duas opções optou-se pela convencional uma vez que acarreta um menor investimento, no valor de 187 232 €, e se considera também mais adequada às características do efluente a tratar. O tratamento escolhido inclui inicialmente uma gradagem, com uma grade constituída por sete barras com um espaçamento de 20 mm entre elas, seguida de um tamisador rotativo com uma abertura de malha de 3 mm. Depois do tamisador, optou-se por um sistema de desarenação/desengorduramento com um volume do tanque de 3,95 m3 e um fluxo de ar de 17,9 m3/h. Na fase seguinte considerou-se um tratamento biológico por lamas ativadas em regime de arejamento prolongado num tanque de arejamento de volume igual a 245,8 m3 com um arejador submerso, seguindo-se um decantador secundário de volume 33,3 m3. Por último, escolheu-se um sistema de desinfeção por ultravioleta e, a montante do mesmo, um filtro rápido para eliminar pequenas partículas que o efluente ainda possa conter. Para a desinfeção foram consideradas duas secções com cinco módulos de duas lâmpadas cada, ou seja, vinte lâmpadas ultravioleta. Dos resíduos produzidos pelo tratamento da água residual, os gradados e as areias serão encaminhados para aterro, enquanto que as lamas serão enviadas para a ETAR das Termas de S.Vicente, para que sofram o tratamento adequado e sejam encaminhadas para o destinal final adequado (aplicação em solos agrícolas, compostagem ou em alternativa para aterro). No caso da ETAR covencional foi ainda avaliada a possível reutilização de um decantador da ETAR de Milhundos uma vez que esta se encontrava em fase de desativação. Desta avaliação, concluiu-se que não seria economicamente viável o seu reaproveitamento. Mestrado em Engenharia Química – Tecnologias de Proteção Ambiental Para além disso realizou-se também um levantamento dos principais problemas que ocorrem na maioria das ETAR’s e foram apresentadas as respetivas sugestões de resolução. A realização de um inquérito permititu concluir que os odores são o problema que mais causa incómodo à população.

Otimização do processo de injeção de ZAMAK

A indústria automóvel necessita aumentar a produtividade de forma sistemática, com vista à redução de custos e incremento da competitividade. A otimização dos produtos e processos é uma constante. O presente trabalho foi solicitado pela empresa FicoCables, do Grupo FICOSA, tendo em vista a otimização do processo de injeção de pequenas peças injetadas em ZAMAK, que constituem o bloqueio na extremidade de cada cabo metálico inserido nos automóveis para abertura da mala, portas, travão de mão, reservatório de combustível, capô, etc. A empresa possui cerca de 52 equipamentos de injeção de ZAMAK, cuja temperatura dos bicos era mantida com base numa chama de gás. Os sucessivos problemas de controlo do sistema ditaram uma mudança estratégica no aquecimento desses bicos, passando a ser usadas resistências elétricas anelares. No entanto, esta mudança veio a apresentar problemas inesperados, os quais se vieram inclusivamente a tornar em problemas de segurança, devido ao desgaste interior prematuro dos bicos, os quais apresentaram esmo problema de rotura. Paralelamente, todos os parâmetros relacionados com este processo de fabrico estavam também estudados de forma algo incipiente, pelo que se tornou necessário compreender e dissecar todas as variáveis relacionadas com o processo e implementar sistemas que impedissem o ajuste não controlado dos parâmetros por parte dos operadores. Também os moldes foram alvo de ações de melhoria, com vista a evitar problemas na zona de contacto do bico com o molde. O processo foi analisado em pormenor, permitindo um controlo muito mais apurado do mesmo. Os resultados fizeram sentir-se de forma imediata, graças ao trabalho desenvolvido neste estudo e à abertura demonstrada pela empresa para implementar todas as soluções propostas. O resultado final traduz-se num incremento significativo da segurança para os operadores, num controlo muito mais apurado de todos os parâmetros envolvidos no processo, numa maior garantia da qualidade nos produtos injetados em ZAMAK e em ganhos financeiros significativos para a empresa.

Organização da atividade dos músculos solear e braquiorradial em sujeitos com AVE e aumento do stiffness do cotovelo

Introdução: Das possíveis alterações decorrentes da lesão por Acidente Vascular Encefálico (AVE) é de evidenciar as alterações de controlo postural (CP) e aumento do stiffness. A intervenção na reabilitação neuro-motora baseia-se na capacidade intrínseca do Sistema Nervoso Central (SNC) compensar danos estruturais através da reorganização das redes neurais. Objectivo(s): Descrever as modificações do comportamento e tempos de ativação dos músculos solear e braquiorradial no início da marcha e primeira subfase das sequências de movimento de sentado para de pé e de pé para sentado. Pretendeu-se apresentar também as modificações do stiffness do cotovelo Métodos: A amostra consistiu em 5 participantes com média de idade de 44 anos, 2 do sexo feminino e 3 do masculino que sofreram um AVE. Foi implementado um programa de reabilitação para cada, por um período de 3 meses, com 2 momentos de avaliação (M0 e M1). A eletromiografia foi recolhida do solear, braquiorradial, biceps e triceps. O dinamómetro isocinético monitorizou o torque e a amplitude do cotovelo na extensão passiva. Foram calculados os tempos de ativação muscular e o valor de stiffness. Resultados: Observou-se nos 5 participantes uma modificação do comportamento dos músculos solear e braquiorradial ipsilesional e contralesional no sentido da inibição de M0 para M1 no sentar levantar. Esta também foi observada na sequência de pé para sentado e no início da marcha, sendo mais variável entre participantes. Verificou-se que o stiffness do membro superior contralesional apresentou uma modificação no sentido da diminuição em todas as amplitudes. O mesmo sucedeu com membro superior ipsilesional sobretudo nas amplitudes intermédias, excepto no B e D. Conclusão: De M0 para M1 verificou-se a modificação dos tempos e do comportamento dos músculos antigravíticos como o solear e o braquiorradial nas tarefas funcionais e uma modificação do stiffness passivo do cotovelo.

Influência do treino do passo rápido voluntário nas estratégias de feedforward e feedback em Adultos mais Velhos

Introdução:O envelhecimento influencia negativamente o controlo postural, diminuindo a capacidade de recuperar o equilíbrio após uma perturbação externa e consequentemente aumento do risco de queda nos adultos mais velhos Objetivo(s):Verificar a influência do treino do passo rápido voluntário nas estratégias de feedforward e feedback em adultos mais velhos aquando o stepping anterior e posterior, bem como o timing e sequência de ativação muscular, ajustes posturais antecipatórios (APA) e compensatórios (APC1,APC2), comprimento, latência, velocidade média (VM) do passo e estratégias de passo lateral Métodos:19 participantes foram distribuídos aleatoriamente por dois grupos, o grupo experimental (n=9) e o grupo controlo (n=10), estudo randomizado controlado. Ambos foram submetidos a um protocolo de exercício físico durante 3 meses, 2 vezes/semana. Adicionalmente o grupo experimental (GE) realizou o treino do passo rápido voluntário bilateral nas várias direções. A resposta a um desequilíbrio postural em vários sentidos e consequente resposta de stepping anterior, posterior ou lateral foram avaliadas por meio de eletromiografia de superfície e por um sistema de imagem 3D Resultados: Na variação entre o momento inicial e final (M0-M1), durante o stepping anterior o GE, comparativamente ao GC, aumentou e diminuiu significativamente o timing do RF ipsilateral e GemM, respetivamente. Na variação do timing dos músculos BF ipsilateral e contralateral e TA contralateral, o GE diminuiu significativamente menos do que o GC. O GE aumentou significativamente o comprimento do stepping posterior do que o GC. Quanto à variação da latência observou-se que o GE aumentou significativamente do que o GC nos dois steppings. Na variação da VM, do stepping anterior, o GE diminuiu significativamente mais do que GC. O GE aumentou e diminuiu significativamente os APAS e os APC1 do que o GC no stepping posterior e anterior, respetivamente. Verificou-se que a estratégia mais frequente nos dois momentos e grupos foi a estratégia de stepping lateral direto Conclusão: A contínua prática do stepping rápido voluntário parece promover um melhor controlo postural sendo um importante exercício específico para prevenção de quedas

Reorganização do Controlo Postural do Tronco para o alcance funcional em crianças com Paralisia Cerebral

Introdução: A organização do controlo postural (CP) é essencial para a execução de movimentos funcionais e está frequentemente alterada em crianças com alterações neuromotoras decorrentes da Paralisia Cerebral (PC), nomeadamente ao nível do segmento do tronco, influenciando assim a qualidade do gesto de alcance. Objetivo: Analisar as modificações na organização do CP do tronco, associado ao gesto de alcance, em crianças com PC, após uma intervenção baseada no conceito de Bobath em pediatria Métodos: Foram avaliadas quatro crianças com PC, num momento inicial (M0) e após 4 meses de intervenção (M1), segundo esse conceito. Recorrendo ao Software de Avaliação Postural (SAPo) procedeu-se à avaliação de variáveis relevantes do ponto de vista do CP, nomeadamente, na vista posterior, o alinhamento horizontal da cabeça, dos acrómios e das espinhas ilíacas póstero-superiores (EIPS). Na vista lateral, avaliou-se o alinhamento da cervical, o alinhamento vertical do tronco (desde a vértebra C7 a L1), a amplitude de movimento do ombro, do cotovelo e de deslocamento anterior do tronco e, do alinhamento da pélvis. Recorreu-se ainda à aplicação da Classificação Internacional de Funcionalidade, Incapacidade e Saúde para Crianças e Jovens (CIF-CJ). Resultados: Em M1, verificaram-se alterações sugestivas de uma melhor organização dos mecanismos de CP, tanto na análise quantitativa através do SAPo, como também se verificaram repercussões positivas nos qualificadores da CIF-CJ. Os participantes apresentam uma maior simetria entre os hemitroncos e um melhor alinhamento do tronco, associado a uma menor amplitude de movimento do tronco e maior amplitude ao nível do ombro e cotovelo, sugerindo uma melhoria dos componentes de estabilidade e de orientação durante o gesto de alcance. Conclusão: De uma maneira geral, os resultados obtidos parecem revelar modificações no CP, após uma intervenção individualizada e direcionada para o principal problema, segundo a abordagem do conceito de Bobath em pediatria – TND.

Reorganização do Controlo Postural no Acidente Vascular Encefálico: Ajustes Posturais Antecipatórios e Stiffness da Tibiotársica

Introdução: A reorganização do Sistema Nervoso após Acidente Vascular Encefálico é dependente da experienciação de diferentes tipos de input no âmbito da intervenção em fisioterapia. A potenciação do controlo postural (CP) nestes sujeitos é importante para organização dos ajustes posturais antecipatórios nas tarefas funcionais levantar, sentar e início da marcha e pode ser acompanhado de uma regulação do stiffness. Objectivo(s): Reportar as modificações ocorridas nos tempos de inibição e ativação dos músculos solear e tibial anterior, respetivamente, nas sequências de movimento levantar, sentar e início da marcha, na linha temporal atribuída aos APA’s assim como descrever as modificações ocorridas no comportamento do stiffness passivo da tibiotársica. Métodos: Foi implementado um programa de fisioterapia durante 3 meses em 5 participantes com Acidente Vascular Encefálico. Estes foram avaliados previamente à implementação do programa e após (M0 e M1). Foi analisada a atividade eletromiográfica dos músculos solear e tibial anterior, em ambos os membros inferiores, na linha temporal atribuída aos APA’s nas referidas tarefas. O torque e a amplitude articular da tibiotársica foi monitorizada, através do dinamómetro isocinético, no movimento passivo de dorsiflexão, e registada a atividade muscular através de eletromiografia de superfície, nos músculos solear e gastrocnémio medial. Resultados: À exceção do músculo tibial anterior contralesional no paciente C, todos os participantes demonstraram modificações nos tempos dos músculos do membro contralesional na tarefa levantar. No membro ispsilesional todos os participantes demonstraram alterações, sem que seja possível definir uma tendência. Todos apresentaram uma diminuição do stiffness, embora nos participantes A e E mais evidente nas amplitudes intermédias. Conclusão: Entre os dois momentos de avaliação foi possível reportar modificações nos tempos de inibição dos músculos solear e nos tempos de ativação dos músculos tibial anterior na linha temporal atribuída aos APA’s, no entanto mais homogéneas no membro contralesional na tarefa levantar. Em todos os participantes o stiffness sofreu alterações no sentido da diminuição.

Reorganização do Controlo Postural do Tronco Ipsilesional em Indivíduos com Acidente Vascular Encefálico

Introdução: O controlo postural (CP) tem sido apontado como indicador de prognóstico funcional e constitui um dos requisitos para a execução de tarefas funcionais. Tem sido demonstrado que após um acidente vascular encefálico (AVE) este esteja severamente alterado. Os mecanismos de neuroplasticidade evidenciam capacidade de mudança no CP através de uma intervenção em Fisioterapia. Objetivos: Descrever as modificações em participantes com AVE face à intervenção em fisioterapia no: 1) componente flexor/extensor do tronco superior/inferior; 2) alinhamento das escápulas; 3) variação do Centro de Pressão (Cop) nos seus componentes medio-lateral e antero-posterior. Pretendeu-se também perceber as mudanças na de distribuição da carga entre membros através do comportamento da força vertical (Fz). Métodos: Estudo de série de casos de participantes com alterações neuromotoras decorrentes de AVE. A avaliação privilegiou a análise do potencial do participante com um objetivo de funcionalidade, tendo ocorrido em 2 momentos: M0 (inicial) e M1 (após 3 meses). Foi avaliado o alinhamento do tronco e da escápula, através do Software de Avaliação Postural (SAPO). Foi também avaliado o deslocamento antero-posterior e medio-lateral do CoP e comportamento da força vertical do solo em Plataforma de Forças. Resultados: Nos participantes A, B, C e D ocorreram modificações nas variáveis cinemáticas, observando-se uma diminuição do componente flexor do tronco e uma tendência para simetria entre as escápulas. O participante E contrariou esta tendência. Nas variáveis em Plataforma de Forças, não é possível encontrar uma tendência homogénea a todos os participantes. Conclusão: Conseguiu-se demonstrar que é possível influenciar positivamente o componente flexor/extensor do tronco superior/inferior, assim como o alinhamento das escápulas. As modificações nas variáveis enunciadas parecem indicar um melhor controlo postural do tronco.

Estudo de problemas de corrosão em cabos de aço zincado

As cablagens metálicas são aplicadas abundantemente na montagem dos automóveis, para accionamento de diversos dispositivos, tais como a abertura de portas, abertura da mala ou da tampa do motor, abertura do tampão do depósito de combustível, accionamento do travão de mão, etc. Nas cablagens metálicas utilizadas na indústria automóvel é comummente utilizado arame entrançado de aço zincado, o qual foi já estudado resistir à agressividade das condições em que habitualmente trabalham. No entanto, para que esta estabilidade de funcionamento exista, torna-se necessário que a qualidade do arame entrançado seja a mais adequada. O presente trabalho surgiu da necessidade de averiguar quais as razões que estariam por detrás do aparecimento de quantidades relativamente abundantes de Óxido de Zinco (ZnO) em cablagens metálicas utilizadas na indústria automóvel, poucas semanas depois do seu fabrico. O estudo foi levado a cabo com vista a satisfazer as necessidades de investigação deste problema por parte de uma empresa de cablagens metálicas instalada no nosso país, a FicoCables, estabelecendo quais as causas-raiz deste problema, com vista a poder evitálo no futuro. O trabalho foi concluído com sucesso, tendo-se averiguado que existiam lacunas graves de limpeza do cabo entre as operações de conformação do arame e de zincagem, com deposição de elementos potenciadores do Óxido de Zinco na interface, os quais viriam a revelar-se cruciais à posteriori, para a nucleação e desenvolvimento do Óxido de Zinco na superfície do cabo.

Estações de tratamento de águas residuais: conceitos e dimensionamento

O presente relatório é o corolário do Estágio Curricular que a autora efetuou, durante o segundo semestre do ano letivo de 2014/2015 na SBS – Engenharia Civil, Hidráulica e Ambiente, Lda. Nesta empresa a autora foi integrada na equipa técnica que elaborou um Projeto de Execução para uma Estação de Tratamento de Águas Residuais que irá ser construída em Montemor-o-Novo, tendo-lhe sido atribuídas as seguintes tarefas principais: i) estudo de ferramentas de dimensionamento de ETAR; e ii) estudo dos processos de tratamento de águas residuais a instalar. O tratamento de águas residuais não é matéria que conste do atual Plano de Estudos do Mestrado em Engenharia Civil do ISEP. Este facto, associado à premente necessidade de dar resposta às expectativas da Entidade Acolhedora, obrigou a autora a um esforço de aprendizagem significativo. Nesta fase foi executada uma aprofundada pesquisa bibliográfica que permitiu à autora obter o nível de conhecimentos teóricos necessário para a plena integração na Equipa de Projeto. Já integrada na Equipa de Projeto o primeiro trabalho desenvolvido pela autora foi a análise detalhada do Caderno de Encargos e da respetiva Nota Técnica. Seguidamente a autora participou em todas as fases do Projeto tendo, por isso, colaborado na análise do Estudo Geotécnico, no dimensionamento dos órgãos da ETAR, no cálculo do perfil hidráulico, na definição de formas (plantas e cortes) dos órgãos, na elaboração da Lista de Equipamentos e do Mapa de Quantidades e, por último, na elaboração da Memória Descritiva e Justificativa do Processo de Tratamento e Equipamentos. O Caso Prático incluído no presente documento é, em larga medida, o corolário do processo de aprendizagem de que a autora beneficiou no decorrer do Estágio Curricular. Grande parte das tarefas que a autora executou ao longo da elaboração do projeto relacionaram-se com o dimensionamento dos órgãos da ETAR e com os respetivos cálculos hidráulicos. Os conhecimentos teórico-práticos desta forma adquiridos foram reunidos num conjunto de ferramentas, maioritariamente folhas de cálculo, que se verificou serem úteis nos processos de dimensionamento e de teste de soluções alternativas. É parte integrante deste relatório um capítulo no qual é feita uma detalhada apresentação dos conceitos teóricos subjacentes ao Projeto de ETAR. Este capítulo reflete o estudo que a autora teve necessidade de efetuar antes de se sentir capaz de integrar a Equipa de Projeto.