Multi-criteria optimization manipulator trajectory planning

In the last twenty years genetic algorithms (GAs) were applied in a plethora of fields such as: control, system identification, robotics, planning and scheduling, image processing, and pattern and speech recognition (Bäck et al., 1997). In robotics the problems of trajectory planning, collision avoidance and manipulator structure design considering a single criteria has been solved using several techniques (Alander, 2003). Most engineering applications require the optimization of several criteria simultaneously. Often the problems are complex, include discrete and continuous variables and there is no prior knowledge about the search space. These kind of problems are very more complex, since they consider multiple design criteria simultaneously within the optimization procedure. This is known as a multi-criteria (or multiobjective) optimization, that has been addressed successfully through GAs (Deb, 2001). The overall aim of multi-criteria evolutionary algorithms is to achieve a set of non-dominated optimal solutions known as Pareto front. At the end of the optimization procedure, instead of a single optimal (or near optimal) solution, the decision maker can select a solution from the Pareto front. Some of the key issues in multi-criteria GAs are: i) the number of objectives, ii) to obtain a Pareto front as wide as possible and iii) to achieve a Pareto front uniformly spread. Indeed, multi-objective techniques using GAs have been increasing in relevance as a research area. In 1989, Goldberg suggested the use of a GA to solve multi-objective problems and since then other researchers have been developing new methods, such as the multi-objective genetic algorithm (MOGA) (Fonseca & Fleming, 1995), the non-dominated sorted genetic algorithm (NSGA) (Deb, 2001), and the niched Pareto genetic algorithm (NPGA) (Horn et al., 1994), among several other variants (Coello, 1998). In this work the trajectory planning problem considers: i) robots with 2 and 3 degrees of freedom (dof ), ii) the inclusion of obstacles in the workspace and iii) up to five criteria that are used to qualify the evolving trajectory, namely the: joint traveling distance, joint velocity, end effector / Cartesian distance, end effector / Cartesian velocity and energy involved. These criteria are used to minimize the joint and end effector traveled distance, trajectory ripple and energy required by the manipulator to reach at destination point. Bearing this ideas in mind, the paper addresses the planning of robot trajectories, meaning the development of an algorithm to find a continuous motion that takes the manipulator from a given starting configuration up to a desired end position without colliding with any obstacle in the workspace. The chapter is organized as follows. Section 2 describes the trajectory planning and several approaches proposed in the literature. Section 3 formulates the problem, namely the representation adopted to solve the trajectory planning and the objectives considered in the optimization. Section 4 studies the algorithm convergence. Section 5 studies a 2R manipulator (i.e., a robot with two rotational joints/links) when the optimization trajectory considers two and five objectives. Sections 6 and 7 show the results for the 3R redundant manipulator with five goals and for other complementary experiments are described, respectively. Finally, section 8 draws the main conclusions.

An evolutionary approach for the motion planning of redundant and hyper-redundant manipulators

The trajectory planning of redundant robots is an important area of research and efficient optimization algorithms are needed. The pseudoinverse control is not repeatable, causing drift in joint space which is undesirable for physical control. This paper presents a new technique that combines the closed-loop pseudoinverse method with genetic algorithms, leading to an optimization criterion for repeatable control of redundant manipulators, and avoiding the joint angle drift problem. Computer simulations performed based on redundant and hyper-redundant planar manipulators show that, when the end-effector traces a closed path in the workspace, the robot returns to its initial configuration. The solution is repeatable for a workspace with and without obstacles in the sense that, after executing several cycles, the initial and final states of the manipulator are very close.

Complex dynamics in the trajectory control of redundant manipulators

Redundant manipulators allow the trajectory optimization, the obstacle avoidance, and the resolution of singularities. For this type of manipulators, the kinematic control algorithms adopt generalized inverse matrices that may lead to unpredictable responses. Motivated by these problems this paper studies the complexity revealed by the trajectory planning scheme when controlling redundant manipulators. The results reveal fundamental properties of the chaotic phenomena and give a deeper insight towards the development of superior trajectory control algorithms.

A pré-fabricação em betão em edifícios

No presente trabalho apresenta-se um levantamento com base na literatura especializada, das diversas soluções estruturais em betão pré-fabricado existentes, aplicadas em edifícios correntes, mais especificamente as soluções ao nível dos elementos que as constituem, nomeadamente no que respeita a ligações estruturais dos elementos, com combinações in situ, das estruturas préfabricadas e as moldadas em obra, aproveitando o que de melhor se pode obter de ambas as técnicas, com vista a obter um melhor resultado final. Apesar do setor da construção civil estar em crise, tal como vários outros setores, as empresas de pré-fabricação apresentam soluções que poderão contrariar esta tendência, nomeadamente através da diversificação e flexibilização da sua produção, com inovação, criatividade e elevada qualidade. Num mercado em que a construção de edifícios de raiz sofreu um grande abrandamento, começa a surgir no mercado a necessidade de se reabilitar as construções existentes, nomeadamente nos grandes centros das cidades que foram perdendo população ao longo dos tempos. Esta requalificação do espaço urbano permite o desenvolvimento de soluções estruturais pré-fabricadas, no que respeita à reabilitação dos elementos existentes, quer por justaposição para reforço das estruturas, quer por inserção de elementos novos para efetuar correções. Os baixos custos de mão de obra, equipamentos e estaleiro, assim como a redução dos prazos de construção e entrega ao cliente final, dado que a produção não está dependente das condições existentes in situ para se desenvolver, destacam-se da construção civil tradicional. A produção integral dos elementos pré-fabricados de betão em fábrica tem outras vantagens, entre as quais, um melhor planeamento e controle da segurança, um controle rigoroso de qualidade, a redução dos custos de reparação e manutenção, melhor sustentabilidade com redução da quantidade de resíduos produzidos.

O controlo interno nas PME’s estudo de caso: impacto no desempenho do setor de compras nas PME’s do concelho de Vila Nova de Famalicão

Dissertação de Mestrado em Auditoria apresentado ao Instituto Superior de Contabilidade e Administração do Porto para a obtenção do Grau de Mestre em Auditoria, sob Orientação de: Professora Doutora Alcina Augusta de Sena Portugal Dias

Lean and quality management integration: improvement program implementation in a service company

Lean Thinking is an important pillar in the success of any program of continuous improvement process. Its tools are useful means in the analysis, control and organization of important data for correct decision making in organizations. This project had as main objective the design of a program of quality improvement in Eurico Ferreira, S.A., based on the evaluation of customer satisfaction and the implementation of 5S. Subsequently, we have selected which business area of the company to address. After the selection, there was an initial diagnostic procedure, identifying the various points of improvement to which some tools of Lean Thinking have been applied, in particular Value Stream Mapping and 5S methodology. With the first, we were able to map the current state of the process in which all stakeholders were represented as well as the flow of materials and information throughout the process. The 5S methodology allowed to act on the wastage, identifying and implementing various process improvements.

An Exercise Program Improves Health-Related Quality of Life of Workers

Low back problems are associated with decreased quality of life. Specific exercises can improve quality of life, resulting in better professional performance and functionality. The purpose of this study was to evaluate the effect of following a 21-month exercise program on the quality of life of warehouse workers. The population included 557 male warehouse workers from a food distribution company in Oporto, Portugal. Upon application of the selection criteria, 249 workers were deemed eligible, which were randomized into two groups (125 in the intervention group and 124 in the control group). Then, subjects were asked to volunteer for the study, the sample being formed by 229 workers (112 in the intervention group and 117 in the control group). All subjects completed the SF-36 questionnaire prior to beginning the program and on the 11th and 21st months following it. The exercises were executed in the company facilities once a day for 8 min. Data were analyzed using SPSS® 17.0 for Windows®. After 11 months of following the exercise program, there was an increase in all scores for the experimental group, with statistically significant differences in the dimensions physical functioning (0.019), bodily pain (0.010), general health (0.004), and rolephysical (0.037). The results obtained at the end of the study (21 months) showed significant improvements in the dimensions physical functioning (p = 0.002), rolephysical (p = 0.007), bodily pain (p = 0.001), social functioning (p = 0.015), role-emotional (p = 0.011), and mental health (p = 0.001). In the control group all dimensions showed a decrease in mean scores. It can be concluded that the implementation of a low back specific exercise program has changed positively the quality of life of warehouse workers.

Modelação Dinâmica de Sistemas de Drenagem Urbana. Aplicação a um caso de estudo

A crescente expansão urbana e o incremento das exigências ambientais e financeiras promovem a implementação de abordagens sustentáveis para a gestão das infraestruturas sanitárias. Assim, o recurso a instrumentos de monitorização e à modelação matemática surge como o caminho para a racionalização do investimento e a otimização dos sistemas existentes. Neste contexto, a modelação dinâmica de sistemas de drenagem urbana assume relevância para o controlo e redução dos caudais em excesso e das descargas de poluentes nos meios recetores, resultantes de um incremento significativo de afluências pluviais indevidas, de problemas de sub-dimensionamento ou falta de operação e manutenção. O objetivo da presente dissertação consiste na modelação, calibração e diagnóstico do sistema intercetor de Lordelo utilizando o software Storm Water Management Model, através dos dados recolhidos a partir do projeto de Reabilitação dos intercetores de Lordelo, elaborado pela Noraqua. A modelação considera a avaliação das afluências de tempo seco e as afluências pluviais pelo software Sanitary Sewer Overflow Analysis and Planning Toolbox. Com efeito, a simulação dinâmica, permitiu um conhecimento mais detalhado do sistema, avaliando a capacidade hidráulica e localizando os pontos propícios a inundações. Assim, foi possível testar soluções de beneficiação do sistema, englobando a problemática das afluências pluviais indevidas calibradas. Apesar das dificuldades sentidas face à qualidade dos dados existentes, verificou-se que o SSOAP e o SWMM são ferramentas úteis na deteção, diagnóstico e redução dos caudais em excesso e que o procedimento utilizado pode ser aplicado a sistemas semelhantes, como forma de definir a melhor solução técnica e económica ao nível do planeamento, operação e reabilitação do sistema.

Manoeuvre Based Mission Control System for an Autonomous Surface Vehicle

In this work the mission control and supervision system developed for the ROAZ Autonomous Surface Vehicle is presented. Complexity in mission requirements coupled with flexibility lead to the design of a modular hierarchical mission control system based on hybrid systems control. Monitoring and supervision control for a vehicle such as ROAZ mission is not an easy task using tools with low complexity and yet powerful enough. A set of tools were developed to perform both on board mission control and remote planning and supervision. “ROAZ- Mission Control” was developed to be used in support to bathymetric and security missions performed in river and at seas.

Modelling and Control of Freeway Traffic

This paper presents the most recent developments of the Simulator of Intelligent Transportation Systems (SITS). The SITS is based on a microscopic simulation approach to reproduce real traffic conditions in an urban or non-urban network. In order to analyse the quality of the microscopic traffic simulator SITS a benchmark test was performed. A dynamical analysis of several traffic phenomena, applying a new modelling formalism based on the embedding of statistics and Laplace transform, is then addressed. The paper presents also a new traffic control concept applied to a freeway traffic system.

Formation Control Driven by Cooperative Object Tracking

In this paper we introduce a formation control loop that maximizes the performance of the cooperative perception of a tracked target by a team of mobile robots, while maintaining the team in formation, with a dynamically adjustable geometry which is a function of the quality of the target perception by the team. In the formation control loop, the controller module is a distributed non-linear model predictive controller and the estimator module fuses local estimates of the target state, obtained by a particle filter at each robot. The two modules and their integration are described in detail, including a real-time database associated to a wireless communication protocol that facilitates the exchange of state data while reducing collisions among team members. Simulation and real robot results for indoor and outdoor teams of different robots are presented. The results highlight how our method successfully enables a team of homogeneous robots to minimize the total uncertainty of the tracked target cooperative estimate while complying with performance criteria such as keeping a pre-set distance between the teammates and the target, avoiding collisions with teammates and/or surrounding obstacles.

Utilization of Quality Tools: does sector and size matter?

This research focuses on the influence of company sector and size on the level of utilization of Basic and Advanced Quality Tools. The paper starts with a literature review and then presents the methodology used for the survey. Based on the responses from 202 managers of Portuguese ISO 9001:2008 Quality Management System certified organizations, statistical tests were performed. Results show, with 95% confidence level, that industry and services have a similar proportion of use of Basic and Advanced Quality Tools. Concerning size, bigger companies show a higher trend to use Advanced Quality Tools than smaller ones. For Basic Quality Tools, there was no statistical significant difference at a 95% confidence level for different company sizes. The three basic Quality tools with higher utilization were Check sheets, Flow charts and Histograms (for Services) or Control Charts/ (for Industry), however 22% of the surveyed organizations reported not using Basic Quality Tools, which highlights a major improvement opportunity for these companies. Additional studies addressing motivations, benefits and barriers for Quality Tools application should be undertaken for further validation and understanding of these results.

Cross-Layer Admission Control to Enhance the Support of Real-Time Applications in WSN

Real-time monitoring applications may be used in a wireless sensor network (WSN) and may generate packet flows with strict quality of service requirements in terms of delay, jitter, or packet loss. When strict delays are imposed from source to destination, the packets must be delivered at the destination within an end-to-end delay (EED) hard limit in order to be considered useful. Since the WSN nodes are scarce both in processing and energy resources, it is desirable that they only transport useful data, as this contributes to enhance the overall network performance and to improve energy efficiency. In this paper, we propose a novel cross-layer admission control (CLAC) mechanism to enhance the network performance and increase energy efficiency of a WSN, by avoiding the transmission of potentially useless packets. The CLAC mechanism uses an estimation technique to preview packets EED, and decides to forward a packet only if it is expected to meet the EED deadline defined by the application, dropping it otherwise. The results obtained show that CLAC enhances the network performance by increasing the useful packet delivery ratio in high network loads and improves the energy efficiency in every network load.

Análise de Soluções Construtivas no Âmbito do seu Desempenho Térmico

No presente relatório de estágio académico é mencionado o trabalho desenvolvido na empresa Civigest – Gestão de Projetos, Lda. por um período de seis meses, entre Dezembro de 2012 e Junho de 2013. O relatório que se apresenta é, antes de mais, o reflexo do produtivo período passado na empresa, na qual se executou diversificadas tarefas, atribuindo-se maior ênfase ao estudo e elaboração de projetos e fiscalização de empreitadas em todas as suas componentes. Procura-se pois abordar áreas de conhecimento que têm relacionamento direto com os projetos de engenharia civil. No âmbito do planeamento em empresas de projeto de engenharia, as previsões assumem-se como uma ferramenta incontornável para o cumprimento dos objetivos. A calendarização dos projetos e o esforço dos técnicos para o seu cumprimento são fundamentais, visto que as despesas fixas desta atividade prendem-se sobretudo com o custo de mão-de-obra. Incontornavelmente ligado ao departamento de estudos e projetos encontra-se o departamento de orçamentação, auxiliando os técnicos projetistas a optar por soluções que não comprometam os valores alvo da empreitada. O relatório de estágio descreve as atividades desenvolvidas nos vários departamentos da organização, com destaque para o departamento de fiscalização de empreitadas, que tem como principais objetivos a coordenação e gestão de obras envolvendo a elaboração e aprovação de autos de medição e autos de pagamento, a verificação do estrito cumprimento dos projetos, a promoção de alterações de melhoria de projeto, a verificação das especificações técnicas dos materiais e sua correta aplicação, bem como promover um bom relacionamento e diálogo entre as partes interessadas da empreitada. A passagem pelo departamento de fiscalização de empreitadas é fulcral para uma melhor perceção das dificuldades encontradas em obra. Por outro lado, o relatório aborda outra atividade relativa à análise de soluções construtivas, visando o desempenho térmico dos edifícios. Este é o conceito do relatório de estágio onde serão apresentados alguns casos de obras iniciadas na Civigest e posteriormente acompanhadas em obra. Relativamente a este ponto serão analisadas soluções de melhoria térmica. Com menor ênfase no trabalho, mas não menos importante, referir-se-á a profissão de coordenação de segurança em obra.

Reabilitação cardíaca home-based monitorizada à distância por tecnologias de informação e comunicação: Uma revisão sistemática

Introdução: Cada vez mais a Reabilitação Cardíaca (RC) tem um início precoce no tratamento e nas necessidades do paciente no sentido de promover a sua autonomia e responsabilização pela recuperação, através de uma abordagem multidisciplinar. Os programas home-based e a inclusão das tecnologias de informação e comunicação são soluções atrativas para o aumento da participação dos doentes selecionados e inclusão de grupos de doentes atualmente sub-representados. Objetivos: Sistematizar a evidência científica atual sobre a efetividade dos programas de reabilitação cardíaca home-based com controlo á distância através da aplicação de novas tecnologias, comparando-a com a reabilitação centre-based/hospital-based, ao nível da adesão e da atividade física. Métodos: Este trabalho consiste numa revisão sistemática da literatura publicada entre 2007 e 2014, através de uma pesquisa em diferentes bases de dados eletrónicas científicas (Elsevier – Science Direct, PEDro, PubMed, Scielo Portugal e B-on) com as palavras-chave: reabilitação cardíaca, home-based, centre-based, hospital-based, reabilitação exercise-based, telemonitorização, smartphone, internet, atividade física, em todas as combinações possíveis. Os estudos foram analisados independentemente por dois revisores quanto aos critérios de inclusão e qualidade dos estudos. Resultados: Dos 101 estudos identificados, apenas dez foram incluídos. Considerando a escala da PEDro, quatro estudos obtiveram um score 5, quatro, um score de 6, e 2 com um score de 7 em 10. Os estudos foram realizados em adultos com idades compreendidas entre os 18 e os 80 anos. Os programas de intervenção dividiram-se em planeamento de atividade física e em autogestão. Todos os programas de exercício físico conduziram a um aumento da capacidade de exercício e consequente, maior controlo de fatores de risco. Pelos níveis de adesão aos PRC home-based e pelos resultados positivos de diferentes parâmetros em relação a reabilitação centre-based/hospital-based é notável a efetividade da telemonitorização baseada em casa. Conclusão: A telemonitorização domiciliária constitui um elemento fundamental para a solução de numerosos problemas destes doentes, tornando-se em métodos simples e de fácil funcionamento para haver sucesso nas taxas de adesão. Com efeito, a utilização das tecnologias de informação e de comunicação permite uma prestação e gestão eficazes dos cuidados de saúde no domicílio.