Step count algorithm adapted to indoor localization

This paper presents a step count algorithm designed to work in real-time using low computational power. This proposal is our first step for the development of an indoor navigation system, based on Pedestrian Dead Reckoning (PDR). We present two approaches to solve this problem and compare them based in their error on step counting, as well as, the capability of their use in a real time system.

One-step preparation of optically transparent Ni-Fe oxide film electrocatalyst for oxygen evolution reaction

Optically transparent cocatalyst film materials is very desirable for improved photoelectrochemical (PEC)oxygen evolution reaction (OER) over light harvesting photoelectrodes which require the exciting light to irradiate through the cocatalyst side, i.e., front-side illumination. In view of the reaction overpotential at electrode/electrolyte interface, the OER electrocatalysts have been extensively used as cocatalysts for PEC water oxidation on photoanode. In this work, the feasibility of a one-step fabrication of the transparent thin film catalyst for efficient electrochemical OER is investigated. The Ni-Fe bimetal oxide films, 200 nm in thickness, are used for study. Using a reactive magnetron co-sputtering technique, transparent(> 50% in wavelength range 500-2000 nm) Ni-Fe oxide films with high electrocatalytic activities were successfully prepared at room temperature. Upon optimization, the as-prepared bimetal oxide film with atomic ratio of Fe/Ni = 3:7 demonstrates the lowest overpotential for the OER in aqueous KOH solution, as low as 329 mV at current density of 2 mA cm 2, which is 135 and 108 mV lower than that of as-sputtered FeOx and NiOx thin films, respectively. It appears that this fabrication strategy is very promising to deposit optically transparent cocatalyst films on photoabsorbers for efficient PEC water splitting.

Projeto e dimensionamento da tampa de ventilação de um motor elétrico

Nos dias de hoje a indústria tenta tornar-se cada vez mais competitiva baixando os custos de produção e aumentando a eficiência do produto. O presente trabalho visa desenvolver uma tampa de ventilação de um motor elétrico mais competitiva mas que cumpra com o desempenho mecânico e eficiência solicitados. Para tal, começou-se por analisar alguns motores elétricos e as suas aplicações. Seguidamente apresentam-se conceitos sobre aerodinâmica e processos de fabrico que permitem apoiar as opções tomadas ao longo do estudo. Após o fundamento teórico é apresentado todo o processo de desenvolvimento de uma nova peça. Recorrendo a softwares como o solidworks e Ansys, realizou-se uma análise analítica que permitiu validar as alterações propostas na tampa de ventilação. Foram, ainda, realizadas análises experimentais com o intuito de consolidar os resultados obtidos analiticamente e garantir que o componente cumpria os requisitos impostos por organizações internacionais ligadas à indústria do oil and gas. A primeira das análises experimentais realizada testa a capacidade do material resistir ao impacto de componentes de pequenas dimensões. Esta analise permitiu garantir a utilização da tampa de ventilação em todas as áreas sem limites de normalização. A segunda permite analisar experimentalmente as alterações de design assim como testar alguns trabalhos futuros. Esta análise permitiu definir se no novo projeto da tampa desenvolvido deveria comtemplar uma alteração do diâmetro da entrada de ar da tampa de ventilação. Como resultados aparecem as decisões tomadas na presente tese, assim como analisar as metas que foram atingidas e que melhorias se pretende atingir de futuro tentando visar novas metas. Os resultados obtidos permitiram definir uma nova tampa de ventilação com a nova que irá beneficiar a empresa na sua competitividade no mercado mantendo a performance do motor.

Modelação e identificação de motor DC

O modelo matemático de um sistema real permite o conhecimento do seu comportamento dinâmico e é geralmente utilizado em problemas de engenharia. Por vezes os parâmetros utilizados pelo modelo são desconhecidos ou imprecisos. O envelhecimento e o desgaste do material são fatores a ter em conta pois podem causar alterações no comportamento do sistema real, podendo ser necessário efetuar uma nova estimação dos seus parâmetros. Para resolver este problema é utilizado o software desenvolvido pela empresa MathWorks, nomeadamente, o Matlab e o Simulink, em conjunto com a plataforma Arduíno cujo Hardware é open-source. A partir de dados obtidos do sistema real será aplicado um Ajuste de curvas (Curve Fitting) pelo Método dos Mínimos Quadrados de forma a aproximar o modelo simulado ao modelo do sistema real. O sistema desenvolvido permite a obtenção de novos valores dos parâmetros, de uma forma simples e eficaz, com vista a uma melhor aproximação do sistema real em estudo. A solução encontrada é validada com recurso a diferentes sinais de entrada aplicados ao sistema e os seus resultados comparados com os resultados do novo modelo obtido. O desempenho da solução encontrada é avaliado através do método das somas quadráticas dos erros entre resultados obtidos através de simulação e resultados obtidos experimentalmente do sistema real.

Controlo vetorial (foc) de um motor de indução trifásico aplicado a um veículo elétrico

Os motores de indução (MI) com rotor em gaiola de esquilo estão muito disseminados nos atuais sistemas de variação de velocidade (“drives”). A sua simplicidade e robustez, aliadas a baixos preços (comparativamente com outras máquinas) e ampla gama de potências disponíveis, são as principais razões. A evolução verificada nos domínios da eletrónica de potência e nos sistemas de controlo (em particular, o controlo digital), permitiram aplicar os MI em sistemas de elevado desempenho dinâmico (e.g., controlo de binário e/ou posição), substituindo os motores DC, cujas características dinâmicas e simplicidade de controlo os tornavam a primeira escolha em tais aplicações. Com efeito, as “drives” baseadas em MI apresentam características dinâmicas em tudo semelhantes aos sistemas DC, incluindo a possibilidade de funcionamento nos quatro quadrantes do plano (T, nr). No entanto, a complexidade do conversores e, sobretudo, dos sistemas de controlo é muito mais elevada nos sistemas AC. Os sistemas baseados no controlo vectorial são os mais usuais nas “drives” baseadas nas máquinas AC convencionais (assíncronas e síncronas). Existem outras metodologias também usadas na indústria (e.g., controlo direto do binário – DTC), mas neste trabalho somente o controlo vetorial será abordado.

Condition-Based Diagnosis of Mechatronic Systems Using a Fractional Calculus Approach

While fractional calculus (FC) is as old as integer calculus, its application has been mainly restricted to mathematics. However, many real systems are better described using FC equations than with integer models. FC is a suitable tool for describing systems characterised by their fractal nature, long-term memory and chaotic behaviour. It is a promising methodology for failure analysis and modelling, since the behaviour of a failing system depends on factors that increase the model’s complexity. This paper explores the proficiency of FC in modelling complex behaviour by tuning only a few parameters. This work proposes a novel two-step strategy for diagnosis, first modelling common failure conditions and, second, by comparing these models with real machine signals and using the difference to feed a computational classifier. Our proposal is validated using an electrical motor coupled with a mechanical gear reducer.

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.

Is mental practice an effective adjunct therapeutic strategy for upper limb motor restoration after stroke? A systematic review and meta- analysis

Stroke is one of the most common conditions requiring rehabilitation, and its motor impairments are a major cause of permanent disability. Hemiparesis is observed by 80% of the patients after acute stroke. Neuroimaging studies showed that real and imagined movements have similarities regarding brain activation, supplying evidence that those similarities are based on the same process. Within this context, the combination of mental practice (MP) with physical and occupational therapy appears to be a natural complement based on neurorehabilitation concepts. Our study seeks to investigate if MP for stroke rehabilitation of upper limbs is an effective adjunct therapy. PubMed (Medline), ISI knowledge (Institute for Scientific Information) and SciELO (Scientific Electronic Library) were terminated on 20 February 2015. Data were collected on variables as follows: sample size, type of supervision, configuration of mental practice, setting the physical practice (intensity, number of sets and repetitions, duration of contractions, rest interval between sets, weekly and total duration), measures of sensorimotor deficits used in the main studies and significant results. Random effects models were used that take into account the variance within and between studies. Seven articles were selected. As there was no statistically significant difference between the two groups (MP vs control), showed a - 0.6 (95% CI: -1.27 to 0.04), for upper limb motor restoration after stroke. The present meta-analysis concluded that MP is not effective as adjunct therapeutic strategy for upper limb motor restoration after stroke.

Step based physical activity guidelines for preschool-aged children

Objective Public health organizations recommend that preschool-aged children accumulate at least 3 h of physical activity (PA) daily. Objective monitoring using pedometers offers an opportunity to measure preschooler's PA and assess compliance with this recommendation. The purpose of this study was to derive step-based recommendations consistent with the 3 h PA recommendation for preschool-aged children. Method The study sample comprised 916 preschool-aged children, aged 3 to 6 years (mean age = 5.0 ± 0.8 years). Children were recruited from kindergartens located in Portugal, between 2009 and 2013. Children wore an ActiGraph GT1M accelerometer that measured PA intensity and steps per day simultaneously over a 7-day monitoring period. Receiver operating characteristic (ROC) curve analysis was used to identify the daily step count threshold associated with meeting the daily 3 hour PA recommendation. Results A significant correlation was observed between minutes of total PA and steps per day (r = 0.76, p < 0.001). The optimal step count for ≥ 3 h of total PA was 9099 steps per day (sensitivity (90%) and specificity (66%)) with area under the ROC curve = 0.86 (95% CI: 0.84 to 0.88). Conclusion Preschool-aged children who accumulate less than 9000 steps per day may be considered Insufficiently Active.

Efeito da compressão isquémica no ponto gatilho do trapézio superior no controlo motor do ombro

Introdução: A síndrome dolorosa miofascial (SDM) é uma das causas mais comuns de dor com origem músculo-esquelética, devendo-se sobretudo à existência de pontos gatilho (PG) miofasciais. O PG no músculo trapézio superior (TS), sob a sua forma latente, tem repercussões no equilíbrio muscular do complexo articular do ombro. A intervenção sobre este PG, através da compressão isquémica poderá ter benefícios no próprio músculo e no controlo motor do complexo articular do ombro. Objetivos: Pretende-se estudar a influência da intervenção no PG latente do músculo TS no controlo motor do ombro, analisando as alterações ao nível do timing de ativação muscular, das sequências em que o músculos ativam e do nível de atividade muscular ao longo do movimento. Métodos: Foi realizado um estudo do tipo experimental, aleatório e controlado com uma amostra dividida em dois grupos, grupo experimental (n=15) e grupo controlo (n=14). No grupo experimental foi realizada a técnica de compressão isquémica no PG do TS e no grupo controlo um procedimento placebo. Antes e após a intervenção foi recolhida a atividade eletromiográfica dos músculos grande dentado (GD), infra-espinhoso (IE), deltóide médio (DM), trapézio superior (TS) e trapézio inferior (TI), assim como os dados cinemáticos, durante o movimento de elevação do ombro no plano da omoplata. Foi analisado o timing de ativação muscular, as sequências de ativação e o nível de ativação muscular ao longo do arco de movimento, através da magnitude normalizada à contração muscular voluntária máxima. Resultados: Foi observada uma maior pré ativação do músculo GD, no grupo experimental após a intervenção (p=0,025) relativamente ao primeiro momento de avaliação. É de notar que após a intervenção, no GE, todos os músculos passaram a ativar no período típico dos ajustes posturais antecipatórios, não tendo o mesmo sido observado no grupo de controlo. Após a técnica, 37% dos indivíduos do grupo experimental passaram a ativar o GD em primeiro lugar, quando apenas um sujeito o fazia antes da intervenção. Destaca-se também um predomínio de 32% nas últimas posições, após a técnica, dos músculos trapézio superior e inferior. No GC não se verifica nenhuma tendência após a intervenção. Foram ainda observadas diferenças estatisticamente significativas entre os grupos nos arcos de movimento onde foi atingido 20% da contração isométrica voluntária máxima (CMVI) nos músculos DM (p=0,002), na primeira avaliação, e IE (p=0,021), após a intervenção, com um atraso da ativação do IE para valores superiores a 20% da CMVI. Conclusão: A compressão isquémica reflete-se na antecipação da atividade do músculo GD e num atraso do aumento da magnitude da atividade do IE para valores moderados,

Multicore Scheduling of Real-Time Irregular Parallel Algorithms in Linux

Face à estagnação da tecnologia uniprocessador registada na passada década, aos principais fabricantes de microprocessadores encontraram na tecnologia multi-core a resposta `as crescentes necessidades de processamento do mercado. Durante anos, os desenvolvedores de software viram as suas aplicações acompanhar os ganhos de performance conferidos por cada nova geração de processadores sequenciais, mas `a medida que a capacidade de processamento escala em função do número de processadores, a computação sequencial tem de ser decomposta em várias partes concorrentes que possam executar em paralelo, para que possam utilizar as unidades de processamento adicionais e completar mais rapidamente. A programação paralela implica um paradigma completamente distinto da programação sequencial. Ao contrário dos computadores sequenciais tipificados no modelo de Von Neumann, a heterogeneidade de arquiteturas paralelas requer modelos de programação paralela que abstraiam os programadores dos detalhes da arquitectura e simplifiquem o desenvolvimento de aplicações concorrentes. Os modelos de programação paralela mais populares incitam os programadores a identificar instruções concorrentes na sua lógica de programação, e a especificá-las sob a forma de tarefas que possam ser atribuídas a processadores distintos para executarem em simultâneo. Estas tarefas são tipicamente lançadas durante a execução, e atribuídas aos processadores pelo motor de execução subjacente. Como os requisitos de processamento costumam ser variáveis, e não são conhecidos a priori, o mapeamento de tarefas para processadores tem de ser determinado dinamicamente, em resposta a alterações imprevisíveis dos requisitos de execução. `A medida que o volume da computação cresce, torna-se cada vez menos viável garantir as suas restrições temporais em plataformas uniprocessador. Enquanto os sistemas de tempo real se começam a adaptar ao paradigma de computação paralela, há uma crescente aposta em integrar execuções de tempo real com aplicações interativas no mesmo hardware, num mundo em que a tecnologia se torna cada vez mais pequena, leve, ubíqua, e portável. Esta integração requer soluções de escalonamento que simultaneamente garantam os requisitos temporais das tarefas de tempo real e mantenham um nível aceitável de QoS para as restantes execuções. Para tal, torna-se imperativo que as aplicações de tempo real paralelizem, de forma a minimizar os seus tempos de resposta e maximizar a utilização dos recursos de processamento. Isto introduz uma nova dimensão ao problema do escalonamento, que tem de responder de forma correcta a novos requisitos de execução imprevisíveis e rapidamente conjeturar o mapeamento de tarefas que melhor beneficie os critérios de performance do sistema. A técnica de escalonamento baseado em servidores permite reservar uma fração da capacidade de processamento para a execução de tarefas de tempo real, e assegurar que os efeitos de latência na sua execução não afectam as reservas estipuladas para outras execuções. No caso de tarefas escalonadas pelo tempo de execução máximo, ou tarefas com tempos de execução variáveis, torna-se provável que a largura de banda estipulada não seja consumida por completo. Para melhorar a utilização do sistema, os algoritmos de partilha de largura de banda (capacity-sharing) doam a capacidade não utilizada para a execução de outras tarefas, mantendo as garantias de isolamento entre servidores. Com eficiência comprovada em termos de espaço, tempo, e comunicação, o mecanismo de work-stealing tem vindo a ganhar popularidade como metodologia para o escalonamento de tarefas com paralelismo dinâmico e irregular. O algoritmo p-CSWS combina escalonamento baseado em servidores com capacity-sharing e work-stealing para cobrir as necessidades de escalonamento dos sistemas abertos de tempo real. Enquanto o escalonamento em servidores permite partilhar os recursos de processamento sem interferências a nível dos atrasos, uma nova política de work-stealing que opera sobre o mecanismo de capacity-sharing aplica uma exploração de paralelismo que melhora os tempos de resposta das aplicações e melhora a utilização do sistema. Esta tese propõe uma implementação do algoritmo p-CSWS para o Linux. Em concordância com a estrutura modular do escalonador do Linux, ´e definida uma nova classe de escalonamento que visa avaliar a aplicabilidade da heurística p-CSWS em circunstâncias reais. Ultrapassados os obstáculos intrínsecos `a programação da kernel do Linux, os extensos testes experimentais provam que o p-CSWS ´e mais do que um conceito teórico atrativo, e que a exploração heurística de paralelismo proposta pelo algoritmo beneficia os tempos de resposta das aplicações de tempo real, bem como a performance e eficiência da plataforma multiprocessador.