Chaotic Phenomena and Performance Optimization in the Trajectory Control of Redundant Manipulators

Redundant manipulators have some advantages when compared with classical arms because they allow the trajectory optimization, both on the free space and on the presence of abstacles, and the resolution of singularities. For this type of manipulators, several kinetic algorithms adopt generalized inverse matrices. In this line of thought, the generalized inverse control scheme is tested through several experiments that reveal the difficulties that often arise. Motivated by theseproblems this paper presents a new method that ptimizes the manipulability through a least squre polynomialapproximation to determine the joints positions. Moreover, the article studies influence on the dynamics, when controlling redundant and hyper-redundant manipulators. The experiment confirm the superior performance of the proposed algorithm for redundant and hyper-redundant manipulators, revealing several fundamental properties of the chaotic phenomena, and gives a deeper insight towards the future development of superior trajectory control algorithms.

Effects of Exercise on Physical and Mental Health, and Cognitive and Brain Functions in Schizophrenia: Clinical and Experimental Evidence

Exercise promotes several health benefits, such as cardiovascular, musculoskeletal and cardiorespiratory improvements. It is believed that the practice of exercise in individuals with psychiatric disorders, e.g. schizophrenia, can cause significant changes. Schizophrenic patients have problematic lifestyle habits compared with general population; this may cause a high mortality rate, mainly caused by cardiovascular and metabolic diseases. Thus, the aim of this study is to investigate changes in physical and mental health, cognitive and brain functioning due to the practice of exercise in patients with schizophrenia. Although still little is known about the benefits of exercise on mental health, cognitive and brain functioning of schizophrenic patients, exercise training has been shown to be a beneficial intervention in the control and reduction of disease severity. Type of training, form of execution, duration and intensity need to be better studied as the effects on physical and mental health, cognition and brain activity depend exclusively of interconnected factors, such as the combination of exercise and medication. However, one should understand that exercise is not only an effective nondrug alternative, but also acts as a supporting linking up interventions to promote improvements in process performance optimization. In general, the positive effects on mental health, cognition and brain activity as a result of an exercise program are quite evident. Few studies have been published correlating effects of exercise in patients with schizophrenia, but there is increasing evidence that positive and negative symptoms can be improved. Therefore, it is important that further studies be undertaken to expand the knowledge of physical exercise on mental health in people with schizophrenia, as well as its dose-response and the most effective type of exercise.

A multi-objective optimization of the active and reactive resource scheduling at a distribution level in a smart grid context

In the traditional paradigm, the large power plants supply the reactive power required at a transmission level and the capacitors and transformer tap changer were also used at a distribution level. However, in a near future will be necessary to schedule both active and reactive power at a distribution level, due to the high number of resources connected in distribution levels. This paper proposes a new multi-objective methodology to deal with the optimal resource scheduling considering the distributed generation, electric vehicles and capacitor banks for the joint active and reactive power scheduling. The proposed methodology considers the minimization of the cost (economic perspective) of all distributed resources, and the minimization of the voltage magnitude difference (technical perspective) in all buses. The Pareto front is determined and a fuzzy-based mechanism is applied to present the best compromise solution. The proposed methodology has been tested in the 33-bus distribution network. The case study shows the results of three different scenarios for the economic, technical, and multi-objective perspectives, and the results demonstrated the importance of incorporating the reactive scheduling in the distribution network using the multi-objective perspective to obtain the best compromise solution for the economic and technical perspectives.

Metodologia BIM, aplicada à preparação, controlo e gestão de obra

O âmbito deste trabalho envolve o teste do modelo BIM numa obra em construção pela Mota-Engil – Engenharia, na extração experimental de peças desenhadas de preparação e apoio à execução de obra. No capítulo 1 deste relatório são definidos o âmbito e os objetivos deste trabalho, é feito um enquadramento histórico do tema e abordados conceitos e atividades da preparação de obra, na sua forma tradicional. O estado do conhecimento da preparação de obras e mais em concreto da tecnologia BIM a nível nacional e internacional é abordado no capítulo 2. Nesse sentido procura-se definir os conceitos principais inerentes a esta nova metodologia, que passa por identificar e caraterizar a tecnologia envolvida e o seu nível de desenvolvimento. Com suporte em casos práticos de preparação de obra na sua forma tradicional, identificados e desenvolvidos no capítulo 3, foi compilado um processo tipo de peças desenhadas de suporte identificadas e caracterizadas no capítulo 4, frequentes e comuns à execução de diversos tipos de obras de edifícios. Assente na compilação baseada em casos práticos e no estudo do projeto de execução da empreitada que sustenta o presente trabalho, com base no qual o modelo BIM foi concebido, identificou-se um conjunto de peças desenhadas de preparação e apoio à execução dos trabalhos, em 2D, a extrair do modelo. No capítulo 5, é feita uma descrição do modo como foi estudado o projeto da obra, com evidência para os fatores mais relevantes, especificando os desenhos a extrair. Suportada pelo programa de modelação ArchiCAD, a extração do conjunto de desenhos identificados anteriormente foi conseguida com recurso às funcionalidades disponíveis no software, que permite a criação de desenhos 2D atualizáveis ou não automaticamente a partir do modelo. Qualquer alteração introduzida no modelo virtual é automaticamente atualizada nos desenhos bidimensionais, caso o utilizador assim o pretenda. Ao longo desse trabalho foram detetados e analisados os condicionalismos inerentes ao processo de extração, referidos no capítulo 6, para estabelecimento de regras de modelação padrão a adotar em futuras empreitadas, que possam simplificar a obtenção dos elementos desenhados de preparação necessários à sua execução. No ponto 6.3 são identificadas melhorias a introduzir no modelo. Em conclusão no capítulo 7 são abordadas especificidades do setor da construção que sustentam e evidenciam cada vez mais a necessidade de utilizar as novas tecnologias com vista à adoção de práticas e ferramentas padrão de apoio à execução de obras. Sendo a tecnologia BIM, transversal a todo o setor, a sua utilização com regras padrão na conceção dos modelos e na extração de dados, potencia a otimização dos custos, do tempo, dos recursos e da qualidade final de um empreendimento, ao longo de todo o seu ciclo de vida, para além de apoiar com elevada fiabilidade as tomadas de decisão ao longo desse período. A tecnologia BIM, possibilita a antevisão do edifício a construir com um elevado grau de pormenor, com todas as vantagens que daí advêm.

Towards Human-like Bimanual Movements in Anthropomorphic Robots: A Nonlinear Optimization Approach

Previously we have presented a model for generating human-like arm and hand movements on an unimanual anthropomorphic robot involved in human-robot collaboration tasks. The present paper aims to extend our model in order to address the generation of human-like bimanual movement sequences which are challenged by scenarios cluttered with obstacles. Movement planning involves large scale nonlinear constrained optimization problems which are solved using the IPOPT solver. Simulation studies show that the model generates feasible and realistic hand trajectories for action sequences involving the two hands. The computational costs involved in the planning allow for real-time human robot-interaction. A qualitative analysis reveals that the movements of the robot exhibit basic characteristics of human movements.

A filter inexact-restoration method for nonlinear programming

A new iterative algorithm based on the inexact-restoration (IR) approach combined with the filter strategy to solve nonlinear constrained optimization problems is presented. The high level algorithm is suggested by Gonzaga et al. (SIAM J. Optim. 14:646–669, 2003) but not yet implement—the internal algorithms are not proposed. The filter, a new concept introduced by Fletcher and Leyffer (Math. Program. Ser. A 91:239–269, 2002), replaces the merit function avoiding the penalty parameter estimation and the difficulties related to the nondifferentiability. In the IR approach two independent phases are performed in each iteration, the feasibility and the optimality phases. The line search filter is combined with the first one phase to generate a “more feasible” point, and then it is used in the optimality phase to reach an “optimal” point. Numerical experiences with a collection of AMPL problems and a performance comparison with IPOPT are provided.

Sistema de apoio à decisão na localização de peças

A globalização, nas suas diversas dimensões, está a tornar o mundo cada vez mais pequeno, alterando as nossas vidas e transformando a forma como as empresas fazem negócios. Estamos cada vez mais expostos aos traços e práticas das outras culturas à medida que a tecnologia diminui os custos da comunicação global e das viagens. A globalização está a obrigar as empresas a serem mais competitivas ao mesmo tempo que os países reduzem as barreiras ao comércio internacional e ao investimento estrangeiro. A competitividade das empresas obriga-as a serem mais eficientes e eficazes, logo a pensarem os seus processos internos de forma a procurarem a sua otimização e melhorarem a sua produtividade, com a notória consequência na satisfação do cliente. Para a satisfação do cliente é necessário que as operações dentro do sistema de distribuição, nomeadamente as realizadas no armazém, sejam otimizadas. Esta otimização é atingida quando as encomendas dos clientes estiverem completas e prontas a serem despachadas em tempo útil e todos os processos necessários para o efeito tenham ocorrido no menor espaço de tempo possível e com o mínimo de recursos. O planeamento das operações no armazém tem de determinar o tempo e a ordem das operações bem como os recursos necessários de forma a não acontecerem congestionamentos. A Caetano Parts, uma empresa de revenda de peças de substituição automóvel, identificou um congestionamento na localização de peças que chegavam pela primeira vez ao seu armazém, o que suscitou a necessidade do desenvolvimento de uma ferramenta que permitisse proceder à localização destas peças de uma forma mais expedita, permitindo ganhos significativos de tempo na arrumação das peças e consequentemente no tempo gasto na sua procura/separação e posterior envio para os clientes. A ferramenta desenvolvida consiste num programa em Visual Basic for Applications (VBA) cuja conceção, desenvolvimento e descrição das funcionalidades serão abordados ao longo do trabalho. Os testes realizados ao longo do desenvolvimento validaram o correto funcionamento da ferramenta.

Reconfiguração e desenvolvimento do sistema de controlo de um AGV

O veículo guiado automaticamente (AGV) adquirido pelo Departamento de Engenharia Mecânica (DEM) tem vindo a ficar obsoleto devido ao hardware, que nos dias de hoje começa a dar sinais de falhas bem como falta de peças de substituição, e ao software, sendo o PLC (Programmable Logic Controller) usado muito limitado quanto às suas funções de controlo, ficando as principais tarefas de controlo do AGV a cargo de placas eletrónicas de controlo. Para promover o controlo autónomo do AGV, foi decidido retirar toda a parte de hardware que detinha o controlo do mesmo e passou a ser um novo PLC, com maior capacidade de processamento, a executar todo o tipo de controlo necessário ao funcionamento do mesmo. O hardware considerado apenas incluí, de forma resumida, os motores responsáveis pelo movimento e direção, placa de controlo de potência dos motores, placa de interface entre as saídas digitais do PLC e as entradas da placa de controlo de potência dos motores e os demais sensores necessários à deteção de obstáculos, fins de curso da direção, sensores dos postos de trabalho e avisadores de emergência. Todo o controlo de movimento e direção bem como a seleção das ações a executar passou a ficar a cargo do software programado no PLC assim como a interação entre o sistema de supervisão instalado num posto de controlo e o PLC através de comunicação via rádio. O uso do PLC permitiu a flexibilidade de mudar facilmente a forma como as saídas digitais são usadas, ao contrário de um circuito eletrónico que necessita de uma completa remodelação, tempo de testes e implementação para efetuar a mesma função. O uso de um microcontrolador seria igualmente viável para a aplicação em causa, no entanto o uso do PLC tem a vantagem de ser robusto, mais rápido na velocidade de processamento, existência de software de interface de programação bastante intuitivo e de livre acesso, facilidade de alterar a programação localmente ou remotamente, via rádio, acesso a vários protocolos de comunicação robustos como Modbus, Canbus, Profinet, Modnet, etc., e acesso integrado de uma consola gráfica totalmente programável. iv É ainda possível a sua expansão com adição de módulos de entradas e saídas digitais e/ou analógicas permitindo expandir largamente o uso do AGV para outros fins. A solução está a ser amplamente testada e validada no Laboratório de Automação (LabA) do Departamento de Engenharia Mecânica do ISEP (Instituto Superior de Engenharia do Porto), permitindo a otimização dos sistemas de controlo de direção bem como a interatividade entre o PLC e o programa de interface/supervisão do posto de trabalho.