Construção de um robô trepador com locomoção através de rodas e adesão através de meios magnéticos

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Reorganização dos componentes neuro-motores com influência na marcha em indivíduos com lesão do sistema nervoso central - impacto funcional

Objectivo: Avaliar o impacto qualitativo de um programa de intervenção em fisioterapia, segundo o Conceito de Bobath, nas actividades e participação de dois indivíduos com lesão do Sistema Nervoso Central. Avaliar as modificações no comportamento da actividade muscular ao longo da fase de apoio do ciclo da marcha, na força de reacção ao solo e respectiva contribuição muscular. Metodologia: A avaliação realizou-se antes e após um programa de intervenção, segundo a abordagem do Conceito de Bobath, através da Classificação Internacional de Funcionalidade, Incapacidade e Saúde, electromiografia, plataforma de forças e máquina fotográfica. Resultados: Obteve-se melhorias na restrição da participação e na limitação da actividade. Verifica-se uma tendência de modificação do comportamento muscular ao longo da fase de apoio e na componente antero-posterior (Fy), mais evidente no mecanismo de aceleração. A mudança na contribuição muscular para a este mecanismo é mais evidente. Conclusão: O programa de intervenção, segundo o Conceito de Bobath, induziu mudanças positivas quanto à funcionalidade dos indivíduos, reflectindo-se na possibilidade de reorganização dos componentes neuro-motores em indivíduos com lesão do Sistema Nervoso Central.

Comparative analysis of the ground reaction forces, during the support phase, in a group of pregnant women on their 3rd trimester of pregnancy and in a group of not pregnant women

PURPOSE: To analyze and compare the Ground Reaction Forces (GRF), during the stance phase of walking in pregnant women in the 3rd trimester of pregnancy, and non pregnant women. METHODS: 20 women, 10 pregnant and 10 non pregnant, voluntarily took part in this study. GRF were measured (1000 Hz) using a force platform (BERTEC 4060-15), an amplifier (BERTEC AM 6300) and an analogical-digital converter of 16 Bits (Biopac). RESULTS: The study showed that there were significant differences among the two groups concerning absolute values of time of the stance phase. In what concerns to the normalized values the most significant differences were verified in the maximums values of vertical force (Fz3, Fz1) and in the impulse of the antero-posterior force (Fy2), taxes of growth of the vertical force, and in the period of time for the antero-posterior force (Fy) be null. CONCLUSIONS: It is easier for the pregnant to continue forward movement (push-off phase). O smaller growth rates in what concerns to the maximum of the vertical force (Fz1) for the pregnant, can be associated with a slower speed of gait, as an adaptation strategy to maintain the balance, to compensate the alterations in the position of her center of gravity due to the load increase. The data related to the antero-posterior component of the force (Fy), shows that there is a significant difference between the pregnant woman’s left foot and right foot, which accuses a different functional behavior in each one of the feet, during the propulsion phase (TS).

Ampliação do reservatório de Custóias

O presente relatório é a última etapa para a obtenção do Grau de Mestre em Tecnologia e Gestão das Construções leccionado no Instituto Superior de Engenharia do Porto, (ISEP). O estágio decorreu em ambiente maioritariamente de obra na empresa Monte Adriano, Engenharia e Construção, SA, e o objectivo consistiu em dar apoio e acompanhar a Obra de Ampliação do Reservatório de Custóias, inserida na Empreita de concepção, projecto e construção das infraestruturas necessárias à execução do plano de investimentos da Indáqua Matosinhos, actividades estas, decorrentes da função de adjunta de direcção de obra. Para além da breve descrição da empresa que a estagiária integrou e da empreitada geral, foi feita uma enumeração das várias actividades desempenhadas na Obra e dos vários condicionalismos encontrados que por vezes levaram a alterações do projecto. Dá-se especial ênfase à parte da execução das fundações, quer pela heterogeneidade do solo e sua relevância no geral, quer pelo facto do tempo de execução da obra ser praticamente o tempo do estágio. A obra consiste na execução de três células em painéis pré-fabricados SOPLACAS (paredes e cobertura), sendo que, as lajes de soleira de duas das células apoiam em poços e a laje de soleira da outra célula apoia directamente no terreno e em poços. Anexa às células encontra-se a câmara de manobras, executada em estrutura de betão armado.

Sonhos e desilusões com a República

O texto expressa uma reflexão sobre a obra Triste Fim de Policarmo Quaresma, escrita em 1915, por Lima Barreto, escritor realista, brasileiro. Busca identificar nas narrativas e ações do seu narrador, um homem comum, as revoltas, mas também as esperanças dos homens comuns no recém criado regime republicano. Enfoca ainda que, apesar dos episódios narrados, dos personagens serem construções ficcionais do autor, nos remetem a personagens, diálogos e espaços do Rio de Janeiro que evocam a historia de um regime ditatorial de Floriano Peixoto, no alvorecer da Republica. Nesse regime, mostra o autor, que a insegurança, a insatisfação e o medo tomaram conta da população do Rio de Janeiro no começo do século XX. E Policarpo Quaresma, o personagem narrador da obra, sofrera as injustiças e arbitrariedades da ditadura do Marechal Floriano Peixoto. Diante disso, revela sua dor e plena desolação com a Republica, forma de governo pelo qual lutara e que ajudara a criar. Por fim, o texto procura mostrar que embora a literatura seja tecida com adornos da ficção, ela traduz a sociedade e o tempo no qual ela foi produzida, além de mostrar que o positivismo sustentava a pratica política da Republica brasileira.

Interlimb coordination during the stance phase of gait in subjects with stroke

Objective: To analyze the relation between contralesional and ipsilesional limbs in subjects with stroke during step-to-step transition of walking. Design: Observational, transversal, analytical study with a convenience sample. Setting: Physical medicine and rehabilitation clinic. Participants: Subjects (nZ16) with poststroke hemiparesis with the ability to walk independently and healthy controls (nZ22). Interventions: Not applicable. Main Outcome Measures: Bilateral lower limbs electromyographic activity of the soleus (SOL), gastrocnemius medialis, tibialis anterior, biceps femoris, rectus femoris, and vastus medialis (VM) muscles and the ground reaction force were analyzed during double-support and terminal stance phases of gait. Results: The propulsive impulse of the contralesional trailing limb was negatively correlated with the braking impulse of the leading limb during double support (rZ .639, PZ.01). A moderate functional relation was observed between thigh muscles (rZ .529, PZ.035), and a strong and moderate dysfunctional relation was found between the plantar flexors of the ipsilesional limb and the vastus medialis of the contralesional limb, respectively (SOL-VM, rZ .80, P<.001; gastrocnemius medialis-VM, rZ .655, PZ.002). Also, a functional moderate negative correlation was found between the SOL and rectus femoris muscles of the ipsilesional limb during terminal stance and between the SOL (rZ .506, PZ.046) and VM (rZ .518, PZ.04) muscles of the contralesional limb during loading response, respectively. The trailing limb relative impulse contribution of the contralesional limb was lower than the ipsilesional limb of subjects with stroke (PZ.02) and lower than the relative impulse contribution of the healthy limb (PZ.008) during double support. Conclusions: The findings obtained suggest that the lower performance of the contralesional limb in forward propulsion during gait is related not only to contralateral supraspinal damage but also to a dysfunctional influence of the ipsilesional limb.

A survey of technologies and applications for climbing robots locomotion and adhesion

The interest in the development of climbing robots has grown rapidly in the last years. Climbing robots are useful devices that can be adopted in a variety of applications, such as maintenance and inspection in the process and construction industries. These systems are mainly adopted in places where direct access by a human operator is very expensive, because of the need for scaffolding, or very dangerous, due to the presence of an hostile environment. The main motivations are to increase the operation efficiency, by eliminating the costly assembly of scaffolding, or to protect human health and safety in hazardous tasks. Several climbing robots have already been developed, and other are under development, for applications ranging from cleaning to inspection of difficult to reach constructions. A wall climbing robot should not only be light, but also have large payload, so that it may reduce excessive adhesion forces and carry instrumentations during navigation. These machines should be capable of travelling over different types of surfaces, with different inclinations, such as floors, walls, or ceilings, and to walk between such surfaces (Elliot et al. (2006); Sattar et al. (2002)). Furthermore, they should be able of adapting and reconfiguring for various environment conditions and to be self-contained. Up to now, considerable research was devoted to these machines and various types of experimental models were already proposed (according to Chen et al. (2006), over 200 prototypes aimed at such applications had been developed in the world by the year 2006). However, we have to notice that the application of climbing robots is still limited. Apart from a couple successful industrialized products, most are only prototypes and few of them can be found in common use due to unsatisfactory performance in on-site tests (regarding aspects such as their speed, cost and reliability). Chen et al. (2006) present the main design problems affecting the system performance of climbing robots and also suggest solutions to these problems. The major two issues in the design of wall climbing robots are their locomotion and adhesion methods. With respect to the locomotion type, four types are often considered: the crawler, the wheeled, the legged and the propulsion robots. Although the crawler type is able to move relatively faster, it is not adequate to be applied in rough environments. On the other hand, the legged type easily copes with obstacles found in the environment, whereas generally its speed is lower and requires complex control systems. Regarding the adhesion to the surface, the robots should be able to produce a secure gripping force using a light-weight mechanism. The adhesion method is generally classified into four groups: suction force, magnetic, gripping to the surface and thrust force type. Nevertheless, recently new methods for assuring the adhesion, based in biological findings, were proposed. The vacuum type principle is light and easy to control though it presents the problem of supplying compressed air. An alternative, with costs in terms of weight, is the adoption of a vacuum pump. The magnetic type principle implies heavy actuators and is used only for ferromagnetic surfaces. The thrust force type robots make use of the forces developed by thrusters to adhere to the surfaces, but are used in very restricted and specific applications. Bearing these facts in mind, this chapter presents a survey of different applications and technologies adopted for the implementation of climbing robots locomotion and adhesion to surfaces, focusing on the new technologies that are recently being developed to fulfill these objectives. The chapter is organized as follows. Section two presents several applications of climbing robots. Sections three and four present the main locomotion principles, and the main "conventional" technologies for adhering to surfaces, respectively. Section five describes recent biological inspired technologies for robot adhesion to surfaces. Section six introduces several new architectures for climbing robots. Finally, section seven outlines the main conclusions.

O perfil do utente com Acidente Vascular Cerebral

A principal causa de morte e incapacidade em Portugal deve-se a Acidentes Vasculares Cerebrais (AVC). Assim, este trabalho de investigação pretende identificar e quantificar quais os fatores que contribuem para a ocorrência de um AVC (por tipo e com sequelas), duração do internamento e potenciais soluções de encaminhamento terapêutico para o doente após a ocorrência de AVC. Identificando e quantificando tais fatores é possível traçar um perfil de doente em risco, atuando sobre ele através de medidas preventivas de forma a minimizar o impacto deste problema em termos pessoais, sociais e financeiros. Para atingir este objetivo foi analisada uma amostra de indivíduos internados em 2012 na Unidade de AVC do Centro Hospitalar do Tâmega e Sousa. Dos casos analisados 87,8% são causados por AVCI (isquémicos) e 12,2% por casos de AVCH (hemorrágicos). Do total dos casos, 58,9% apresentam sequelas. A hipertensão, a diabetes de Mellitus e o Colesterol apresentam-se como antecedentes clínicos com elevado fator de risco. O tabagismo regista grande importância na propulsão dos anteriores fatores analisados assim como o alcoolismo. Conclui-se que a prevenção do AVC e outras doenças cardiovasculares é importante desde a idade escolar, dando-se especial importância ao período que antecede os 36 anos de idade, altura em que se começa a verificar uma subida agravada de ocorrências. O investimento na prevenção e vigilância médica do cidadão é um fator crucial neste período podendo reduzir em grande escala os custos associados a médio-longo prazo para todas as partes intervenientes.

Estudo da Viabilidade Técnico-Económica de umm Sistema de Cogeração para um Complexo de Piscinas Interiores

A presente dissertação centrou-se no estudo técnico-económico de dois cenários futuros para a continuação de fornecimento de energia térmica a um complexo de piscinas existente na região do vale do Tâmega. Neste momento a central de cogeração existente excedeu a sua licença de utilização e necessita de ser substituída. Os dois cenários em estudo são a compra de uma nova caldeira, a gás natural, para suprir as necessidades térmicas da caldeira existente a fuelóleo, ou o uso de um sistema de cogeração compacto que poderá estar disponível numa empresa do grupo. No primeiro cenário o investimento envolvido é cerca de 456 640 € sem proveitos de outra ordem para além dos requisitos térmicos, mas no segundo cenário os resultados são bem diferentes, mesmo que tenha de ser realizado o investimento de 1 000 000 € na instalação. Para este cenário foi efetuado um levantamento da legislação nacional no que toca à cogeração, recolheram-se dados do edifício como: horas de funcionamento, número de utentes, consumos de energia elétrica, térmica, água, temperatura da água das piscinas, temperatura do ar da nave, assim como as principais características da instalação de cogeração compacta. Com esta informação realizou-se o balanço de massa e energia e criou-se um modelo da nova instalação em software de modelação processual (Aspen Plus® da AspenTech). Os rendimentos térmico e elétrico obtidos da nova central de cogeração compacta foram, respetivamente, de 38,1% e 39,8%, com uma percentagem de perdas de 12,5% o que determinou um rendimento global de 78%. A avaliação da poupança de energia primária para esta instalação de cogeração compacta foi de 19,6 % o que permitiu concluir que é de elevada eficiência. O modelo criado permitiu compreender as necessidades energéticas, determinar alguns custos associados ao processo e simular o funcionamento da unidade com diferentes temperaturas de ar ambiente (cenários de verão e inverno com temperaturas médias de 20ºC e 5ºC). Os resultados revelaram uma diminuição de 1,14 €/h no custo da electricidade e um aumento do consumo de gás natural de 62,47 €/h durante o período mais frio no inverno devido ao aumento das perdas provocadas pela diminuição da temperatura exterior. Com esta nova unidade de cogeração compacta a poupança total anual pode ser, em média, de 267 780 € admitindo um valor para a manutenção de 97 698 €/ano. Se assim for, o projeto apresenta um retorno do investimento ao fim de 5 anos, com um VAL de 1 030 430 € e uma taxa interna de rentabilidade (TIR) de 14% (positiva, se se considerar a taxa de atualização do investimento de 3% para 15 anos de vida). Apesar do custo inicial ser elevado, os parâmetros económicos mostram que o projeto tem viabilidade económica e dará lucro durante cerca de 9 anos.

Design and Implementation of a Biologically Inspired Flying Robot - An EPS@ISEP 2014 Spring Project

The goal of this EPS@ISEP project proposed in the Spring of 2014 was to develop a flapping wing flying robot. The project was embraced by a multinational team composed of four students from different countries and fields of study. The team designed and implemented a robot inspired by a biplane design, constructed from lightweight materials and battery powered. The prototype, called MyBird, was built with a 250 € budget, reuse existing materials as well as low cost solutions. Although the team's initial idea was to build a light radio controlled robot, time limitations along with setbacks involving the required electrical components led to a light but not radio controlled prototype. The team, from the experience gathered, made a number of future improvement suggestions, namely, the addition of radio control and a camera and the adoption of articulated monoplane design instead of the current biplane design for the wings.

Design and Implementation of a Biologically Inspired Swimming Robot - An EPS@ISEP 2014 Spring Project

This paper presents the development of a fish-like robot called Bro-Fish. Bro-Fish aims to be an educational toy dedicated to teaching mechanics, programming and the physics of floating objects to youngsters. The underlying intention is to awaken the interest of children for technology, especially biomimetic (biologically inspired) approaches, in order to promote sustainability and raise the level of ecological awareness. The main focus of this project was to create a robot with carangiform locomotion and controllable swimming, providing the opportunity to customize parts and experiment with the physics of floating objects. Therefore, the locomotion principles of fishes and mechanisms developed in related projects were analysed. Inspired by this background knowledge, a prototype was designed and implemented. The main achievement is the new tail mechanism that propels the robot. The tail resembles the undulation motion of fish bodies and is actuated in an innovative way, triggered by an elegant movement of a rotating helicoidal. First experimental tests revealed the potential of the proposed methodology to effectively generate forward propulsion.

Development of Biomimetic Robots in the EPS Engineering Programme Capstone Project

This paper presents the development of a fish-like robot called Bro-Fish. Bro-Fish aims to be an educational toy dedicated to teaching mechanics, programming and the physics of floating objects to youngsters. The underlying intention is to awaken the interest of children for technology, especially biomimetic (biologically inspired) approaches, in order to promote sustainability and raise the level of ecological awareness. The main focus of this project was to create a robot with carangiform locomotion and controllable swimming, providing the opportunity to customize parts and experiment with the physics of floating objects. Therefore, the locomotion principles of fishes and mechanisms developed in related projects were analysed. Inspired by this background knowledge, a prototype was designed and implemented. The main achievement is the new tail mechanism that propels the robot. The tail resembles the undulation motion of fish bodies and is actuated in an innovative way, triggered by an elegant movement of a rotating helicoidal. First experimental tests revealed the potential of the proposed methodology to effectively generate forward propulsion.

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.

Desenvolvimento e Controlo de um Veículo Autónomo Aéreo Quadrotor

A crescente necessidade de meios de inspecção e recolha de informação de infraestruturas e do meio ambiente natural, origina o recurso a meios tecnológicos cada vez mais evoluídos. Neste contexto, os robôs móveis autónomos aéreos surgem como uma ferramenta importante. Em particular, os veículos aéreos de asa móvel, pela sua manobrabilidade e controlo podem-se utilizar eficazmente em meios complexos como cenários interiores onde o ambiente é parcialmente controlado. A sua utilização em coordenação com outros veículos robóticos móveis e em particular com a crescente autonomia de decisão, permitem uma eficiência elevada, por exemplo, em tarefas de recolha automática de informação, vigilância, apoio a comunicações, etc. A inexistência de um veículo autónomo de asa móvel no cenário multi-robótico desenvolvido pelo Laboratório de Sistemas Autónomos do Instituto Superior de Engenharia do Porto, aliada às suas aplicações referidas, criou a necessidade do desenvolvimento de um veículo desta gama. Identificou-se, pois, o desenvolvimento de um veículo autónomo aéreo do tipo quadrotor com capacidade de vôo base estabilizado como o problema a resolver. Foi efectuado um levantamento de requisitos do sistema, a caracterização de um veículo autónomo aéreo Vertical Take-off and Landing - VTOL, e efectuado um trabalho de pesquisa a fim de possibilitar o conhecimento das técnicas e tecnologias envolvidas. Tendo em vista o objectivo de controlo e estabilização do veículo, foi efectuada a modelização do sistema que serviu não só para a melhor compreensão da sua dinâmica mas também para o desenvolvimento de um simulador que possibilitou a validação de estratégias de controlo e avaliação de comportamentos do veículo para diferentes cenários. A inexistência de controladores de motores brushless adequada (frequência de controlo), originou o desenvolvimento de um controlador dedicado para motores brushless, motores esses utilizados para a propulsão do veículo. Este controlador permite uma taxa de controlo a uma frequência de 20KHz, possui múltiplas interfaces de comunicação (CAN, RS232, Ethernet, SPI e JTAG), é de reduzido peso e dimensões e modular, visto ter sido implementado em dois módulos, i.e., permite a sua utilização com diferentes interfaces de potência. Projectou-se um veículo autónomo aéreo em termos físicos com a definição da sua arquitectura de hardware e software bem como o sistema de controlo de vôo. O sistema de estabilização de vôo compreende o processamento de informação fornecida por um sistema de navegação inercial, um sonar e o envio de referências de velocidade para cada um dos nós de controlo ligados a um barramento CAN instalado no veículo. A implementação do veículo foi alcançada nas suas vertentes mecânica, de hardware e software. O UAV foi equipado com um sistema computacional dotando-o de capacidades para o desempenho de tarefas previamente analisadas. No presente trabalho, são também tiradas algumas conclusões sobre o desenvolvimento do sistema e sua implementação bem como perspectivada a sua evolução futura no contexto de missões coordenadas de múltiplos veículos robóticos.