Robôs quadrúpedes: geração de trajectórias em tempo real usando sistemas dinâmicos não-lineares

A geração de trajectórias de robôs em tempo real é uma tarefa muito complexa, não existindo ainda um algoritmo que a permita resolver de forma eficaz. De facto, há controladores eficientes para trajectórias previamente definidas, todavia, a adaptação a variações imprevisíveis, como sendo terrenos irregulares ou obstáculos, constitui ainda um problema em aberto na geração de trajectórias em tempo real de robôs. Neste trabalho apresentam-se modelos de geradores centrais de padrões de locomoção (CPGs), inspirados na biologia, que geram os ritmos locomotores num robô quadrúpede. Os CPGs são modelados matematicamente por sistemas acoplados de células (ou neurónios), sendo a dinâmica de cada célula dada por um sistema de equações diferenciais ordinárias não lineares. Assume-se que as trajectórias dos robôs são constituídas por esta parte rítmica e por uma parte discreta. A parte discreta pode ser embebida na parte rítmica, (a.1) como um offset ou (a.2) adicionada às expressões rítmicas, ou (b) pode ser calculada independentemente e adicionada exactamente antes do envio dos sinais para as articulações do robô. A parte discreta permite inserir no passo locomotor uma perturbação, que poderá estar associada à locomoção em terrenos irregulares ou à existência de obstáculos na trajectória do robô. Para se proceder á análise do sistema com parte discreta, será variado o parâmetro g. O parâmetro g, presente nas equações da parte discreta, representa o offset do sinal após a inclusão da parte discreta. Revê-se a teoria de bifurcação e simetria que permite a classificação das soluções periódicas produzidas pelos modelos de CPGs com passos locomotores quadrúpedes. Nas simulações numéricas, usam-se as equações de Morris-Lecar e o oscilador de Hopf como modelos da dinâmica interna de cada célula para a parte rítmica. A parte discreta é modelada por um sistema inspirado no modelo VITE. Medem-se a amplitude e a frequência de dois passos locomotores para variação do parâmetro g, no intervalo [-5;5]. Consideram-se duas formas distintas de incluir a parte discreta na parte rítmica: (a) como um (a.1) offset ou (a.2) somada nas expressões que modelam a parte rítmica, e (b) somada ao sinal da parte rítmica antes de ser enviado às articulações do robô. No caso (a.1), considerando o oscilador de Hopf como dinâmica interna das células, verifica-se que a amplitude e frequência se mantêm constantes para -50.2. A extensão do movimento varia de forma directamente proporcional à amplitude. No caso das equações de Morris-Lecar, quando a componente discreta é embebida (a.2), a amplitude e a frequência aumentam e depois diminuem para - 0.170.5 Pode concluir-se que: (1) a melhor forma de inserção da parte discreta que menos perturbação insere no robô é a inserção como offset; (2) a inserção da parte discreta parece ser independente do sistema de equações diferenciais ordinárias que modelam a dinâmica interna de cada célula. Como trabalho futuro, é importante prosseguir o estudo das diferentes formas de inserção da parte discreta na parte rítmica do movimento, para que se possa gerar uma locomoção quadrúpede, robusta, flexível, com objectivos, em terrenos irregulares, modelada por correcções discretas aos padrões rítmicos.

Estudo comparativo entre criança com e sem joelhos valgos praticantes de hóquei em patins utilizando diferentes sistemas de análise

O presente estudo tem como objetivo comparar experimentalmente duas crianças praticantes de Hóquei em Patins, uma normal e uma com a patologia dos joelhos valgos, avaliando qualitativamente as diferenças posturais, estáticas e dinâmicas, decorrentes da utilização dos patins específicos desta modalidade, através do sistema de análise da Força de Reação do Solo (FRS), de Eletromiografia (EMG), de captura de movimento, e de modelação e simulação. Para atingir o objetivo definiu-se um protocolo de ensaios com as seguintes tarefas: repouso com e sem patins, marcha, corrida, deslizar com os dois pés apoiados e deslizar com o pé esquerdo levantado. No repouso avaliou-se a variação do ponto de aplicação da FRS da criança normal e patológica, com e sem patins. Ainda na tarefa de repouso avaliou-se também as componentes médio-lateral, antero-posterior individualmente e a componente vertical da FRS, juntamente com a atividade muscular dos músculos Gastrocnémio Medial (GM), Recto Femoral (RF), Vasto Medial (VM), Vasto Lateral (VL), Bicípete Femoral (BF), Semitendinoso (ST), Tensor da Fascia Lata (TFL), Gastrocnémio Lateral (GL), de forma a comparar os valores de intensidade de FRS e da atividade muscular dos diferentes instantes de tempo desta tarefa. Para as restantes tarefas apenas se avaliou individualmente as componentes médio-lateral e antero-posterior da FRS e a componente vertical da FRS juntamente com a atividade muscular dos referidos músculos, salientando as diferenças evidentes entre as curvas da criança normal e as curvas da criança patológica durante os diferentes instantes do movimento. Todas as tarefas referidas, exceto a tarefa de repouso com patins, foram ainda simuladas recorrendo a modelos músculo-esqueléticos. A partir destas simulações do movimento obtiveram-se os ângulos articulares e efetuou-se a respetiva análise. No final dos resultados obtidos apresentou-se uma tabela de resumo com o cálculo dos coeficientes de variação de cada grandeza, exceto nos gráficos da posição no espaço da FRS, onde se constatou que existe uma grande variabilidade inter-individuo em cada tarefa. A análise dos resultados de cada tarefa permite concluir que a utilização de patins pode trazer uma maior ativação muscular para a criança patológica, embora se verifique instabilidade articular. Apesar dessa instabilidade pode-se inferir que, uma maior ativação muscular decorrente da utilização de patins, tal como acontece na prática do hóquei em patins, pode trazer uma melhoria, a longo prazo, na estabilidade da articulação do joelho e na sustentação corporal, proporcionada pelo fortalecimento muscular.

Estudo de Funcionalidades HTML5 para um Editor de Imagem na Internet

Hoje em dia existem múltiplas aplicações multimédia na Internet, sendo comum qualquer website apresentar mais de uma forma de visualização de informação além do texto como, por exemplo: imagens, áudio, vídeo e animação. Com aumento do consumo e utilização de Smartphone e Tablets, o volume de tráfego de internet móvel tem vindo a crescer rapidamente, bem como o acesso à internet através da televisão. As aplicações web-based ganham maior relevância devido à maior partilha ou consumo de conteúdos multimédia, com ou sem edição ou manipulação da mesma, através de redes sociais, como o Facebook. Neste documento é apresentado o estudo de alternativas HTML5 e a implementação duma aplicação web-based no âmbito do Mestrado de Engenharia Informática, ramo de Sistemas Gráficos e Multimédia, no Instituto Superior Engenharia do Porto (ISEP). A aplicação tem como objetivo a edição e manipulação de imagens, tanto em desktop como em dispositivos móveis, sendo este processo exclusivamente feito no lado do cliente, ou seja, no Browser do utilizador. O servidor é usado somente para o armazenamento da aplicação. Durante o desenvolvimento do projeto foi realizado um estudo de soluções de edição e manipulação de imagem existentes no mercado, com a respetiva análise de comparação e apresentadas tecnologias Web modernas como HTML5, CSS3 e JavaScript, que permitirão desenvolver o protótipo. Posteriormente, serão apresentadas, detalhadamente, as várias fases do desenvolvimento de um protótipo, desde a análise do sistema, à apresentação do protótipo e indicação das tecnologias utilizadas. Também serão apresentados os resultados dos inquéritos efetuados a um grupo de pessoas que testaram esse protótipo. Finalmente, descrever-se-á de forma mais exaustiva, a implementação e serão apontadas dificuldades encontradas ao longo do desenvolvimento, bem como indicadas futuras melhorias a introduzir.

Analysis of the domain of applicability of an algorithm for a resources system selection problem for Distributed/Agile/Virtual Enterprises integration

The process of resources systems selection takes an important part in Distributed/Agile/Virtual Enterprises (D/A/V Es) integration. However, the resources systems selection is still a difficult matter to solve in a D/A/VE, as it is pointed out in this paper. Globally, we can say that the selection problem has been equated from different aspects, originating different kinds of models/algorithms to solve it. In order to assist the development of a web prototype tool (broker tool), intelligent and flexible, that integrates all the selection model activities and tools, and with the capacity to adequate to each D/A/V E project or instance (this is the major goal of our final project), we intend in this paper to show: a formulation of a kind of resources selection problem and the limitations of the algorithms proposed to solve it. We formulate a particular case of the problem as an integer programming, which is solved using simplex and branch and bound algorithms, and identify their performance limitations (in terms of processing time) based on simulation results. These limitations depend on the number of processing tasks and on the number of pre-selected resources per processing tasks, defining the domain of applicability of the algorithms for the problem studied. The limitations detected open the necessity of the application of other kind of algorithms (approximate solution algorithms) outside the domain of applicability founded for the algorithms simulated. However, for a broker tool it is very important the knowledge of algorithms limitations, in order to, based on problem features, develop and select the most suitable algorithm that guarantees a good performance.

Realization of fractional-order controllers: analysis, synthesis and application to the velocity control of a servo system

The synthesis and application of fractional-order controllers is now an active research field. This article investigates the use of fractional-order PID controllers in the velocity control of an experimental modular servo system. The systern consists of a digital servomechanism and open-architecture software environment for real-time control experiments using MATLAB/Simulink. Different tuning methods will be employed, such as heuristics based on the well-known Ziegler Nichols rules, techniques based on Bode’s ideal transfer function and optimization tuning methods. Experimental responses obtained from the application of the several fractional-order controllers are presented and analyzed. The effectiveness and superior performance of the proposed algorithms are also compared with classical integer-order PID controllers.

Rapid automated method for on-site determination of sulfadiazine in fish farming: a stainless steel veterinary syringe coated with a selective membrane of PVC serving as a potentiometric detector in a flow-injection-analysis system

Sulfadiazine is an antibiotic of the sulfonamide group and is used as a veterinary drug in fish farming. Monitoring it in the tanks is fundamental to control the applied doses and avoid environmental dissemination. Pursuing this goal, we included a novel potentiometric design in a flow-injection assembly. The electrode body was a stainless steel needle veterinary syringe of 0.8-mm inner diameter. A selective membrane of PVC acted as a sensory surface. Its composition, the length of the electrode, and other flow variables were optimized. The best performance was obtained for sensors of 1.5-cm length and a membrane composition of 33% PVC, 66% onitrophenyloctyl ether, 1% ion exchanger, and a small amount of a cationic additive. It exhibited Nernstian slopes of 61.0 mV decade-1 down to 1.0×10-5 mol L-1, with a limit of detection of 3.1×10-6 mol L-1 in flowing media. All necessary pH/ionic strength adjustments were performed online by merging the sample plug with a buffer carrier of 4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid, pH 4.9. The sensor exhibited the advantages of a fast response time (less than 15 s), long operational lifetime (60 days), and good selectivity for chloride, nitrite, acetate, tartrate, citrate, and ascorbate. The flow setup was successfully applied to the analysis of aquaculture waters. The analytical results were validated against those obtained with liquid chromatography–tandem mass spectrometry procedures. The sampling rate was about 84 samples per hour and recoveries ranged from 95.9 to 106.9%.

Entropy analysis of DNA code dynamics in human chromosomes

Deoxyribonucleic acid, or DNA, is the most fundamental aspect of life but present day scientific knowledge has merely scratched the surface of the problem posed by its decoding. While experimental methods provide insightful clues, the adoption of analysis tools supported by the formalism of mathematics will lead to a systematic and solid build-up of knowledge. This paper studies human DNA from the perspective of system dynamics. By associating entropy and the Fourier transform, several global properties of the code are revealed. The fractional order characteristics emerge as a natural consequence of the information content. These properties constitute a small piece of scientific knowledge that will support further efforts towards the final aim of establishing a comprehensive theory of the phenomena involved in life.

DITRANS - a multi-agent system for integrated diagnosis of power transformers

This paper describes the development and the implementation of a multi-agent system for integrated diagnosis of power transformers. The system is divided in layers which contain a number of agents performing different functions. The social ability and cooperation between the agents lead to the final diagnosis and to other relevant conclusions through integrating various monitoring technologies, diagnostic methods and data sources, such as the dissolved gas analysis.

Energy efficiency analysis considering the use of an intelligent systems management in a smart home

In this abstract is presented an energy management system included in a SCADA system existent in a intelligent home. The system control the home energy resources according to the players definitions (electricity consumption and comfort levels), the electricity prices variation in real time mode and the DR events proposed by the aggregators.

Decision support system with incomplete and domain incoherent information management

Many of the most common human functions such as temporal and non-monotonic reasoning have not yet been fully mapped in developed systems, even though some theoretical breakthroughs have already been accomplished. This is mainly due to the inherent computational complexity of the theoretical approaches. In the particular area of fault diagnosis in power systems however, some systems which tried to solve the problem, have been deployed using methodologies such as production rule based expert systems, neural networks, recognition of chronicles, fuzzy expert systems, etc. SPARSE (from the Portuguese acronym, which means expert system for incident analysis and restoration support) was one of the developed systems and, in the sequence of its development, came the need to cope with incomplete and/or incorrect information as well as the traditional problems for power systems fault diagnosis based on SCADA (supervisory control and data acquisition) information retrieval, namely real-time operation, huge amounts of information, etc. This paper presents an architecture for a decision support system, which can solve the presented problems, using a symbiosis of the event calculus and the default reasoning rule based system paradigms, insuring soft real-time operation with incomplete, incorrect or domain incoherent information handling ability. A prototype implementation of this system is already at work in the control centre of the Portuguese Transmission Network.

An intelligent tutoring system for operators’ training in power system control centres

The activity of Control Center operators is important to guarantee the effective performance of Power Systems. Operators’ actions are crucial to deal with incidents, especially severe faults, like blackouts. In this paper we present an Intelligent Tutoring approach for training Portuguese Control Centre operators in tasks like incident analysis and diagnosis, and service restoration of Power Systems. Intelligent Tutoring System (ITS) approach is used in the training of the operators, taking into account context awareness and the unobtrusive integration in the working environment.

Research on evaluation system of emergency disposal plan for power plant incidents

This paper starts with the analysis of the unusual inherence mechanism, from two aspects: accumulating and human error. We put forward twelve factors affected the decision of the emergency treatment plan in practice and summarized the evaluation index system combining with literature data. Then we screened out eighteen representative indicators by used the FDM expert questionnaire in the first phase. Hereafter, we calculated the weight of evaluation index and sorted them by the FAHP expert questionnaire, and came up with the frame of the evaluation rule by combined with the experience. In the end, the evaluation principles are concluded.

Combining artificial intelligence techniques for the training of power system control centre operators

Control Centre operators are essential to assure a good performance of Power Systems. Operators’ actions are critical in dealing with incidents, especially severe faults, like blackouts. In this paper we present an Intelligent Tutoring approach for training Portuguese Control Centre operators in incident analysis and diagnosis, and service restoration of Power Systems, offering context awareness and an easy integration in the working environment.

An integrated system to support electricity tariff contract definition

This paper presents an integrated system that helps both retail companies and electricity consumers on the definition of the best retail contracts and tariffs. This integrated system is composed by a Decision Support System (DSS) based on a Consumer Characterization Framework (CCF). The CCF is based on data mining techniques, applied to obtain useful knowledge about electricity consumers from large amounts of consumption data. This knowledge is acquired following an innovative and systematic approach able to identify different consumers’ classes, represented by a load profile, and its characterization using decision trees. The framework generates inputs to use in the knowledge base and in the database of the DSS. The rule sets derived from the decision trees are integrated in the knowledge base of the DSS. The load profiles together with the information about contracts and electricity prices form the database of the DSS. This DSS is able to perform the classification of different consumers, present its load profile and test different electricity tariffs and contracts. The final outputs of the DSS are a comparative economic analysis between different contracts and advice about the most economic contract to each consumer class. The presentation of the DSS is completed with an application example using a real data base of consumers from the Portuguese distribution company.

WEXSYS - Web Expert System

Desde o início que os sistemas periciais não foram vistos apenas como sistemas que poderiam substituir os peritos. Os peritos por sua vez, independentemente da área em que operam, eram tidos como indivíduos que atingiram a excelência através da experiência, estudo e total dedicação, por vezes durante anos. Hoje, mais do que assumir o papel de um perito na excelência de uma área de actuação, os sistemas periciais sobressaem pela disponibilidade contínua, acessos facilitados, custos reduzidos, estabilidade de funcionamento e coerência de raciocínio. Empurrados pelos avanços actuais das redes em termos de velocidade e propagação global, estes sistemas são hoje disponibilizados de forma mais simples e acessível. Este trabalho é realizado com o propósito de evoluir o actual sistema para uma versão mais apelativa, funcional e fiável. Um dos objectivos passa pela evolução do actual modo de funcionamento, utilização local e apenas um utilizador, para um modo de funcionamento que permita uma disponibilização num ambiente de acesso global, acessível a qualquer hora e em qualquer local.