Using attractor dynamics to generate decentralized motion control of two mobile robots transporting a long object in coordination

Dynamical systems theory is used here as a theoretical language and tool to design a distributed control architecture for a team of two mobile robots that must transport a long object and simultaneously avoid obstacles. In this approach the level of modeling is at the level of behaviors. A “dynamics” of behavior is defined over a state space of behavioral variables (heading direction and path velocity). The environment is also modeled in these terms by representing task constraints as attractors (i.e. asymptotically stable states) or reppelers (i.e. unstable states) of behavioral dynamics. For each robot attractors and repellers are combined into a vector field that governs the behavior. The resulting dynamical systems that generate the behavior of the robots may be nonlinear. By design the systems are tuned so that the behavioral variables are always very close to one attractor. Thus the behavior of each robot is controled by a time series of asymptotically stable states. Computer simulations support the validity of our dynamic model architectures.

Coordinated transportation of a large object by a team of three robots

Dynamical systems theory in this work is used as a theoretical language and tool to design a distributed control architecture for a team of three robots that must transport a large object and simultaneously avoid collisions with either static or dynamic obstacles. The robots have no prior knowledge of the environment. The dynamics of behavior is defined over a state space of behavior variables, heading direction and path velocity. Task constraints are modeled as attractors (i.e. asymptotic stable states) of the behavioral dynamics. For each robot, these attractors are combined into a vector field that governs the behavior. By design the parameters are tuned so that the behavioral variables are always very close to the corresponding attractors. Thus the behavior of each robot is controlled by a time series of asymptotical stable states. Computer simulations support the validity of the dynamical model architecture.

Coordinated transportation of a large object by a team of two robots

In this paper dynamical systems theory is used as a theoretical language and tool to design a distributed control architecture for a team of two robots that must transport a large object and simultaneously avoid collisions with obstacles (either static or dynamic). This work extends the previous work with two robots (see [1] and [5]). However here we demonstrate that it’s possible to simplify the architecture presented in [1] and [5] and reach an equally stable global behavior. The robots have no prior knowledge of the environment. The dynamics of behavior is defined over a state space of behavior variables, heading direction and path velocity. Task constrains are modeled as attractors (i.e. asymptotic stable states) of a behavioral dynamics. For each robot, these attractors are combined into a vector field that governs the behavior. By design the parameters are tuned so that the behavioral variables are always very close to the corresponding attractors. Thus the behavior of each robot is controlled by a time series of asymptotic stable states. Computer simulations support the validity of the dynamical model architecture.

Limit Cycle Prediction of Systems with Fractional Controllers and Backlash

This article investigates the limit cycle (LC) prediction of systems with backlash by means of the describing function (DF) when using discrete fractional-order (FO) algorithms. The DF is an approximate method that gives good estimates of LCs. The implementation of FO controllers requires the use of rational approximations, but such realizations produce distinct dynamic types of behavior. This study analyzes the accuracy in the prediction of LCs, namely their amplitude and frequency, when using several different algorithms. To illustrate this problem we use FO-PID algorithms in the control of systems with backlash.

Analysis of Natural and Artificial Phenomena Using Signal Processing and Fractional Calculus

In this paper we study several natural and man-made complex phenomena in the perspective of dynamical systems. For each class of phenomena, the system outputs are time-series records obtained in identical conditions. The time-series are viewed as manifestations of the system behavior and are processed for analyzing the system dynamics. First, we use the Fourier transform to process the data and we approximate the amplitude spectra by means of power law functions. We interpret the power law parameters as a phenomenological signature of the system dynamics. Second, we adopt the techniques of non-hierarchical clustering and multidimensional scaling to visualize hidden relationships between the complex phenomena. Third, we propose a vector field based analogy to interpret the patterns unveiled by the PL parameters.

Friction losses of Newtonian and non-Newtonian fluids flowing in laminar regime in a helical coil

This study aimed to carry out experimental work to determine, for Newtonian and non-Newtonian fluids, the friction factor (fc) with simultaneous heat transfer, at constant wall temperature as boundary condition, in fully developed laminar flow inside a vertical helical coil. The Newtonian fluids studied were aqueous solutions of glycerol, 25%, 36%, 43%, 59% and 78% (w/w). The non-Newtonian fluids were aqueous solutions of carboxymethylcellulose (CMC), a polymer, with concentrations of 0.2%, 0.3%, 0.4% and 0.6% (w/w) and aqueous solutions of xanthan gum (XG), another polymer, with concentrations of 0.1% and 0.2% (w/w). According to the rheological study done, the polymer solutions had shear-thinning behavior and different values of viscoelasticity. The helical coil used has an internal diameter, curvature ratio, length and pitch, respectively: 0.00483 m, 0.0263, 5.0 m and 11.34 mm. It was concluded that the friction factors, with simultaneous heat transfer, for Newtonian fluids can be calculated using expressions from literature for isothermal flows. The friction factors for CMC and XG solutions are similar to those for Newtonian fluids when the Dean number, based in a generalized Reynolds number, is less than 80. For Dean numbers higher than 80, the friction factors of the CMC solutions are lower those of the XG solutions and of the Newtonian fluids. In this range the friction factors decrease with the increase of the viscometric component of the solution and increase for increasing elastic component. The change of behavior at Dean number 80, for Newtonian and non-Newtonian fluids, is in accordance with the study of Ali [4]. There is a change of behavior at Dean number 80, for Newtonian and non-Newtonian fluids, which is in according to previous studies. The data also showed that the use of the bulk temperature or of the film temperature to calculate the physical properties of the fluid has a residual effect in the friction factor values.

Taxonomy of fundamental concepts of localization in cyber-physical and sensor networks

Localization is a fundamental task in Cyber-Physical Systems (CPS), where data is tightly coupled with the environment and the location where it is generated. The research literature on localization has reached a critical mass, and several surveys have also emerged. This review paper contributes on the state-of-the-art with the proposal of a new and holistic taxonomy of the fundamental concepts of localization in CPS, based on a comprehensive analysis of previous research works and surveys. The main objective is to pave the way towards a deep understanding of the main localization techniques, and unify their descriptions. Furthermore, this review paper provides a complete overview on the most relevant localization and geolocation techniques. Also, we present the most important metrics for measuring the accuracy of localization approaches, which is meant to be the gap between the real location and its estimate. Finally, we present open issues and research challenges pertaining to localization. We believe that this review paper will represent an important and complete reference of localization techniques in CPS for researchers and practitioners and will provide them with an added value as compared to previous surveys.

An automated maneuver control framework for a remotely operated vehicle

OCEANS, 2001. MTS/IEEE Conference and Exhibition (Volume:2 )

Visualizing control systems performance: A fractional perspective

This article presents a novel method for visualizing the control systems behavior. The proposed scheme uses the tools of fractional calculus and computes the signals propagating within the system structure as a time/frequency-space wave. Linear and nonlinear closed-loop control systems are analyzed, for both the time and frequency responses, under the action of a reference step input signal. Several nonlinearities, namely, Coulomb friction and backlash, are also tested. The numerical experiments demonstrate the feasibility of the proposed methodology as a visualization tool and motivate its extension for other systems and classes of nonlinearities.

O modelo transteórico de mudança de comportamentos na promoção da actividade física nas grávidas

Os hábitos de actividade física (AF) podem-se alterar consideravelmente durante a gravidez. O sucesso das estratégias que visam promover a AF das gestantes depende do modelo motivacional implementado. Objectivo: Determinar se o Modelo Transteórico de Mudança de Comportamento (MTMC) utilizado no Projecto “Mães em Movimento” é eficaz na promoção de mudança de comportamentos nas grávidas no sentido de aumentar os níveis de AF. Metodologia: Foi realizado um estudo, experimental do tipo Intervenção Comunitária, numa amostra consecutiva constituída por 20 grávidas que faziam Preparação para a Parentalidade (PP) em dois Centros de Saúde. O grupo experimental, constituído por 10 grávidas, além da preparação, participou no projecto “Mães em Movimento” baseado no MTMC. O grupo de controlo seguiu o programa de PP. Os instrumentos utilizados para 1ª avaliação foram: o Questionário de Actividade Física para Gestantes, a Escala de Estados de Mudança de Comportamento para o Exercício, o Questionário de Auto-Eficácia, o Behavioural Regulation in Exercise Questionnaire-2 e um Questionário de Hábitos e Conhecimentos. Resultados: Após a implementação do projecto “Mães em Movimento” no grupo experimental, 100% das mulheres referiram praticar AF regular. O gasto energético semanal em actividades desportivas/exercício aumentou aproximadamente 4 vezes (p=0,002) desde a 1ª avaliação até à 2ª avaliação. Verificou-se uma tendência de deslocação dos estadios de mudança de comportamento inactivos para os activos (p=0,007) e a motivação intrínseca aumentou significativamente (p=0,018). Observou-se, também, um aumento dos conhecimentos relativos a diversas dimensões da AF na gravidez (p=0,002). Conclusão: Neste estudo, o MTMC revelou-se um modelo eficaz na promoção de hábitos de AF em grávidas, realçando que o sucesso da mudança de comportamento é influenciado pela motivação individual, pelo empowerment (transferência de conhecimentos e competências) e pelas oportunidades criadas.

A influência da leitura do livro “Os Meninos das Costas Perfeitas”, na adoção de comportamentos saudáveis, relacionados com a mochila escolar

Introdução: O impacto do transporte diário das mochilas tornou-se uma área de preocupação da saúde pública, sendo necessária uma urgente mudança de comportamentos das crianças, educadores e cuidadores. Objetivos: O objetivo do presente estudo foi avaliar a influência da leitura do livro “Os Meninos das Costas Perfeitas” na mudança de comportamentos de estudantes do 1º e 4º anos. Métodos: Efetuou-se um estudo quase – experimental, onde se avaliou o efeito da leitura do livro, efetuada por pais ou professores, na mudança de comportamentos de estudantes (E) do 1º e 4º ano, voluntários, de uma escola de Felgueiras composto por 36 E (grupo experimental - GE). O grupo de controlo (GC), não sujeito à leitura do livro, foi constituído por 40 E do 1º e 4º ano de uma escola de Famalicão. Elaboraram-se dois questionários, um para avaliar subjetivamente os comportamentos dos E e outro para avaliar a perceção dos cuidadores (C) acerca da mudança de comportamentos dos E. Mediu-se do peso dos E e das mochilas e, nos modelos de mochila com duas alças, a distância de C7 ao topo da mochila, para avaliar a sua posição nas costas. Todos os instrumentos foram aplicados antes da leitura e após 3 meses. Resultados: O GE melhorou significativamente a posição da mochila nas costas (χ²=6,702; p=0,035) e a organização do material no seu interior (χ²=32,864; p <0,001) (χ²=15,587; p <0,001) quando comparado com o GC. Os C percecionaram uma melhoria significativa no ajuste da mochila às costas (χ²=6,231; p=0,013) e uma melhor organização do material no interior da mochila quando comparado com os C dos GC (χ²=5,394; p=0,020; χ²=14,266; p <0,001; χ²=5,365, p=0,021; p=0,021). Conclusão: A leitura do livro demonstrou ser eficaz numa mudança de comportamentos dos estudantes relacionados com o uso da mochila, que se tornaram mais saudáveis.

A efectividade da intervenção da fisioterapia nas disfunções crânio- cervico-mandibulares

Introdução: As teorias etiológicas recíprocas que relacionam as disfunções da articulação temporo mandibular (ATM) com as disfunções da coluna cervical, os seus critérios de diagnóstico e formas de tratamento, não reúnem consenso, constituindo, actualmente, uma temática de debate e investigação. Objectivo: Descrever a avaliação e intervenção em fisioterapia, e os seus resultados numa utente com disfunção do complexo crânio-cervico-mandibular. Métodos: Foi realizado um estudo observacional descritivo, do tipo estudo de caso, reportando-se a uma enfermeira, de 28 anos, com quadro sintomatológico compatível com disfunção crânio-cervico-mandibular, com antecedentes de condilectomia e artroplastia da ATM, aos 14 anos. Inicialmente a utente apresentava dor irradiada na região cervical (7/10) e limitação dos movimentos articulares da coluna cervical. Referia, também, dor na região do ptérion direito (6/10), limitação dos movimentos da mandíbula, desvio lateral na abertura da boca e dificuldades funcionais na mastigação. A avaliação inicial e final (após tratamento), foi efectuada recorrendo-se à utilização do Goniometro CROM e da Therabite Range of Motion Scale, para medição das amplitudes articulares da cervical e ATM, respectivamente; Estetoscópio, para avaliação dos sons articulares da ATM; Escala Visual Analógica para graduação da dor. A intervenção decorreu ao longo de 10 sessões, bissemanais. No tratamento, foram aplicadas técnicas sobre os trigers points da musculatura cervical e músculos da mastigação; Mobilização passiva da cervical e ATM; Manipulação dos segmentos vertebrais cervicais e torácicos; Streching e técnicas de energia muscular; Técnicas funcionais para a ATM; Técnicas miofasciais para a coluna cervical e ATM; Exercícios de controlo motor da coluna cervical. Resultados: No final do tratamento, as amplitudes dos movimentos cervicais estavam completas e sem dor (0/10), mantendo, sensibilidade dolorosa à palpação das espinhosas de C5-C6 (1/10). Relativamente à ATM, verifica-se a abolição da dor (0/10) e a ausência do desvio lateral da mandíbula na abertura da boca, bem como, o aumento das amplitudes de movimento na abertura da boca (33 para 36 mm), e no desvio lateral esquerdo (2 para 2,8 mm). Conclusão: os resultados sugerem que a intervenção, com recurso a técnicas de terapia manual, no caso em estudo, parecem surtir efeitos positivos no quadro sintomatológico e funcional da utente.

Determinantes à receptividade ao bluetooth marketing pelo consumidor português

Dissertação de Mestrado apresentada ao Instituto Superior de Contabilidade e Administração do Porto para a obtenção do grau de Mestre em Marketing Digital, sob orientação do Mestre Paulo Gonçalves e da Doutora Madalena Vilas Boas Esta versão não contém as críticas e sugestões dos elementos do júri

Real-Time Fine-Grained Parallelism in Ada

International Real-Time Ada Workshop (IRTAW 2015). 20 to 22, Apr, 2015. Pownal, U.S.A..