Sviluppo di un pacchetto ROS per il controllo di un cobot addetto alla movimentazione di un pannello di protezione di una macchina automatica

L’Industria 4.0 richiede sempre più tecnologie con un notevole grado di flessibilità, in modo da garantire il più alto livello di integrazione uomo-macchina e macchina- macchina. In quest’ottica, l’avvento della robotica collaborativa, ha agevolato il pro- cesso. I robot collaborativi (cobot) possono essere facilmente installati all’interno del- le linee di assemblaggio/produzione, senza necessità di barriere che vietino l’accesso agli operatori. Tra i tanti compiti a cui possono asservire i cobot, ci sono quelli dedica- ti all’ispezione delle varie macchine (e.g. microfermate di emergenza), in cui di solito, l’apertura del pannello di protezione è affidata ad un cobot montato a bordo di un AGV. È in questo contesto che si inserisce l’elaborato di tesi, volto al controllo in forza di un robot collaborativo per la movimentazione di un pannello di protezione di una mac- china automatica. In particolare, per ragioni logistiche e di ingombro, un simulacro del pannello di protezione è stato realizzato in scala, mentre il controllo real-time del cobot è stato implementato utilizzando ROS (Robot Operating System), piattaforma disponibile in modalità open-source.

Percezione depth guidata mediante proiezione virtuale di pattern

L’utilizzo di informazioni di profondità è oggi di fondamentale utilità per molteplici settori applicativi come la robotica, la guida autonoma o assistita, la realtà aumentata e il monitoraggio ambientale. I sensori di profondità disponibili possono essere divisi in attivi e passivi, dove i sensori passivi ricavano le informazioni di profondità dall'ambiente senza emettere segnali, bensì utilizzando i segnali provenienti dall'ambiente (e.g., luce solare). Nei sensori depth passivi stereo è richiesto un algoritmo per elaborare le immagini delle due camere: la tecnica di stereo matching viene utilizzata appunto per stimare la profondità di una scena. Di recente la ricerca si è occupata anche della sinergia con sensori attivi al fine di migliorare la stima della depth ottenuta da un sensore stereo: si utilizzano i punti affidabili generati dal sensore attivo per guidare l'algoritmo di stereo matching verso la soluzione corretta. In questa tesi si è deciso di affrontare questa tematica da un punto di vista nuovo, utilizzando un sistema di proiezione virtuale di punti corrispondenti in immagini stereo: i pixel delle immagini vengono alterati per guidare l'algoritmo ottimizzando i costi. Un altro vantaggio della strategia proposta è la possibilità di iterare il processo, andando a cambiare il pattern in ogni passo: aggregando i passi in un unico risultato, è possibile migliorare il risultato finale. I punti affidabili sono ottenuti mediante sensori attivi (e.g. LiDAR, ToF), oppure direttamente dalle immagini, stimando la confidenza delle mappe prodotte dal medesimo sistema stereo: la confidenza permette di classificare la bontà di un punto fornito dall'algoritmo di matching. Nel corso della tesi sono stati utilizzati sensori attivi per verificare l'efficacia della proiezione virtuale, ma sono state anche effettuate analisi sulle misure di confidenza: lo scopo è verificare se le misure di confidenza possono rimpiazzare o assistere i sensori attivi.

Sviluppo di applicazioni real-time multi-utente: un middleware basato sulla piattaforma Croquet

Il crescente aumento del numero di dispositivi connessi in rete e delle applicazioni che vengono sviluppate su di essa ha trasformato completamente lo standard delle applicazioni che una volta erano single-user, facendo quindi arrivare lo standard ad un modello multi-utente, dove si ha un ambiente collaborativo e condiviso in cui le azioni di un determinato utente vanno ad influire anche sugli altri. Altra necessità al giorno d'oggi è inoltre che queste applicazioni multi-utente siano anche real-time, ovvero che si aggiornino in tempo reale e che di conseguenza l'azione di un singolo utente debba essere trasmessa e notificata a tutti gli altri in modo che possano gestirla di conseguenza. Lo sviluppo di tali applicazioni risulta quindi particolarmente complesso, tuttavia esistono anche soluzioni architetturali e framework che risultano essere dedicati all'implementazione di tale tipo di applicazioni, il quale obiettivo è quindi quello di semplificarne e velocizzarne lo sviluppo, tramite l'utilizzo di pattern o architetture mirate all'implementazione di un tipo specifico di tali applicazioni. Un esempio di tali soluzioni è Croquet, che permette la creazione di applicazioni real-time multi-utente, senza la necessità di scrivere alcun codice per la parte server o per la gestione delle comunicazioni tra i peer, ma solamente sviluppando il modello del client, ovvero la parte in esecuzione sulla macchina dell'utente. Questa tesi andrà quindi ad effettuare uno studio sul funzionamento e sull'architettura di Croquet proseguendo quindi con lo sviluppo di un middleware che permetta la creazione di applicazioni real-time multi-utente indipendenti dal linguaggio di sviluppo, le quali si potranno quindi appoggiare sull'architettura di Croquet per funzionare e comunicare, avendo quindi a disposizione tutte le garanzie che vengono offerte da Croquet e dalla sua architettura.

Adattamento alla macchina della tosse guidato dall'ecografia diaframmatica nel paziente con patologia neuromuscolare: trial clinico controllato e semi-randomizzato.

Background Le complicazioni dovute a disfunzioni dei muscoli respiratori sono tra le cause principali di morbilità e mortalità per i pazienti con malattie neuromuscolari. La fisioterapia respiratoria, nello specifico tramite l’utilizzo della macchina della tosse, assume quindi un ruolo fondamentale nella gestione della clearance bronchiale. Questo studio si pone l’obbiettivo di verificare se l’ecografia diaframmatica può rappresentare uno strumento di valutazione utile al fisioterapista nella titolazione dei corretti parametri della macchina della tosse. Metodi Lo studio è un trial clinico semi-randomizzato controllato a gruppi paralleli e monocentrico, iniziato a gennaio 2022 e concluso ad ottobre dello stesso anno. Il gruppo sperimentale, rispetto a quello di controllo, vede aggiunta l’ecografia diaframmatica all’adattamento della macchina della tosse. L’efficacia è stata valutata analizzando la reale indicazione al trattamento, l’aderenza e il numero di riacutizzazioni. Gli outcome sono stati valutati a 3 mesi dall’adattamento. Risultati 10 pazienti hanno soddisfatto i criteri di inclusione e sono stati randomizzati nel gruppo sperimentale (n=6) e nel gruppo di controllo (n=4). Il livello di significatività statistica è stato fissato pari a 0.05. I dati ottenuti dalle analisi (test χ2 e il test di Mann-Whitney) portano alla conclusione che non sono presenti differenze statisticamente significative legate al gruppo di appartenenza dei pazienti per nessuno degli outcome prefissati: indicazione al trattamento ( χ2=1.67; P=0.197), riacutizzazioni (χ2=0.08; P=0.778), aderenza (W=3; P=1). Conclusioni L’ecografia diaframmatica si è rivelata essere uno strumento affidabile e poco invasivo, utile a perfezionare il processo valutativo fisioterapico. I dati ottenuti non hanno però dimostrato la superiorità del suo impiego nell’adattamento alla macchina della tosse rispetto al gruppo di controllo. Tuttavia, sono necessari ulteriori studi per approfondirne l’efficacia.

Gli effetti della realtà virtuale nel recupero della funzionalità dell’arto superiore in soggetti con esito di stroke in fase cronica: scoping review

Background: L’ictus rappresenta una delle principali patologie neurologiche che causa disabilità a lungo termine con un impatto profondo sulla funzionalità, autonomie della vita quotidiana (ADL) e partecipazione alla vita sociale. Circa il 50% degli individui affetti soffre di deficit cronici dell’arto superiore e solo 1/3 ha un pieno recupero. La realtà virtuale (VR) presenta i presupposti necessari dell’apprendimento motorio come ripetitività, specificità e adattamento del carico di lavoro per favorire la riorganizzazione neurale. Obiettivo: L’obiettivo della scoping review è di svolgere una mappatura della letteratura in cui sia previsto l’impiego della VR come possibile trattamento riabilitativo nel recupero della funzionalità dell’arto superiore in soggetti con esito di stroke in fase cronica, secondo la checklist della PRISMA Extension per le Scoping Review. Disegno dello studio: Sono stati inclusi gli studi pubblicati dall’01 gennaio 2016 al 05 settembre 2022 che prevedessero l’impiego della realtà virtuale, sia immersiva che non immersiva, applicata sull’intero arto superiore nel soggetto con esito di stroke in fase cronica per favorire il recupero della funzionalità dell’arto superiore. I limiti imposti sono: studi in lingua inglese, condotti in un ambiente sanitario con la supervisione di un operatore e il campione coinvolto di età adulta senza ulteriori patologie neurologiche. Le banche dati elettroniche coinvolte sono Pubmed, Cochrane library, PEDro, Scopus e Web of science. Risultati: Sono stati inclusi 5 evidenze scientifiche (1 RCT, 2 trial non controllati e 2 case report) che impiegassero la VR sull’arto superiore e svolgere ADL o attività ludiche nell’ambiente virtuale. Conclusione: Si evince che l’impiego della VR potrebbe favorire il recupero e il mantenimento della funzionalità dell’arto superiore nei soggetti con esito di stroke in fase cronica, ma sono necessari ulteriori studi futuri di maggiore rilevanza e validità scientifica.

Nodo - Progetto di un dispositivo per lo sport virtuale e sistemi di antagonismo

Nodo è indaga la relazione tra il movimento del corpo umano, e le conseguenti risposte muscolari, e la loro riproduzione in condizioni di realtà mista. Attraverso la progettazione di un dispositivo casalingo che faccia da antagonista al movimento del corpo durante la pratica del pugilato a distanza, attraverso le tecnologie di aumento della realtà e quelle aptiche; ho cercato di approfondire il tema dello sport, scegliendolo come ambito di progettazione specifico.

Progettazione e verifica delle prestazioni di un nuovo sistema di controllo per dinamometri idraulici

La messa a punto dei motopropulsori richiede una fase di test utilizzando un dinamometro, cioè una macchina che ne permette la misura di coppia e velocità. Sono diverse le tipologie di dinamometri, tutte sono però caratterizzate dalla necessità di essere gestite attraverso un opportuno controllore. Il presente lavoro di tesi, svolto presso Borghi&Saveri SRL, si pone l’obbiettivo di aggiornare il sistema di controllo di un dinamometro idraulico, lo “SFI”, sviluppando in particolare la parte di potenza, comunicante con la componente di controllo, già realizzata dall’azienda. La soluzione per la parte di potenza è un drive per il controllo di motori elettrici, scelto dopo una valutazione dei requisiti necessari, lo studio del vecchio sistema e un’analisi di mercato. Il motore elettrico posto sul dinamometro ha infatti il compito di muovere una valvola di gestione della portata d’acqua immessa, con conseguente regolazione della coppia. Il drive è stato messo in funzione realizzando un hardware per garantirne il funzionamento, per poi essere configurato e testato: è stata scelto il setup giudicato come ottimale dei parametri di controllo ed è stata impostata un’interfaccia per la comunicazione smart da PC, via CANopen. Si è poi realizzato un modello virtuale rappresentativo del sistema, validato con acquisizioni sperimentali. Infine, si sono confrontati i dati simulativi del modello con quelli sperimentali provenienti dal vecchio controllore, così da ottenere una valutazione delle rispettive performance nell’effettuare il controllo di posizione della valvola. Il sistema così realizzato soddisfa i requisiti posti, tuttavia le sue prestazioni non sono del tutto migliorative rispetto a quelle dello SFI: per questo sono valutati i punti deboli del progetto e proposti dei possibili sviluppi futuri.

Studio di fabbricabilità per strutture porose interconnesse con macchina PolyJet

Il presente caso di studio prende forma da una problematica su una metodologia di stampa 3D relativamente nuova, la tecnologia PolyJet. Nella tesi, si verificano ed osservano i limiti di fabbricazione dei modelli ottenuti da questo processo di stampa, dovuti al particolare materiale di supporto che utilizza la tecnologia medesima a differenza di altre tecnologie esistenti. Nei dettagli, si è deciso di stampare dei particolari provini costituiti da strutture porose interconnesse, ottenute tramite superfici TPMS (Triply Periodical Minimal Surfaces), caratterizzate da fori molto piccoli e profondi ed osservare la facilità o la difficoltà nel rimuovere il materiale di supporto da ognuno di essi attraverso le attrezzature disponibili in laboratorio. I risultati ottenuti dall’esperimento hanno mostrato che, riducendo sempre di più i fori delle strutture dei provini, si va a complicare l’azione di rimozione del materiale di supporto, rendendo il processo difficile da compiere come nell’ultimo provino realizzato. Si evince che, nei tre casi osservati, è possibile rimuovere tutto il materiale di supporto dalle strutture, anche nell’ultimo manufatto, con fori di dimensione di un millimetro.

ISELnet: um portal internet para o ISEL

O contínuo desenvolvimento na área da Web 2.0 potencia a implementação de portais Web de carácter multi-funcional com uma elevada versatilidade e uma grande riqueza interactiva. Este projecto pretende tirar partido do desenvolvimento ocorrido nas tecnologias desta área de forma a apresentar uma proposta de portal institucional para o Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ISEL) que espelhe a Instituição como inovadora e actual. Para a implementação desta proposta foi desenvolvida uma plataforma de integração ao nível da camada de apresentação, seguindo os conceitos Web 2.0 aplicáveis, assente em tecnologias cliente suportadas em browser. Com esta plataforma pretende-se disponibilizar os alicerces para a integração das várias aplicações de front-office da Instituição numa camada homogénea, reduzindo a curva de aprendizagem das várias aplicações e contribuindo para uma integração destas que diminua a complexidade de utilização e facilite a manutenção e evolução. Sendo uma plataforma de integração, foi disponibilizada a possibilidade de efectuar as comunicações com base em JSON, XML, cabeçalhos dos pedidos http e Web services SOAP, sendo utilizadas mensagens ACL a nível aplicacional. O que permite um maior desacoplamento tecnológico entre a plataforma e os serviços utilizados. O desenvolvimento do projecto foi assente nos conceitos de desenvolvimento ágil, baseado na prototipagem. A gestão do projecto foi feita com recurso a uma aplicação de gestão de projecto colaborativa, o Redmine, que permitiu a adequação do projecto às necessidades ao longo do desenvolvimento e uma partilha mais fácil do estado do mesmo e de informações críticas do seu desenvolvimento aos vários intervenientes.

Projecto timecloud: software de gestão de tempo laboral numa plataforma cloud

O presente projecto tem como objectivo a disponibilização de uma plataforma de serviços para gestão e contabilização de tempo remunerável, através da marcação de horas de trabalho, férias e faltas (com ou sem justificação). Pretende-se a disponibilização de relatórios com base nesta informação e a possibilidade de análise automática dos dados, como por exemplo excesso de faltas e férias sobrepostas de trabalhadores. A ênfase do projecto está na disponibilização de uma arquitectura que facilite a inclusão destas funcionalidades. O projecto está implementado sobre a plataforma Google App Engine (i.e. GAE), de forma a disponibilizar uma solução sob o paradigma de Software as a Service, com garantia de disponibilidade e replicação de dados. A plataforma foi escolhida a partir da análise das principais plataformas cloud existentes: Google App Engine, Windows Azure e Amazon Web Services. Foram analisadas as características de cada plataforma, nomeadamente os modelos de programação, os modelos de dados disponibilizados, os serviços existentes e respectivos custos. A escolha da plataforma foi realizada com base nas suas características à data de iniciação do presente projecto. A solução está estruturada em camadas, com as seguintes componentes: interface da plataforma, lógica de negócio e lógica de acesso a dados. A interface disponibilizada está concebida com observação dos princípios arquitecturais REST, suportando dados nos formatos JSON e XML. A esta arquitectura base foi acrescentada uma componente de autorização, suportada em Spring-Security, sendo a autenticação delegada para os serviços Google Acounts. De forma a permitir o desacoplamento entre as várias camadas foi utilizado o padrão Dependency Injection. A utilização deste padrão reduz a dependência das tecnologias utilizadas nas diversas camadas. Foi implementado um protótipo, para a demonstração do trabalho realizado, que permite interagir com as funcionalidades do serviço implementadas, via pedidos AJAX. Neste protótipo tirou-se partido de várias bibliotecas javascript e padrões que simplificaram a sua realização, tal como o model-view-viewmodel através de data binding. Para dar suporte ao desenvolvimento do projecto foi adoptada uma abordagem de desenvolvimento ágil, baseada em Scrum, de forma a implementar os requisitos do sistema, expressos em user stories. De forma a garantir a qualidade da implementação do serviço foram realizados testes unitários, sendo também feita previamente a análise da funcionalidade e posteriormente produzida a documentação recorrendo a diagramas UML.

LightStream: sistema de comunicação Publish/Subscribe com WebSockets

A realização deste trabalho permitiu disponibilizar uma plataforma de caracter inovador, que consegue colmatar muitos problemas existentes hoje em dia, na maior parte das aplicações Web, não só a nível de utilização eficiente de largura de banda, bem como a nível de interoperabilidade entre tecnologias. Devido às características cross-platform da plataforma, é possível realizar comunicação de baixa latência entre sistemas desenvolvidos em tecnologias completamente diferentes, como é o caso de Javascript e .NET. A implementação desta plataforma representou não só um desafio a nível de engenharia de software, mas também um desafio tecnológico, tendo em conta o número de tecnologias diferentes que são utilizadas nas diversas camadas. Neste trabalho é também disponibilizada uma Framework de comunicação assíncrona, cross-platform, que permite integrar componentes de várias tecnologias diferentes, como é o caso de NodeJS e .NET, através da exposição de serviços com o mesmo tipo de interfaces utilizados em WCF. A implementação desta Framework representou um grande desafio e poderá vir a ser evoluída no futuro, como projeto open source.

Usabilidade nos portais web

Mestrado em Engenharia Informática. Sistemas Gráficos e Multimédia.

Projecto dum laboratório remoto para automação de processos industriais

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Monitorização via internet de processos industriais controlados com autómatos programáveis

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

An internet remote laboratory to teach industrial automation

This paper presents the new internet remote laboratory (IRL), constructed at Mechanical Engineering Department (MED), Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ISEL), to teach Industrial Automation, namely electropneumatic cycles. The aim of this work was the development and implementation of a remote laboratory that was simple and effective from the user point of view, allowing access to all its functionalities through a web browser without having to install any other program and giving access to all the features that the students can find at the physical laboratory. With this goal in mind, it has been implemented a simple architecture with the new programmable logic controller (PLC) SIEMENS S7-1200, and with the aid of several free programs, programming technologies such as JavaScript, PHP and databases, it was possible to have a remote laboratory, with a simple interface, to teach industrial automation students.