Modeling and Control of a Dragonfly-Like Robot

Dragonflies demonstrate unique and superior flight performances than most of the other insect species and birds. They are equipped with two pairs of independently controlled wings granting an unmatchable flying performance and robustness. In this paper it is studied the dynamics of a dragonfly-inspired robot. The system performance is analyzed in terms of time response and robustness. The development of computational simulation based on the dynamics of the robotic dragonfly allows the test of different control algorithms. We study different movement, the dynamics and the level of dexterity in wing motion of the dragonfly. The results are positive for the construction of flying platforms that effectively mimic the kinematics and dynamics of dragonflies and potentially exhibit superior flight performance than existing flying platforms.

Chaos Dynamics in the Trajectory Conjtrol of Redundant Manipulators

Nonlinear Dynamics, chaos, Control, and Their Applications to Engineering Sciences: Vol. 6 - Applications of nonlinear phenomena

Interface Humana Músculo-Facial

Esta dissertação tem como principal objetivo a criação de uma interface humana, baseada na eletromiografia dos músculos orbicular do olho e frontalis. O algoritmo de programação do microcontrolador ATmega2560 deteta o piscar de olhos voluntário, conta o número de vezes que este acontece e verifica se preenche os requisitos necessários à execução de um comando. Para este efeito foram utilizados elétrodos para a captação do sinal eletromiográfico. O sinal analógico é condicionado pela Shield ECG/EMG da Olimex sendo enviado para o arduíno ATmega2560. Este microcontrolador administra todos os atuadores, dos quais o mais importante é um painel de comandos (quatro comandos diferentes), no qual existe um ponteiro motorizado que indica qual a ação a realizar. O código de execução é extremamente simples:  se o utilizador piscar os olhos três vezes, o ponteiro movimenta-se para a secção do painel imediatamente à direita; e  se o utilizador piscar os olhos quatro vezes, o ponteiro movimenta-se para a secção do painel imediatamente à esquerda. Os testes realizados com este dispositivo indicam que os utilizadores demoram menos de 10 minutos a aprender a utilizar e executar todos os comandos do painel. Apenas num dos testes realizados o dispositivo não funcionou. Dos utilizadores que realizaram o teste:  vários usam óculos;  um idoso com graves problemas auditivos, cegueira parcial e dificuldades locomotoras;  nenhum foi incapaz de piscar, pelo menos, um dos olhos voluntariamente; e  a maioria referiu que, com alguma concentração e principalmente se ouvirem o bip sonoro, a aprendizagem de utilização torna-se muito fácil. Apesar dos limites impostos à concretização de um projeto deste tipo (dos quais se evidenciam as dificuldades em conseguir voluntários com paralisia medular, bem como os limites orçamentais), pode-se afirmar que este dispositivo é eficaz e seria uma mais valia quando implementado num cenário de paralisia medular (total ou parcial). A melhoria de qualidade de vida de um utilizador com estes problemas físicos, ou outros que lhe comprometam a locomoção é garantida. O cenário em que vivem é tremendamente limitado sendo urgente criar soluções para tornar estas vidas mais cómodas. Com os devidos aplicativos, o utilizador poderia abrir portas ou janelas, acender ou apagar luzes, pedir ajuda, ajustar a posição da cama, controlar cadeiras de rodas, entre outros. É neste sentido que surge a minha motivação de criar algo que ajude estas pessoas.

Análise da sonolência na condução rodoviária a partir de sinais EEG

A Sociedade Europeia de Pesquisa do Sono realizou muito recentemente um estudo, onde mostrou que a prevalência média de adormecimento ao volante nos últimos 2 anos foi de 17%. Além disto, tem sido provado por todo o mundo que a sonolência durante a condução é uma das principais causas de acidentes de trânsito. Torna-se assim conveniente, o desenvolvimento de sistemas que analisem a suscetibilidade de um determinado condutor para adormecer no trânsito, bem como de ferramentas que monitorem em tempo real o estado físico e mental do condutor, para alertarem nos momentos críticos. Apesar do estudo do sono se ter iniciado há vários anos, a maioria das investigações focaram-se no ciclo normal do sono, estudando os indivíduos de forma relaxada e de olhos fechados. Só mais recentemente, têm surgido os estudos que se focam nas situações de sonolência em atividade, como _e o caso da condução. Uma grande parte Dos estudos da sonolência em condução têm utilizado a eletroencefalografia (EEG), de forma a perceber se existem alterações nas diferentes bandas de frequência desta, que possam indicar o estado de sonolência do condutor. Além disso, a evolução da sonolência a partir de alterações no piscar dos olhos (que podem ser vistas nos sinais EEG) também tem sido alvo de grande pesquisa, tendo vindo a revelar resultados bastante promissores. Neste contexto e em parceria com a empresa HealthyRoad, esta tese está integrada no projeto HealthyDrive, que visa o desenvolvimento de um sistema de alerta e deteção de sinais de fadiga e sonolência nos condutores de veículos automóveis. A contribuição desta tese no projeto prendeu-se com o estudo da sonolência dos indivíduos em condução a partir de sinais EEG, para desta forma investigar possíveis indicadores dos diferentes níveis desta que possam ser utilizados pela empresa no projeto. Foram recolhidos e analisados 17 sinais EEG de indivíduos em simulação de condução. Além disso foram desenvolvidos dois métodos de análise destes sinais: O primeiro para a deteção e análise dos piscar de olhos a partir de EEG, o segundo para análise do espetro de potência. Ambos os métodos foram utilizados para analisar os sinais recolhidos e investigar que tipo de relação existe entre a sonolência do condutor e as alterações nos piscares dos olhos, bem como as alterações do espetro do EEG. Os resultados mostraram uma correlação entre a duração do piscar de olhos e a sonolência do condutor. Com o aumento da sonolência velicou-se um aumento da duração do piscar, desencadeado principalmente pelo aumento na duração de fecho, que chegou aos 51.2%. Em relação ao espectro de potência, os resultados sugerem que a potência relativa de todas as bandas analisadas fornecem informações relevantes sobre a sonolência do condutor. Além disso, o parâmetro (_+_)/_ demostrou estar relacionado com variações da sonolência, diminuindo com o seu avanço e aumentando significativamente (111%) no instante em que os condutores adormeceram.

Contributo para o desenvolvimento de uma metodologia que avalia a posição da omoplata: fidedignidade intra e interobservador e validade concorrente

RESUMO: Introdução: A relação cinemática entre as articulações do CAO apresenta grande importância na função do MS, e é por isso cada vez mais investigada e descrita. O posicionamento da omoplata ganha um importante papel para compreender as DCAO. É indiscutível o importante papel da omoplata na dinâmica do MS, bem como o posicionamento escapular como parâmetro clínico de disfunção do CAO. Todos estes factores criam a necessidade de desenvolver instrumentos de avaliação da posição da articulação ET. A grande maioria dos testes de avaliação, restringem a sua avaliação às disfunções da articulação GU, não integrando uma avaliação mais dinâmica e interactiva que respeite os pressupostos teóricos inerentes ao REU. È importante também que os métodos de avaliação sejam de fácil aplicabilidade clínica e que avaliem fidedignamente e com validade os outcomes. Objectivos: Contribuir para o desenvolvimento de uma metodologia de avaliação da omoplata em diferentes amplitudes do MS, através do estudo da validade concorrente, da fidedignidade intra e inter-observador. Metodologia: A amostra foi constituída por 20 elementos seleccionados por conveniência, entre o corpo de discentes da ESS-IPS, sem história de disfunção do CAO. Foi realizada uma análise cinemática ao MS de cada sujeito, usando um aparelho de análise por varrimento electromagnético, o FOB. Em cada sujeito foram ainda medidas, as distâncias escapulares em estudo, usando a fita métrica. Cada método de medição foi constituído por dois momento (teste e reteste), em cada momento, as medidas eram recolhidas por dois investigadores distintos. Resultados e Discussão: Foram considerados como positivos os resultados que se apresentassem acima do limiar de 0,5, que classifica uma correlação como moderada a excelente. Os resultados da validade mostram que para o investigador 1 nas medidas M1e M2 apenas houve correlação com valores excelentes a moderados até aos 30º de elevação do MS. Já para M3 apenas aos 30º no plano da omoplata essa mesma correlação não tem valores próximos do cutpoint. Em M4 nenhum valor tem correlação significativa com os valores do FOB, chegando mesmo a haver correlação negativa para os 120º no plano da omoplata. Em M5 apenas os 0º mostram valores correlacionais excelentes a moderados. Para o investigador 2, em M1 e M2 á semelhança do investigador 1, só existem valores de correlação significativos até aos 30º de elevação do MS. Já para M3 todos os valores mostram excelente a moderada correlação á excepção dos 120º no plano frontal. Em M4 este investigador apresenta maus resultados. Já em M5 os valores de correlação são moderados aos 0º e aos 90º. No que diz respeitos aos resultados dos CCI intra-observador,podemos afirmar que foi em M5 que estes valores mais se aproximaram do cut point. M1 e M2 são as medidas onde se encontram resultados menos satisfatórios. É aos 60º que existem valores mais satisfatórios, seguidos pelos 0º e 30º, quando nos aproximamos de graus mais elevados, como 90º e 120º, estes valores tendem a baixar. Quanto á fidedignidade inter-observador para M1 apenas aos 90º e aos 120º houve valores de correlação abaixo do cutpoint. Em M2, só os 60º do plano sagital não teve valores acima do cutpoint, em M3 apenas os 30º plano sagital não obtiveram valores acima do cut-point, o mesmo acontece para M3 aos 30º plano da omoplata e em M5 aos 30º e 120º no plano frontal. Conclusão: Os resultados deste estudo indicam que a metodologia em causa apresenta elevado grau de fidedignidade inter-observador, já no que toca é fidedignidade intra-observador o grau de semelhança não é tão elevado. Também o erro associado á medida não ultrapassou 1,5cm, sendo considerado baixo. Na validade concorrente concluímos que é aos 0º que a metodologia se torna uma opção válida na aferição das distâncias medidas com uma boa a excelente concordância com o FOB. As medidas consideradas como opções válidas, nas diferentes amplitudes, podem funcionar como parâmetros clínicos de caracterização do posicionamento da omoplata, podendo vir a contribuir ainda para a caracterização da orientação da mesma.-------------------- ABSTRACT:Introduction: The kinematic relationship between the joints of the CAO has great importance in the function of MS, which is why more and more investigated and described. The positioning of the blade gets an important role in understanding the DCAO. There is no doubt the important role of the scapula in the dynamics of MS as well as the positioning of scapular dysfunction as a clinical parameter of the CAO. All these factors create the need to develop tools for evaluating the place of articulation ET. Most assessment tests, restrict its assessment to GU joint disorders, not incorporating a more dynamic and interactive way that respects the theoretical assumptions inherent in the REU. It is also important that the methods are easy to apply clinical and reliably to assess the validity and outcomes. Objectives: To contribute to the development of a methodology for evaluating the scapula in different ranges of MS, through the study of concurrent validity, reliability of intra-and inter-observer. Methodology: The sample consisted of 20 selected elements for convenience, between the body of students of IPS-ESS with no history of dysfunction of the CAO. We performed a kinematic analysis of each subject to MS, using a scanning device for electromagnetic analysis, the FOB. In each subject were also measured, the scapular distances under study, using tape measure. Each method of measuring the time consisted of two (test and retest), in each moment, the measures were collected by two different investigators. Results and Discussion: We considered as positive results that were above the threshold of 0.5, which ranks as a moderate to excellent correlation. The results show that the validity for the researcher in an action M1e M2 was only correlated with moderate to excellent values up to 30º of elevation of the MS. As for M3 only to 30º in the plane of the scapula has the same correlation values near the cutpoint. M4 has no value in correlation with the values of the FOB, and even negative correlation to 120 ° in the plane of the scapula. In M5 show only the values 0 ° correlational excellent to moderate. For investigator 2 in M1 and M2 will be like an investigator, there are only significant correlation values up to 30º of elevation of the MS. As for M3 all the values show excellent correlation to moderate with the exception of 120 ° in the frontal plane. In this researcher M4 has bad results. M5 already in the correlation values are moderate to 0º and 90 º. Regarding the results of ICC intra-observer, we can say that M5 was that these values come closest to the cut point. M1 and M2 are measures which are less than satisfactory results. At 60 ° there are more satisfactory values, followed by 0º and 30º, when we approached the highest levels, such as 90 ° and 120 °, these values tend to decrease. The inter-observer reliability for M1 only to 90 º and 120 ºcorrelation values were below the cutpoint. In M2, only 60 of the sagital plane did not have values above the cutpoint in M3 only 30º sagital plane did not obtain values above the cut-point, the same goes for M3 at 30 ° plane of the scapula and M5 at 30 º and 120 º in frontal plane. Conclusion: The results of this study indicate that the methodology in question has a high degree of inter-observer reliability, as far as intra-observer reliability is the degree of similarity is not as high. Also the error of measure did not exceed 1.5 cm, and is considered low. In concurrent validity conclude that it is at 0 ° the methodology becomes a valid option for the measurement of distances measured with a good to excellent agreement with the FOB. The measures considered as valid options in different amplitudes, can function as clinical parameters to characterize the positioning of the shoulder blade and could further contribute to the characterization of the orientation of the same.

Avatar modeling: a telepresence study with natural user interface

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

A case study of product usability of a pelvic device used by children with neuromotor impairments

On assistive technology targeted for people with activity limitations and participation, usability issues becomes an essential tool to ensure that the product has the appropriate ergonomics characteristics, in other words, ensure that it fits the specific user´s needs. The aim of this study was to analyze the usability of an adaptive seating device for children with neuromotor impairments, by using kinematic indicators of the reaching movement. The study sample consisted of 13 children with associated neurologic conditions. The tests were developed by using a wooden bench height adjustable, integrated with the adaptive seating device under study, and a system to capture three-dimensional image, called Qualisys Track Manager. The following reaching kinematics variables were measured: maximum reaching velocity, movement duration, index of curvature, and unit movements. It was found that the use of the adaptive seating device had a positive impact on upper limb function in children with neuromotor impairments. It was also noticed an improvement in the reaching movement kinematics, which was statistical significant for the index of curvature and unit movements. As main conclusions, it is possible to point out some positive effects that the product under study seems to have on users' movements, such as the improved movement quality of the upper limb, which could mean a better postural adjustments and higher trunk postural control. By identifying new measures of usability in terms of effectiveness and efficiency for the analyzeddevice, the results obtained may serve also as performance indicators, providing new data that may help to improve the product and eventually modifying it, in order to turn it more compatible with the needs of the considered target population.

Centrality and rapidity dependence of inclusive jet production in sNN=5.02 TeV proton-lead collisions with the ATLAS detector

Measurements of the centrality and rapidity dependence of inclusive jet production in sNN−−−√=5.02 TeV proton--lead (p+Pb) collisions and the jet cross-section in s√=2.76 TeV proton--proton collisions are presented. These quantities are measured in datasets corresponding to an integrated luminosity of 27.8 nb−1 and 4.0 pb−1, respectively, recorded with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider in 2013. The p+Pb collision centrality was characterised using the total transverse energy measured in the pseudorapidity interval −4.9<η<−3.2 in the direction of the lead beam. Results are presented for the double-differential per-collision yields as a function of jet rapidity and transverse momentum (pT) for minimum-bias and centrality-selected p+Pb collisions, and are compared to the jet rate from the geometric expectation. The total jet yield in minimum-bias events is slightly enhanced above the expectation in a pT-dependent manner but is consistent with the expectation within uncertainties. The ratios of jet spectra from different centrality selections show a strong modification of jet production at all pT at forward rapidities and for large pT at mid-rapidity, which manifests as a suppression of the jet yield in central events and an enhancement in peripheral events. These effects imply that the factorisation between hard and soft processes is violated at an unexpected level in proton--nucleus collisions. Furthermore, the modifications at forward rapidities are found to be a function of the total jet energy only, implying that the violations may have a simple dependence on the hard parton--parton kinematics.

Modelling Z→ττ processes in ATLAS with τ-embedded Z→μμ data

This paper describes the concept, technical realisation and validation of a largely data-driven method to model events with Z→ττ decays. In Z→μμ events selected from proton-proton collision data recorded at s√=8 TeV with the ATLAS experiment at the LHC in 2012, the Z decay muons are replaced by τ leptons from simulated Z→ττ decays at the level of reconstructed tracks and calorimeter cells. The τ lepton kinematics are derived from the kinematics of the original muons. Thus, only the well-understood decays of the Z boson and τ leptons as well as the detector response to the τ decay products are obtained from simulation. All other aspects of the event, such as the Z boson and jet kinematics as well as effects from multiple interactions, are given by the actual data. This so-called τ-embedding method is particularly relevant for Higgs boson searches and analyses in ττ final states, where Z→ττ decays constitute a large irreducible background that cannot be obtained directly from data control samples.

Fundamental concepts in multibody dynamics

In this chapter, the fundamental ingredients related to formulation of the equations of motion for multibody systems are described. In particular, aspects such as degrees of freedom, types of coordinates, basic kinematics joints and types of analysis in multibody systems are briefly characterized. Illustrative examples of application are also presented to better clarify the fundamental issues for spatial rigid multibody systems, which are of crucial importance in the formulation development of mathematical models of mechanical systems, as well as its computational implementation.

Pure elastic contact force models

"Series: Solid mechanics and its applications, vol. 226"

Development of a subject-specific musculoskeletal shoulder model : inverse and forward dynamics applications

A prevalência de pessoas que referem dor no complexo articular do ombro, com concomitante limitação na capacidade para realizar atividades da vida diária, é elevada. Estes níveis de prevalência sobrecarregam quer os utentes, como a própria sociedade. A evidência científica atual indicia a existência de uma relação entre as alterações da articulação escápulo-torácica e as patologias associadas à articulação gleno-umeral. A capacidade de quantificar, cinemática e cineticamente, as disfunções ao nível das articulações escápulo-torácica e gleno-umeral, é algo de enorme importância, quer para a comunidade biomecânica, como para a clínica. No decorrer dos trabalhos desta tese foi desenvolvido, através do software OpenSim, um modelo tridimensional músculo-esquelético do complexo articular do ombro que inclui a representação do tórax/coluna, clavícula, omoplata, úmero, rádio, cúbito e articulações que permitem os movimentos relativos desses segmentos, assim como, 16 músculos e 4 ligamentos. Com um total de 11 graus de liberdade, incluindo um novo modelo articular escápulo-torácico, os resultados demonstram que este é capaz de reconstruir de forma precisa e rápida os movimentos escápulo-torácicos e glenoumerais, recorrendo para tal, à cinemática inversa, e à dinâmica inversa e direta. Conta ainda com um método de transformação inovador para determinar, com base nas especificidades dos sujeitos, os locais de inserção muscular. As principais motivações subjacentes ao desenvolvimento desta tese foram contribuir para o aprofundar do atual conhecimento sobre as disfunções do complexo articular do ombro e, simultaneamente, proporcionar à comunidade clínica uma ferramenta biomecânica de livre acesso com o intuito de melhor suportar as decisões clínicas e dessa forma concorrer para uma prática mais efetiva.

Кинематика миграции геомагнитных полюсов на поверхности земли, за последние 400 лет

1600-2000 წლებში დედამიწის ზედაპირზე გეომაგნიტური პოლუსების მიგრაციის კინემატიკის ანალიზის შედეგად მივდივართ დასკვნამდე, რომ დედამიწის მაგნიტური ველის წყარო (ჩვენი პლანეტის შიგნით გარე ბირთვსა და მანტიის საზღვარზე არსებული „ჰიდრომაგნიტური დინამო სისტემა“) აშკარად არასტაციონალურ რეჟიმში მუშაობს.

Steuerung von sechsbeinigen Laufrobotern unter dem Aspekt technischer Anwendungen

Walking robot, legged robot, walking machine, walking vehicle, control system, force control, technical application, kinematics distributed control, embedded system

The Teggiolo zone: a key to the Helvetic-Penninic connection (stratigraphy and tectonics in the Val Bavona, Ticino, Central Alps)

The Teggiolo zone is the sedimentary cover of the Antigorio nappe, one of the lowest tectonic units of the Penninic Central Alps. Detailed mapping, stratigraphic and structural analyses, and comparisons with less metamorphic series in several well-studied domains of the Alps, provide a new stratigraphic interpretation. The Teggiolo zone is comprised of several sedimentary cycles, separated by erosive surfaces and large stratigraphic gaps, which cover the time span from Triassic to Eocene. At Mid-Jurassic times it appears as an uplifted, partially emergent block, marking the southern limit of the main Helvetic basin (the Limiting South-Helvetic Rise LSHR). The main mass of the Teggiolo calcschists, whose base truncates the Triassic-Jurassic cycles and can erode the Antigorio basement, consists of fine-grained clastic sediments analogous to the deep-water flyschoid deposits of Late Cretaceous to Eocene age in the North-Penninic (or Valais s.l.) basins. Thus the Antigorio-Teggiolo domain occupies a crucial paleogeographic position, on the boundary between the Helvetic and Penninic realms: from Triassic to Early Cretaceous its affinity is with the Helvetic; at the end of Cretaceous it is incorporated into the North-Penninic basins. An unexpected result is the discovery of the important role played by complex formations of wildflysch type at the top of the Teggiolo zone. They contain blocks of various sizes. According to their nature, three different associations are distinguished that have specific vertical and lateral distributions. These blocks give clues to the existence of territories that have disappeared from the present-day level of observation and impose constraints on the kinematics of early folding and embryonic nappe emplacement. Tectonics produced several phases of superimposed folds and schistosities, more in the metasediments than in the gneissic basement. Older deformations that predate the amplification of the frontal hinge of the nappe generated the dominant schistosity and the km-wide Vanzèla isoclinal fold.