Chaotic Phenomena and Performance Optimization in the Trajectory Control of Redundant Manipulators

Redundant manipulators have some advantages when compared with classical arms because they allow the trajectory optimization, both on the free space and on the presence of abstacles, and the resolution of singularities. For this type of manipulators, several kinetic algorithms adopt generalized inverse matrices. In this line of thought, the generalized inverse control scheme is tested through several experiments that reveal the difficulties that often arise. Motivated by theseproblems this paper presents a new method that ptimizes the manipulability through a least squre polynomialapproximation to determine the joints positions. Moreover, the article studies influence on the dynamics, when controlling redundant and hyper-redundant manipulators. The experiment confirm the superior performance of the proposed algorithm for redundant and hyper-redundant manipulators, revealing several fundamental properties of the chaotic phenomena, and gives a deeper insight towards the future development of superior trajectory control algorithms.

Aplicação de Internet of Things em casas inteligentes: Serviços de Rede

O foco principal no estudo da Internet of Things tem sido a integração de dispositivos digitais com o mundo físico e vice-versa. Os dispositivos inteligentes têm vindo a ganhar uma forte presença na nossa vida diária e cada vez mais, tendem a integrar o sistema de uma casa, automatizando processos comuns como o controlo de temperatura ambiente ou mesmo a percentagem de luminosidade de uma divisão. A visão da IoT contempla um mundo interconectado, recolhendo informações de forma automática e possibilitando a comunicação entre dispositivos. Contudo, as tecnologias existentes para a criação de redes que albergam estes novos dispositivos carecem de padrões bem definidos, dificultando a interoperabilidade entre as diversas soluções existentes. Neste projeto são estudadas e aplicadas as tecnologias mais promissoras aplicáveis ao paradigma Internet of Things, com o objetivo de encontrar um conjunto de protocolos padrão para a implementação de sistemas de automação em casas inteligentes.1 Como objetivo final deste projeto, pretende-se criar uma rede de dispositivos com capacidades sensoriais que tenham a capacidade de comunicar com o mundo externo, permitindo o acesso à rede por qualquer tipo de utilizador. Com isso, espera-se caminhar para mais perto da padronização dos protocolos inerentes à IoT e habilitar interoperabilidade entre as mais diversas soluções. São apresentados e utilizados os protocolos que mais se adaptam ao tema escolhido, tentando simplificar a rede para que esta possa ser incluída em qualquer ambiente doméstico, recorrendo a hardware de custo reduzido. Os protocolos apresentados são o 6LoWPAN, utilizando o protocolo IEEE 802.15.4 como interface de rede juntamente com endereçamento IPv6. É também utilizado o protocolo CoAP na troca de mensagens entre os dispositivos.

Gas gap heat switch for CryoFree project

Cryogen-free superconducting magnet systems have become popular during the last two decades for the simple reason that with the use of liquid helium is rather cumbersome and is a scarce resource. Some available CFMS uses a mechanical cryocooler as cold source of the superconductor magnet. However, the cooling of the sample holder is still made through an open circuit of helium. A thermal management of a completely cryogen-free system is possible to be implemented by using a controlled gas gap heat switch (GGHS) between the cryocooler and the variable temperature insert (VTI). This way it would eliminate the helium open circuit. Heat switches are devices that allow to toggle between two distinct thermal states (ON and OFF state). Several cryogenic applications need good thermal contact and a good thermal insulation at different stages of operation. A versatile GGHS was designed and built with a 100 mm gap and tested with helium as exchange gas. An analytic thermal model was developed and a good agreement with the experimental data was obtained. The device was tested on a crycooler at 4 to 80 K ranges. A 285 mW/K thermal conductance was measured at ON state and 0.09 mW/K at OFF. 3000 ON/OFF thermal conductance ratio was obtained at 4 K with helium.

Sensores “em movimento"

A domótica e a Internet das Coisas (Internet of Things – IoT) são dois conceitos que estão a ter bastante impacto na sociedade e a mudar o seu quotidiano, pelo que o utilizador é mais exigente na utilização dos seus equipamentos, pretendendo, que sejam mais simples e eficazes. A IoT é também muito utilizada na vertente da qualidade de vida (verificação da qualidade do ar, temperatura etc.) pelo que é necessário a utilização de uma rede de sensores de forma que toda a informação recolhida seja disponibilizada ao utilizador. Os sensores estão ligados a nós da rede de forma a recolherem informação. Essa rede pode ser constituída por diferentes topologias, sendo que a mais usual é a rede em Malha, pois no caso de um dos nós deixar de funcionar, a mensagem é enviada através de outros nós até chegar ao nó principal. O passo seguinte consiste em enviar toda essa informação para a Cloud, sendo que, nas soluções existentes, é necessário que o utilizador tenha um ponto fixo (gateway) com acesso à internet. Quando não é possível internet por cabo, a solução é a utilização de redes sem fios ou a utilização de, por exemplo, um cartão 3G/4G que implica o pagamento de taxas às operadoras móveis. Estas soluções implicam, na sua grande maioria uma instalação elétrica para alimentação dos nós dos sensores. O grande problema surge quando o utilizador não possui nenhum acesso à Internet (no local onde são instalados os sensores), ou no caso de não existência de nenhuma instalação elétrica para alimentação dos nós dos sensores. A solução proposta nesta dissertação consiste na utilização de um telemóvel, de um utilizador aleatório, como gateway. Assim, um utilizador comum pode ligar os seus sensores onde for necessário. Esses sensores são configurados Over-The-Air através de uma camada de aplicação do dispositivo de comunicação, como por exemplo, o Synapse. Após configuração, os sensores estão prontos a recolher toda a informação e enviá-la através da rede até ao nó principal. O nó principal é constituído pelo dispositivo de comunicação referido anteriormente, ligado a um microcontrolador (Arduino, por exemplo) que tem agregado um leitor de cartões SD e um dispositivo Bluetooth (BLE). Toda a informação recolhida pelos sensores é guardada no cartão SD até que um utilizador, com um telemóvel (Smartphone Android com a aplicação desenvolvida instalada) com o Bluetooth ligado, se aproxime do nó principal. Assim que a ligação é aceite e estabelecida, a aplicação envia a data mais recente de um sensor específico presente na sua base de dados na Cloud para o Arduino, permitindo que este apague os dados mais antigos presentes no cartão e envie, como resposta para o telemóvel, a informação mais antiga recolhida pelo sensor, atualizando assim a informação. A aplicação deste conceito pode ser útil quando não existe nenhuma ligação à internet ou quando um utilizador, por exemplo uma entidade responsável pelo meio ambiente e que seja necessário inserir sensores numa floresta, para prevenção de fogos. Assim os nós vão enviar toda a informação recolhida através da sua rede. Posteriormente, cabe ao utilizador escolher um sítio estratégico, onde saiba que irão passar indivíduos com alguma frequência, de modo a que estes recebam essa informação para o seu telemóvel.

Implementation of Reed-Solomon RS (255,239) Code

In this paper the construction of Reed-Solomon RS(255,239) codeword is described and the process of coding and decoding a message is simulated and verified. RS(255,239), or its shortened version RS(224,208) is used as a coding technique in Low-Power Single Carrier (LPSC) physical layer, as described in IEEE 802.11ad standard. The encoder takes 239 8-bit information symbols, adds 16 parity symbols and constructs 255-byte codeword to be transmitted through wireless communication channel. RS(255,239) codeword is defined over Galois Field GF and is used for correcting upto 8 symbol errors. RS(255,239) code construction is fully implemented and Simulink test project is constructed for testing and analyzing purposes.

QoS support in satellite and wireless networks: study under the network simulator (NS-2)

Aquest projecte es basa en l'estudi de l'oferiment de qualitat de servei en xarxes wireless i satel·litals. Per això l'estudi de les tècniques de cross-layer i del IEEE 802.11e ha sigut el punt clau per al desenvolupament teòric d’aquest estudi. Usant el simulador de xarxes network simulator, a la part de simulacions es plantegen tres situacions: l'estudi de la xarxa satel·lital, l'estudi del mètode d'accés HCCA i la interconnexió de la xarxa satel·lital amb la wireless. Encara que aquest últim punt, incomplet en aquest projecte, ha de ser la continuació per a futures investigacions.

Desarrollo e implantación de un entorno wifi abierto

Desarrollo de un entorno con conectividad inalámbrica basada en Wi-Fi, sistema de envío y recepción de datos en redes computacionales que utiliza ondas hertzianas para la comunicación y está acotada por la Wi-Fi Alliance bajo el estándar 802.11.

Caracterización de materiales en banda W

Para medir los coeficientes de transmisión y reflexión, S21 y S11, de diferentes materiales o muestras planas, se usa un sistema de toma de medidas en espacio libre operando banda W (75 – 110 GHz). Usando estos parámetros, S21 y S11, podemos calcular la permitividad dieléctrica relativa compleja (Er ) y la permeabilidad magnética relativa compleja (μr) mediante un proceso llamado NRW (Nicolson-Ross-Weir). El sistema para medir consiste en dos antenas de bocina, una transmisora y otra receptora, dos espejos con los que obtenemos una onda plana para medir las propiedades del material y un ordenador o dispositivo que calcula los resultados. Este dispositivo requiere de calibración para la obtención de resultados óptimos. Dicho sistema se puede simular de manera ideal con un software llamado ADS (Assistance Design System) para el estudio y comparación de grosores, permitividades dieléctricas relativas y permeabilidades magnéticas relativas de los materiales en función de la frecuencia.

Estudi i atac a les xarxes ZigBee

L'objectiu d'aquest article és mostrar les característiques essencials de dos protocols de xarxes de sensors -l'estàndard 802.15.4 i el protocol ZigBee-, així com les principals amenaces a les que estan exposats. Finalment, mitjançant un cas real i, com a prova de concepte, es mostra com deixar inhabilitat un node d'una xarxa que utilitza el protocol ZigBee.

Análisis y diseño de antenas dipolo y parche para aplicaciones implantadas en el cuerpo humano

En els darrers anys, els sistemes de telemetria per a aplicacions mèdiques han crescut significativament en el diagnòstic i en la monitorització de, per exemple, la glucosa, la pressió de la sang, la temperatura, el ritme cardíac... Els dispositius implantats amplien les aplicacions en medicina i incorpora una millora de qualitat de vida per a l’usuari. Per aquest motiu, en aquest projecte s’estudien dues de les antenes més comuns, com son l’antena dipol i el patch, aquesta última és especialment utilitzada en aplicacions implantades. En l’anàlisi d’aquestes antenes s’han parametritzat característiques relacionades amb l’entorn de l’aplicació, així com també de la pròpia antena, explicant el comportament que, a diferencia amb l’espai lliure, les antenes presenten a canvis d’aquests paràmetres. Al mateix temps, s’ha implementat una configuració per a la mesura d’antenes implantades basat en el model del cos humà d’una capa. Comparant amb els resultats de les simulacions realitzades mitjançant el software FEKO, s’ha obtingut gran correspondència en la mesura empírica d’adaptació i de guany de les antenes microstrip. Gràcies a l’anàlisi paramètric, aquest projecte també presenta diversos dissenys de les antenes optimitzant el guany realitzable amb l’objectiu d’aconseguir la millor comunicació possible amb el dispositiu extern o estació base.

A WiMAX-based implementation of network MIMO for indoor wireless systems

It is well known that multiple-input multiple-output (MIMO) techniques can bring numerous benefits, such as higher spectral efficiency, to point-to-point wireless links. More recently, there has been interest in extending MIMO concepts tomultiuser wireless systems. Our focus in this paper is on network MIMO, a family of techniques whereby each end user in a wireless access network is served through several access points within its range of influence. By tightly coordinating the transmission and reception of signals at multiple access points, network MIMO can transcend the limits on spectral efficiency imposed by cochannel interference. Taking prior information-theoretic analyses of networkMIMO to the next level, we quantify the spectral efficiency gains obtainable under realistic propagation and operational conditions in a typical indoor deployment. Our study relies on detailed simulations and, for specificity, is conducted largely within the physical-layer framework of the IEEE 802.16e Mobile WiMAX system. Furthermore,to facilitate the coordination between access points, we assume that a high-capacity local area network, such as Gigabit Ethernet,connects all the access points. Our results confirm that network MIMO stands to provide a multiple-fold increase in spectralefficiency under these conditions.

(K)over-bar* mesons in dense matter

We study the properties of (K) over bar* mesons in nuclear matter using a unitary approach in coupled channels within the framework of the local hidden gauge formalism and incorporating the (K) over bar pi decay channel in matter. The in-medium (K) over bar *N interaction accounts for Pauli blocking effects and incorporates the (K) over bar* self-energy in a self-consistent manner. We also obtain the (K) over bar* (off-shell) spectral function and analyze its behavior at finite density and momentum. At a normal nuclear matter density, the (K) over bar* meson feels a moderately attractive potential, while the (K) over bar* width becomes five times larger than in free space. We estimate the transparency ratio of the gamma A -> K+K*(-) A` reaction, which we propose as a feasible scenario at the present facilities to detect changes in the properties of the (K) over bar* meson in nuclear medium.

Generalization of the persistent random walk to dimensions greater than 1

We propose a generalization of the persistent random walk for dimensions greater than 1. Based on a cubic lattice, the model is suitable for an arbitrary dimension d. We study the continuum limit and obtain the equation satisfied by the probability density function for the position of the random walker. An exact solution is obtained for the projected motion along an axis. This solution, which is written in terms of the free-space solution of the one-dimensional telegraphers equation, may open a new way to address the problem of light propagation through thin slabs.

Estación meteorológica móvil con posicionamiento GPS

Desarrollo de una plataforma que permite la medición de parámetros climáticos ambientales característicos de una estación meteorológica tales como presión atmosférica, temperatura, luminosidad, precipitación y viento. Ésta tiene capacidad de poder integrarse y/o anexionarse para su uso a distintos tipos de sensores por cualquiera de las plataformas de comunicación que incorpora: bluetooth, Wi-Fi (IEE 802.11), bus I2C, o Ethernet. Igualmente, tiene la posibilidad de movilidad con indicación del posicionamiento por GPS y de aplicación adicional para uso en control domótico.

Decompression scenarios in a new underground transportation system

BACKGROUND: The risks of a public exposure to a sudden decompression, until now, have been related to civil aviation and, at a lesser extent, to diving activities. However, engineers are currently planning the use of low pressure environments for underground transportation. This method has been proposed for the future Swissmetro, a high-speed underground train designed for inter-urban linking in Switzerland. HYPOTHESIS: The use of a low pressure environment in an underground public transportation system must be considered carefully regarding the decompression risks. Indeed, due to the enclosed environment, both decompression kinetics and safety measures may differ from aviation decompression cases. METHOD: A theoretical study of decompression risks has been conducted at an early stage of the Swissmetro project. A three-compartment theoretical model, based on the physics of fluids, has been implemented with flow processing software (Ithink 5.0). Simulations have been conducted in order to analyze "decompression scenarios" for a wide range of parameters, relevant in the context of the Swissmetro main study. RESULTS: Simulation results cover a wide range from slow to explosive decompression, depending on the simulation parameters. Not surprisingly, the leaking orifice area has a tremendous impact on barotraumatic effects, while the tunnel pressure may significantly affect both hypoxic and barotraumatic effects. Calculations have also shown that reducing the free space around the vehicle may mitigate significantly an accidental decompression. CONCLUSION: Numeric simulations are relevant to assess decompression risks in the future Swissmetro system. The decompression model has proven to be useful in assisting both design choices and safety management.