Developing methodologies to allow the robust prediction dynamic context dominated by perturbations

El principal objectiu del projecte era desenvolupar millores conceptuals i metodològiques que permetessin una millor predicció dels canvis en la distribució de les espècies (a una escala de paisatge) derivats de canvis ambientals en un context dominat per pertorbacions. En un primer estudi, vàrem comparar l'eficàcia de diferents models dinàmics per a predir la distribució de l'hortolà (Emberiza hortulana). Els nostres resultats indiquen que un model híbrid que combini canvis en la qualitat de l'hàbitat, derivats de canvis en el paisatge, amb un model poblacional espacialment explícit és una aproximació adequada per abordar canvis en la distribució d'espècies en contextos de dinàmica ambiental elevada i una capacitat de dispersió limitada de l'espècie objectiu. En un segon estudi abordarem la calibració mitjançant dades de seguiment de models de distribució dinàmics per a 12 espècies amb preferència per hàbitats oberts. Entre les conclusions extretes destaquem: (1) la necessitat de que les dades de seguiment abarquin aquelles àrees on es produeixen els canvis de qualitat; (2) el biaix que es produeix en la estimació dels paràmetres del model d'ocupació quan la hipòtesi de canvi de paisatge o el model de qualitat d'hàbitat són incorrectes. En el darrer treball estudiarem el possible impacte en 67 espècies d’ocells de diferents règims d’incendis, definits a partir de combinacions de nivells de canvi climàtic (portant a un augment esperat de la mida i freqüència d’incendis forestals), i eficiència d’extinció per part dels bombers. Segons els resultats dels nostres models, la combinació de factors antropogènics del regim d’incendis, tals com l’abandonament rural i l’extinció, poden ser més determinants per als canvis de distribució que els efectes derivats del canvi climàtic. Els productes generats inclouen tres publicacions científiques, una pàgina web amb resultats del projecte i una llibreria per a l'entorn estadístic R.

Innovative LIDAR 3D dynamic measurement system to estimate fruit-tree leaf area

In this work, a LIDAR-based 3D Dynamic Measurement System is presented and evaluated for the geometric characterization of tree crops. Using this measurement system, trees were scanned from two opposing sides to obtain two three-dimensional point clouds. After registration of the point clouds, a simple and easily obtainable parameter is the number of impacts received by the scanned vegetation. The work in this study is based on the hypothesis of the existence of a linear relationship between the number of impacts of the LIDAR sensor laser beam on the vegetation and the tree leaf area. Tests performed under laboratory conditions using an ornamental tree and, subsequently, in a pear tree orchard demonstrate the correct operation of the measurement system presented in this paper. The results from both the laboratory and field tests confirm the initial hypothesis and the 3D Dynamic Measurement System is validated in field operation. This opens the door to new lines of research centred on the geometric characterization of tree crops in the field of agriculture and, more specifically, in precision fruit growing.

Dynamic optimization for the trajectory planning of robot manipulators in the presence of obstacles

This paper presents an approach to the solution of moving a robot manipulator with minimum cost along a specified geometric path in the presence of obstacles. The main idea is to express obstacle avoidance in terms of the distances between potentially colliding parts. The optimal traveling time and the minimum mechanical energy of the actuators are considered together to build a multiobjective function. A simple numerical example involving a Cartesian manipulator arm with two-degree-of-freedom is described.

Modeling, optimizing and simulating robot calibration with accuracy improvement

This work describes techniques for modeling, optimizing and simulating calibration processes of robots using off-line programming. The identification of geometric parameters of the nominal kinematic model is optimized using techniques of numerical optimization of the mathematical model. The simulation of the actual robot and the measurement system is achieved by introducing random errors representing their physical behavior and its statistical repeatability. An evaluation of the corrected nominal kinematic model brings about a clear perception of the influence of distinct variables involved in the process for a suitable planning, and indicates a considerable accuracy improvement when the optimized model is compared to the non-optimized one.

Experimental validation of a 3-D vision-based measurement system applied to robot calibration

One of the problems that slows the development of off-line programming is the low static and dynamic positioning accuracy of robots. Robot calibration improves the positioning accuracy and can also be used as a diagnostic tool in robot production and maintenance. A large number of robot measurement systems are now available commercially. Yet, there is a dearth of systems that are portable, accurate and low cost. In this work a measurement system that can fill this gap in local calibration is presented. The measurement system consists of a single CCD camera mounted on the robot tool flange with a wide angle lens, and uses space resection models to measure the end-effector pose relative to a world coordinate system, considering radial distortions. Scale factors and image center are obtained with innovative techniques, making use of a multiview approach. The target plate consists of a grid of white dots impressed on a black photographic paper, and mounted on the sides of a 90-degree angle plate. Results show that the achieved average accuracy varies from 0.2mm to 0.4mm, at distances from the target from 600mm to 1000mm respectively, with different camera orientations.

Dual light barrier method for six degrees of freedom tool center point calibration of an industrial robot

Tool center point calibration is a known problem in industrial robotics. The major focus of academic research is to enhance the accuracy and repeatability of next generation robots. However, operators of currently available robots are working within the limits of the robot´s repeatability and require calibration methods suitable for these basic applications. This study was conducted in association with Stresstech Oy, which provides solutions for manufacturing quality control. Their sensor, based on the Barkhausen noise effect, requires accurate positioning. The accuracy requirement admits a tool center point calibration problem if measurements are executed with an industrial robot. Multiple possibilities are available in the market for automatic tool center point calibration. Manufacturers provide customized calibrators to most robot types and tools. With the handmade sensors and multiple robot types that Stresstech uses, this would require great deal of labor. This thesis introduces a calibration method that is suitable for all robots which have two digital input ports free. It functions with the traditional method of using a light barrier to detect the tool in the robot coordinate system. However, this method utilizes two parallel light barriers to simultaneously measure and detect the center axis of the tool. Rotations about two axes are defined with the center axis. The last rotation about the Z-axis is calculated for tools that have different width of X- and Y-axes. The results indicate that this method is suitable for calibrating the geometric tool center point of a Barkhausen noise sensor. In the repeatability tests, a standard deviation inside robot repeatability was acquired. The Barkhausen noise signal was also evaluated after recalibration and the results indicate correct calibration. However, future studies should be conducted using a more accurate manipulator, since the method employs the robot itself as a measuring device.

On the dynamic effects of fiscal policy

Dans le sillage de la récession mondiale de 2008-09, plusieurs questions ont été soulevées dans la littérature économique sur les effets à court et à long terme de la politique budgétaire sur l’activité économique par rapport à son signe, sa taille et sa durée. Ceux-ci ont des implications importantes pour mieux comprendre les canaux de transmission et l’efficacité des politiques budgétaires, avec la politique monétaire étant poursuivi, ainsi que pour leurs retombées économiques. Cette thèse fait partie de ce regain d’intérêt de la littérature d’examiner comment les changements dans la politique budgétaire affectent l’activité économique. Elle repose alors sur trois essais: les effets macroéconomiques des chocs de dépenses publiques et des recettes fiscales, les résultats macroéconomiques de l’interaction entre les politiques budgétaire et monétaire et le lien entre la politique budgétaire et la répartition des revenus. Le premier chapitre examine les effets des chocs de politique budgétaire (chocs de dépenses publiques et chocs de recettes fiscales) sur l’économie canadienne au cours de la période 1970-2010, en s’appuyant sur la méthode d’identification des restrictions de signe développée par Mountford et Uhlig [2009]. En réponse à la récession mondiale, les autorités fiscales dans les économies avancées, dont le Canada ont généralement mis en oeuvre une approche en deux phases pour la politique budgétaire. Tout d’abord, ils ont introduit des plans de relance sans précédent pour relancer leurs économies. Par exemple, les mesures de relance au Canada, introduites à travers le Plan d’action économique du Canada, ont été projetées à 3.2 pour cent du PIB dans le budget fédéral de 2009 tandis que l’ "American Recovery and Reinvestment Act"(ARRA) a été estimé à 7 pour cent du PIB. Par la suite, ils ont mis en place des plans d’ajustement en vue de réduire la dette publique et en assurer la soutenabilité à long terme. Dans ce contexte, évaluer les effets multiplicateurs de la politique budgétaire est important en vue d’informer sur l'efficacité de telles mesures dans la relance ou non de l'activité économique. Les résultats montrent que les multiplicateurs d'impôt varient entre 0.2 et 0.5, tandis que les multiplicateurs de dépenses varient entre 0.2 et 1.1. Les multiplicateurs des dépenses ont tendance à être plus grand que les multiplicateurs des recettes fiscales au cours des deux dernières décennies. Comme implications de politique économique, ces résultats tendent à suggérer que les ajustements budgétaires par le biais de grandes réductions de dépenses publiques pourraient être plus dommageable pour l'économie que des ajustements budgétaires par la hausse des impôts. Le deuxième chapitre, co-écrit avec Constant Lonkeng Ngouana, estime les effets multiplicateurs des dépenses publiques aux Etats-Unis en fonction du cycle de la politique monétaire. Les chocs de dépenses publiques sont identifiés comme étant des erreurs de prévision du taux de croissance des dépenses publiques à partir des données d'Enquêtes des prévisionnistes professionnels et des informations contenues dans le "Greenbook". L'état de la politique monétaire est déduite à partir de la déviation du taux des fonds fédéraux du taux cible de la Réserve Fédérale, en faisant recours à une fonction lisse de transition. L'application de la méthode des «projections locales» aux données trimestrielles américaines au cours de la période 1965-2012 suggère que les effets multiplicateurs des dépenses fédérales sont sensiblement plus élevées quand la politique monétaire est accommodante que lorsqu'elle ne l'est pas. Les résultats suggèrent aussi que les dépenses fédérales peuvent stimuler ou non la consommation privée, dépendamment du degré d’accommodation de la politique monétaire. Ce dernier résultat réconcilie ainsi, sur la base d’un cadre unifié des résultats autrement contradictoires à première vue dans la littérature. Ces résultats ont d'importantes implications de politique économique. Ils suggèrent globalement que la politique budgétaire est plus efficace lorsqu'on en a le plus besoin (par exemple, lorsque le taux de chômage est élevé), si elle est soutenue par la politique monétaire. Ils ont également des implications pour la normalisation des conditions monétaires dans les pays avancés: la sortie des politiques monétaires non-conventionnelles conduirait à des multiplicateurs de dépenses fédérales beaucoup plus faibles qu'autrement, même si le niveau de chômage restait élevé. Ceci renforce la nécessité d'une calibration prudente du calendrier de sortie des politiques monétaires non-conventionnelles. Le troisième chapitre examine l'impact des mesures d'expansion et de contraction budgétaire sur la distribution des revenus dans un panel de 18 pays d'Amérique latine au cours de la période 1990-2010, avec un accent sur les deniers 40 pour cent. Il explore alors comment ces mesures fiscales ainsi que leur composition affectent la croissance des revenus des dernier 40 pour cent, la croissance de leur part de revenu ainsi que la croissance économique. Les mesures d'expansion et de contraction budgétaire sont identifiées par des périodes au cours desquels il existe une variation significative du déficit primaire corrigé des variations conjoncturelles en pourcentage du PIB. Les résultats montrent qu'en moyenne l'expansion budgétaire par la hausse des dépenses publiques est plus favorable à la croissance des revenus des moins bien-nantis que celle par la baisse des impôts. Ce résultat est principalement soutenu par la hausse des dépenses gouvernementales de consommation courante, les transferts et subventions. En outre ces mesures d’expansion budgétaire sont favorables à la réduction des inégalités car elles permettent d'améliorer la part des revenus des moins bien-nantis tout en réduisant la part des revenus des mieux-nantis de la distribution des revenus. En outre ces mesures d’expansion budgétaire sont favorables à la réduction des inégalités car elles permettent d'améliorer la part des revenus des moins bien-nantis tout en réduisant la part des revenus des mieux-nantis de la distribution des revenus. Cependant, l'expansion budgétaire pourrait soit n'avoir aucun effet sur la croissance économique ou entraver cette dernière à travers la hausse des dépenses en capital. Les résultats relatifs à la contraction budgétaire sont quelque peu mitigés. Parfois, les mesures de contraction budgétaire sont associées à une baisse de la croissance des revenus des moins bien nantis et à une hausse des inégalités, parfois l'impact de ces mesures est non significatif. Par ailleurs, aucune des mesures n’affecte de manière significative la croissance du PIB. Comme implications de politique économique, les pays avec une certaine marge de manœuvre budgétaire pourraient entamer ou continuer à mettre en œuvre des programmes de "filets de sauvetage"--par exemple les programmes de transfert monétaire conditionnel--permettant aux segments vulnérables de la population de faire face à des chocs négatifs et aussi d'améliorer leur conditions de vie. Avec un potentiel de stimuler l'emploi peu qualifié, une relance budgétaire sage par les dépenses publique courantes pourrait également jouer un rôle important pour la réduction des inégalités. Aussi, pour éviter que les dépenses en capital freinent la croissance économique, les projets d'investissements publics efficients devraient être prioritaires dans le processus d'élaboration des politiques. Ce qui passe par la mise en œuvre des projets d'investissement avec une productivité plus élevée capable de générer la croissance économique nécessaire pour réduire les inégalités.

Geometric Structure of the Adaptive Controller of the Human Arm

The objects with which the hand interacts with may significantly change the dynamics of the arm. How does the brain adapt control of arm movements to this new dynamic? We show that adaptation is via composition of a model of the task's dynamics. By exploring generalization capabilities of this adaptation we infer some of the properties of the computational elements with which the brain formed this model: the elements have broad receptive fields and encode the learned dynamics as a map structured in an intrinsic coordinate system closely related to the geometry of the skeletomusculature. The low--level nature of these elements suggests that they may represent asset of primitives with which a movement is represented in the CNS.

Geometric characterization of red blood cells. Differentiation of normal and pathologic samples

Introduction. Fractal geometry measures the irregularity of abstract and natural objects with the fractal dimension. Fractal calculations have been applied to the structures of the human body and to quantifications in physiology from the theory of dynamic systems.Material and Methods. The fractal dimensions were calculated, the number of occupation spaces in the space border of box counting and the area of two red blood cells groups, 7 normal ones, group A, and 7 abnormal, group B, coming from patient and of bags for transfusion, were calculated using the method of box counting and a software developed for such effect. The obtained measures were compared, looking for differences between normal and abnormal red blood cells, with the purpose of differentiating samples.Results. The abnormality characterizes by a number of squares of occupation of the fractal space greater or equal to 180; values of areas between 25.117 and 33.548 correspond to normality. In case that the evaluation according to the number of pictures is of normality, must be confirmed with the value of the area applied to adjacent red blood cells within the sample, that in case of having values by outside established and/or the greater or equal spaces to 180, they suggest abnormality of the sample.Conclusions. The developed methodology is effective to differentiate the red globules alterations and probably useful in the analysis of bags of transfusion for clinical use 

Dynamic recurrent neural network for system identification and control

A dynamic recurrent neural network (DRNN) that can be viewed as a generalisation of the Hopfield neural network is proposed to identify and control a class of control affine systems. In this approach, the identified network is used in the context of the differential geometric control to synthesise a state feedback that cancels the nonlinear terms of the plant yielding a linear plant which can then be controlled using a standard PID controller.

Calibration of closed loop controllers for setting impedances in force-reflecting systems

This paper discusses a new method of impedance control that has been successfully implemented on the master robot of a teleoperation system. The method involves calibrating the robot to quantify the effect of adjustable controller parameters on the impedances along its different axes. The empirical equations relating end-effector impedance to the controller's feedback gains are obtained by performing system identification tests along individual axes of the robot. With these equations, online control of end-effector stiffness and damping is possible without having to monitor joint torques or solving complex algorithms. Hard contact conditions and compliant interfaces have been effectively demonstrated on a telemanipulation test-bed using appropriate combinations of stiffness and damping settings obtained by this method.

An algorithm for automatic checking of exercises in a dynamic geometry system: iGeom

One of the key issues in e-learning environments is the possibility of creating and evaluating exercises. However, the lack of tools supporting the authoring and automatic checking of exercises for specifics topics (e.g., geometry) drastically reduces advantages in the use of e-learning environments on a larger scale, as usually happens in Brazil. This paper describes an algorithm, and a tool based on it, designed for the authoring and automatic checking of geometry exercises. The algorithm dynamically compares the distances between the geometric objects of the student`s solution and the template`s solution, provided by the author of the exercise. Each solution is a geometric construction which is considered a function receiving geometric objects (input) and returning other geometric objects (output). Thus, for a given problem, if we know one function (construction) that solves the problem, we can compare it to any other function to check whether they are equivalent or not. Two functions are equivalent if, and only if, they have the same output when the same input is applied. If the student`s solution is equivalent to the template`s solution, then we consider the student`s solution as a correct solution. Our software utility provides both authoring and checking tools to work directly on the Internet, together with learning management systems. These tools are implemented using the dynamic geometry software, iGeom, which has been used in a geometry course since 2004 and has a successful track record in the classroom. Empowered with these new features, iGeom simplifies teachers` tasks, solves non-trivial problems in student solutions and helps to increase student motivation by providing feedback in real time. (c) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Construction and calibration of permeation tubes.

A dynamic system for stablishing a known standard gas mixture is necessary for many studies such as development and testing of analytical methods. A permeation tube can be used for this purpose. The work described here shows the construction, operation and calibration of a simple permeation tube which can be used to obtain large amounts of a standard gas.

The first frequency of cantilevered bars with geometric effect: a mathematical and experimental evaluation

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

On the shock performance of a nonlinear vibration isolator with high-static-low-dynamic-stiffness

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)