Gleichgewichtsregelung von Fahrrädern durch Lenkdrehmoment, Gleichgewichtsträgheit und Raddrehmomenten zur Mobilitätsverbesserung von in der Bewegung eingeschränkten Personen

Fahrradfahren ist für viele Menschen ein wichtiger Mobilitätsfaktor. Sie können sich mit eigener Kraft in einem Umkreis von mehreren Kilometern bewegen. Im Alter wird das Fahrradfahren jedoch durch nachlassende Kraft und eingeschränkte Motorik zum Gleichgewichthalten eingeschränkt. Erschwerend kommt hinzu, dass diese Personen aus Vorsicht in der Regel kleinere Fahrgeschwindigkeiten bevorzugen. Bei niedrigen Geschwindigkeiten nimmt aber die Gleichgewichtsstabilität des Fahrrads ab und der Fahrer muss intensiver mit dem Lenker das Gleichgewicht kontrollieren. Moderne E-Bikes können die nachlassende körperliche Kraft kompensieren. Es bleibt aber das Problem des Gleichgewichthaltens beim Radfahren. Im folgenden Beitrag wird die Gleichgewichtsregelung von Fahrädern betrachtet. Dabei werden verschiedene Möglichkeiten der Gleichgewichtsregelung behandelt. Die Beurteilung der Verfahren erfolgt anhand der Stabilität und der Eigenschwingungen des geregelten Systems. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Stabilisierung des Bereichs geringer Fahrgeschwindigkeiten gelegt, da mit der nachlassenden Motorik oft auch eher geringere Fahrgeschwindigkeiten gewählt werden.

Genetic programming for the minimum time swing up and balance control acrobot problem

This work describes how genetic programming is applied to evolving controllers for the minimum time swing up and inverted balance tasks of the continuous state and action: limited torque acrobot. The best swing-up controller is able to swing the acrobot up to a position very close to the inverted ‘handstand’ position in a very short time, shorter than that of Coulom (2004), who applied the same constraints on the applied torque values, and to take only slightly longer than the approach by Lai et al. (2009) where far larger torque values were allowed. The best balance controller is able to balance the acrobot in the inverted position when starting from the balance position for the length of time used in the fitness function in all runs; furthermore, 47 out of 50 of the runs evolve controllers able to maintain the balance position for an extended period, an improvement on the balance controllers generated by Dracopoulos and Nichols (2012), which this paper is extended from. The most successful balance controller is also able to balance the acrobot when starting from a small offset from the balance position for this extended period.

Modelação de torre eólica: controlo e desempenho

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Controlo directo de binário de uma máquina assíncrona trifásica

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Stiffness da tibiotársica em sujeitos com Acidente Vascular Encefálico - processo de raciocínio clínico

regula a posição do corpo no espaço, sendo um pré-requisito para o movimento. À periferia este processo de Controlo Postural pode ser identificado também através da variação do stiffness. O Acidente Vascular Encefálico apresenta-se como a patologia onde os sujeitos são referenciados como tendo alteração do stiffness, e poderão verificar-se modificações nesta variável no âmbito da reabilitação neuro-motora. Objetivo: Descrever o comportamento do stiffness da tibiotársica, nos dois membros inferiores, em indivíduos pós Acidente Vascular Encefálico, face a uma intervenção em fisioterapia baseada num processo de raciocínio clínico. Métodos: 5 sujeitos participaram no estudo, tendo sido implementado um programa de reabilitação para cada um dos sujeitos, por um período de 3 meses, com 2 momentos de avaliação (M0 e M1). O torque e a amplitude articular da tibiotársica foi monitorizada, através do dinamómetro isocinético, durante o movimento passivo de dorsiflexão, a diferentes velocidades (5º/s, 1º/s e 0,25º/s) A atividade eletromiográfica dos músculos Gastrocnémio Interno e Solear foi também recolhida. O valor de stiffness foi calculado através da relação torque/posição. Resultados: Em todos os sujeitos em estudo verificou-se que de uma forma geral o stiffness do membro contralateral à lesão apresentou uma modificação no sentido da diminuição em todas as amplitudes em M1. Nos sujeitos A e C, verificou-se que o stiffness do membro ipsilateral apresentou uma modificação no sentido da diminuição em M1 (em amplitudes intermédias). Nos sujeitos B, D e E o stiffness não apresentou modificações. O stiffness não variou com a velocidade. Conclusão: O stiffness apontou para uma diminuição, nos sujeitos em estudo no membro contralateral à lesão e no membro ipsilateral à lesão nos sujeitos A e C em amplitudes intermédias.

Friction and wear in thrust ball bearings lubricated with biodegradable greases

Thrust ball bearings lubricated with several different types of grease, including three biodegradable low-toxicity greases, were tested in a modified four-ball machine in order to evaluate the bearing friction torque. At the end of each test, grease samples were obtained and analysed through ferrography, allowing the quantification and evaluation of the bearing wear. In order to compare the grease performance in terms of friction and wear, a correlation between the grease characteristics (base oil, bleed oil, thickener structure, and rheological parameters) and the experimental results was established.

Influence of grease formulation on thrust bearings power loss

The minimization of the power loss and the use of the biodegradable greases have attracting considerable attention. To compare the energetic performance of biodegradable lubricant greases, power loss tests were performed on a modified four-ball machine. A correlation between the grease formulation and rheology was established with its energetic performance

Reorganização do stiffness em indivíduos com Acidente Vascular Encefálico face à intervenção em fisioterapia. Repercussões no levantar e na marcha

Introdução: A organização estrutural e funcional do sistema nervoso face à organização dos diferentes tipos de input, no âmbito da intervenção em fisioterapia, pode potenciar um controlo postural para a regulação do stiffness e com repercussões na marcha e no levantar. Objetivo: Descrever o comportamento do stiffness da tibiotársica no movimento de dorsiflexão, no membro inferior ispi e contralesional, em indivíduos após Acidente Vascular Encefálico, face a uma intervenção em fisioterapia baseada num processo de raciocínio clínico. Pretendeu-se também observar as modificações ocorridas no âmbito da atividade electromiográfica dos flexores plantares, gastrocnémio medial e solear, durante a marcha e o levantar. Métodos: Foi implementado um programa de reabilitação em 4 indivíduos com sequelas de AVE por um período de 3 meses, tendo sido avaliados no momento inicial e final (M0 e M1). O torque e a amplitude articular da tibiotársica foi monitorizada, através do dinamómetro isocinético, durante o movimento passivo de dorsiflexão, e o nível de atividade eletromiográfica registado, através de electomiografia de superfície, no solear e gastrocnémio medial. Foram estudadas as fases de aceitação de carga no STS (fase II) e na marcha (sub-fase II). Resultados: Em todos os indivíduos em estudo verificou-se que o stiffness apresentou uma modificação no sentido da diminuição em todas as amplitudes em M1. O nível de atividade eletromiográfica teve comportamentos diferentes nos vários indivíduos. Conclusão: O stiffness apontou para uma diminuição nos indivíduos em estudo entre M0 e M1. Foram registadas modificações no nível de atividade eletromiográfica sem que seja possível identificar uma tendência clara entre os dois momentos para esta variável.

Força Muscular Isocinética após Reconstrução do Ligamento Cruzado Anterior – Influência do Tipo de Enxerto (Osso-Tendão-Osso/Isquio-Tibiais)

Introdução: É reconhecida a importância do ligamento cruzado anterior (LCA) no funcionamento normal do joelho. Em caso de rotura ligamentar, nomeadamente em desportos com marcada solicitação dos movimentos de rotação do joelho, é justificada a necessidade de reconstrução do LCA na maioria dos casos. Objetivo (s): Avaliar a influência do tipo de enxerto na reconstrução do ligamento cruzado anterior na força muscular isocinética, assim como na funcionalidade e sintomas após 6 meses. Métodos: Estudo transversal analítico, constituído por 20 indivíduos voluntários do sexo masculino, que haviam sido submetidos a uma ligamentoplastia do cruzado anterior, pelo mesmo cirurgião, seguido de uma intervenção individualizada por um fisioterapeuta. Em 10 indivíduos, o procedimento cirúrgico foi realizado com enxerto do tendão rotuliano (grupo OTO), e nos restantes 10 com enxerto do semitendinoso e gracilis (grupo STG). Como forma de avaliar a Força Muscular Isocinética (Peak Torque, Trabalho Total Muscular, ratio Isquiotibiais/Quadricipite), foi utilizado o Dinamómetro Isocinético Biodex. A avaliação foi efectuada apenas aos 6 meses após o procedimento cirúrgico. Para observação da funcionalidade, amplitude de movimento e sintomas, utilizou-se o questionário International Knee Documentation Committee (IKDC). Resultados: Foi possível observar que entre os grupos apenas se observaram diferenças significativas no peak torque de extensão a 180º no membro não lesado (p=0,019). Contudo, foi observada uma tendência para o grupo OTO apresentar um maior défice no peak torque e trabalho total muscular em extensão. Comparativamente ao membro contra-lateral, o membro lesado apresentou valores significativamente inferiores na maioria das variáveis ( p < 0,05). Conclusão: Após 6 meses de pós-cirúrgico com reabilitação de fisioterapia, não foi possível apontar qual o enxerto que garante uma melhor recuperação da força muscular. Aos 6 meses, ambos os grupos ainda apresentaram limitações musculares, quando comparados com o lado contra-lateral. Relativamente ao rácio isquiotibiais/quadricípite, assim como no IKDC, não se observaram diferenças entre os dois tipos de enxertos.

Melhoria da eficiência energética nos ascensores: a recuperação de energia

A presente tese descreve diferentes soluções que permitem a reutilização da energia recuperada em ascensores eléctricos de roda de aderência dotados de conversores electrónicos de frequência e dessa forma contribuir para a melhoria da eficiência energética nos ascensores. Nos ascensores, a energia potencial é constantemente transferida enquanto a cabina está em movimento. Se a cabina se estiver a movimentar em sentido descendente com plena carga, ou em sentido ascendente, mas vazia, o motor estará em modo gerador. Quando a cabina se movimenta em sentido descendente, e o peso na cabina é superior ao peso do contrapeso, então o binário do motor encontra-se em sentido contrário à velocidade, isto é, o motor está a travar, havendo lugar à recuperação de energia. Igualmente, se a cabina subir vazia, também se poderá recuperar energia eléctrica. A energia acumulada em forma de energia potencial nas pessoas e no contrapeso pode ser recuperada, dado que o motor estará a funcionar como um gerador. De modo a estudar a viabilidade técnica e económica das diferentes soluções foram realizadas medições a uma amostra representativa de ascensores eléctricos de roda de aderência. Esta amostra é constituída por 39 ascensores que estão instalados em diferentes tipos de edifícios e que pertencem a diferentes categorias de utilização, de acordo com a norma VDI 4707:2009. Para cada ascensor foi medida a energia consumida e a energia gerada para uma manobra completa – a descida e a subida da cabina sem carga. A partir das medições, e com base na norma VDI 4707:2009 foram calculados os valores anualizados de energia eléctrica consumidos e produzidos por cada ascensor. A partir das 5 hipóteses identificadas para a utilização da energia recuperada (carregamento de bateria para alimentação dos circuitos em stand-by; carregamento de supercondensador para alimentação dos circuitos em stand-by; carregamento de supercondensador para alimentar o barramento DC; reinjecção da energia no barramento DC de um conjunto de ascensores em grupo; reinjecção da energia na rede eléctrica do edifício onde o ascensor está instalado) foi realizada a avaliação técnica e a avaliação económico-financeira para cada um dos ascensores. Por último, foi desenvolvido um simulador que permite definir a solução de recuperação de energia que seja técnica e economicamente mais viável, para um dado ascensor eléctrico de roda de aderência instalado, mediante a introdução dos parâmetros técnicos do ascensor em avaliação.

Organização da atividade dos músculos solear e braquiorradial em sujeitos com AVE e aumento do stiffness do cotovelo

Introdução: Das possíveis alterações decorrentes da lesão por Acidente Vascular Encefálico (AVE) é de evidenciar as alterações de controlo postural (CP) e aumento do stiffness. A intervenção na reabilitação neuro-motora baseia-se na capacidade intrínseca do Sistema Nervoso Central (SNC) compensar danos estruturais através da reorganização das redes neurais. Objectivo(s): Descrever as modificações do comportamento e tempos de ativação dos músculos solear e braquiorradial no início da marcha e primeira subfase das sequências de movimento de sentado para de pé e de pé para sentado. Pretendeu-se apresentar também as modificações do stiffness do cotovelo Métodos: A amostra consistiu em 5 participantes com média de idade de 44 anos, 2 do sexo feminino e 3 do masculino que sofreram um AVE. Foi implementado um programa de reabilitação para cada, por um período de 3 meses, com 2 momentos de avaliação (M0 e M1). A eletromiografia foi recolhida do solear, braquiorradial, biceps e triceps. O dinamómetro isocinético monitorizou o torque e a amplitude do cotovelo na extensão passiva. Foram calculados os tempos de ativação muscular e o valor de stiffness. Resultados: Observou-se nos 5 participantes uma modificação do comportamento dos músculos solear e braquiorradial ipsilesional e contralesional no sentido da inibição de M0 para M1 no sentar levantar. Esta também foi observada na sequência de pé para sentado e no início da marcha, sendo mais variável entre participantes. Verificou-se que o stiffness do membro superior contralesional apresentou uma modificação no sentido da diminuição em todas as amplitudes. O mesmo sucedeu com membro superior ipsilesional sobretudo nas amplitudes intermédias, excepto no B e D. Conclusão: De M0 para M1 verificou-se a modificação dos tempos e do comportamento dos músculos antigravíticos como o solear e o braquiorradial nas tarefas funcionais e uma modificação do stiffness passivo do cotovelo.

Reorganização do Controlo Postural no Acidente Vascular Encefálico: Ajustes Posturais Antecipatórios e Stiffness da Tibiotársica

Introdução: A reorganização do Sistema Nervoso após Acidente Vascular Encefálico é dependente da experienciação de diferentes tipos de input no âmbito da intervenção em fisioterapia. A potenciação do controlo postural (CP) nestes sujeitos é importante para organização dos ajustes posturais antecipatórios nas tarefas funcionais levantar, sentar e início da marcha e pode ser acompanhado de uma regulação do stiffness. Objectivo(s): Reportar as modificações ocorridas nos tempos de inibição e ativação dos músculos solear e tibial anterior, respetivamente, nas sequências de movimento levantar, sentar e início da marcha, na linha temporal atribuída aos APA’s assim como descrever as modificações ocorridas no comportamento do stiffness passivo da tibiotársica. Métodos: Foi implementado um programa de fisioterapia durante 3 meses em 5 participantes com Acidente Vascular Encefálico. Estes foram avaliados previamente à implementação do programa e após (M0 e M1). Foi analisada a atividade eletromiográfica dos músculos solear e tibial anterior, em ambos os membros inferiores, na linha temporal atribuída aos APA’s nas referidas tarefas. O torque e a amplitude articular da tibiotársica foi monitorizada, através do dinamómetro isocinético, no movimento passivo de dorsiflexão, e registada a atividade muscular através de eletromiografia de superfície, nos músculos solear e gastrocnémio medial. Resultados: À exceção do músculo tibial anterior contralesional no paciente C, todos os participantes demonstraram modificações nos tempos dos músculos do membro contralesional na tarefa levantar. No membro ispsilesional todos os participantes demonstraram alterações, sem que seja possível definir uma tendência. Todos apresentaram uma diminuição do stiffness, embora nos participantes A e E mais evidente nas amplitudes intermédias. Conclusão: Entre os dois momentos de avaliação foi possível reportar modificações nos tempos de inibição dos músculos solear e nos tempos de ativação dos músculos tibial anterior na linha temporal atribuída aos APA’s, no entanto mais homogéneas no membro contralesional na tarefa levantar. Em todos os participantes o stiffness sofreu alterações no sentido da diminuição.

High-Speed Solid-Rotor Induction Machine – Electromagnetic Calculation and Design

Within the latest decade high-speed motor technology has been increasingly commonly applied within the range of medium and large power. More particularly, applications like such involved with gas movement and compression seem to be the most important area in which high-speed machines are used. In manufacturing the induction motor rotor core of one single piece of steel it is possible to achieve an extremely rigid rotor construction for the high-speed motor. In a mechanical sense, the solid rotor may be the best possible rotor construction. Unfortunately, the electromagnetic properties of a solid rotor are poorer than the properties of the traditional laminated rotor of an induction motor. This thesis analyses methods for improving the electromagnetic properties of a solid-rotor induction machine. The slip of the solid rotor is reduced notably if the solid rotor is axially slitted. The slitting patterns of the solid rotor are examined. It is shown how the slitting parameters affect the produced torque. Methods for decreasing the harmonic eddy currents on the surface of the rotor are also examined. The motivation for this is to improve the efficiency of the motor to reach the efficiency standard of a laminated rotor induction motor. To carry out these research tasks the finite element analysis is used. An analytical calculation of solid rotors based on the multi-layer transfer-matrix method is developed especially for the calculation of axially slitted solid rotors equipped with wellconducting end rings. The calculation results are verified by using the finite element analysis and laboratory measurements. The prototype motors of 250 – 300 kW and 140 Hz were tested to verify the results. Utilization factor data are given for several other prototypes the largest of which delivers 1000 kW at 12000 min-1.

The effect of elevated muscle fluid volume on indices of muscle damage following an acute bout of eccentric exercise

The primary purpose of the current investigation was to develop an elevated muscle fluid level using a human in-vivo model. The secondary purpose was to determine if an increased muscle fluid content could alter the acute muscle damage response following a bout of eccentric exercise. Eight healthy, recreationally active males participated in a cross-over design involving two randomly assigned trials. A hydration trial (HYD) consisting of a two hour infusion of a hypotonic (0.45%) saline at a rate of 20mL/minVl .73m"^ and a control trial (CON), separated by four weeks. Following the infusion (HYD) or rest period (CON), participants completed a single leg isokinetic eccentric exercise protocol of the quadriceps, consisting of 10 sets of 10 repetitions with a one minute rest between each set. Muscle biopsies were collected prior to the exercise, immediately following and at three hours post exercise. Muscle analysis included determination of wet-dry ratios and quantification of muscle damage using toluidine blue staining and light microscopy. Blood samples were collected prior to, immediately post, three and 24 hours post exercise to determine changes in creatine kinase (CK), lactate dehydrogenase (LD), interleukin-6 (IL-6) and Creactive protein (CRP) levels. Results demonstrated an increased muscle fluid volume in the HYD condition following the infusion when compared to the CON condition. Isometric peak torque was significantly reduced following the exercise in both the HYD and CON conditions. There were no significant differences in the number of areas of muscle damage at any of the time points in either condition, with no differences between conditions. CK levels were significantly greater 24hour post exercise compared to pre, immediately and three hours post similarly in both conditions. LD in the HYD condition followed a similar trend as CK with 24 hour levels higher than pre, immediately post and three hours post and LD levels were significantly greater 24 hours post compared to pre levels in the CON condition, with no differences between conditions. A significant main effect for time was observed for CRP (p<0.05) for time, such that CRP levels increased consistently at each subsequent time point. However, CRP and IL-6 levels were not different at any of the measured time points when comparing the two conditions. Although the current investigation was able to successfully increase muscle fluid volume and an increased CK, LD and CRP were observed, no muscle damage was observed following the eccentric exercise protocol in the CON or HYD conditions. Therefore, the hypotonic infusion used in the HYD condition proved to be a viable method to acutely increase muscle fluid content in in-vivo human skeletal muscle.

Training distribution and the acquisition of maximal isometric elbow flexion strength

Twenty-six sedentary, college-aged females were matched and randomly assigned to one of two groups. The massed group (n=13) completed 15 maximal isometric elbow flexion strength trials in one session, while the distributed group (n=13) performed five such contractions on three successive days. After a two-week and three month rest interval, both groups returned to perfonn another five maximal isometric elbow flexion strength trials to assess retention of any potential strength gains. Elbow flexion torque and surface electromyography (SEMG) of the biceps and triceps were monitored concurrently. There was a significant (P < 0.05) increase in strength in both groups from block one (first five contractions) to block four (first retest) and from block one to block five (second retest). Both groups exhibited a similar linear increasing (P < 0.05) trend in biceps root-mean-square (RMS) SEMG amplitude. A significant (P < 0.05) decrease in triceps RMS SEMG amplitude was found between block one and block four for the distributed group. However, a significant (P < 0.05) increase was then found between block one and five for the massed group, and between blocks four and five for distributed group. These results suggest that there is flexibility in resistive exercise schedules. An increase in neural drive to the agonist muscle continued throughout testing. This was accompanied by a reduction in antagonist co activation that was a short-tenn (two weeks) training effect, dissipated over the longer rest interval (three months).