Using fractional derivatives for the joint ontrol of hexapod robots

This article studies several Fractional Order Control algorithms used for joint control of a hexapod robot. Both Padé and series approximations to the fractional derivative are considered for the control algorithm. The walking performance is evaluated through two indices: The mean absolute density of energy used per unit distance travelled, and the control effort. A set of simulation experiments reveals the influence of the different approximations upon the proposed indices. The results show that the fractional proportional and derivative algorithm, implemented using the Padé approximation with a small number of terms, gives the best results.

A historical perspective of legged robots

The objective of this paper is to present the evolution and the state-of-the-art in the area of legged locomotion systems. In a first phase different possibilities for implementing mobile robots are discussed, namely the case of artificial legged locomotion systems, while emphasizing their advantages and limitations. In a second phase a historical overview of the evolution of these systems is presented, bearing in mind several particular cases often considered as milestones of technological and scientific progress. After this historical timeline, some of the present-day systems are examined and their performance is analyzed. In a third phase the major areas of research and development that are presently being followed in the construction of legged robots are pointed out. Finally, some still unsolved problems that remain defying robotics research, are also addressed.

Controlo de um robô autónomo através de redes neuronais

Neste trabalho pretende-se introduzir os conceitos associados às redes neuronais e a sua aplicação no controlo de sistemas, neste caso na área da robótica autónoma. Foi utilizado um AGV de modo a testar experimentalmente um controlo através de uma rede neuronal artificial. A grande vantagem das redes neuronais artificiais é estas poderem ser ensinadas a funcionarem como se pretende. A partir desta caraterística foram efetuadas duas abordagens na implementação do AGV disponibilizado. A primeira abordagem ensinava a rede neuronal a funcionar como o controlo por lógica difusa que foi implementado no AGV aquando do seu desenvolvimento. A segunda abordagem foi ensinar a rede neuronal artificial a funcionar a partir de dados retirados de um controlo remoto simples implementado no AGV. Ambas as abordagens foram inicialmente implementadas e simuladas no MATLAB, antes de se efetuar a sua implementação no AGV. O MATLAB é utilizado para efetuar o treino das redes neuronais multicamada proactivas através do algoritmo de treino por retropropagação de Levenberg-Marquardt. A implementação de uma rede neuronal artificial na primeira abordagem foi implementada em três fases, MATLAB, posteriormente linguagem de programação C no computador e por fim, microcontrolador PIC no AGV, permitindo assim diferenciar o desenvolvimento destas técnicas em várias plataformas. Durante o desenvolvimento da segunda abordagem foi desenvolvido uma aplicação Android que permite monitorizar e controlar o AGV remotamente. Os resultados obtidos pela implementação da rede neuronal a partir do controlo difuso e do controlo remoto foram satisfatórios, pois o AGV percorria os percursos testados corretamente, em ambos os casos. Por fim concluiu-se que é viável a aplicação das redes neuronais no controlo de um AGV. Mais ainda, é possível utilizar o sistema desenvolvido para implementar e testar novas RNA.

Projeto, desenvolvimento e implementação de um robô nadador de inspiração biológica

A elaboração deste trabalho surge no âmbito da unidade curricular de Tese/Dissertação, pertencente ao Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e Computadores, ramo de Automação e Sistemas, do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). Este trabalho enquadra-se no âmbito da robótica de inspiração biológica no meio aquático. Pretendeu-se com este trabalho desenvolver e implementar um robô nadador de inspiração biológica. Inicialmente foi realizado um estudo acerca da locomoção dos peixes, para perceber a sua forma de se movimentar. Foi ainda efetuado um estudo acerca dos robôs nadadores existentes, de forma a verificar a sua constituição e formas de locomoção. Numa fase inicial foi desenvolvido um protótipo e, de seguida, procedeu-se à implementação do robô de uma forma sequencial. Implementou-se a estrutura do robô, com o objetivo de se assemelhar o mais possível com um peixe biológico. Foram utilizados servomotores para a locomoção do robô. Para que o robô possua a capacidade de se movimentar numa determinada direção recorreu-se à utilização de uma bússola digital. Posteriormente introduziu-se um emissor/recetor de radiofrequência (RF) para ligar/desligar o robô. Numa fase final procederam-se aos testes da locomoção do robô. Nos ensaios realizados verificou-se que o robô conseguiu nadar com estabilidade e com sentido de direção.

Assessing organizations collaboration readiness: a behavioral approach

Dissertation presented at the Faculty of Sciences and Technology of the New University of Lisbon to obtain the degree of Doctor in Electrical Engineering, specialty of Robotics and Integrated Manufacturing

The operation of autonomous mobile robot assistants in the environment of care facilities adopting a user-centered development design

The participation of the Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA (Stuttgart, Germany) and the companies User Interface Design GmbH (Ludwigsburg, Germany) plus MLR System GmbH (Ludwigsburg, Germany) enabled the research and findings presented in this paper; we would like to namely mention Birgit Graf and Theo Jacobs (Fraunhofer IPA) furthermore Peter Klein and Christiane Hartmann (User Interface Design GmbH).

Is ambient intelligence a truly human-centric paradigm in industry? Current research and application scenario

Based on the paper presented at the International Conference “Autonomous Systems: inter-relations of technical and societal issues”, organized by IET with the support of the Portuguese-German collaboration project on “Technology Assessment of Autonomous Robotics” (DAAD/CRUP) at FCT-UNL, Biblioteca da UNL, Campus de Caparica on 5-6 November 2009.

Towards Active Course Marks for Autonomous Sailing Competitions

This paper describes the environmental monitoring / regatta beacon buoy under development at the Laboratory of Autonomous Systems (LSA) of the Polytechnic Institute of Porto. On the one hand, environmentalmonitoring of open water bodies in real or deferred time is essential to assess and make sensible decisions and, on the other hand, the broadcast in real time of position, water and wind related parameters allows autonomous boats to optimise their regatta performance. This proposal, rather than restraining the boats autonomy, fosters the development of intelligent behaviour by allowing the boats to focus on regatta strategy and tactics. The Nautical and Telemetric Application (NAUTA) buoy is a dual mode reconfigurable system that includes communications, control, data logging, sensing, storage and power subsystems. In environmental monitoring mode, the buoy gathers and stores data from several underwater and above water sensors and, in regatta mode, the buoy becomes an active course mark for the autonomous sailing boats in the vicinity. During a race, the buoy broadcasts its position, together with the wind and the water current local conditions, allowing autonomous boats to navigate towards and round the mark successfully. This project started with the specification of the requirements of the dual mode operation, followed by the design and building of the buoy structure. The research is currently focussed on the development of the modular, reconfigurable, open source-based control system. The NAUTA buoy is innovative, extensible and optimises the on board platform resources.

Enhanced PCA-based localization using depth maps with missing data

In this paper a new method for self-localization of mobile robots, based on a PCA positioning sensor to operate in unstructured environments, is proposed and experimentally validated. The proposed PCA extension is able to perform the eigenvectors computation from a set of signals corrupted by missing data. The sensor package considered in this work contains a 2D depth sensor pointed upwards to the ceiling, providing depth images with missing data. The positioning sensor obtained is then integrated in a Linear Parameter Varying mobile robot model to obtain a self-localization system, based on linear Kalman filters, with globally stable position error estimates. A study consisting in adding synthetic random corrupted data to the captured depth images revealed that this extended PCA technique is able to reconstruct the signals, with improved accuracy. The self-localization system obtained is assessed in unstructured environments and the methodologies are validated even in the case of varying illumination conditions.

Adapted Control Methods for Cerebral Palsy Users of an Intelligent Wheelchair

The development of an intelligent wheelchair (IW) platform that may be easily adapted to any commercial electric powered wheelchair and aid any person with special mobility needs is the main objective of this project. To be able to achieve this main objective, three distinct control methods were implemented in the IW: manual, shared and automatic. Several algorithms were developed for each of these control methods. This paper presents three of the most significant of those algorithms with emphasis on the shared control method. Experiments were performed by users suffering from cerebral palsy, using a realistic simulator, in order to validate the approach. The experiments revealed the importance of using shared (aided) controls for users with severe disabilities. The patients still felt having complete control over the wheelchair movement when using a shared control at a 50% level and thus this control type was very well accepted. Thus it may be used in intelligent wheelchairs since it is able to correct the direction in case of involuntary movements of the user but still gives him a sense of complete control over the IW movement.

Robot visual localization through local feature fusion: an evaluation of multiple classifiers combination approaches

In the last decade, local image features have been widely used in robot visual localization. In order to assess image similarity, a strategy exploiting these features compares raw descriptors extracted from the current image with those in the models of places. This paper addresses the ensuing step in this process, where a combining function must be used to aggregate results and assign each place a score. Casting the problem in the multiple classifier systems framework, in this paper we compare several candidate combiners with respect to their performance in the visual localization task. For this evaluation, we selected the most popular methods in the class of non-trained combiners, namely the sum rule and product rule. A deeper insight into the potential of these combiners is provided through a discriminativity analysis involving the algebraic rules and two extensions of these methods: the threshold, as well as the weighted modifications. In addition, a voting method, previously used in robot visual localization, is assessed. Furthermore, we address the process of constructing a model of the environment by describing how the model granularity impacts upon performance. All combiners are tested on a visual localization task, carried out on a public dataset. It is experimentally demonstrated that the sum rule extensions globally achieve the best performance, confirming the general agreement on the robustness of this rule in other classification problems. The voting method, whilst competitive with the product rule in its standard form, is shown to be outperformed by its modified versions.

A cirurgia reconstrutiva em patologia oncológica do nariz : paralisia do nervo facial anatomia cirurgia do nariz

RESUMO: Os carcinomas localizados no nariz são muito frequentes em todas as séries conhecidas. São de diagnóstico clínico fácil e a sua confirmação por biópsia é muito segura. As terapêuticas mais indicadas são a cirurgia e a radioterapia, genericamente eficazes. Verifica-se, no entanto, que os pacientes continuam a solicitar tratamento em estádios muito avançados, mesmo conhecendo o diagnóstico e tendo acesso aos serviços sem custos. Esta situação poderá explicar-se face ao curso relativamente lento de muitos destes tumores e à idade geralmente avançada dos doentes que, de acordo com alguns inquéritos, receiam mais a terapeûtica do que a doença. Para obtenção de informação útil para condução deste problema, foram ainda analisados outros parâmetros. A maioria dos pacientes continua a solicitar tratamento quando as lesões envolvem duas subunidades nasais. Esta circunstância permite planear o tratamento cirúrgico com relativa facilidade, isto é, com exérese e reconstrução cujo resultado estético final é bastante aceitável. Os tumores de grandes dimensões, envolvendo várias subunidades, sendo frequentes, raramente implicam rinectomia total. Pelo contrário, são mais frequentes os tumores que envolvem metade do nariz e as estruturas vizinhas tais como o maxilar, a órbita e o lábio superior, atingindo mesmo a base do crânio. O controlo da doença nestes estádios é muito difícil. Não raramente, quando se crê que a doença está controlada, a cirurgia reconstrutiva bem como outras formas de reabilitação conjugadas, deixam ainda muita insatisfação. A nossa actividade tem-se desenvolvido seguindo os critérios adoptados nos melhores centros, isto é, as técnicas clássicas, complementadas com refinamentos recentes. Porém reflectindo sobre os resultados obtidos no tratamento de tumores do nariz, surge-nos um conjunto de questões para as quais ainda não encontrámos respostas cabais. Actuando de acordo com os princípios que definem o estado da arte, não obtivemos ainda resultados que satisfaçam tanto os doentes quanto os cirurgiões. Incessantemente procuramos novos dados técnicos e científicos que nos permitam sair deste ciclo vicioso em que o doente retarda a procura de assistência, receoso de que a terapêutica o deixe desfigurado. Tendo sempre em vista a obtenção dos melhores resultados com o mínimo de tempos cirúrgicos, valorizamos alguns detalhes praticados nos retalhos com padrão vascular bem definido. Dado que as sequelas na zona dadora de tecidos são uma incontornável preocupação, procuramos refinar a sua aplicação no sentido de as atenuarmos. A fronte, excelente zona dadora para reconstrucção nasal major, era sede de sequelas actualmente inaceitáveis. Estudado o comportamento dos tecidos na fronte, depois de levantado o retalho e efectuado o seu encerramento com uso da técnica de expansão intra-operatória, determinámos a presença do Factor de Crescimento Vascular Endotelial no próprio retalho e na zona dadora, tendo em vista que a sua presença poderá explicar o comportamento dos tecidos que foram submetidos a esta técnica. Procurou-se estudar a qualidade da reconstrução em 45 pacientes submetidos a cirurgia de exérese e reconstrução nasal major, assim como a qualidade de vida, relacionada com a doença e a terapêutica. Embora se possa admitir a existência de dados sugestivos de estratégias mais adequadas, não foi possível relacionar a qualidade da reconstrução com qualidade de vida dos pacientes. Poderá eventualmente concluir-se que a observação permanente da reconstrução, com qualidade estética e funcional, será o melhor método de alterar a ideia clássica, ainda muito divulgada, mas já ultrapassada, de que a cirurgia reconstrutiva do nariz não é mais que transformar um defeito horroroso num defeito ridículo.---------------ABSTRACT: Malignant tumours found in the nose are very frequent in all known series. Clinical diagnosis is simple and confirmation of biopsy diagnosis is accessible and safe. The most advisable therapies are surgery and radiotherapy. Despite everything patients continue to wait until the tumour is in an advanced stage before asking for therapy, although they know the diagnosis and have free access to specialised services. This situation could probably be explained by the slow development rate of the tumours which is associated with the age of the patient. Upon inquiry, it was found that a significant number of patients are more afraid of therapy than of the disease itself. Other parameters have been analysed in order to obtain useful information about the management of this problem. The majority of patients seek adequate treatment when the lesions involve two nasal subunits. This allows the programming of surgical therapy with relative ease as they may be removed and reconstructed with interesting final aesthetical results. Large tumours involving several subunits are frequent, but they rarely call for total rhinectomy. On the contrary, tumours more frequently involve half of the nose and their neighbouring structures: for example, maxillary, orbital and upper lip, even reaching as far as the base of the skull. The control of the disease is very difficult in these stages.In cases in which it is believed that the disease is under control, reconstructive surgery in conjunction with other forms of rehabilitation still result in a lot of dissatisfaction. In our activity we try to follow the criteria adopted by the best centres following classic techniques, complemented with recent refinements. Reflecting on the treatment of tumours of the nose has led us to a series of questions to which we haven’t yet found the answers. In accordance with the defined principles of ‘the state of the art’ it still doesn’t satisfy either the patients or the surgeons. We are looking for new technical and scientific data which allows us to leave this vicious cycle, in that the deferred patient avoids looking for assistance, based on the fear that therapy could leave them disfigured. We attach importance to some practiced details on the well-defined vascular pattern of the flaps, with the principle aim of obtaining a good result, from the minimum number of operations. It is known that sequels in donor sites are a concern, so applied refinements are used in order to reduce the defect. The forehead has been considered an excellent donor site for major nasal reconstruction but the area of sequel is nowadays unacceptable. We tried to study the behaviour of the tissues of the forehead after taking the flap and closing the wound, using the intraoperative expansion technique. We determined the presence of Vascular Endothelial Growth Factor in the flaps and in the donor site, in which its presence could explain the behaviour of the tissues of the forehead that are submitted to this technique. The quality of the reconstruction was studied in 45 patients who were submitted to surgical exeresisand major nasal reconstruction, as was the relationship between the disease and the therapy regarding quality of life. It was not possible to directely relate the quality of the reconstruction to the quality of patients life, although some suggestive data of more adequate manegement may be interesting. One might eventually conclude that, permanent exposure of the reconstruction with aesthetic and funcional quality would be the best method in order to modify the classic idea which is still known although overridden today, that nasal reconstruction could transform a horrible defect into a ridiculous one.-------RÉSUMÉ: Les carcinomes situés sur le nez sont très fréquents dans toutes les séries connues. Ils sont de diagnostic facile et la confirmation de ce dernier par une biopsie, est accessible et très fiable. La chirurgie et la radiothérapie sont les thérapeutiques les mieux indiquées. Toutefois les patients continuent de solliciter un traitement, seulement dans des états très avancés bien qu’ils aient eu connaissance du diagnostic et ayant accès aux services. Cette situation pourra probablement s’expliquer par l’évolution relativement indolente de beaucoup de tumeurs, associée à l’âge des malades; bien que selon quelques enquêtes réalisées un nombre élevé de malades craint davantage la thérapeutique que la maladie. D’autres paramètres sont analysés en vue d’obtenir des informations utiles pour l’accompagnement de ce problème. La majorité de nos patients sollicite le traitement adéquat quand les lésions entourent deux sous-unités nasales, ce qui permet de planifier le traitement chirurgique avec une certaine facilité, c’est à dire l’exérèse et la reconstruction ayant un résultat final esthétique généralement très acceptable. Les tumeurs de grandes dimensions entourant différentes sous-unités sont fréquentes mais elles impliquent rarement une amputation nasal total. Au contraire, les tumeurs les plus fréquentes sont celles qui entourent la moitié du nez et les structures voisines comme le maxillaire, l’orbite et la lèvre supérieure, parfois, elles peuvent même atteindre la base du crâne. Le contrôle de la maladie dans ces états est très difficile et quand nous pensons que la maladie est contrôlée, la chirurgie reconstructrice associée à d’autres formes de réhabilitation provoquent encore une grande insatisfaction. Nous exerçons notre activité en essayant de suivre les critères adoptés dans les meilleurs centres. Nous appliquons les techniques classiques complétées de retouches pour obtenir un meilleur resultat. Le fait de traiter les tumeurs nasales nous fait réfléchir et poser un ensemble de questions auxquelles nous n’avons pas pu trouver de réponses. En actuant en accord avec les principes qui définissent l’état de l’art, nous n’avons pas obtenu de résultats qui satisfassent les malades et les chirurgiens. Nous recherchons de nouvelles données techniques et scientifiques qui nous permettent de sortir de ce cercle vicieux dans lequel le patient retarde la recherche d’aide craignant que la thérapeutique le défigure. Nous valorisons certains détails pratiqués sur les lambeaux de patron vasculaire bien défini et ayant comme principaux objectifs l’obtention d’un bon résultat en moins de temps de chirurgie. Nous savons que les séquelles de la zone donneuse de tissus sont préoccupantes, ainsi, que les retouches qui ont été appliqués dans l’objectif de les atténuer. Le front, excellente zone donneuse pour la reconstruction nasale majeure, était une source de séquelle actuellement inacceptable. Nous avons étudié le comportement des tissus du front après avoir relevé le lambeau et effectué la fermeture avec la technique de l’expansion intraoperative. Nous avons déterminé la présence du Facteur de Croissance Vasculaire Endothéliale dans le propre lambeau et dans la zone donneuse, celle-ci pourra expliquer le comportement des tissus du front qui ont été soumis à cette technique. On a essayé d´etudier la qualité de la reconstruction sur 45 patients soumis à la chirurgie d´exérèse et la reconstruction nasal majeure, ainsi comme la qualité de vie en relation avec la maladie et la thérapie. Quoique l´on puisse conclure par l´existence des données subjectives des stratégies plus justes, il est impossible de faire un rapport sur la qualité de la reconstruction avec la qualité de vie des patients. Eventuellement l´on purrait conclure que l´observation permanente de la reconstruction avec qualité esthétique et fonctionnelle, se serait la meilleure méthod de changer l´idée classique, mais depassée, de que la rhinopoièse n´est pas que transformer un affreux défaut par un défaut ridicule.

Anthropocentric-based robotic and autonomous systems: assessment for new organisational options

Text based on the paper presented at the Conference "Autonomous systems: inter-relations of technical and societal issues" held at Monte de Caparica (Portugal), Universidade Nova de Lisboa, November, 5th and 6th 2009 and organized by IET-Research Centre on Enterprise and Work Innovation

First isolation of dengue 3 in Brazil from an imported case

The authors report the isolation of dengue 3 virus for the first time in Brazil. The patient, resident in Limeira-SP, traveled to Nicaragua on May 16th, 1998, where he stayed for two months. Starting on August 14th he had fever, headache, myalgia, arthralgia, retro-orbital pain and diarrhea. He returned to Brazil on August 16th and was hospitalized in the next day. The patient had full recovery and was discharged on August 20th. The virus was isolated in C6/36 cell culture inoculated with serum collected on the 6th day after the onset of the symptoms. The serotype 3 was identified by indirect immunofluorescence assays performed with type-specific monoclonal antibodies. This serotype was further confirmed by polymerase chain reaction analysis. The introduction of a new dengue serotype in a susceptible population is a real threat for the occurrence of severe forms of the disease. The isolation and identification of dengue virus are important in order to monitoring the serotypes circulating in Brazil and to take the measures necessary to prevent and control an epidemic.

Desenvolvimento de programação offline e de novos processos robotizados de lixamento

Atualmente a vantagem competitiva de uma empresa passa pela sua rápida adaptação às variações de procura do mercado, sendo necessário garantir elevados níveis de produtividade e, simultaneamente, grande flexibilidade, indispensável ao fabrico de pequenos lotes. A necessidade de ajuste do processo e a diminuição da média de vida do produto levam a paragens cada vez mais frequentes da célula de fabrico para programação e afinação, com consequentes perdas de produtividade. De forma a dar resposta a estes problemas, neste trabalho é testada a viabilidade da utilização da programação e simulação offline de tarefas de lixamento na Grohe Portugal, complementando a solução com o desenvolvimento de um novo método de afinação do programa, permitindo uma adaptação às flutuações do processo produtivo. Para isso foi necessário analisar o estado da arte dos robôs industriais na área de acabamento superficial e respetivos métodos de programação. Em seguida, após um trabalho prévio rigoroso de preparação e modelação da célula de trabalho, é possível fazer a programação offline das várias rotinas e trajetórias complexas que compõem um ciclo de lixamento de um produto, contribuindo para o aumento da qualidade do produto final sem comprometer os níveis de produtividade. Nesta dissertação são descritos e detalhados alguns dos procedimentos fulcrais no sucesso da aplicação deste método de programação. Por último é feita uma nova abordagem ao método de ajuste ponto-a-ponto convencional, desenvolvendo-se para isso um sistema de ajuste automático do programa, dotando o robô da capacidade de se adaptar às variações do processo, assegurando a consistência do mesmo. Foram realizados testes em pequena escala, extrapolando-se os resultados para a aplicação deste novo método no processo produtivo da Grohe Portugal, como forma de complemento ao método convencional de ajuste ponto-a-ponto do programa, reduzindo o tempo de paragem da célula de trabalho.