Robotics and neurodevelopmental disorder: design and implementation of a system of engagement metrics in human-robot interactions.

In the recent decades, robotics has become firmly embedded in areas such as education, teaching, medicine, psychology and many others. We focus here on social robotics; social robots are designed to interact with people in a natural and interpersonal way, often to achieve positive results in different applications. To interact and cooperate with humans in their daily-life activities, robots should exhibit human-like intelligence. The rapid expansion of social robotics and the existence of various kinds of robots on the market have allowed research groups to carry out multiple experiments. The experiments carried out have led to the collections of various kinds of data, which can be used or processed for psychological studies, and studies in other fields. However, there are no tools available in which data can be stored, processed and shared with other research groups. This thesis proposes the design and implementation of visual tool for organizing dataflows in Human Robot Interaction (HRI).

Structural steel design with BIM technology - interventions on a three buildings block in Deruta (PG)

The aim of this thesis is to use the developments, advantages and applications of "Building Information Modelling" (BIM) with emphasis on the discipline of structural design for steel building located in Perugia. BIM was mainly considered as a new way of planning, constructing and operating buildings or infrastructures. It has been found to offer greater opportunities for increased efficiency, optimization of resources and generally better management throughout the life cycle of a facility. BIM increases the digitalization of processes and offers integrated and collaborative technologies for design, construction and operation. To understand BIM and its benefits, one must consider all phases of a project. Higher initial design costs often lead to lower construction and operation costs. Creating data-rich digital models helps to better predict and coordinate the construction phases and operation of a building. One of the main limitations identified in the implementation of BIM is the lack of knowledge and qualified professionals. Certain disciplines such as structural and mechanical design depend on whether the main contractor, owner, general contractor or architect need to use or apply BIM to their projects. The existence of a supporting or mandatory BIM guideline may then eventually lead to its adoption. To test the potential of the BIM adoption in the steel design process, some models were developed taking advantage of a largely diffuse authoring software (Autodesk Revit), to produce construction drawings and also material schedule that were needed in order to estimate quantities and features of a real steel building. Once the model has been built the whole process has been analyzed and then compared with the traditional design process of steel structure. Many relevant aspect in term of clearness and also in time spent were shown and lead to final conclusions about the benefits from BIM methodology.

Design of a wearable platform for PPG analysis with multicore low-power processor

Photoplethysmography (PPG) sensors allow for noninvasive and comfortable heart-rate (HR) monitoring, suitable for compact wearable devices. However, PPG signals collected from such devices often suffer from corruption caused by motion artifacts. This is typically addressed by combining the PPG signal with acceleration measurements from an inertial sensor. Recently, different energy-efficient deep learning approaches for heart rate estimation have been proposed. To test these new solutions, in this work, we developed a highly wearable platform (42mm x 48 mm x 1.2mm) for PPG signal acquisition and processing, based on GAP9, a parallel ultra low power system-on-chip featuring nine cores RISC-V compute cluster with neural network accelerator and 1 core RISC-V controller. The hardware platform also integrates a commercial complete Optical Biosensing Module and an ARM-Cortex M4 microcontroller unit (MCU) with Bluetooth low-energy connectivity. To demonstrate the capabilities of the system, a deep learning-based approach for PPG-based HR estimation has been deployed. Thanks to the reduced power consumption of the digital computational platform, the total power budget is just 2.67 mW providing up to 5 days of operation (105 mAh battery).

Design e simulazione di un convertitore DC-DC per applicazioni automotive implementato mediante tecnologia GaN

L’obiettivo dell’elaborato è quello di presentare una soluzione di collegamento ed interfacciamento tra il supercondensatore (SC) dell’HESS (sistema ibrido di accumulo dell’energia situato all’interno di un veicolo elettrico) e il DC-link (bus che fornisce la potenza necessaria all’inverter che pilota il motore elettrico) attraverso un convertitore DC-DC ad alta efficienza che utilizzi tecnologie di potenza al nitruro di gallio (GaN). Il convertitore presentato è un convertitore DC-DC bidirezionale in configurazione Half-Bridge, esso dovrà funzionare in modalità Boost, ogni qualvolta il motore richieda energia extra dal SC, in modalità Buck per ricaricare il SC durante la frenata rigenerativa. In seguito ad un’introduzione ai veicoli elettrici, alla loro architettura e al perché il SC è così fondamentale, verrà presentata una breve introduzione ai convertitori di potenza (Capitolo 1). Si passerà poi alla presentazione delle tecnologie GaN mostrando come esse rappresentino il futuro dell’elettronica di potenza grazie ai loro numerosi vantaggi (Capitolo 2). Nel capitolo 3 si entrerà nel vivo della progettazione, è qui che sarà progettata ed implementata la soluzione proposta. Verrà effettuata una prima simulazione del circuito, tenendo conto degli effetti parassiti dei soli componenti, attraverso l’ausilio del software LTSpice. Il Capitolo 4 prevede una breve introduzione alle tecniche di layout, utili nella costruzione del circuito stampato presentata all’interno del medesimo capitolo. Il PCB sarà modellato mediante un secondo software denominato KiCAD. Infine, nel Capitolo 5, si procederà con la simulazione elettromagnetica del circuito stampato, essa permetterà di individuare gli effetti parassiti dovuti alle non idealità del layout e di mostrare l’effettiva differenza di efficienza tra un caso semi-ideale e un caso semi-reale.

Modeling and Design of Phase Shifted Full Bridge Isolated DC-DC ZVS Converter with Peak Current Mode Control

Nowadays, there is a boom in the use of electrification. Electric vehicles are gaining interest worldwide due to various factors, including climate and environmental awareness. In this thesis, a step-down isolated power supply for electric tractors is investigated, specifically the phase-shifted full-bridge (PSFB) DC-DC with synchronous rectification and zero-voltage switching (ZVS). This converter was selected for its high-power capacity with high efficiency. A 3500 W PSFB converter with peak current control (PCCM) is designed and modeled in MATLAB. The input voltage range is from 550 V to 820 V and the output voltage range is limited to 9 V to 16 V with a maximum output current of 250 A. All components were commercially designed and selected, including magnetics for the high-frequency transformer and inductors, taking into account loss calculations. Zero voltage switching for the lagging leg is achieved at 13% to 100% load. The proven efficiency of the converter is around 90

BIM-FEM model interoperability for the design of a prestressed concrete bridge deck

In questa tesi ho analizzato il passaggio dall'ambiente BIM a quello FEM di un impalcato da ponte a travata precompressa, identificando criteri e applicando una metodologia che hanno consentito lo sviluppo di un modello FEM utilizzabile per l'analisi strutturale. Nella tesi si descrive l'opera e il suo dimensionamento, con l'analisi statica e le verifiche strutturali eseguite sia a mano sia sul modello in ambiente FEM importato dall'ambiente BIM. Oltre a ciò, viene modellata l'opera nella sua interezza ed inserita in un contesto reale. La tesi discute l'interoperabilità tra i due software evidenziando vantaggi (modello geometrico di partenza in ambiente FEM, trasferimento di informazioni inserite in ambiente BIM, riduzione dei tempi di modellazione e inserimento proprietà dei materiali e caratteristiche degli oggetti, inserimento armature di precompressione) e criticità (implementazione manuale di alcuni elementi nel modello geometrico, perdita di alcune informazioni, definizione di alcuni parametri, limitata interoperabilità FEM-BIM) della metodologia applicata.

Analysis and development of interface components and procedures for the design and commissioning toolchains in automation systems

The objective of the thesis project, developed within the Line Control & Software Engineering team of G.D company, is to analyze and identify the appropriate tool to automate the HW configuration process using Beckhoff technologies by importing data from an ECAD tool. This would save a great deal of time, since the I/O topology created as part of the electrical planning is presently imported manually in the related SW project of the machine. Moreover, a manual import is more error-prone because of human mistake than an automatic configuration tool. First, an introduction about TwinCAT 3, EtherCAT and Automation Interface is provided; then, it is analyzed the official Beckhoff tool, XCAD Interface, and the requirements on the electrical planning to use it: the interface is realized by means of the AutomationML format. Finally, due to some limitations observed, the design and implementation of a company internal tool is performed. Tests and validation of the tool are performed on a sample production line of the company.

Celiachia e Design: strumenti a supporto dei pazienti celiaci neo-diagnosticati

La tesi affronta il tema del design applicato all’ambito healthcare, in particolare la ricerca è indirizzata all’approfondimento della malattia celiaca. Attraverso un approccio integrato al design, è stato progettato un servizio volto a sostenere il paziente celiaco neo-diagnosticato nei 30 giorni immediatamente successivi alla diagnosi. Il progetto si compone di una serie di strumenti riprogettati a partire dai servizi promossi dall’Associazione Italiana Celiachia, disegnati a misura di utente, con l’obiettivo di semplificare il contatto con l’Associazione e coinvolgere, informare e sensibilizzare, sia gli attori interni che gli attori esterni al contesto. È stato studiato l’aspetto psicologico e psico-sociale della malattia per una progettazione che tenesse conto dei reali bisogni e delle necessità dei pazienti celiaci, così che l’esperienza di diagnosi risulti meno impattante e sia facilitato il passaggio verso un cambiamento dello stile di vita.

La User Experience nel design di applicazioni Web - Il modulo diete Nutribook

In epoca contemporanea, la tecnologia ha subito una diffusione massiva e ha pervaso ogni ambito della vita dell’uomo, che sia esso scolastico, lavorativo, o ludico, cambiandone così radicalmente lo stile di vita sotto tutti i punti di vista. Sono infatti numerosissimi gli strumenti informatici che ad oggi supportano l'esercizio della maggior parte delle professioni, e che risultano peraltro ogni giorno più accurati e potenti: questo è il caso di Nutribook, un software gestionale in-cloud pensato per assistere i professionisti del mondo della nutrizione (Biologi Nutrizionisti, Dietologi, Dietisti) nelle attività quotidiane di visita dei pazienti e nell’organizzazione della propria agenda. Nell'ottica di poter offrire agli utenti un servizio sempre più esteso, il presente elaborato riporta il progetto di tesi svolto presso Deasoft s.r.l., azienda proprietaria di Nutribook, volto ad integrare tale software con un modulo dedicato all’attività di elaborazione di diete e piani alimentari. L'obiettivo principale del progetto presentato nell’elaborato risiede non solo nell'aspetto realizzativo del prodotto, ma anche nel tentativo di renderne la fruizione da parte dell'utente target il più possibile semplice, intuitiva e soddisfacente, mediante tecniche di potenziamento della User Experience. Il tirocinio per la redazione della presente tesi, nato a partire dall’esperienza di tirocinio curricolare, ha previsto come attività principali la conduzione di studi approfonditi in materia di User Experience, la partecipazione alla fase di analisi del dominio e dei requisiti e, infine, la collaborazione al design delle interfacce da realizzare mediante prototipi.

Analysis, Design, and Hardware-in-the-Loop Validation of Multi-Active Bridge Converters

This master's thesis investigates different aspects of Dual-Active-Bridge (DAB) Converter and extends aspects further to Multi-Active-Bridges (MAB). The thesis starts with an overview of the applications of the DAB and MAB and their importance. The analytical part of the thesis includes the derivation of the peak and RMS currents, which is required for finding the losses present in the system. The power converters, considered in this thesis are DAB, Triple-Active Bridge (TAB) and Quad-Active Bridge (QAB). All the theoretical calculations are compared with the simulation results from PLECS software for identifying the correctness of the reviewed and developed theory. The Hardware-in-the-Loop (HIL) simulation is conducted for checking the control operation in real-time with the help of the RT box from the Plexim. Additionally, as in real systems digital signal processor (DSP), system-on-chip or field programmable gate array is employed for the control of the power electronic systems, and the execution of the control in the real-time simulation (RTS) conducted is performed by DSP.

Compliance verification of virtual Phasor Measuring Unit using Ip-DFT algorithm according to the IEEE-60255-118-1(2018).

With the increase in load demand for various sectors, protection and safety of the network are key factors that have to be taken into consideration over the electric grid and distribution network. A phasor Measuring unit is an Intelligent electronics device that collects the data in the form of a real-time synchrophasor with a precise time tag using GPS (Global positioning system) and transfers the data to the grid command to monitor and assess the data. The measurements made by PMU have to be very precise to protect the relays and measuring equipment according to the IEEE 60255-118-1(2018). As a device PMU is very expensive to research and develop new functionalities there is a need to find an alternative to working with. Hence many open source virtual libraries are available to replicate the exact function of PMU in the virtual environment(Software) to continue the research on multiple objectives, providing the very least error results when verified. In this thesis, I executed performance and compliance verification of the virtual PMU which was developed using the I-DFT (Interpolated Discrete Fourier transforms) C-class algorithm in MATLAB. In this thesis, a test environment has been developed in MATLAB and tested the virtually developed PMU on both steady state and dynamic state for verifying the latest standard compliance(IEEE-60255-118-1).

Disegno e Metodi applicati allo studio di una bicicletta pieghevole innovativa

L’elaborato è incentrato sullo studio di una bicicletta pieghevole innovativa attraverso i metodi dell’Ingegneria Industriale. All’interno del moderno contesto urbano, la bicicletta pieghevole rappresenta una soluzione valida per quegli utenti che cercano un mezzo versatile, autonomo, economico, compatto e adatto alla nuova mobilità intermodale. Negli ultimi anni i costruttori di pieghevoli si trovano a dover soddisfare le richieste di una clientela sempre più consapevole e attenta, cercando di proporre prodotti che siano in grado di combinare praticità e prestazioni, con particolare attenzione al dettaglio e all’immagine. Lo scopo di questo progetto è quello di disegnare un mezzo a propulsione muscolare che sia in grado di offrire la migliore esperienza d’uso possibile. Attraverso un’attenta analisi di mercato tramite il metodo del Quality Function Deployment si individuano le caratteristiche chiave del prodotto e si indirizza la fase di progettazione, portata avanti attraverso l’impostazione tecnica del prodotto il disegno di un meccanismo di piega inedito. Successivamente si passa alla definizione delle geometrie e alla realizzazione dello stile tramite la costruzione di un modello 3D al CAD, a cui segue una fase di analisi strutturale col Metodo degli Elementi Finiti, secondo le prove previste dalla normativa europea per la sicurezza delle biciclette, che porta al re-design alla validazione del prodotto finale.

Obiettivo NZEB nella riqualificazione di condomini: studio di fattibilità di impianto centralizzato a pompa di calore tramite simulazioni in regime dinamico

Molti edifici realizzati negli anni ‘80-‘90 sono caratterizzati da impianti con caldaie autonome e nell’ambito degli interventi di riqualificazione energetica solo raramente vengono inserite delle pompe di calore a causa della temperatura di funzionamento dell’impianto, che spesso deve essere mantenuta elevata per i sistemi di emissione a radiatori. Tuttavia la riduzione dei carichi termici dovuti all'isolamento degli edifici consente di utilizzare i terminali esistenti facendoli lavorare a bassa temperatura, con temperature medie di 45-50°C. Obiettivo principale della tesi è quindi la valutazione della fattibilità e dei vantaggi energetici nell’ambito della sostituzione di un sistema di riscaldamento autonomo a gas con un sistema a pompa di calore. Viene preso in esame un edificio condominiale formato da 47 alloggi sito a San Lazzaro di Savena e in particolare verrà valutata la fattibilità di inserire un impianto centralizzato a pompa di calore per ogni corpo scala di cui è composto l’edificio, alimentando l’impianto con pannelli fotovoltaici installati in copertura. Per valutare i vantaggi energetici è stato utilizzato il software di simulazione dinamica Design Builder che consente di analizzare i fabbisogni energetici e la produzione di energia con step orario. Il modello dinamico permette anche di studiare le strategie d’involucro più opportune per diminuire il fabbisogno energetico e poter far lavorare la pompa di calore con i radiatori esistenti a bassa temperatura. I risultati attesi dal lavoro sono molteplici: in primo luogo verificare che la scelta dell’introduzione della pompa di calore consenta all'edificio di ridurre i consumi di energia primaria da fonti non rinnovabili, con lo scopo di portare l’edificio ad una richiesta di quasi zero energia (NZEB) in linea con le nuove normative europee e nazionali; in secondo luogo che l’utilizzo della simulazione oraria consenta di valutare il matching reale tra produzione e consumo di energia.

Design of a bang-bang pressure regulation system for cold gas and plasma engines

In this thesis the design of a pressure regulation system for space propulsion engines (electric and cold gas) has been performed. The Bang-Bang Control (BBC) method has been implemented through the open/close command on a solenoid valve, and the mass flow rate of the propellant has been fixed with suitable flow restrictors. At the beginning, research for the comparison between mechanical and electronic (for BBC) pressure regulators has been performed, which resulted in enough advantages for the selection of the second valve type. The major advantage is about the possibility to have a variable outlet pressure with a variable inlet pressure through a simple remote command, while in mechanical pressure regulators the ratio between inlet and outlet pressures must be mechanically settled. Different pressure control schemes have been analyzed, changing number of solenoid valves, flow restrictors and plenums. For each scheme the valve’s frequencies were evaluated with simplified mathematical models and with the use of simulators implemented on Python; the results obtained from those two methods matched quiet well. From all the schemes it was possible to observe varying frequency and duty cycle, for changes in different parameters. This results, after experimental checks, can be used to design the control system for a given total number of cycles that a specific solenoid valve can guarantee. Finally, tests were performed and it was possible to verify the goodness of the control system. Moreover from the tests it was possible to deduce some tips in order to optimize the running of the simulator.

Fatigue Design Challenges of Transition Pieces from Decommissioned Platforms for Offshore Wind Energy

All structures are subjected to various loading conditions and combinations. For offshore structures, these loads include permanent loads, hydrostatic pressure, wave, current, and wind loads. Typically, sea environments in different geographical regions are characterized by the 100-year wave height, surface currents, and velocity speeds. The main problems associated with the commonly used, deterministic method is the fact that not all waves have the same period, and that the actual stochastic nature of the marine environment is not taken into account. Offshore steel structure fatigue design is done using the DNVGL-RP-0005:2016 standard which takes precedence over the DNV-RP-C203 standard (2012). Fatigue analysis is necessary for oil and gas producing offshore steel structures which were first constructed in the Gulf of Mexico North Sea (the 1930s) and later in the North Sea (1960s). Fatigue strength is commonly described by S-N curves which have been obtained by laboratory experiments. The rapid development of the Offshore wind industry has caused the exploration into deeper ocean areas and the adoption of new support structural concepts such as full lattice tower systems amongst others. The optimal design of offshore wind support structures including foundation, turbine towers, and transition piece components putting into consideration, economy, safety, and even the environment is a critical challenge. In this study, fatigue design challenges of transition pieces from decommissioned platforms for offshore wind energy are proposed to be discussed. The fatigue resistance of the material and structural components under uniaxial and multiaxial loading is introduced with the new fatigue design rules whilst considering the combination of global and local modeling using finite element analysis software programs.