Complex dynamics in the trajectory control of redundant manipulators

Redundant manipulators allow the trajectory optimization, the obstacle avoidance, and the resolution of singularities. For this type of manipulators, the kinematic control algorithms adopt generalized inverse matrices that may lead to unpredictable responses. Motivated by these problems this paper studies the complexity revealed by the trajectory planning scheme when controlling redundant manipulators. The results reveal fundamental properties of the chaotic phenomena and give a deeper insight towards the development of superior trajectory control algorithms.

Trajectory planning of redundant manipulators using genetic algorithms

The trajectory planning of redundant robots is an important area of research and efficient optimization algorithms are needed. This paper presents a new technique that combines the closed-loop pseudoinverse method with genetic algorithms. The results are compared with a genetic algorithm that adopts the direct kinematics. In both cases the trajectory planning is formulated as an optimization problem with constraints.

Testes de resistência, flexibilidade, e ativação/controlo muscular da região lombo pélvica em futebolistas amadores com e sem dor lombar

Introdução: A dor lombar é comum manifestar-se em atletas de futebol, pelo que se torna importante utilizar testes clínicos como forma de detetar alterações que estejam associadas à presença de dor lombar. Objetivo: Identificar a relação entre a presença de dor lombar e os testes de resistência, flexibilidade e ativação/controlo muscular da região lombo pélvica em futebolistas com e sem dor lombar. Métodos: Realizou-se o presente estudo transversal numa amostra de 25 futebolistas amadores, dos quais 8 apresentavam dor lombar. Foi avaliada a resistência e os rácios dos músculos globais do tronco, a flexibilidade dos flexores e extensores da anca bem como a ativação/controlo dos músculos transverso do abdómen e multífidos. Resultados: Os atletas com lombalgia apresentaram uma diminuição significativa do tempo de resistência muscular dos vários grupos musculares do tronco e da flexibilidade muscular comparativamente aos atletas sem lombalgia. Foi também identificado um aumento significativo no rácio flexores/extensores do tronco. Relativamente aos testes de ativação muscular, não foram encontradas associações com a presença de dor lombar. Conclusão: A aplicação de testes de resistência e flexibilidade parece diferenciar os indivíduos com e sem dor lombar, não se tendo verificado o mesmo quanto à ativação do transverso do abdómen e dos multífidos.

Dynamic behaviour of soft core sandwich beam structures using kriging-based layerwise models

Sandwich structures with soft cores are widely used in applications where a high bending stiffness is required without compromising the global weight of the structure, as well as in situations where good thermal and damping properties are important parameters to observe. As equivalent single layer approaches are not the more adequate to describe realistically the kinematics and the stresses distributions as well as the dynamic behaviour of this type of sandwiches, where shear deformations and the extensibility of the core can be very significant, layerwise models may provide better solutions. Additionally and in connection with this multilayer approach, the selection of different shear deformation theories according to the nature of the material that constitutes the core and the outer skins can predict more accurately the sandwich behaviour. In the present work the authors consider the use of different shear deformation theories to formulate different layerwise models, implemented through kriging-based finite elements. The viscoelastic material behaviour, associated to the sandwich core, is modelled using the complex approach and the dynamic problem is solved in the frequency domain. The outer elastic layers considered in this work may also be made from different nanocomposites. The performance of the models developed is illustrated through a set of test cases. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

On the requirements of interpolating polynomials for path motion constraints

In the framework of multibody dynamics, the path motion constraint enforces that a body follows a predefined curve being its rotations with respect to the curve moving frame also prescribed. The kinematic constraint formulation requires the evaluation of the fourth derivative of the curve with respect to its arc length. Regardless of the fact that higher order polynomials lead to unwanted curve oscillations, at least a fifth order polynomials is required to formulate this constraint. From the point of view of geometric control lower order polynomials are preferred. This work shows that for multibody dynamic formulations with dependent coordinates the use of cubic polynomials is possible, being the dynamic response similar to that obtained with higher order polynomials. The stabilization of the equations of motion, always required to control the constraint violations during long analysis periods due to the inherent numerical errors of the integration process, is enough to correct the error introduced by using a lower order polynomial interpolation and thus forfeiting the analytical requirement for higher order polynomials.

A influência da dor no joelho na incapacidade e proprioceção em adultos mais velhos

Introdução: A dor no joelho apresenta uma etiologia multifatorial, sendo a idade um fator de risco importante. A dor no joelho poderá estar relacionada com alterações na propriocetividade do joelho. Objetivo (s): Comparar a influência dor unilateral com bilateral do joelho na incapacidade e proprioceção em adultos mais velhos. Métodos: Estudo transversal com uma amostra de 11 indivíduos com dor no joelho, divididos em grupo com dor unilateral (GDU=6) e grupo com dor bilateral (GDB=5). Utilizou-se, a Knee injury and Osteoarthritis Outcome Score (KOOS) para analisar a dor, rigidez e outros sintomas, atividades de vida diária, desportivas e de lazer e qualidade de vida. Foi medida a sensação de posição articular passiva e ativa, bem como a sensação de discriminação de carga. Foram utilizados os testes de Mann-Whitney e de correlação de Spearman, com um nível de significância de 0,05. Resultados: Nas diferentes dimensões da KOOS apesar de não se ter verificado diferenças significativas entre os grupos, o GDU apresenta scores menores, que traduzem uma maior incapacidade. Na sensação de posição articular e na sensação de discriminação de carga não se verificaram diferenças significativas entre os grupos. Conclusão: A dor no joelho ser unilateral ou bilateral não influencia nem a incapacidade nem a proprioceção nos adultos mais velhos.

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.

Validação da antropometria e ultrassonografia do braço, para medição dos respectivos compartimentos, em lactentes nascidos pré-termo : contributo para a avaliação corporal do recem-nascido e do lactente

RESUMO: Contexto: Indicadores fidedignos da composição corporal são importantes na orientação das estratégias nutricionais de recém-nascidos e pequenos lactentes submetidos a cuidados intensivos. O braço é uma região acessível para avaliar a composição corporal regional, pela medida dos seus compartimentos. A antropometria e a ultrassonografia (US) são métodos não invasivos, relativamente económicos, que podem ser usados à cabeceira do paciente na medição desses compartimentos, embora esses métodos não tenham ainda sido validados neste subgrupo etário. A ressonância magnética (RM) pode ser usada como método de referência na validação da medição dos compartimentos do braço. Objectivo: Validar em lactentes pré-termo, as medidas do braço por antropometria e por US. Métodos: Foi estudada uma coorte de recém-nascidos admitidos consecutivamente na unidade de cuidados intensivos neonatais, com  33 semanas de idade de gestação e peso adequado para a mesma, sem anomalias congénitas major e não submetidas a diuréticos ou oxigenoterapia no momento da avaliação. Nas vésperas da alta, foram efectuadas medições do braço, com ocultação, pelos métodos antropométrico, ultrassonográfico e RM. As medidas antropométricas directas foram: peso (P), comprimento (C), perímetro cefálico (PC), perímetro braquial (PB) e prega cutânea tricipital (PT). As área braquial total, área muscular (AM) e área adiposa foram calculadas pelos métodos de Jeliffee & Jeliffee e de Rolland-Cachera. Utilizando uma sonda PSH-7DLT de 7 Hz no ecógrafo Toshiba SSH 140A foram medidos os perímetros braquial e muscular e calculadas automaticamente as áreas braquial e muscular, sendo a área adiposa obtida por subtracção. Como método de referência foi utilizada a RM – Philips Gyroscan ACS-NT, Power-Track 1000 ®, 1.5 Tesla com uma antena de quadratura do joelho. Na análise estatística foram utilizados os métodos paramétricos e não paramétricos, conforme adequado. Resultados: Foram incluídas 30 crianças, nascidas com ( ±DP) 30.7 ±1.9 semanas de gestação, pesando 1380 ±325g, as quais foram avaliadas às 35.4 ±1.1 semanas de idade corrigida, quando pesavam 1786 ±93g. Nenhuma das medidas antropométricas, individualmente, constitui um indicador aceitável (r2 <0.5) das medições por RM. A melhor e mais simples equação alternativa encontrada é a que estima a AM (r2 = 0.56), derivada dos resultados da análise de regressão múltipla: AMRM = (P x 0.17) + (PB x 5.2) – (C x 6) – 150, sendo o P expresso em g, o C e o PB em cm. Nenhuma das medidas ultrassonográficas constitui um indicador aceitável (r2 <0.4) das medições por RM. Conclusões: A antropometria e as medidas ultrassonográficas do braço não são indicadores fidedignos da composição corporal regional em lactentes pré-termo, adequados para a idade de gestação.----------ABSTRACT: Background: Accurate predictors for body composition are valuable tools guiding nutritional strategies in infants needing intensive care. The upper-arm is a part of the body that is easily accessible and convenient for assessing the regional body composition, throughout the assessment of their compartments. Anthropometry and by ultrasonography (US) are noninvasive and relatively nonexpensive methods for bedside assessment of the upper-arm compartments. However, these methods have not yet been validated in infants. Magnetic resonance imaging (MRI) may be used as gold standard to validate the measurements of the upper-arm compartments. Objective: To validate the upper-arm measurements by anthropometry and by US in preterm infants. Methods: A cohort of neonates consecutively admitted at the neonatal intensive care unit, appropriate for gestational age, with  33 weeks, without major congenital abnormalities and not subjected to diuretics or oxygen therapy, was assessed. Before the discharge, the upper-arm was blindly measured by anthropometry, US and MRI. The direct anthropometric parameters measured were: weight (W), length (L), head circumference (HC), mid-arm circumference (MAC), and tricipital skinfold thickness. The arm area (AA), arm muscle area (AMA) and arm fat area were calculated applying the methods proposed by Jeliffee & Jeliffee and by Rolland-Cachera. Using the sonolayer Toshiba SSH 140A and the probe PSH-7DLT 7Hz, the arm and muscle perimeters were measured by US, the arm and muscle areas included were automatically calculated, and the fat area was calculated by subtraction. The MR images were acquired on a 1.5-T Philips Gyroscan ACS-NT, Power-Track 1000 scanner, and a knee coil was chosen for the upper-arm measurements. For statistical analysis parametric and nonparametric methods were used as appropriate. Results: Thirty infants born with ( ±SD) 30.7 ±1.9 weeks of gestational age and weighing 1380 ±325g were included in the study; they were assessed at 35.4 ±1.1 weeks of corrected age, weighing 1786 ±93g. None of the anthropometric measurements are individually acceptable (r2 <0.5) for prediction of the measurements obtained by MRI. The best and simple alternative equation found is the equation for prediction of the AMA (r2 = 0.56), derived from the results of multiple regression analysis: AMARM = (W x 0.17) + (MAC x 5.2) – (L x 6) – 150, being the W expressed in g, and L and MAC in cm. None of the ultrasonographic measurements are acceptable (r2 <0.5) predictors for the measurements obtained by MRI. Conclusions: The measurements of the upper-arm by anthropometry and by US are not accurate predictors for the regional body composition in preterm appropriate for gestational age infants.

Association between human parvovirus B19 and arthropathy in Belém, Pará, north Brazil

A total of 220 patients with arthropathy were selected in Belém, Pará between January 1994 and December 2000, and screened for the presence of human parvovirus B19 IgM and IgG antibodies by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). A subgroup (n = 132) of patients with high levels of antibodies (either IgM+/IgG+ or IgM-/IgG+) were examined for the presence of DNA by polymerase chain reaction/nested PCR. Recent/active infection (detection of IgM and/or IgG-specific antibodies and presence of viral DNA) was identified in 47.7% of the 132 individuals with arthropathy. In our study, women were significantly more affected (59.7%) than men (35.4%) (P = 0.0006). The age group of 11-20 years (84.6%), among female patients, and 21-30 years (42.1%), among male, were those with the highest incidence rates. The analysis of the temporal distribution of B19-associated arthropaties showed a cyclic pattern, with peak incidence rates occuring at 3-5 year intervals. Significant diference (P = 0.01) was observed when comparing both the highest (39.0%) and the lowest (11.0%) seropositivity rates for the years of 1995 and 2000, respectively. The interfalangial joints of hands and feet were mostly affected, with 50.0% and 48.0% of cases among both women and men, respectively. In a smaller proportion, other joints such as those of knee, ankle, pulse and shoulder were affected. As for the duration, symptoms lasted 1 to 5 days in 54.0% of the individuals, whereas in 46.0% of them the disease lasted 6-10 days, if considered the subgroup (n = 63) of patients with recent/active infection by parvovirus B19. In our study, joint clinical manifestations occurred symmetrically. Our results indicate that B19 may be an important agent of arthropathies in our region, and this underscores the need for specific laboratory diagnosis when treating patients suffering from acute arthropathy, mainly pregnant women.

A efectividade de um programa de exercícios terapêuticos na doença osteo-articular no idoso

RESUMO: O presente estudo teve como objectivo avaliar a efectividade de um programa de intervenção de fisioterapia comparativamente ao tratamento conservador (calor húmido, ultra-som e massagem), relativamente à dor e capacidade funcional, no utente idoso com doença osteoarticular do joelho. A amostra foi aleatória, tendo sido seleccionados 20 utentes que respeitaram os critérios de inclusão, e que foram distribuídos aleatoriamente pelos dois grupos de tratamento, 9 no grupo A (experimental) e 11 no grupo B (controle). Todos os utentes deram o seu consentimento informado. Trata-se de um estudo experimental, controlado aleatorizado (RCT). A intervenção em estudo consistiu em 15 sessões de tratamento individuais, efectuadas 3 vezes por semana. O programa terapêutico efectuado pelo grupo A incluiu o tratamento conservador (20 minutos calor húmido, 5 minutos ultra-som (contínuo; 1,5W/cm2) e aproximadamente 10 minutos de massagem local) e o protocolo de exercícios terapêuticos em estudo. Este protocolo de exercícios foi progredindo semanalmente em termos da sua intensidade. Os utentes do Grupo B efectuaram apenas o tratamento conservador (tal como no grupo A). Para avaliar a dor e a capacidade funcional foi utilizado o Questionário knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score. A análise dos resultados foi realizada através dos testes Mann-Whitney e Kruskal-Wallis para a comparação entre grupos. Os resultados sugerem não haver diferenças estatisticamente significativos entre os grupos, embora o grupo de controle tenha obtido melhores resultados. O grupo B apresentou uma diminuição da dor de 17,33, comparativamente aos valores de -3,00 no grupo A (p=0,101), e melhoria da capacidade funcional de 13,00, mantendo-se a capacidade funcional igual, no grupo A (0,00) p=0,080). Estes resultados parecem sugerir que não há diferenças significativas entre as duas modalidades de intervenção, realçando a necessidade de continuar a investigar este protocolo de exercícios e a sua efectividade.-----------------ABSTRACT: The aims of this study was to evaluate the effectiveness of a treatment program compared with conventional treatment (post hoots, ultrasound and massage), for the outcomes pain and functional ability in elderly with knee osteoarthritis. The sample was non-probability, and 20 patients have been selected that fulfilled the criteria for inclusion and who were randomly assigned to the two treatment groups, in group A and 11 in group B. All of the patients gave their informed consent. This is an experimental, randomized controlled trial (RCT) with blinded assessment, of comparative design. This study protocol program was carry out in 15 individual treatment sessions, 3x per week. The therapeutic program made by group A consisted of the performance of conservative treatment: 20 minutes of hot packs, 5 minutes of ultrasound (continuous, 1.5 W/cm2) and 10 minutes of massage plus the exercise protocol therapy consisted of: isometric exercises of quadriceps contractions, muscle strengthening for knee and aerobic training. This exercise protocol was progressing every week in terms of its intensity. The users in Group B, only made the conservative treatment (such as in group A). In this study there were evaluated the pain and functional capacity, assessed by questionnaire knee Injury Osteoarthritis Outcome Score. For comparison between groups were used Mann-Whitney and Kruskal-Wallis tests. The results revealed that in group B was that it obtained better results, although they are not statistical significance. The group B show a decrease in pain of 17.33 compared to -3.00 in group A (p = 0.101), and improved capacity functional of 13.00, keeping in group A (0.00) (p = 0.080). However, the differences are not statistically significant. These results show that there are not statistically significant in both treatments, but more studies are needed.

Mutilations Due to Medical Disorders in Children

Soft-tissue and bone necrosis, although rare in childhood, occasionally occur in the course of infectious diseases, either viral or bacterial, and seem to be the result of hypoperfusion on a background of disseminated intravascular coagulation. Treatment consists in correction of septic shock and control of necrosis. Necrosis, once started, shows extraordinarily rapid evolution, leading to soft-tissue and bone destruction and resulting in anatomic, functional, psychological, and social handicaps. Ten mutilated children were treated from January 1986 to January 1999 in Hospital de Dona Estefaˆ nia, Lisbon, Portugal. One was recovering from hemolytic-uremic syndrome with a severe combined immunodeficiency, another malnourished, anemic child had malaria, and three had chicken pox (in one case complicated by meningococcal septicemia). There were three cases of meningococcal and two of pyocyanic septicemia (one in a burned child and one in a patient with infectious mononucleosis). The lower limbs (knee,leg, foot) were involved in five cases, the face (ear, nose, lip) in four, the perineum in three, the pelvis (inguinal region, iliac crest) in two, the axilla in one, and the upper limb (radius, hand) in two. Primary prevention is based on early recognition of risk factors and timely correction. Secondary prevention consists of immediate etiologic and thrombolytic treatment to restrict the area of necrosis. Tertiary prevention relies on adequate rehabilitation with physiotherapy and secondary operations to obtain the best possible functional and esthetic result.

Modeling and Control of a Dragonfly-Like Robot

Dragonflies demonstrate unique and superior flight performances than most of the other insect species and birds. They are equipped with two pairs of independently controlled wings granting an unmatchable flying performance and robustness. In this paper it is studied the dynamics of a dragonfly-inspired robot. The system performance is analyzed in terms of time response and robustness. The development of computational simulation based on the dynamics of the robotic dragonfly allows the test of different control algorithms. We study different movement, the dynamics and the level of dexterity in wing motion of the dragonfly. The results are positive for the construction of flying platforms that effectively mimic the kinematics and dynamics of dragonflies and potentially exhibit superior flight performance than existing flying platforms.

Chaos Dynamics in the Trajectory Conjtrol of Redundant Manipulators

Nonlinear Dynamics, chaos, Control, and Their Applications to Engineering Sciences: Vol. 6 - Applications of nonlinear phenomena

Simulação de Robôs Quadrúpedes Utilizando o SimMechanics

Desde sempre o Homem procurou automatizar tarefas repetitivas. Tanto na indústria como no sector doméstico ou de comércio estão constantemente a surgir novos equipamentos procurando aumentar o nível de automação de diversas tarefas. A necessidade de empresas criadoras de produtos inovadores se manterem concorrenciais obrigou à adopção de métodos de projecto e planeamento mais estruturados e eficientes que eliminem os desperdícios tanto de material como de tempo. Diversas construções em termos orçamentais e o aumento da procura de produtos de alta qualidade a baixo custo deu origem a um novo tipo de programas, os programas de simulação virtual. Tal como na indústria, também na investigação nas Instituições de Ensino Superior se procuram adoptar os métodos de trabalho mais eficientes possíveis. Uma parte dos programas de simulação robótica utilizados hoje em dia na investigação no Instituto Superior de Engenharia do Porto estão concebidos em linguagem C. Embora esta linguagem seja extremamente capaz, existem métodos mais adequados de simulação que aceleram o processo de modelação permitindo a visualização do movimento e simulação de diversas situações potencialmente criticas sem existir a necessidade de construção de um protótipo funcional do robô. Durante o último ano, este projecto permitiu construir um modelo de um robô quadrúpede num programa de simulação virtual chamado Simmechanics™. Embora haja já algum trabalho desenvolvido nesta área, constatou-se que a informação existente possuía algumas lacunas. Com o trabalho desenvolvido preparou-se esta dissertação que pretende clarificar algumas questões que surgem na modelação de um robô. Neste documento explica-se como modelar um robô de corpo flexível, modelar as pernas e as respectivas juntas da anca e do joelho assim como também se apresenta a modelação de um contacto com o solo recorrendo a um modelo descrito na literatura. Este documento foi escrito a pensar no leitor, procurando-se explicar de forma simples mas concisa os diversos passos necessários para construir um modelo virtual de um robô. O autor espera, desta forma, ajudar futuros colegas que pretendam trabalhar com o Simmechanics™ a mais facilmente se integrarem com o programa aumentando desta forma o declive da curva de aprendizagem e permitindo um maior aproveitamento desta ferramenta.

Antero-Medialisation of the Tibial Tubercle for Patellar Instability

We reviewed 19 patients (24 knees) with patellofemoral instability treated surgically with antero-medialisation of the tibial tubercle and lateral retinacular release. Twenty-two knees had recurrent patellar dislocation and two patellar subluxation. Lateral retinacular release was performed arthroscopically in 15 knees. Average follow-up was 52 (16-86) months. There was one postoperative haemarthrosis and one failed fixation, which needed surgical revision. The average Lysholm score improved from 63.3 to 98 and only one knee had persistent patello-femoral pain postoperatively. The patellar tilt angle improved from 9.4 degrees to 5.5 degrees . There were no redislocations. We find that the surgical technique produces a consistent correction of patellar instability, but long-term studies are needed to confirm whether it can prevent arthritic degeneration.