Sistema de modelização tridimensional para ambientes não estruturados

A navegação de veículos autónomos em ambientes não estruturados continua a ser um problema em aberto. A complexidade do mundo real ainda é um desafio. A difícil caracterização do relevo irregular, dos objectos dinâmicos e pouco distintos(e a inexistência de referências de localização) tem sido alvo de estudo e do desenvolvimento de vários métodos que permitam de uma forma eficiente, e em tempo real, modelizar o espaço tridimensional. O trabalho realizado ao longo desta dissertação insere-se na estratégia do Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA) na pesquisa e desenvolvimento de sistemas sensoriais que possibilitem o aumento da capacidade de percepção das plataformas robóticas. O desenvolvimento de um sistema de modelização tridimensional visa acrescentar aos projectos LINCE (Land INtelligent Cooperative Explorer) e TIGRE (Terrestrial Intelligent General proposed Robot Explorer) maior autonomia e capacidade de exploração e mapeamento. Apresentamos alguns sensores utilizados para a aquisição de modelos tridimensionais, bem como alguns dos métodos mais utilizados para o processo de mapeamento, e a sua aplicação em plataformas robóticas. Ao longo desta dissertação são apresentadas e validadas técnicas que permitem a obtenção de modelos tridimensionais. É abordado o problema de analisar a cor e geometria dos objectos, e da criação de modelos realistas que os representam. Desenvolvemos um sistema que nos permite a obtenção de dados volumétricos tridimensionais, a partir de múltiplas leituras de um Laser Range Finder bidimensional de médio alcance. Aos conjuntos de dados resultantes associamos numa nuvem de pontos coerente e referenciada. Foram desenvolvidas e implementadas técnicas de segmentação que permitem inspeccionar uma nuvem de pontos e classifica-la quanto às suas características geométricas, bem como ao tipo de estruturas que representem. São apresentadas algumas técnicas para a criação de Mapas de Elevação Digital, tendo sido desenvolvida um novo método que tira partido da segmentação efectuada

Embedded System for ECG Biometrics

Comunication in Internationa Conference with Peer Review First International Congress on Cardiovasular Technologies - CARDIOTECHNIX, Vilamoura, Portugal, 2013

Mammography equipment design: impact on radiographers’ practice

Objectives - Identify radiographers’ postures during frequent mammography procedures related to the mammography equipment and patient characteristics. Methods - A postural task analysis was performed using images acquired during the simulation of mammography positioning procedures. Simulations included craniocaudal/(CC) and mediolateral-oblique/(MLO) positioning in three different settings: radiographers and patients with similar statures, radiographers smaller than the patients and radiographers taller than the patients. Measurements of postural angles were performed by two raters using adequate software and classified according to the European Standard EN1005-4:2005 + A1:2008. Results - The simulations revealed that the most awkward posture in mammography is during the positioning of MLO projection in short-stature patients. Postures identified as causing work-related musculoskeletal disorder (WRMSD) risk were neck extension, arms elevated and the back stooped, presenting angles of 87.2, 118.6 and 63.6, respectively. If radiographers were taller than patients, then the trunk and arm postures were not acceptable. Conclusions - Working in a mammography room leads to awkward postures that can have an impact on radiographers’ health, namely WRMSDs. The results in this study showed that there are non-acceptable postures associated with frequent working procedures in mammography. MLO is the most demanding procedure for radiographer postures and may be related to WRMSDs. Mammography devices should be redesigned considering adjustability for radiographers. Main Messages: • Mammography constraints for radiographers in mammography procedures have not been well studied. • Performing mammography leads to awkward postures that can impact radiographers’ health. • MLO, the most demanding procedure for radiographers, is possibly related to WRMSDs.

Exploração da Point Cloud Library aplicada à percepção em sistemas autónomos

A navegação e a interpretação do meio envolvente por veículos autónomos em ambientes não estruturados continua a ser um grande desafio na actualidade. Sebastian Thrun, descreve em [Thr02], que o problema do mapeamento em sistemas robóticos é o da aquisição de um modelo espacial do meio envolvente do robô. Neste contexto, a integração de sistemas sensoriais em plataformas robóticas, que permitam a construção de mapas do mundo que as rodeia é de extrema importância. A informação recolhida desses dados pode ser interpretada, tendo aplicabilidade em tarefas de localização, navegação e manipulação de objectos. Até à bem pouco tempo, a generalidade dos sistemas robóticos que realizavam tarefas de mapeamento ou Simultaneous Localization And Mapping (SLAM), utilizavam dispositivos do tipo laser rangefinders e câmaras stereo. Estes equipamentos, para além de serem dispendiosos, fornecem apenas informação bidimensional, recolhidas através de cortes transversais 2D, no caso dos rangefinders. O paradigma deste tipo de tecnologia mudou consideravelmente, com o lançamento no mercado de câmaras RGB-D, como a desenvolvida pela PrimeSense TM e o subsequente lançamento da Kinect, pela Microsoft R para a Xbox 360 no final de 2010. A qualidade do sensor de profundidade, dada a natureza de baixo custo e a sua capacidade de aquisição de dados em tempo real, é incontornável, fazendo com que o sensor se tornasse instantaneamente popular entre pesquisadores e entusiastas. Este avanço tecnológico deu origem a várias ferramentas de desenvolvimento e interacção humana com este tipo de sensor, como por exemplo a Point Cloud Library [RC11] (PCL). Esta ferramenta tem como objectivo fornecer suporte para todos os blocos de construção comuns que uma aplicação 3D necessita, dando especial ênfase ao processamento de nuvens de pontos de n dimensões adquiridas a partir de câmaras RGB-D, bem como scanners laser, câmaras Time-of-Flight ou câmaras stereo. Neste contexto, é realizada nesta dissertação, a avaliação e comparação de alguns dos módulos e métodos constituintes da biblioteca PCL, para a resolução de problemas inerentes à construção e interpretação de mapas, em ambientes indoor não estruturados, utilizando os dados provenientes da Kinect. A partir desta avaliação, é proposta uma arquitectura de sistema que sistematiza o registo de nuvens de pontos, correspondentes a vistas parciais do mundo, num modelo global consistente. Os resultados da avaliação realizada à biblioteca PCL atestam a sua viabilidade, para a resolução dos problemas propostos. Prova da sua viabilidade, são os resultados práticos obtidos, da implementação da arquitectura de sistema proposta, que apresenta resultados de desempenho interessantes, como também boas perspectivas de integração deste tipo de conceitos e tecnologia em plataformas robóticas desenvolvidas no âmbito de projectos do Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA).

Effects of early life permethrin exposure on spatial working memory and on monoamine levels in different brain areas of pre-senescent rats

Pesticide exposure during brain development could represent an important risk factor for the onset of neurodegenerative diseases. Previous studies investigated the effect of permethrin (PERM) administered at 34 mg/kg, a dose close to the no observable adverse effect level (NOAEL) from post natal day (PND) 6 to PND 21 in rats. Despite the PERM dose did not elicited overt signs of toxicity (i.e. normal body weight gain curve), it was able to induce striatal neurodegeneration (dopamine and Nurr1 reduction, and lipid peroxidation increase). The present study was designed to characterize the cognitive deficits in the current animal model. When during late adulthood PERM treated rats were tested for spatial working memory performances in a T-maze-rewarded alternation task they took longer to choose for the correct arm in comparison to age matched controls. No differences between groups were found in anxiety-like state, locomotor activity, feeding behavior and spatial orientation task. Our findings showing a selective effect of PERM treatment on the T-maze task point to an involvement of frontal cortico-striatal circuitry rather than to a role for the hippocampus. The predominant disturbances concern the dopamine (DA) depletion in the striatum and, the serotonin (5-HT) and noradrenaline (NE) unbalance together with a hypometabolic state in the medial prefrontal cortex area. In the hippocampus, an increase of NE and a decrease of DA were observed in PERM treated rats as compared to controls. The concentration of the most representative marker for pyrethroid exposure (3-phenoxybenzoic acid) measured in the urine of rodents 12 h after the last treatment was 41.50 µ/L and it was completely eliminated after 96 h.

On the hardware and software architecture of the robuter mobile platform: a hands-on approach

The Robuter is a robotic mobile platform that is located in the “Hands-On” Laboratory of the IPP-Hurray! Research Group, at the School of Engineering of the Polytechnic Institute of Porto. Recently, the Robuter was subject of an upgrading process addressing two essential areas: the Hardware Architecture and the Software Architecture. This upgrade in process was triggered due to technical problems on-board of the robot and also to the fact that the hardware/software architecture has become obsolete. This Technical Report overviews the most important aspects of the new Hardware and Software Architectures of the Robuter. This document also presents a first approach on the first steps towards the use of the Robuter platform, and provides some hints on future work that may be carried out using this mobile platform.

Estudo de três sistemas de imobilização utilizados em radioterapia: perspetiva atual e futura

Mestrado em Radioterapia

Anticipatory postural adjustments during sitting reach movement in post-stroke subjects

The study assessed the effect of velocity of arm movement on the generation of APAs in the contralateral and ipsilateral muscles of individuals with stroke in the sitting position. In the sitting position, 10 healthy and 8 post-stroke subjects reached for an object placed at the scapular plane and mid-sternum height at self-selected and fast velocities. Electromyography was recorded from the anterior deltoid (AD), upper (UT) and lower trapezius (LT), and latissimus dorsi (LD). Kinematic analysis was used to assess peak velocity and trunk displacement. Post-stroke subjects presented a delay of APAs on both sides of the body compared to healthy subjects. Differences were found between the timing of APAs on the ipsilateral and contralateral LD and LT in both movement speeds and in the ipsilateral UT during movement of the non-affected arm at a self-selected velocity. A delay in the contralateral LD in the reaching movement with the non-affected arm at fast velocity was also observed. Trunk displacement was greater in post-stroke subjects. In the sitting position, APAs were delayed in both fast and self-selected movements on both sides in post-stroke subjects, which also presented a higher trunk displacement.

Distributed active traction control system applied to the RoboCup middle size league

This work addresses the problem of traction control in mobile wheeled robots in the particular case of the RoboCup Middle Size League (MSL). The slip control problem is formulated using simple friction models for ISePorto Team robots with a differential wheel configuration. Traction was also characterized experimentally in the MSL scenario for relevant game events. This work proposes a hierarchical traction control architecture which relies in local slip detection and control at each wheel, with relevant information being relayed to a higher level responsible for global robot motion control. A dedicated one axis control embedded hardware subsystem allowing complex local control, high frequency current sensing and odometric information procession was developed. This local axis control board is integrated in a distributed system using CAN bus communications. The slipping observer was implemented in the axis control hardware nodes integrated in the ISePorto robots and was used to control and detect loss of for traction. %and to detect the ball in the kicking device. An external vision system was used to perform a qualitative analysis of the slip detection and observer performance results are presented.

Principais dificuldades que os alunos de viola de arco apresentam quando ingressam no ensino superior português: relatório de estágio

A maioria dos instrumentistas de cordas friccionadas apresentam problemas ou dificuldades ao longo de toda a sua aprendizagem musical. Como professora e violetista, realizei este relatório de estágio com o intuito de pesquisar onde se focam a maioria desses problemas. Este relatório de estágio está dividido em duas diferentes secções, a primeira apresenta todo o trabalho pedagógico efectuado com três diferentes alunos, de diferentes níveis ao longo do ano lectivo de 2012/13 na Fundação Musical dos Amigos das Crianças (FMAC), e a segunda apresenta toda a investigação que realizei para concluir quais as principais dificuldades que os alunos de viola de arco apresentam quando ingressam no Ensino Superior. A investigação apresenta uma vasta pesquisa literária e o testemunho dos professores de várias instituições, como a Universidade do Minho, Escola Superior de Música e Artes de Espectáculo, Universidade de Aveiro, Escola Superior das Artes Aplicadas de Castelo Branco e Escola Superior de Música de Lisboa que ajudaram à profunda análise deste tema. Os resultados revelaram que os principais problemas apresentados nos estudantes de viola de arco são de origem técnica, ou seja, postura (posição do corpo, distribuição do peso correcto pelas pernas e escolha adequada do instrumento de acordo com a fisionomia do aluno); mão direita (pega correcta dos dedos no arco, distribuição de arco e contracção muscular); mão esquerda (posição do polegar, ombro e braço que afectam a afinação, flexibilidade, mudanças de posição e vibrato); influência da escolha do repertório por parte de um professor e autonomia do aluno.

A multi-objective approach for the motion planning of redundant manipulators

Kinematic redundancy occurs when a manipulator possesses more degrees of freedom than those required to execute a given task. Several kinematic techniques for redundant manipulators control the gripper through the pseudo-inverse of the Jacobian, but lead to a kind of chaotic inner motion with unpredictable arm configurations. Such algorithms are not easy to adapt to optimization schemes and, moreover, often there are multiple optimization objectives that can conflict between them. Unlike single optimization, where one attempts to find the best solution, in multi-objective optimization there is no single solution that is optimum with respect to all indices. Therefore, trajectory planning of redundant robots remains an important area of research and more efficient optimization algorithms are needed. This paper presents a new technique to solve the inverse kinematics of redundant manipulators, using a multi-objective genetic algorithm. This scheme combines the closed-loop pseudo-inverse method with a multi-objective genetic algorithm to control the joint positions. Simulations for manipulators with three or four rotational joints, considering the optimization of two objectives in a workspace without and with obstacles are developed. The results reveal that it is possible to choose several solutions from the Pareto optimal front according to the importance of each individual objective.

Complicações músculo-esqueléticas crónicas nas mulheres sobreviventes de cancro da mama

As mulheres com cancro da mama obtiveram, nos últimos anos, um aumento significativo da esperança média de vida; contudo, muitas destas mulheres vivem com as complicações crónicas resultantes do tratamento. O objetivo deste estudo é caracterizar as complicações músculo-esqueléticas (CME) nas sobreviventes de cancro da mama e enfatizar a necessidade de desenvolver terapêuticas preventivas para estas complicações. Métodos – Noventa e quatro mulheres sobreviventes de cancro da mama responderam a um questionário sobre potenciais CME. Resultados – Foi detetada associação significativa entre idade e linfedema (p=0,004), dor no braço (DB) (p=0,000), dor no ombro (DO) (p=0,004), dificuldade em elevar o braço (DEB) (p=0,022) e cervicalgia (p=0,000), verificando-se uma maior incidência nas mulheres com mais de 50 anos. Uma associação significativa foi detetada entre linfadenectomia e linfedema (p=0,000), DB (p=0,000), DO (p=0,008), verificando-se que as mulheres sujeitas a linfadenectomia apresentam maior incidência de linfedema, de DB e de DO. Quanto à sobrevivência constatou-se que as mulheres com mais de 10 anos de sobrevivência têm mais CME. Relativamente à mastectomia foi detetada associação significativa com o linfedema (p=0,012), DB (p=0,020), DO (p=0,003), DEB (p=0,037) e cervicalgia (p=0,020). Verificou-se que as mulheres mastectomizadas têm maior tendência para apresentar linfedema, DB, DO, DEB e cervicalgia. Conclusão – No nosso estudo, as mulheres acima dos 50 anos, as que realizaram a linfadenectomia, as com mais de 10 anos de sobrevivência e as mastectomizadas apresentaram maior incidência de CME.

Competitive dynamics for behavior coordination in a joint transportation task

We address the problem of coordinating two non-holonomic mobile robots that move in formation while transporting a long payload. A competitive dynamics is introduced that gradually controls the activation and deactivation of individual behaviors. This process introduces (asymmetrical) hysteresis during behavioral switching. As a result behavioral oscillations, due to noisy information, are eliminated. Results in indoor environments show that if parameter values are chosen within reasonable ranges then, in spite of noise in the robots communi- cation and sensors, the overall robotic system works quite well even in cluttered environments. The robots overt behavior is stable and smooth.

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, the dynamics of a dragonfly-inspired robot is studied. 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 movements, 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.

Incidência das complicações músculo-esqueléticas nas mulheres sobreviventes de cancro da mama

Mestrado em Fisioterapia