Multi-criteria optimization manipulator trajectory planning

In the last twenty years genetic algorithms (GAs) were applied in a plethora of fields such as: control, system identification, robotics, planning and scheduling, image processing, and pattern and speech recognition (Bäck et al., 1997). In robotics the problems of trajectory planning, collision avoidance and manipulator structure design considering a single criteria has been solved using several techniques (Alander, 2003). Most engineering applications require the optimization of several criteria simultaneously. Often the problems are complex, include discrete and continuous variables and there is no prior knowledge about the search space. These kind of problems are very more complex, since they consider multiple design criteria simultaneously within the optimization procedure. This is known as a multi-criteria (or multiobjective) optimization, that has been addressed successfully through GAs (Deb, 2001). The overall aim of multi-criteria evolutionary algorithms is to achieve a set of non-dominated optimal solutions known as Pareto front. At the end of the optimization procedure, instead of a single optimal (or near optimal) solution, the decision maker can select a solution from the Pareto front. Some of the key issues in multi-criteria GAs are: i) the number of objectives, ii) to obtain a Pareto front as wide as possible and iii) to achieve a Pareto front uniformly spread. Indeed, multi-objective techniques using GAs have been increasing in relevance as a research area. In 1989, Goldberg suggested the use of a GA to solve multi-objective problems and since then other researchers have been developing new methods, such as the multi-objective genetic algorithm (MOGA) (Fonseca & Fleming, 1995), the non-dominated sorted genetic algorithm (NSGA) (Deb, 2001), and the niched Pareto genetic algorithm (NPGA) (Horn et al., 1994), among several other variants (Coello, 1998). In this work the trajectory planning problem considers: i) robots with 2 and 3 degrees of freedom (dof ), ii) the inclusion of obstacles in the workspace and iii) up to five criteria that are used to qualify the evolving trajectory, namely the: joint traveling distance, joint velocity, end effector / Cartesian distance, end effector / Cartesian velocity and energy involved. These criteria are used to minimize the joint and end effector traveled distance, trajectory ripple and energy required by the manipulator to reach at destination point. Bearing this ideas in mind, the paper addresses the planning of robot trajectories, meaning the development of an algorithm to find a continuous motion that takes the manipulator from a given starting configuration up to a desired end position without colliding with any obstacle in the workspace. The chapter is organized as follows. Section 2 describes the trajectory planning and several approaches proposed in the literature. Section 3 formulates the problem, namely the representation adopted to solve the trajectory planning and the objectives considered in the optimization. Section 4 studies the algorithm convergence. Section 5 studies a 2R manipulator (i.e., a robot with two rotational joints/links) when the optimization trajectory considers two and five objectives. Sections 6 and 7 show the results for the 3R redundant manipulator with five goals and for other complementary experiments are described, respectively. Finally, section 8 draws the main conclusions.

Particle swarm optimization: dynamical analysis through fractional calculus

This chapter considers the particle swarm optimization algorithm as a system, whose dynamics is studied from the point of view of fractional calculus. In this study some initial swarm particles are randomly changed, for the system stimulation, and its response is compared with a non-perturbed reference response. The perturbation effect in the PSO evolution is observed in the perspective of the fitness time behaviour of the best particle. The dynamics is represented through the median of a sample of experiments, while adopting the Fourier analysis for describing the phenomena. The influence upon the global dynamics is also analyzed. Two main issues are reported: the PSO dynamics when the system is subjected to random perturbations, and its modelling with fractional order transfer functions.

Performance assessment of a wind energy conversion system using a hierarchical controller structure

This paper deals with a hierarchical structure composed by an event-based supervisor in a higher level and two distinct proportional integral (PI) controllers in a lower level. The controllers are applied to a variable speed wind energy conversion system with doubly-fed induction generator, namely, the fuzzy PI control and the fractional-order PI control. The event-based supervisor analyses the operation state of the wind energy conversion system among four possible operational states: park, start-up, generating or brake and sends the operation state to the controllers in the lower level. In start-up state, the controllers only act on electric torque while pitch angle is equal to zero. In generating state, the controllers must act on the pitch angle of the blades in order to maintain the electric power around the nominal value, thus ensuring that the safety conditions required for integration in the electric grid are met. Comparisons between fuzzy PI and fractional-order PI pitch controllers applied to a wind turbine benchmark model are given and simulation results by Matlab/Simulink are shown. From the results regarding the closed loop point of view, fuzzy PI controller allows a smoother response at the expense of larger number of variations of the pitch angle, implying frequent switches between operational states. On the other hand fractional-order PI controller allows an oscillatory response with less control effort, reducing switches between operational states. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Classificação e agregação automática de notícias desportivas

Mestrado em Engenharia Informática - Área de Especialização em Arquiteturas, Sistemas e Redes

Ajustes Posturais dos músculos da tibiotársica em indivíduos com Doença de Parkinson durante o sit-to-stand

Introdução: Os ajustes posturais antecipatórios (APAs) são essenciais para o movimento típico, estando alterados nas doenças neuro degenerativas como a doença de Parkinson (DP) Objectivo(s): Estudar os early postural adjustments e os APAs em indivíduos com DP durante o sentar para levantar (STS), com e sem dupla tarefa. Métodos: Foi recolhida a atividade eletromiográfica (EMG) dos músculos tibial anterior, solear e gastrocnémio medial, em indivíduos com e sem DP (9 em cada grupo), durante o STS. Este foi determinado pelo deslocamento antero posterior do centro de pressão através da plataforma de forças, sendo a tarefa cognitiva dada pelo stroop colour word interference test. Os ajustes posturais foram avaliados pelo tempo de ativação e pela atividade EMG relativa, bem como pela análise da co ativação agonista/antagonista. Resultados: Não foram encontradas diferenças estatisticamente significativas entre o grupo de controlo e o grupo com DP em nenhuma das variáveis analisadas Há uma tendência para o grupo com DP apresentar APAs mais cedo na tarefa simples, mantendo atividade muscular durante mais tempo e com maior atividade EMG relativa que o grupo controlo. Na dupla tarefa mantém-se essa tendência, exceto o tempo de ativação ser mais próximo do levante. Conclusão: Os défices posturais decorrentes da doença de Parkinson parecem não ser evidenciados na primeira fase do sit-to-stand.

Analysis of early synthetic dyes with HPLC-DAD-MS: an important database for analysis of colorants used in cultural heritage

Presented thesis at Faculdade de Ciências e Tecnologias, Universidade de Lisboa, to obtain the Master Degree in Conservation and Restoration of Textiles

Desenvolvimento de funções de lógica difusa para PLC

Este trabalho pretende preencher uma lacuna no controlo difuso em todos os autómatos/controladores que usam a plataforma Codesys para a sua programação. Começando por um levantamento histórico e a respetiva compreensão do que é a lógica difusa até à análise do que existe no mercado nos dias de hoje. Será realizada uma abordagem do que é a plataforma Codesys e a utilização da norma IEC61131-3. Sendo efetuada também uma análise da norma IEC61131-7 que explica como deve ser realizado o controlo difuso em PLC. Para colmatar a lacuna existente foi desenvolvido um software tendo por base a plataforma Codesys e validado e testado com o software SoMachine da Schneider Electric. Esse software será devidamente descrito para ser entendido de uma forma fácil.

Modelo de controlo difuso de um sistema de produção de energia com base em recursos renováveis

A satisfação das necessidades energéticas mundiais, cada vez mais exigentes, bem como a necessidade urgente de procurar caminhos que permitam usufruir de energia, da forma menos poluente possível, levam à necessidade de serem explorados caminhos que permitam cumprir estes pressupostos. A escolha da utilização das energias renováveis na produção de energia, torna-se cada vez mais interessante, quer do ponto de vista ambiental quer económico. O fundamento da lógica difusa está associado à recolha de informações vagas, que são no fundo uma linguagem falada por seres humanos, possibilitando a passagem deste tipo de linguagem para formato numérico, permitindo assim uma manipulação computacional. Elementos climáticos como o sol e o vento, podem ser descritos em forma de variáveis linguísticas, como é o caso de vento forte, temperatura baixa, irradiação fraca, etc. Isto faz com que a aplicação de um controlo a partir destes fenómenos, justifique ser realizado com recurso a sistemas de inferência difusa. Para a realização do trabalho proposto, foram consumados estudos relativos às energias renováveis, com particular enfoque na solar e na eólica. Também foi realizado um estudo dos conceitos pertencentes à lógica difusa e a sistemas de inferência difusa com o objetivo de perceber os diversos parâmetros constituintes desta matéria. Foi realizado o estudo e desenvolvimento de um sistema de aquisição de dados, bem como do controlador difuso que é o busílis do trabalho descrito neste relatório. Para tal, o trabalho foi efetuado com o recurso ao software MATLAB, a partir do qual foram desenvolvidas aplicações que possibilitaram a obtenção de dados climáticos, com vista à sua utilização na toolbox Fuzzy Logic a qual foi utilizada para o desenvolvimento de todo o algoritmo de controlo. Com a possibilidade de aquisição de dados concluída e das variáveis que iriam ser necessárias definidas, foi implementado o controlador difuso que foi sendo sintonizado ao longo do trabalho por forma a garantir os melhores resultados possíveis. Com o recurso à ferramenta Guide, também do MATLAB, foi criada a interface do sistema com o utilizador, sendo possível a averiguação da energia a ser produzida, bem como das contribuições de cada uma das fontes de energia renováveis para a obtenção dessa mesma energia. Por último, foi feita uma análise de resultados através da comparação entre os valores reais esperados e os valores obtidos pelo controlador difuso, bem como assinaladas conclusões e possibilidades de desenvolvimentos futuros deste trabalho.

Sistema de apoio ao utilizador de transportes públicos

Nos dias de hoje usar o transporte público para nos deslocarmos de uma determinada origem para um determinado destino é uma realidade na vida da maioria das pessoas. Muitas destas deslocações fazem parte da rotina diária do cidadão, que depende destes transportes para as suas atividades do dia-a-dia. Nos últimos anos, o número de cidadãos que usa os transportes públicos como meio de deslocação tem vindo a aumentar consideravelmente. Contudo, a maioria dos operadores de transportes públicos pecam pela falta de pontualidade dos seus serviços, e pela falta de informação disponível ao cidadão acerca dos horários dos mesmos em tempo real. Tendo este problema em conta, foi desenvolvida uma solução capaz de realizar uma previsão do tempo de chegada de um transporte público, ao longo de todo o seu serviço. Previsão essa que é atualizada ao longo do percurso de forma a reduzir a margem de erro da informação apresentada. Com esta informação o cidadão pode planear melhor o seu dia e decidir qual é a melhor altura para se deslocar para a paragem, evitando ao máximo a perda de tempo à espera do seu transporte público. A solução final foi desenvolvida com a ajuda da empresa BEWARE e teve como objetivo a criação de uma aplicação web capaz de apresentar os tempos de espera dos autocarros em diferentes tipos de vista, bem como o acompanhamento do mesmo ao longo do percurso. Toda a informação utilizada na aplicação web foi criada por dois serviços de apoio que efetuam o controlo do autocarro ao longo do percurso, bem como os cálculos da previsão dos tempos de espera. O projeto foi dividido em quatro constituintes que foram repetidas durante o desenvolvimento da solução. A primeira constou na análise do problema, no levantamento e definição dos requisitos. A segunda incluiu o desenvolvimento de um algoritmo capaz de validar a posição do autocarro ao longo do seu percurso, detetando a paragem onde este se encontra e a hora de chegada à mesma. A terceira abrangeu o desenvolvimento de um algoritmo capaz de prever o tempo de chegada de um autocarro às paragens definidas na sua rota, recorrendo ao histórico de viagens realizadas anteriormente. A quarta consistiu no desenvolvimento da aplicação web, implementando todas as funcionalidades necessárias para que a aplicação consiga realizar o acompanhamento do autocarro no percurso, a consulta dos tempos de chegada e da previsão dos tempos às paragens seguintes recorrendo a três tipos de vistas diferentes, e a possibilidade de agendar notificações de forma a receber no email as previsões dos tempos de chegada nos dias e horas mais significativos para o utilizador.

Controlo inteligente de um Sistema de Levitação Magnética

A levitação magnética tem sido um tema bastante investigado sobretudo devido à sua utilização em sistemas ferroviários de transportes. É o método ideal quando existe a necessidade em aplicações de restringir do contacto físico, ou a conveniência, em termos energéticos, de eliminar o atrito. O princípio de funcionamento é simples, um eletroíman cria uma força sobre um objeto ferromagnético que contraria a gravidade. Contudo um sistema de levitação por atração é instável e não linear, o que significa a necessidade de implementar um controlador para satisfazer as características de estabilidade desejadas. Ao longo deste projeto serão descritos os procedimentos teóricos e práticos que foram tomados na criação de um sistema de levitação eletromagnética. Desde a conceção física do sistema, como escolha do sensor, condicionamento de sinal ou construção do eletroíman, até aos procedimentos matemáticos que permitiram a modelação do sistema e criação de controladores. Os controladores clássicos, como o PID ou em avanço de fase, foram projetados através da técnica do Lugar Geométrico de Raízes. No projeto do controlador difuso, pelo contrário não se fez uso da modelação do sistema ou de qualquer relação matemática entre as variáveis. A utilização desta técnica de controlo destacou-se pela usa simplicidade e rapidez de implementação, fornecendo um bom desempenho ao sistema. Na parte final do relatório os resultados obtidos pelos diferentes métodos de controlo são analisados e apresentadas as respetivas conclusões. Estes resultados revelam que para este sistema, relativamente aos outros métodos, o controlador difuso apresenta o melhor desempenho tanto ao nível da resposta transitória, como em regime permanente.

Algorithms for information extraction and signal annotation on long-term biosignals using clustering techniques

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Automatic Small Bowel Tumor Diagnosis by Using Multi-Scale Wavelet-Based Analysis in Wireless Capsule Endoscopy Images

BACKGROUND: Wireless capsule endoscopy has been introduced as an innovative, non-invasive diagnostic technique for evaluation of the gastrointestinal tract, reaching places where conventional endoscopy is unable to. However, the output of this technique is an 8 hours video, whose analysis by the expert physician is very time consuming. Thus, a computer assisted diagnosis tool to help the physicians to evaluate CE exams faster and more accurately is an important technical challenge and an excellent economical opportunity. METHOD: The set of features proposed in this paper to code textural information is based on statistical modeling of second order textural measures extracted from co-occurrence matrices. To cope with both joint and marginal non-Gaussianity of second order textural measures, higher order moments are used. These statistical moments are taken from the two-dimensional color-scale feature space, where two different scales are considered. Second and higher order moments of textural measures are computed from the co-occurrence matrices computed from images synthesized by the inverse wavelet transform of the wavelet transform containing only the selected scales for the three color channels. The dimensionality of the data is reduced by using Principal Component Analysis. RESULTS: The proposed textural features are then used as the input of a classifier based on artificial neural networks. Classification performances of 93.1% specificity and 93.9% sensitivity are achieved on real data. These promising results open the path towards a deeper study regarding the applicability of this algorithm in computer aided diagnosis systems to assist physicians in their clinical practice.

EDP InovCity pilot study proposal: A set-top box interface

A Work Project, presented as part of the requirements for the Award of a Masters Degree in Management from the NOVA – School of Business and Economics

Calibration, selection and mosaicing of SMART-1 AMIE images

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Development of a satellite based PM10 concentration product for urban areas

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia do Ambiente