Método de estimativa de torque da articulação do joelho baseada em EMG

Este trabalho apresenta um método de estimativa de torque do joelho baseado em sinais eletromiográficos (EMG) durante terapia de reabilitação robótica. Os EMGs, adquiridos de cinco músculos envolvidos no movimento de flexão e extensão do joelho, são processados para encontrar as ativações musculares. Em seguida, mediante um modelo simples de contração muscular, são calculadas as forças e, usando a geometria da articulação, o torque do joelho. As funções de ativação e contração musculares possuem parâmetros limitados que devem ser calibrados para cada usuário, sendo o ajuste feito mediante a minimização do erro entre o torque estimado e o torque medido na articulação usando a dinâmica inversa. São comparados dois métodos iterativos para funções não-lineares como técnicas de otimização restrita para a calibração dos parâmetros: Gradiente Descendente e Quasi-Newton. O processamento de sinais, calibração de parâmetros e cálculo de torque estimado foram desenvolvidos no software MATLAB®; o cálculo de torque medido foi feito no software OpenSim com sua ferramenta de dinâmica inversa.

Piloto automático: Sistema de navegação autónoma

Desde o início do crescente interesse na área de robótica que a navegação autónoma se apresenta como um problema de complexa resolução que, por isso, desperta vasto interesse no meio científico. Além disso, as capacidades da navegação autónoma aliadas à robótica permitem o desenvolvimento de variadas aplicações. O objectivo da navegação autónoma é conferir, a um dispositivo motor, capacidade de decisão relativa à locomoção. Para o efeito, utilizam-se sensores, como os sensores IMU, o receptor GPS e os encoders, para fornecer os dados essenciais à navegação. A dificuldade encontra-se no correcto processamento destes sinais uma vez que são susceptíveis a fontes de ruído. Este trabalho apresenta um sistema de navegação autónomo aplicado ao controlo de um robot. Para tal, desenvolveu-se uma aplicação que alberga todo o sistema de localização, navegação e controlo, acrescido de uma interface gráfica, que permite a visualização em mapa da movimentação autónoma do robot. Recorre-se ao Filtro de Kalman como método probabilístico de estimação de posição, em que os sinais dos vários sensores são conjugados e filtrados. Foram realizados vários testes de modo a avaliar a capacidade do robot atingir os pontos traçados e a sua autonomia no seguimento da trajectória pretendida.

Interface para tecnologia assistiva baseada em eletrooculografia

We propose in this work, a new method of conceptual organization of areas involving assistive technology, categorizing them in a logical and simple manner; Furthermore, we also propose the implementation of an interface based on electroculography, able to generate high-level commands, to trigger robotic, computer and electromechanical devices. To validate the eye interface, was developed an electronic circuit associated with a computer program that captured the signals generated by eye movements of users, generating high-level commands, able to trigger an active bracing and many other electromechanical systems. The results showed that it was possible to control many electromechanical systems through only eye movements. The interface is presented as a viable way to perform the proposed task and can be improved in the signals analysis in the the digital level. The diagrammatic model developed, presented as a tool easy to use and understand, providing the conceptual organization needs of assistive technology

Variabilidade acústica e respostas evolutivas a diferentes pressões seletivas no canto de anúncio de anfíbios

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Análise de falhas em rolamentos por análise de vibração aplicado a aerogeradores

With the heavy use of bearings in various segments of the industry, there are a large number of necessary interruptions in industrial processes to perform maintenance on these devices, with the case study wind turbines. The growth of the wind energy sector, encouraged to conduct research that helps to solve this problem. To contribute to predictive maintenance has been carried out a signal analysis using techniques which allow detection and location of the problem in order to prevent accidents caused and losses due to unexpected equipment failures, whereas low system rotation complicates the detection of the failure. To work around this problem, there was the indication of standard signals for defects in the bearings, making diagnosis of possible failures. With this diagnosis can be performed predictive maintenance, identifying the failure of the system that were tested, such as the introduction of grains of sand in the bearing, wear on the outer race of the bearing and bearing rust. By processing signals it is possible to construct graphs developing a mapping of defects by different peaks in the frequency band.

Algorithms for super-resolution of images based on Sparse Representation and Manifolds

lmage super-resolution is defined as a class of techniques that enhance the spatial resolution of images. Super-resolution methods can be subdivided in single and multi image methods. This thesis focuses on developing algorithms based on mathematical theories for single image super­ resolution problems. lndeed, in arder to estimate an output image, we adopta mixed approach: i.e., we use both a dictionary of patches with sparsity constraints (typical of learning-based methods) and regularization terms (typical of reconstruction-based methods). Although the existing methods already per- form well, they do not take into account the geometry of the data to: regularize the solution, cluster data samples (samples are often clustered using algorithms with the Euclidean distance as a dissimilarity metric), learn dictionaries (they are often learned using PCA or K-SVD). Thus, state-of-the-art methods still suffer from shortcomings. In this work, we proposed three new methods to overcome these deficiencies. First, we developed SE-ASDS (a structure tensor based regularization term) in arder to improve the sharpness of edges. SE-ASDS achieves much better results than many state-of-the- art algorithms. Then, we proposed AGNN and GOC algorithms for determining a local subset of training samples from which a good local model can be computed for recon- structing a given input test sample, where we take into account the underlying geometry of the data. AGNN and GOC methods outperform spectral clustering, soft clustering, and geodesic distance based subset selection in most settings. Next, we proposed aSOB strategy which takes into account the geometry of the data and the dictionary size. The aSOB strategy outperforms both PCA and PGA methods. Finally, we combine all our methods in a unique algorithm, named G2SR. Our proposed G2SR algorithm shows better visual and quantitative results when compared to the results of state-of-the-art methods.

Sistema para Medição de Velocidades de Escoamentos Através de Ondas Ultra-Sônicas

Está sendo implementado, no Instituto de Engenharia Nuclear-IEN, um projeto de estudos de viabilidade da utilização de técnicas ultra-sônicas para medições de escoamentos bifásicos, ampliando as aplicações do ultra-som na área de pesquisa e na área industrial de medição de fluidos. Na primeira etapa do projeto, foi realizado um estudo preliminar do efeito da velocidade do escoamento em um circuito experimental a água fechado, sobre uma onda ultra-sônica que atravessava o líquido. Foi utilizado um sistema capaz de medir a diferença de tempo de trânsito entre ondas ultra-sônicas da ordem de 1 ns, utilizando técnicas de processamento de sinais. As diferentes velocidades da água obtidas, variando-se a vazão do circuito, foram relacionadas com as velocidades da onda ultra-sônica. Foi observado que a variação da temperatura da água influenciava a velocidade da onda ultra-sônica, de maneira inversa à velocidade do líquido. Pelo experimento realizado, concluiu-se que o dispositivo ultra-sônico montado pode ser adequado para medir a velocidade de escoamento da água no circuito experimental.

Avaliação do comportamento ingestivo utilizando eletromiografia de superfície do músculo masseter

Physiologists and animal scientists try to understand the relationship between ruminants and their environment. The knowledge about feeding behavior of these animals is the key to maximize the production of meat and milk and their derivatives and ensure animal welfare. Within the area called precision farming, one of the goals is to find a model that describes animal nutrition. Existing methods for determining the consumption and ingestive patterns are often time-consuming and imprecise. Therefore, an accurate and less laborious method may be relevant for feeding behaviour recognition. Surface electromyography (sEMG) is able to provide information of muscle activity. Through sEMG of the muscles of mastication, coupled with instrumentation techniques, signal processing and data classification, it is possible to extract the variables of interest that describe chewing activity. This work presents a new method for chewing pattern evaluation, feed intake prediction and for the determination of rumination, food and daily rest time through ruminant animals masseter muscle sEMG signals. Short-term evaluation results are shown and discussed, evidencing employed methods viability.

Arquitetura para o desenvolvimento de unidades de medição fasorial sincronizada no monitoramento a nível de distribuição

This work presents a low cost architecture for development of synchronized phasor measurement units (PMU). The device is intended to be connected in the low voltage grid, which allows the monitoring of transmission and distribution networks. Developments of this project include a complete PMU, with instrumentation module for use in low voltage network, GPS module to provide the sync signal and time stamp for the measures, processing unit with the acquisition system, phasor estimation and formatting data according to the standard and finally, communication module for data transmission. For the development and evaluation of the performance of this PMU, it was developed a set of applications in LabVIEW environment with specific features that let analyze the behavior of the measures and identify the sources of error of the PMU, as well as to apply all the tests proposed by the standard. The first application, useful for the development of instrumentation, consists of a function generator integrated with an oscilloscope, which allows the generation and acquisition of signals synchronously, in addition to the handling of samples. The second and main, is the test platform, with capabality of generating all tests provided by the synchronized phasor measurement standard IEEE C37.118.1, allowing store data or make the analysis of the measurements in real time. Finally, a third application was developed to evaluate the results of the tests and generate calibration curves to adjust the PMU. The results include all the tests proposed by synchrophasors standard and an additional test that evaluates the impact of noise. Moreover, through two prototypes connected to the electrical installation of consumers in same distribution circuit, it was obtained monitoring records that allowed the identification of loads in consumer and power quality analysis, beyond the event detection at the distribution and transmission levels.

Uma contribuição para a medição de distorções harmônicas e inter-harmônicas em instalações de geração fotovoltaica

Dissertação (mestrado)— Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2015.

Estudo experimental do escoamento bifásico líquido gás em golfadas com leve mudança de direção

Gas-liquid two-phase flow is very common in industrial applications, especially in the oil and gas, chemical, and nuclear industries. As operating conditions change such as the flow rates of the phases, the pipe diameter and physical properties of the fluids, different configurations called flow patterns take place. In the case of oil production, the most frequent pattern found is slug flow, in which continuous liquid plugs (liquid slugs) and gas-dominated regions (elongated bubbles) alternate. Offshore scenarios where the pipe lies onto the seabed with slight changes of direction are extremely common. With those scenarios and issues in mind, this work presents an experimental study of two-phase gas-liquid slug flows in a duct with a slight change of direction, represented by a horizontal section followed by a downward sloping pipe stretch. The experiments were carried out at NUEM (Núcleo de Escoamentos Multifásicos UTFPR). The flow initiated and developed under controlled conditions and their characteristic parameters were measured with resistive sensors installed at four pipe sections. Two high-speed cameras were also used. With the measured results, it was evaluated the influence of a slight direction change on the slug flow structures and on the transition between slug flow and stratified flow in the downward section.

Arquitetura híbrida com DSP e FPGA para implementação de controladores de filtros ativos de potência

The presence of non-linear loads at a point in the distribution system may deform voltage waveform due to the consumption of non-sinusoidal currents. The use of active power filters allows significant reduction of the harmonic content in the supply current. However, the processing of digital control structures for these filters may require high performance hardware, particularly for reference currents calculation. This work describes the development of hardware structures with high processing capability for application in active power filters. In this sense, it considers an architecture that allows parallel processing using programmable logic devices. The developed structure uses a hybrid model using a DSP and an FPGA. The DSP is used for the acquisition of current and voltage signals, calculation of fundamental current related controllers and PWM generation. The FPGA is used for intensive signal processing, such as the harmonic compensators. In this way, from the experimental analysis, significant reductions of the processing time are achieved when compared to traditional approaches using only DSP. The experimental results validate the designed structure and these results are compared with other ones from architectures reported in the literature.

A study on independent component analysis over galois fields

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2015.

TREINO NÃO SUPERVISIONADO DE MODELOS ACÚSTICOS PARA RECONHECIMENTO DE FALA

Esta tese resume os trabalhos desenvolvidos na área de processamento automático de fala com o objetivo de incrementar a quantidade de recursos linguísticos disponíveis para o português europeu. O estágio de desenvolvimento e a aplicação das tecnologias de fala para uma língua estão relacionados com a quantidade e a qualidade de recursos disponíveis para esta língua. Poucas línguas apresentam, no domínio público e livre, todos os recursos necessários para desenvolver as tecnologias de fala. A língua portuguesa, como muitas outras, tem escassez de recursos públicos e livres, o que pode dificultar o desenvolvimento e a aplicação de tecnologias de fala que incorporam esta língua. Os trabalhos descritos nesta tese apresentam uma abordagem para criar bases de dados de fala, recorrendo apenas aos recursos do domínio público e livres, partindo de sinais multimédia sem transcrições ortográficas ou fonéticas. É apresentada uma solução para aproveitar a grande disponibilidade de material multimédia existente no domínio público (podcasts por exemplo) e selecionar segmentos de fala adequados para treinar modelos acústicos. Para isso, foram desenvolvidos vários sistemas para segmentar e classificar automaticamente os noticiários. Estes sistemas podem ser combinados para criar bases de dados de fala com transcrição fonética sem a intervenção humana. Foi desenvolvido um sistema de conversão automático de grafemas para fonemas que se apoia em regras fonológicas e modelos estatísticos. Esta abordagem híbrida é justificada pelos desenvolvimentos de algoritmos de aprendizagem automática aplicados a conversão de grafemas para fonemas e pelo fato do português apresentar uma razoável regularidade fonética e fonológica bem como uma ortografia de base fonológica. Com auxílio deste sistema, foi criado um dicionário de pronunciação com cerca de 40 mil entradas, que foram verificadas manualmente. Foram implementados sistemas de segmentação e de diarização de locutor para segmentar sinais de áudio. Estes sistemas utilizam várias técnicas como a impressão digital acústica, modelos com misturas de gaussianas e critério de informação bayesiana que normalmente são aplicadas noutras tarefas de processamento de fala. Para selecionar os segmentos adequados ou descartar os segmentos com fala não preparada que podem prejudicar o treino de modelos acústicos, foi desenvolvido um sistema de deteção de estilos de fala. A deteção de estilos de fala baseia-se na combinação de parâmetros acústicos e parâmetros prosódicos, na segmentação automática e em classificadores de máquinas de vetores de suporte. Ainda neste âmbito, fez-se um estudo com o intuito de caracterizar os eventos de hesitações presentes nos noticiários em português. A transcrição fonética da base de dados de fala é indispensável no processo de treino de modelos acústicos. É frequente recorrer a sistemas de reconhecimento de fala de grande vocabulário para fazer transcrição automática quando a base de dados não apresenta nenhuma transcrição. Nesta tese, é proposto um sistema de word-spotting para fazer a transcrição fonética dos segmentos de fala. Fez-se uma implementação preliminar de um sistema de word-spotting baseado em modelos de fonemas. Foi proposta uma estratégia para diminuir o tempo de resposta do sistema, criando, a priori, uma espécie de “assinatura acústica” para cada sinal de áudio com os valores de todos os cálculos que não dependem da palavra a pesquisar, como a verosimilhanças de todos os estados dos modelos de fonemas. A deteção de uma palavra utiliza medidas de similaridade entre as verosimilhanças do modelo da palavra e do modelo de enchimento, um detetor de picos e um limiar definido por forma a minimizar os erros de deteção. Foram publicados vários recursos para a língua portuguesa que resultaram da aplicação dos vários sistemas desenvolvidos ao longo da execução desta tese com especial destaque para o sistema de conversão de grafemas para fonemas a partir do qual se publicaram vários dicionários de pronunciação, dicionários com as palavras homógrafas heterofónicas, dicionário com estrangeirismos, modelos estatísticos para a conversão de grafemas para fonemas, o código fonte de todo sistema de treino e conversão e um demonstrador online.

Processamento Inteligente de Sinais de Pressão e Temperatura Adquiridos Através de Sensores Permanentes em Poços de Petróleo

Originally aimed at operational objectives, the continuous measurement of well bottomhole pressure and temperature, recorded by permanent downhole gauges (PDG), finds vast applicability in reservoir management. It contributes for the monitoring of well performance and makes it possible to estimate reservoir parameters on the long term. However, notwithstanding its unquestionable value, data from PDG is characterized by a large noise content. Moreover, the presence of outliers within valid signal measurements seems to be a major problem as well. In this work, the initial treatment of PDG signals is addressed, based on curve smoothing, self-organizing maps and the discrete wavelet transform. Additionally, a system based on the coupling of fuzzy clustering with feed-forward neural networks is proposed for transient detection. The obtained results were considered quite satisfactory for offshore wells and matched real requisites for utilization