Advances in Mechanical Systems Dynamics 2020

The fundamentals of mechanical system dynamics were established before the beginning of the industrial era. The 18th century was a very important time for science and was characterized by the development of classical mechanics. This development progressed in the 19th century, and new, important applications related to industrialization were found and studied. The development of computers in the 20th century revolutionized mechanical system dynamics owing to the development of numerical simulation. We are now in the presence of the fourth industrial revolution. Mechanical systems are increasingly integrated with electrical, fluidic, and electronic systems, and the industrial environment has become characterized by the cyber-physical systems of industry 4.0. Within this framework, the status-of-the-art has become represented by integrated mechanical systems and supported by accurate dynamic models able to predict their dynamic behavior. Therefore, mechanical systems dynamics will play a central role in forthcoming years. This Special Issue aims to disseminate the latest research findings and ideas in the field of mechanical systems dynamics, with particular emphasis on novel trends and applications

Study of the urban evolution of Brasilia with the use of LANDSAT data

The urban growth of Brasilia within the last ten years is analyzed with special emphasis on the utilization of remote sensing orbital data and automatic image processing. The urban spatial structure and the monitoring of its temporal changes were focused in a whole and dynamic way by the utilization of MSS-LANDSAT images for June 1973, 1978 and 1983. In order to aid data interpretation, a registration algorithm implemented at the Interactive Multispectral Image Analysis System (IMAGE-100) was utilized aiming at the overlap of multitemporal images. The utilization of suitable digital filters, combined with the images overlap, allowed a rapid identification of areas of possible urban growth and oriented the field work. The results obtained permitted an evaluation of the urban growth of Brasilia, taking as reference the proposed stated for the construction of the city

Proceedings of the Seventh Annual Summer Conference. NASA/USRA: University Advanced Design Program

The Advanced Design Program (ADP) is a unique program that brings together students and faculty from U.S. engineering schools with engineers from the NASA centers through integration of current and future NASA space and aeronautics projects into university engineering design curriculum. The Advanced Space Design Program study topics cover a broad range of projects that could be undertaken during a 20-30 year period beginning with the deployment of the Space Station Freedom. The Advanced Aeronautics Design Program study topics typically focus on nearer-term projects of interest to NASA, covering from small, slow-speed vehicles through large, supersonic passenger transports and on through hypersonic research vehicles. Student work accomplished during the 1990-91 academic year and reported at the 7th Annual Summer Conference is presented

Active Training and Assistance Device for an Individually Adaptable Strength and Coordination Training

Das Altern der Weltbevölkerung, insbesondere in der westlichen Welt, stellt die Menschheit vor eine große Herausforderung. Zu erwarten sind erhebliche Auswirkungen auf den Gesundheitssektor, der im Hinblick auf eine steigende Anzahl von Menschen mit altersbedingtem körperlichem und kognitivem Abbau und dem damit erhöhten Bedürfnis einer individuellen Versorgung vor einer großen Aufgabe steht. Insbesondere im letzten Jahrhundert wurden viele wissenschaftliche Anstrengungen unternommen, um Ursache und Entwicklung altersbedingter Erkrankungen, ihr Voranschreiten und mögliche Behandlungen, zu verstehen. Die derzeitigen Modelle zeigen, dass der entscheidende Faktor für die Entwicklung solcher Krankheiten der Mangel an sensorischen und motorischen Einflüssen ist, diese wiederum sind das Ergebnis verringerter Mobilität und immer weniger neuer Erfahrungen. Eine Vielzahl von Studien zeigt, dass erhöhte körperliche Aktivität einen positiven Effekt auf den Allgemeinzustand von älteren Erwachsenen mit leichten kognitiven Beeinträchtigungen und den Menschen in deren unmittelbarer Umgebung hat. Diese Arbeit zielt darauf ab, älteren Menschen die Möglichkeit zu bieten, eigenständig und sicher ein individuelles körperliches Training zu absolvieren. In den letzten zwei Jahrzehnten hat die Forschung im Bereich der robotischen Bewegungsassistenten, auch Smarte Rollatoren genannt, den Fokus auf die sensorische und kognitive Unterstützung für ältere und eingeschränkte Personen gesetzt. Durch zahlreiche Bemühungen entstand eine Vielzahl von Ansätzen zur Mensch-Rollator-Interaktion, alle mit dem Ziel, Bewegung und Navigation innerhalb der Umgebung zu unterstützen. Aber trotz allem sind Trainingsmöglichkeiten zur motorischen Aktivierung mittels Smarter Rollatoren noch nicht erforscht. Im Gegensatz zu manchen Smarten Rollatoren, die den Fokus auf Rehabilitationsmöglichkeiten für eine bereits fortgeschrittene Krankheit setzen, zielt diese Arbeit darauf ab, kognitive Beeinträchtigungen in einem frühen Stadium soweit wie möglich zu verlangsamen, damit die körperliche und mentale Fitness des Nutzers so lang wie möglich aufrechterhalten bleibt. Um die Idee eines solchen Trainings zu überprüfen, wurde ein Prototyp-Gerät namens RoboTrainer-Prototyp entworfen, eine mobile Roboter-Plattform, die mit einem zusätzlichen Kraft-Momente-Sensor und einem Fahrradlenker als Eingabe-Schnittstelle ausgestattet wurde. Das Training beinhaltet vordefinierte Trainingspfade mit Markierungen am Boden, entlang derer der Nutzer das Gerät navigieren soll. Der Prototyp benutzt eine Admittanzgleichung, um seine Geschwindigkeit anhand der Eingabe des Nutzers zu berechnen. Desweiteren leitet das Gerät gezielte Regelungsaktionen bzw. Verhaltensänderungen des Roboters ein, um das Training herausfordernd zu gestalten. Die Pilotstudie, die mit zehn älteren Erwachsenen mit beginnender Demenz durchgeführt wurde, zeigte eine signifikante Steigerung ihrer Interaktionsfähigkeit mit diesem Gerät. Sie bewies ebenfalls den Nutzen von Regelungsaktionen, um die Komplexität des Trainings ständig neu anzupassen. Obwohl diese Studie die Durchführbarkeit des Trainings zeigte, waren Grundfläche und mechanische Stabilität des RoboTrainer-Prototyps suboptimal. Deswegen fokussiert sich der zweite Teil dieser Arbeit darauf, ein neues Gerät zu entwerfen, um die Nachteile des Prototyps zu beheben. Neben einer erhöhten mechanischen Stabilität, ermöglicht der RoboTrainer v2 eine Anpassung seiner Grundfläche. Dieses spezifische Merkmal der Smarten Rollatoren dient vor allem dazu, die Unterstützungsfläche für den Benutzer anzupassen. Das ermöglicht einerseits ein agiles Training mit gesunden Personen und andererseits Rehabilitations-Szenarien bei Menschen, die körperliche Unterstützung benötigen. Der Regelungsansatz für den RoboTrainer v2 erweitert den Admittanzregler des Prototypen durch drei adaptive Strategien. Die erste ist die Anpassung der Sensitivität an die Eingabe des Nutzers, abhängig von der Stabilität des Nutzer-Rollater-Systems, welche Schwankungen verhindert, die dann passieren können, wenn die Hände des Nutzers versteifen. Die zweite Anpassung beinhaltet eine neuartige nicht-lineare, geschwindigkeits-basierende Änderung der Admittanz-Parameter, um die Wendigkeit des Rollators zu erhöhen. Die dritte Anpassung erfolgt vor dem eigentlichen Training in einem Parametrierungsprozess, wo nutzereigene Interaktionskräfte gemessen werden, um individuelle Reglerkonstanten fein abzustimmen und zu berechnen. Die Regelungsaktionen sind Verhaltensänderungen des Gerätes, die als Bausteine für unterstützende und herausfordernde Trainingseinheiten mit dem RoboTrainer dienen. Sie nutzen das virtuelle Kraft-Feld-Konzept, um die Bewegung des Gerätes in der Trainingsumgebung zu beeinflussen. Die Bewegung des RoboTrainers wird in der Gesamtumgebung durch globale oder, in bestimmten Teilbereichen, durch räumliche Aktionen beeinflusst. Die Regelungsaktionen erhalten die Absicht des Nutzers aufrecht, in dem sie eine unabhängige Admittanzdynamik implementieren, um deren Einfluss auf die Geschwindigkeit des RoboTrainers zu berechnen. Dies ermöglicht die entscheidende Trennung von Reglerzuständen, um während des Trainings passive und sichere Interaktionen mit dem Gerät zu erreichen. Die oben genannten Beiträge wurden getrennt ausgewertet und in zwei Studien mit jeweils 22 bzw. 13 jungen, gesunden Erwachsenen untersucht. Diese Studien ermöglichen einen umfassenden Einblick in die Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen Funktionalitäten und deren Einfluss auf die Nutzer. Sie bestätigen den gesamten Ansatz, sowie die gemachten Vermutungen im Hinblick auf die Gestaltung einzelner Teile dieser Arbeit. Die Einzelergebnisse dieser Arbeit resultieren in einem neuartigen Forschungsgerät für physische Mensch-Roboter-Interaktionen während des Trainings mit Erwachsenen. Zukünftige Forschungen mit dem RoboTrainer ebnen den Weg für Smarte Rollatoren als Hilfe für die Gesellschaft im Hinblick auf den bevorstehenden demographischen Wandel

Developing intermediate machines for high-land agriculture

Abstract The article analyzes the role of appropriate technologies for mechanization and innovation in small-scale farming in the mountainous and hilly areas of Italy's Piedmont region. Our approach to appropriate technologies focuses on mountain farmers whose needs have not been met by advances in agricultural mechanization, which have largely served the interests of lowland agribusiness. Mountain farmers' technological needs were determined using a specific methodology based on an in-depth analysis of the reference target and a field work using an open and inclusive process. The needs thus identified served as the starting point for designing appropriate and intermediate machines. In the conclusions, we present some general implications of appropriate technologies in terms of co-design for development

LookOut! Interactive Camera Gimbal Controller for Filming Long Takes

The job of a camera operator is more challenging, and potentially dangerous, when filming long moving camera shots. Broadly, the operator must keep the actors in-frame while safely navigating around obstacles, and while fulfilling an artistic vision. We propose a unified hardware and software system that distributes some of the camera operator's burden, freeing them up to focus on safety and aesthetics during a take. Our real-time system provides a solo operator with end-to-end control, so they can balance on-set responsiveness to action vs planned storyboards and framing, while looking where they're going. By default, we film without a field monitor. Our LookOut system is built around a lightweight commodity camera gimbal mechanism, with heavy modifications to the controller, which would normally just provide active stabilization. Our control algorithm reacts to speech commands, video, and a pre-made script. Specifically, our automatic monitoring of the live video feed saves the operator from distractions. In pre-production, an artist uses our GUI to design a sequence of high-level camera "behaviors." Those can be specific, based on a storyboard, or looser objectives, such as "frame both actors." Then during filming, a machine-readable script, exported from the GUI, ties together with the sensor readings to drive the gimbal. To validate our algorithm, we compared tracking strategies, interfaces, and hardware protocols, and collected impressions from a) film-makers who used all aspects of our system, and b) film-makers who watched footage filmed using LookOut.Comment: V2: - Fixed typos. - Cleaner supplemental. - New plot in control section with same data from a supplemental vide

Multi-Agent Systems

This Special Issue ""Multi-Agent Systems"" gathers original research articles reporting results on the steadily growing area of agent-oriented computing and multi-agent systems technologies. After more than 20 years of academic research on multi-agent systems (MASs), in fact, agent-oriented models and technologies have been promoted as the most suitable candidates for the design and development of distributed and intelligent applications in complex and dynamic environments. With respect to both their quality and range, the papers in this Special Issue already represent a meaningful sample of the most recent advancements in the field of agent-oriented models and technologies. In particular, the 17 contributions cover agent-based modeling and simulation, situated multi-agent systems, socio-technical multi-agent systems, and semantic technologies applied to multi-agent systems. In fact, it is surprising to witness how such a limited portion of MAS research already highlights the most relevant usage of agent-based models and technologies, as well as their most appreciated characteristics. We are thus confident that the readers of Applied Sciences will be able to appreciate the growing role that MASs will play in the design and development of the next generation of complex intelligent systems. This Special Issue has been converted into a yearly series, for which a new call for papers is already available at the Applied Sciences journal’s website: https://www.mdpi.com/journal/applsci/special_issues/Multi-Agent_Systems_2019

Feasible, Robust and Reliable Automation and Control for Autonomous Systems

The Special Issue book focuses on highlighting current research and developments in the automation and control field for autonomous systems as well as showcasing state-of-the-art control strategy approaches for autonomous platforms. The book is co-edited by distinguished international control system experts currently based in Sweden, the United States of America, and the United Kingdom, with contributions from reputable researchers from China, Austria, France, the United States of America, Poland, and Hungary, among many others. The editors believe the ten articles published within this Special Issue will be highly appealing to control-systems-related researchers in applications typified in the fields of ground, aerial, maritime vehicles, and robotics as well as industrial audiences

Book of abstracts of the 2nd International Conference of TEMA: mobilizing projects

Based on its Human Capital and Capacities, the Centre for Mechanical Technology and Automation (TEMA) embraces a mission aiming to contribute to a sustainable industry, with specially focus on the surrounding SMEs, and to the wellbeing of society. Sustainable manufacturing aims to contribute to the development of a sustainable industry by developments and innovations on manufacturing engineering and technologies, to increase productivity, improve products quality and reduce waste in production processes. Technologies for the Wellbeing wishes to contribute to the wellbeing of society by the development of supportive engineering systems focusing on people and their needs and intending to improve their quality of life. TEMA intends to maximize its national and international impact in terms of scientific productivity and its transfer to society by tackling the relevant challenges of our time. TEMA is aware of the major challenges of our days, not only confined to scientific issues but also the societal ones, (a strategic pillar of the Horizon 2020 program), at the same time placing an effort to have its research disseminated, in high impact journals to the international scientific community. (...)publishe

Lab experiences for teaching undergraduate dynamics

Thesis (S.M.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 2003.Includes bibliographical references (p. 443-466).This electronic version was submitted by the student author. The certified thesis is available in the Institute Archives and Special Collections.This thesis describes several projects developed to teach undergraduate dynamics and controls. The materials were developed primarily for the class 2.003 Modeling Dynamics and Control I. These include (1) a set of ActivLab modular experiments that illustrate the dynamics of linear time-invariant (LTI) systems and (2) a two wheeled mobile inverted pendulum. The ActivLab equipment has been designed as shareware, and plans for it are available on the web. The inverted pendulum robot developed here is largely inspired by the iBOT and Segway transportation devices invented by Dean Kamen.by Katherine A. Lilienkamp.S.M