Aplicação do método de Davies para análise cinemática e estática de mecanismos com múltiplos graus de liberdade

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia MecânicaEsta dissertação propõe o estudo de uma sistemática para análise da cinemática instantânea e da estática de mecanismos para as etapas iniciais de projeto, visando auxiliar na seleção de soluções que melhor se adequam aos requisitos do problema. Para tanto, optou-se por focar o trabalho à ferramentas de análise baseadas em teoria de grafos para modelar mecanismos. Considerando que nas fases iniciais de projeto há um número elevado de soluções candidatas, entende-se que os grafos possibilitam padronizar a forma de modelar os mecanismos e, por conseqüência, a forma de entrada de dados. Uma revisão sobre a Teoria da Rede de Vetores (VNT) e o Método baseado em Teoria de Grafos (GTM) foram apresentados para exemplificar o uso de grafos para modelar a dinâmica de mecanismos. A seguir, é apresentada e discutida a ferramenta principal deste estudo, o Método de Davies, que emprega a teoria de grafos para modelar a topologia e a teoria de helicóides para representar o comportamento físico dos mecanismos. Como exemplo didático, é analisado o mecanismo de quatro barras. São apresentadas contribuições à aplicação do Método de Davies visando minimizar etapas manuais do processo no que se refere à padronização da entrada de dados, à inclusão da ortogonalidade e ao pós-processamento dos helicóides para obter dados como o fluxo de potência e a eficiência dos mecanismos. Como estudo de caso de um mecanismo com múltiplos graus de liberdade, é analisada a topologia de uma transmissão automotiva automática (PGT Ravigneaux) pelo Método de Davies, considerando as contribuições apresentadas e demonstrando passo a passo as etapas de solução. Os resultados são demonstrados através de mapas de movimentos dos corpos, de ações nos acoplamentos, além do fluxo de torque e a estimativa de eficiência em cada marcha do mecanismo. Os resultados são comprovados através de análises realizadas através de métodos clássicos, que estão apresentadas em anexo. The subject of this dissertation is the study of a systematics for kinematics and statics analysis of mechanisms in initial phases of a project, aimed at selecting the best solutions. This work is focused in graph-theoretic techniques to model mechanisms. Given that in the beginning of a project there is a plentiful amount of candidate solutions, assumptions are that graphs allow to standardize the procedure for modeling mechanisms and data input. A revision about Vector-Network Theory (VNT) and Graph-Theoretic Method (GTM) is carried out to exemplify the use of graphs to model mechanisms. The main technique employed in this work, namely the Davies' Method, is presented and depicted. It uses graph theory to model the topology and screw theory in order to represent the physical behavior of mechanisms. As a didactic example, the four bar mechanism is analyzed. Recommendations and contributions to the application of Davies' Method are presented intending to minimize manually steps, related to the standardization of input data, to the inclusion of the orthogonality concept and the post-processing screw outputs to get relevant data like power flow and efficiency of mechanisms. A study case of a Ravigneaux planetary gear train is carried out through Davies' Method, considering it is a complex mechanism with multiple DOF. The results are presented through bodies motion maps, couplings action maps, power flow and efficiency of each gear ratio of the mechanism. Conventional methods are used to ratify the results

Synthesis of autonomous controllers in mobile robotics through bio-inspired computing

Orientador: Fernando Jose Von ZubenAcompanha CD-ROMTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de ComputaçãoResumo: Novas técnicas de navegação autônoma de robôs móveis visam suprir a crescente demanda pelo emprego de robôs em diversos setores da sociedade e junto a uma ampla gama de tarefas. Os desafios envolvidos no desenvolvimento do sistema que controla o robô permitem afirmar que a inteligência embarcada em robôs atuais ainda encontra-se em um nível incipiente e limitado. Neste trabalho, cinco frentes de pesquisa complementares são propostas visando estudar, teórica e praticamente, aspectos fundamentais de projeto e implementação de controladores autônomos inteligentes para robótica móvel. Metodologias de computação bio-inspirada e de robótica evolutiva provêem os conceitos e ferramentas que fundamentam as cinco propostas, as quais são validadas com base em sistemas de navegação concebidos e aplicados a problemas relevantes da área. Uma série de simulações computacionais em ambientes virtuais e experimentos com robôs reais é realizada, permitindo medir o alcance das contribuições e apontar as principais frentes de atuação que se abrem como perspectivas futuras da pesquisa.Abstract: Novel techniques for autonomous robot navigation aim at fulfilling the growing demand for mobile robots in multiple segments of society and in a plethora of tasks. The challenges involved in developing the system which controls the robot allow to say that the intelligence embedded in the current robots is found to be still incipient and limited. In this work, five complementary research fronts are proposed intending to study, theoretical and practically, aspects which are fundamental to the design and implementation of intelligent autonomous controllers for mobile robotics. Bio-inspired computing and evolutionary robotics methodologies provide the concepts and tools underlying the five proposals, which are validated through navigation systems devised and applied to important problems. Numerous real robot experiments as well as computational simulations taking place in virtual environments are carried out, allowing for the evaluation of contributions and also the discussion of future possibilities.DoutoradoEngenharia de ComputaçãoDoutor em Engenharia Elétric

Uma proposta evolutiva para controle inteligente em navegação autonoma de robos

Orientadores : Fernando Jose Von Zuben, Mauricio Fernandes FigueiredoDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de ComputaçãoResumo: Este trabalho apresenta um sistema autônomo evolutivo aplicado ao controle de um robô móvel em tarefas de navegação por ambientes desconhecidos. O sistema é reativo, não possui conhecimento inicial e aprende a lidar eficientemente com situações nas quais o robô tem que capturar alvos evitando colisões contra obstáculos. Para isto, ele desenvolve estratégias gerais de navegação, controlando a direção e a velocidade do robô sem qualquer auxílio externo. A abordagem evolutiva do sistema de navegação se baseia em uma versão de sistemas classificadores com aprendizado, contendo novos operadores, fluxos de controle adicionais e mecanismos específicos para o atendimento dos requisitos de navegação. Um extenso conjunto de experimentos é realizado, envolvendo: apenas simulação computacional; simulação computacional para síntese do controlador e transferência deste a um robô Khepera lI; e emprego do robô Khepera II tanto na síntese do controlador quanto na atuação em ambientes reais. Os resultados obtidos apontam para a validade da proposta, indicando a eficácia e capacidade de generalização do controlador autônomo quando submetido a variadas configurações de ambiente de navegaçãoAbstract: This work presents an autonomous evolutionary system applied to the control of a mobile robot when navigating in unknown environments. The system is reactive, it does not have initial knowledge and learns efficiently to deal with situations where the robot must capture targets avoiding collisions against obstacles. Toward this end, it develops general strategies, controlling the robot direction and speed without any external assistance. The evolutionary approach of the navigation system is based on a version of learning classifier systems, including new operators, additional control flows and specific mechanisms devoted to attending the navigation requirements. An extensive set of experiments is perfonned involving: just computer simulation; a controller matured by computer simulation, and then transferred to a Khepera II robot; and both the maturation and validation of the controller in real environments, Le. in a Khepera II robot. The obtained results indicate the validity of the proposal, attesting the efficiency and generalization capability of the autonomous controller when navigation environments with distinct configurations are considered.MestradoEngenharia de ComputaçãoMestre em Engenharia Elétric

Functional electrical stimulation for shoulder subluxation after chronic stroke: a case report

Shoulder subluxation is a common complication among stroke survivors; it may cause pain, brachial plexus injuries, adhesive capsulitis and rotator cuff muscle injuries, leading to rehabilitation delay and interference in patients' quality of life. The purpose of this study was to assess the effects of functional electrical stimulation (FES) in post-stroke hemiplegia shoulder subluxation. Three patients with over one year of stroke onset and shoulder subluxation confirmed by X ray were assessed prior to, and after FES treatment, as to: degree of shoulder subluxation and range of motion (ROM); sensory-motor function by the Fugl-Meyer scale; and pain at rest and at passive movement by means of a visual analog scale. All patients were treated with conventional physical therapy and FES in the hemiplegic member for ten sessions. Results showed improvement in final measures of ROM and sensory-motor assessments, pain relief and shoulder subluxation reduction after treatment. FES associated to conventional physical therapy has thus proved effective in decreasing subluxation, increasing upper limb function and in relieving pain in post-stroke shoulder subluxation patients.A subluxação do ombro é comum em indivíduos que sofreram acidente vascular encefálico (AVE), podendo gerar dor, lesões do plexo braquial, capsulite adesiva e lesões nos músculos da bainha rotatória, implicando atraso da reabilitação e interferência na qualidade de vida. O objetivo deste estudo foi verificar os efeitos da estimulação elétrica funcional (EEF) na subluxação crônica do ombro em pacientes hemiplégicos que sofreram AVE. Foram avaliados três pacientes tendo tido AVE há mais de um ano com subluxação do ombro confirmada por exame de raios X. Foram analisados, antes e após o tratamento, o grau de subluxação e amplitude de movimento (ADM) do ombro, função sensório-motora pela escala de Fugl-Meyer e dor em repouso e à movimentação passiva por meio de escala visual analógica. Todos os pacientes foram submetidos a tratamento com fisioterapia convencional e EEF no membro hemiplégico por dez sessões. A análise dos resultados mostrou melhora em relação às medidas iniciais da ADM, da avaliação sensório-motora, dor e subluxação do ombro após o uso da EEF. Concluiu-se que a EEF, asociada à fisioterapia convencional, mostrou-se eficaz em produzir diminuição da subluxação, aumento da função do membro superior e agir no alívio da dor em pacientes com subluxação do ombro pós-AVE.UNIFESP-EPMCentro Universitário São CamiloUniversidade Cidade de São PauloUNIFESP, EPMSciEL

Treino de força muscular de membros superiores orientado à tarefa na distrofia miotônica do tipo 1: estudo de caso

O objetivo do presente estudo foi verificar os efeitos do treino de força muscular dos membros superiores a partir da abordagem orientada à tarefa, com relação à força muscular, à funcionalidade e à qualidade de vida de um indivíduo adulto com distrofia miotônica do tipo1. Foi realizado um treino de força muscular submáximo (60% da resistência máxima), na freqüência de três terapias semanais, num período de 16 semanas, constituído de três avaliações, a inicial, a final e a de seguimento de um mês do término do protocolo, com base na Medical Research Council scale (MRC), no Total Muscle Score (TMS), na Medida de Função Motora (MFM) e na versão brasileira do questionário de qualidade de vida SF-36. Com relação à força muscular, houve um incremento de 5% no TMS. Na funcionalidade, a MFM apresentou um acréscimo de 1,04% na avaliação final, o qual se perdurou na avaliação de seguimento. Na SF-36, o participante apresentou um acréscimo de 2,12% na segunda avaliação, retornando à pontuação inicial após um mês do protocolo; porém no domínio de capacidade funcional manteve-se o aumento de 20%. O treino de força muscular submáximo orientado à tarefa mostrou-se benéfico com base na força muscular e no domínio de capacidade funcional do questionário de qualidade de vida; porém denotou restrita variação quantitativa no âmbito da funcionalidade.This study aimed to assess the effects of upper limb strength training using a task-oriented approach with respect to muscle strength, func-tionality and quality of life in an adult with myotonic dystrophy type1. Submaximal muscular strength training (60% maximum resistance) was performed three times a week for a period of 16 weeks, consisting of three evaluations, an initial, a final, and then a follow-up one month after protocol completion based on the Medical Research Council scale (MRC), Total Muscle Score (TMS), Motor Function Measure (MFM), and the Brazilian version of the quality of life questionnaire SF-36. Regard-ing muscle strength, there was an increase of 5% in the TMS. In terms of functionality, the MFM showed an increase of 1.04% in the final evalua-tion and remained the same in the follow-up evaluation. In the SF-36, the participant had an increase of 2.12% in the second evaluation, returning to the initial score one month after protocol. However, concerning func-tional capacity the same 20% increase was observed. The task-oriented submaximal muscle strength training proved to be beneficial based on the information reported about muscle strength and functional capacity in the quality of life questionnaire; nonetheless, a small quantitative vari-ation regarding functionality was seen

Estimulação elétrica funcional na subluxação crônica do ombro após acidente vascular encefálico: relato de casos

Shoulder subluxation is a common complication among stroke survivors; it may cause pain, brachial plexus injuries, adhesive capsulitis and rotator cuff muscle injuries, leading to rehabilitation delay and interference in patients' quality of life. The purpose of this study was to assess the effects of functional electrical stimulation (FES) in post-stroke hemiplegia shoulder subluxation. Three patients with over one year of stroke onset and shoulder subluxation confirmed by X ray were assessed prior to, and after FES treatment, as to: degree of shoulder subluxation and range of motion (ROM); sensory-motor function by the Fugl-Meyer scale; and pain at rest and at passive movement by means of a visual analog scale. All patients were treated with conventional physical therapy and FES in the hemiplegic member for ten sessions. Results showed improvement in final measures of ROM and sensory-motor assessments, pain relief and shoulder subluxation reduction after treatment. FES associated to conventional physical therapy has thus proved effective in decreasing subluxation, increasing upper limb function and in relieving pain in post-stroke shoulder subluxation patients.A subluxação do ombro é comum em indivíduos que sofreram acidente vascular encefálico (AVE), podendo gerar dor, lesões do plexo braquial, capsulite adesiva e lesões nos músculos da bainha rotatória, implicando atraso da reabilitação e interferência na qualidade de vida. O objetivo deste estudo foi verificar os efeitos da estimulação elétrica funcional (EEF) na subluxação crônica do ombro em pacientes hemiplégicos que sofreram AVE. Foram avaliados três pacientes tendo tido AVE há mais de um ano com subluxação do ombro confirmada por exame de raios X. Foram analisados, antes e após o tratamento, o grau de subluxação e amplitude de movimento (ADM) do ombro, função sensório-motora pela escala de Fugl-Meyer e dor em repouso e à movimentação passiva por meio de escala visual analógica. Todos os pacientes foram submetidos a tratamento com fisioterapia convencional e EEF no membro hemiplégico por dez sessões. A análise dos resultados mostrou melhora em relação às medidas iniciais da ADM, da avaliação sensório-motora, dor e subluxação do ombro após o uso da EEF. Concluiu-se que a EEF, asociada à fisioterapia convencional, mostrou-se eficaz em produzir diminuição da subluxação, aumento da função do membro superior e agir no alívio da dor em pacientes com subluxação do ombro pós-AVE

Physiotherapy treatment in hemiplegic shoulder pain in stroke patients: literature review

The objective of this study was to review on literature the effect of the physiotherapeutic treatment for hemiplegic shoulder pain. In order to review the literature, articles published from 1997 to 2004 and indexed in: Medline, Lilacs, Pubmed and Cochrane were used. Trials were considered if they included patients of any age with a clinical diagnosis of stroke with hemiplegic shoulder pain in acute or chronic phase, without previous stroke. Sixty-six articles were identified, but only 12 studies met the inclusion criteria. According to the literature reviewed, its possible to suggest that the electric stimulation is the most studied modality and that offers a promising future for the treatment of hemiplegic shoulder pain, however more research with better methodology must be performed.O objetivo deste estudo foi revisar na literatura estudos sobre os efeitos dos métodos fisioterapêuticos utilizados para tratar ombro doloroso no paciente hemiplégico após Acidente Vascular Encefálico (AVE). Para a realização dessa revisão bibliográfica, foram utilizados artigos publicados no período de 1997 a 2004 e indexados nas seguintes bases de dados: Medline, Lilacs, Pubmed e Cochrane. Os artigos selecionados incluíam pacientes de qualquer idade com diagnóstico de AVE em fase aguda ou crônica sem histórico de outra patologia precedente ou AVE prévio com déficits persistentes e quadro clínico de ombro doloroso após episódio de injúria cerebral. Dos 66 artigos selecionados, 12 encontravam-se nos critérios de inclusão. Com base na literatura consultada, foi possível sugerir que a estimulação elétrica constitui-se no recurso fisioterapêutico mais estudado e mais promissor no tratamento do ombro doloroso, porém ainda necessitando de pesquisas com melhor qualidade metodológica

EMBARCAÇÃO SOLAR DE PEQUENO PORTE COMO OBJETO DE PESQUISA PARA O DESENVOLVIMENTO E DIVULGAÇÃO DO USO DE TECNOLOGIAS ASSOCIADAS À ENERGIAS LIMPAS

Como proposta alternativa à veículos que popularmente utilizam motores a combustão de baixa eficiência e elevado impacto ambiental, este projeto busca estudar e desenvolver cada um dos componentes necessários para a construção de uma embarcação energeticamente eficiente, a fim de substituir a queima de combustíveis fósseis pela captação de energia solar por painéis fotovoltaicos. Abrangendo estudos em diversas subáreas da mecânica e elétrica, o barco solar de pequeno porte brevemente descrito neste artigo é desenvolvido para utilização em ralis nos quais toda a energia disponível para a propulsão dos veículos é proveniente da luz do sol. Buscando demonstrar a aplicabilidade dos veículos solares e promover o uso de tecnologias mais sustentáveis que primam pela eficiência energética, é apresentado o funcionamento de cada parte da embarcação, contendo a descrição dos principais dispositivos necessários para o controle, monitoração e segurança deste tipo de embarcação.

A network approach to mechanisms and machines: Some lessons learned

This article was published in the journal, Mechanism and Machine Theory [© Elsevier] and the definitive version is available at: http://dx.doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2014.09.006This is essentially a review paper describing progress made in treating mechanisms and machines as networks. Some of the terminology that is helpful to this approach is explained. Relevant elements of graph theory are mentioned. The original aim was to find a robust procedure for finding the instantaneous relative motion of all pairs of bodies within a kinematic chain. The manner in which this was achieved produced several other results that have found unanticipated applications. These are mentioned and publications are cited. Lessons have been learned and these are discussed in Section 11