Locomoção bípede adaptativa a partir de uma única demonstração usando primitivas de movimento

Doutoramento em Engenharia EletrotécnicaEste trabalho aborda o problema de capacidade de imitação da locomoção humana através da utilização de trajetórias de baixo nível codificadas com primitivas de movimento e utilizá-las para depois generalizar para novas situações, partindo apenas de uma demonstração única. Assim, nesta linha de pensamento, os principais objetivos deste trabalho são dois: o primeiro é analisar, extrair e codificar demonstrações efetuadas por um humano, obtidas por um sistema de captura de movimento de forma a modelar tarefas de locomoção bípede. Contudo, esta transferência não está limitada à simples reprodução desses movimentos, requerendo uma evolução das capacidades para adaptação a novas situações, assim como lidar com perturbações inesperadas. Assim, o segundo objetivo é o desenvolvimento e avaliação de uma estrutura de controlo com capacidade de modelação das ações, de tal forma que a demonstração única apreendida possa ser modificada para o robô se adaptar a diversas situações, tendo em conta a sua dinâmica e o ambiente onde está inserido. A ideia por detrás desta abordagem é resolver o problema da generalização a partir de uma demonstração única, combinando para isso duas estruturas básicas. A primeira consiste num sistema gerador de padrões baseado em primitivas de movimento utilizando sistemas dinâmicos (DS). Esta abordagem de codificação de movimentos possui propriedades desejáveis que a torna ideal para geração de trajetórias, tais como a possibilidade de modificar determinados parâmetros em tempo real, tais como a amplitude ou a frequência do ciclo do movimento e robustez a pequenas perturbações. A segunda estrutura, que está embebida na anterior, é composta por um conjunto de osciladores acoplados em fase que organizam as ações de unidades funcionais de forma coordenada. Mudanças em determinadas condições, como o instante de contacto ou impactos com o solo, levam a modelos com múltiplas fases. Assim, em vez de forçar o movimento do robô a situações pré-determinadas de forma temporal, o gerador de padrões de movimento proposto explora a transição entre diferentes fases que surgem da interação do robô com o ambiente, despoletadas por eventos sensoriais. A abordagem proposta é testada numa estrutura de simulação dinâmica, sendo que várias experiências são efetuadas para avaliar os métodos e o desempenho dos mesmos.This work addresses the problem of learning to imitate human locomotion actions through low-level trajectories encoded with motion primitives and generalizing them to new situations from a single demonstration. In this line of thought, the main objectives of this work are twofold: The first is to analyze, extract and encode human demonstrations taken from motion capture data in order to model biped locomotion tasks. However, transferring motion skills from humans to robots is not limited to the simple reproduction, but requires the evaluation of their ability to adapt to new situations, as well as to deal with unexpected disturbances. Therefore, the second objective is to develop and evaluate a control framework for action shaping such that the single-demonstration can be modulated to varying situations, taking into account the dynamics of the robot and its environment. The idea behind the approach is to address the problem of generalization from a single-demonstration by combining two basic structures. The first structure is a pattern generator system consisting of movement primitives learned and modelled by dynamical systems (DS). This encoding approach possesses desirable properties that make them well-suited for trajectory generation, namely the possibility to change parameters online such as the amplitude and the frequency of the limit cycle and the intrinsic robustness against small perturbations. The second structure, which is embedded in the previous one, consists of coupled phase oscillators that organize actions into functional coordinated units. The changing contact conditions plus the associated impacts with the ground lead to models with multiple phases. Instead of forcing the robot’s motion into a predefined fixed timing, the proposed pattern generator explores transition between phases that emerge from the interaction of the robot system with the environment, triggered by sensor-driven events. The proposed approach is tested in a dynamics simulation framework and several experiments are conducted to validate the methods and to assess the performance of a humanoid robot

Front-end's para espectrometria nuclear

A tomografia por emissão de positrões (PET) é uma técnica de obtenção de imagens para diagnóstico médico (entre outros, utilizada na detecção precoce de tumores). O objectivo deste texto não é a descrição exaustiva desta técnica (embora os princípios em que se baseia a tomografia de emissão de positrões seja analisada), mas sim uma descrição de um conjunto de circuitos electrónicos para utilização com detectores de PET (neste caso, detectores de xénon líquido). O trabalho começou pelo desenvolvimento de uma primeira versão, discreta, utilizando componentes facilmente disponíveis no mercado, de um preamplificador adequado ao funcionamento com o detector proposto. Os ensaios realizados com esta versão permitiram concluir que eram necessários melhoramentos. Através de um método de aproximações sucessivas, as diferentes versões foram evoluindo para uma versão final aceitável. À semelhança da versão discreta, começou a implementar-se uma versão em circuito integrado, usando uma tecnologia CMOS de l,2μm. Utilizando ferramentas de simulação avançadas, procedeu-se a uma optimização de parâmetros, de modo a melhorar o seu desempenho. Finalmente, realizou-se um amplificador linear em versão integrada, para ser usado em conjunto com este preamplificador e proceder à enformação adequada do sinal, tendo-se realizado um conjunto de análises a todo o sistema, de modo a caracterizar o desempenho deste e verificar se era aceitável.Positron Emission Tomography (PET) is a technique whose purpose is the generation of images that can be used for medical diagnosis (such as the early detection of tumors). The objective of this text is not to give a comprehensive description of this technique (although same attention to, and a short description of, PET is given) but to describe a set of electronic circuits to be used in conjunction with PET detectors (liquid xenon detectors in the present case). The work started out with the development of a discrete version using standard components. Later, some tests showed the need to make improvements on this first version. This originated a series of versions, finally leading to an acceptable final version. As in the discrete version, an integrated version started to be implemented using a 1.2μm minimum feature size CMOS technology. A set of advanced tools (the Cadence package) for simulation was used to perform tests with this integrated version. Changes in the parameters of this version were needed in order to improve its performance to acceptable values. Finally, a version of an integrated main amplifier, to be used together with the preamplifier and accomplish the correct shaping of the signal was developed. A set of analysis of this system was performed to assess its performance and establish its acceptability.Mestrado em Eletrónica e Telecomunicaçõe