Orientador: Suely Cunha Amaro Mantovani / Resumo: Neste trabalho apresenta-se uma abordagem para o mapeamento da cinemática inversa utilizando Redes Neurais Artificiais do tipo Perceptron Multicamadas na configuração em paralelo, tendo como referência o protótipo de um manipulador robótico de 5 graus de liberdade, composto por sete servomotores controlado pela plataforma de desenvolvimento Intel® Galileo Gen 2. As equações da cinemática inversa, normalmente apresentam múltiplas soluções, desta forma, uma solução interessante e frequentemente encontrada na literatura são as Redes Neurais Artificiais (RNA) em razão da sua flexibilidade e capacidade de aprendizado por meio do treinamento. As Redes Neurais são capazes de entender a relação cinemática entre o sistema de coordenadas das juntas e a posição final da ferramenta do manipulador. Para avaliar a eficiência do método proposto foram realizadas simulações no software MATLAB, as quais demostram pelos resultados obtidos e comparações a uma RNA do tipo MLP simples, aproximadamente redução das médias dos erros das juntas em até 87,8% quando aplicado à trajetória e 80% quando aplicado a pontos distribuídos no volume de trabalho. / Abstract: This paper presents an approach to the mapping of inverse kinematics using Artificial Neural Networks Multilayer Perceptron in parallel configuration, in the prototype of a robotic manipulator 5 degrees of freedom, as reference, composed of seven servomotors controlled by development board Intel® Galileo Gen 2. The equations of inverse kinematics, usually have multiple solutions, therefore, an interesting solution and often found in the literature are the Artificial Neural Networks (ANN) because of their flexibility and learning capacity through training. Neural Networks are able to understand the kinematic relationship between the coordinate system of the joints and the final position of the manipulator tool. To evaluate the efficiency of the proposed, simulations in MATLAB software are performaded, that demonstrate by the results obtained and compared to a simple MLP type RNA, one reduction in mean errors of the joints by up to 87.8% when applied to the path and 80% when applied to points distributed in the work space. / Mestre

Orientador: Sergio Augusto Cunha / Banca: Ana Maria Pellegrini / Banca: Luciano Allegretti Mercadante / Resumo: O objetivo desta pesquisa foi comparar os padrões cinemáticos dos membros inferiores, durante chutes com a parte medial do pé, realizados por 14 praticantes jogadores, de futebol sendo 7 de nacionalidade brasileira e 7 de japonesa. Cada participante realizou 15 chutes a gol, simulando uma cobrança de falta com barreira. Esses chutes foram filmados por 4 câmeras digitais, focalizando o membro de chute e de apoio dos participantes, nos quais foram colocados 5 marcadores passivos, nos pontos anatômicos de interesse, definindo, assim, os segmentos coxa, perna e pé. Os dados tridimensionais foram obtidos através de procedimentos de cinemetria. Em seguida, estes foram suavizados e realizou-se a projeção estereográfica dos vetores normalizados, obtendo-se, assim, curvas no plano que descrevem a movimentação dos segmentos, durante a execução do chute ao longo do tempo. Realizou-se o cálculo de uma curva média para as 15 curvas da projeção estereográfica de cada segmento (coxa, perna e pé) do membro de chute e apoio para cada um dos 14 participantes. Através das curvas médias de cada um, aplicou-se a análise por cluster, para cada segmento isoladamente, entre todas as curvas médias projetadas, a cada instante de tempo. Neste caso, foram definidos dois grupos e identificados em quais partes do ciclo do movimento houve uma separação em função do país do qual o participante era oriundo. Através dos resultados obtidos concluiu-se que o comportamento dos segmentos inferiores entre os grupos estudados (brasileiros e japoneses) apresentaram padrões cinemáticos semelhantes. Com relação ao acerto dos chutes, verificou-se que os comportamentos dos segmentos inferiores entre os chutes acertaram e os imprecisos apresentaram padrões cinemáticos semelhantes. Deste modo, não foram encontradas relações entre os chutes que acertaram o alvo e os chutes que não acertaram o alvo. / Abstract: The purpose of this research has been to compare the kinematics patterns of the lower limbs during kicks with the medial part of the foot (pass kicks), performed by soccer practitioners of both Brazilian and Japanese nationalities. Each one performed 15 goal kicks, simulating a foul kick with a barrier. These kicks were registered in films, by 4 digital cameras, focusing the kick and the participantsþ support limbs, in which 5 passive markers were placed in the anatomical spots of interest, thus identifying the thigh, leg and foot segments. The 3D data were obtained through the kinemetry processes. Then, data were smoothed, and finally, a stereographic projection of normalized vectors was accomplished, producing curves in a plan, which described the placement frame by body segments during the kick. The average curve among each participant þs 15 curves was estimated. Through the average curves, a cluster analysis for each segment among all the projected average curves was applied separately, at every moment. In this case, two groups were defined and identified in order to be studied, and parts of the movement cycle in which there had been a separation were considered, due to the participant þs nationality. Through the results it was concluded that the behavior of the lower limbs between the groups -Brazilian X Japanese- presented a similar kinematic pattern. In relation to precision, two situations were presented. The first one, in which the kicks were precise, and the second one, in which they weren't. It was observed that the limb behavior in these two situations also presented similar kinematic patterns. Therefore, no relationship could be found between those kicks which hit the target, and the ones which didn't. / Mestre

Acompanha: Elaboração de um aplicativo para resolução de testes conceituais e envio das respostas ao professor / Este trabalho partiu do anseio em potencializar o Ensino de Física para estudantes trabalhadores de Ensino Médio noturno em uma escola do Município de Laranjeiras do Sul - Paraná. Observou-se que os estudantes apresentavam dificuldades de aprendizagem em vários tópicos da Física sendo que algumas delas persistiam durante as aulas. Não obstante, percebeu-se que a desmotivação para aprender também tem forte influência no desempenho estudantil, acentuando a evasão e a repetência escolar. Visando contribuir para a alteração desta situação, utilizaram-se as estratégias de ensino Peer Instruction (Mazur, 1997) e Just-in-Time Teaching (Novak et al., 1999) nas atividades escolares, buscando melhorar o ensino e a aprendizagem de Física. Durante as aulas de Física desenvolvidas nesta pesquisa, foi utilizado um aplicativo para smartphones como banco de questões de Física e como instrumento para envio da resposta durante a resolução de problemas em sala. Esta pesquisa objetivou identificar as potencialidades de um processo de Ensino com o Just-in-Time-Teaching e Peer Instruction, mediados pela interação estudante-App-professor, no ensino de Cinemática. A opção metodológica foi pela pesquisa qualitativa, já que almejávamos melhorias no ensino e na aprendizagem. Utilizou-se a Pesquisa-Ação e a Tabla de Invención como instrumentos para coleta e de análise dos dados. Durante o desenvolvimento foram lecionadas 12 aulas de Física no ensino médio, com 22 estudantes em uma turma de Física, em escola de EJA no município de Laranjeiras do Sul-PR. Como produto, foi desenvolvido um aplicativo para smartphone (App), que opera no sistema operacional Android, para ser utilizado nas votações das respostas dos Testes Conceituais durante as aulas. Um notebook e um roteador foram utilizados para estabelecer a rede wireless e a base de dados para o funcionamento do App. Os resultados mostraram que o aplicativo foi bem aceito pelos estudantes, tem potencial para melhorar a concentração nas atividades de resolução de problemas e para realizar o envio das respostas ao professor. O professor pode salvar as respostas dos estudantes no notebook e fazer uma verificação do aproveitamento de cada estudante. As estratégias de ensino Just-in-Time-Teaching e Peer Instruction mostraram-se como potentes ferramentas para estimular os estudantes a buscar conhecimento de forma autônoma, a reduzir receio que tinham das aulas de Física, a estimular a concentração na resolução individual de problemas e promover discussões em grupos na resolução coletiva. Este trabalho é acompanhado de um produto educacional, em um volume anexo. / This work was based on the yearning to enhance the teaching of Physics for night high school working students at a school in the municipality of Laranjeiras do Sul - Paraná. It was observed that the students presented learning difficulties in several topics of Physics and some of them persisted during the classes. Nevertheless, it was perceived that the demotivation to learn also has a strong influence over the student’s performance, accentuating evasion and grade retention. Seeking to contribute to the alteration of this situation, the teaching strategies Peer Instruction (Mazur, 1997) and Just-in-Time Teaching (Novak et al., 1999) were used in school activities, aiming to improve the teaching and learning of Physics. During the Physics classes developed in this research, a smartphone app was used as a bank of Physics questions and as an instrument to send the answers during the resolution of problems inside the class. This research aimed to identify the potentialities of a Teaching process with Just-in-Time-Teaching and Peer Instruction, mediated by the student-App-teacher interaction, in the Kinematics teaching. The methodological option was of a qualitative research, since we wanted improvements in both teaching and learning. The Research-Action and the Tabla de Invención were used as instruments for data collection and analysis. Through the development, 12 physics classes were taught in high school, with 22 students in a Physics class at an YAE school in the municipality of Laranjeiras do Sul. As a product, a smartphone application (App), which operates on the Android operating system, was developed to be used in the voting of Conceptual Testing responses during classes. A laptop and a router were used to establish the wireless network and database for the operation of the App. The results showed that the application was well accepted by students, have the potential to improve concentration in problem-solving activities and to perform sending of answers to the teacher. The teacher can save the students' answers in the laptop and verify each student's performance. Just-in-Time-Teaching and Peer Instruction teaching strategies proved to be powerful tools to stimulate students to seek autonomous knowledge, reduce fear of physics classes, stimulate concentration in individual problem solving and to promote group discussions in group problem solving. This work is accompanied by an educational product, that follows attached.

Acompanha: Elaboração de um aplicativo para resolução de testes conceituais e envio das respostas ao professor / Este trabalho partiu do anseio em potencializar o Ensino de Física para estudantes trabalhadores de Ensino Médio noturno em uma escola do Município de Laranjeiras do Sul - Paraná. Observou-se que os estudantes apresentavam dificuldades de aprendizagem em vários tópicos da Física sendo que algumas delas persistiam durante as aulas. Não obstante, percebeu-se que a desmotivação para aprender também tem forte influência no desempenho estudantil, acentuando a evasão e a repetência escolar. Visando contribuir para a alteração desta situação, utilizaram-se as estratégias de ensino Peer Instruction (Mazur, 1997) e Just-in-Time Teaching (Novak et al., 1999) nas atividades escolares, buscando melhorar o ensino e a aprendizagem de Física. Durante as aulas de Física desenvolvidas nesta pesquisa, foi utilizado um aplicativo para smartphones como banco de questões de Física e como instrumento para envio da resposta durante a resolução de problemas em sala. Esta pesquisa objetivou identificar as potencialidades de um processo de Ensino com o Just-in-Time-Teaching e Peer Instruction, mediados pela interação estudante-App-professor, no ensino de Cinemática. A opção metodológica foi pela pesquisa qualitativa, já que almejávamos melhorias no ensino e na aprendizagem. Utilizou-se a Pesquisa-Ação e a Tabla de Invención como instrumentos para coleta e de análise dos dados. Durante o desenvolvimento foram lecionadas 12 aulas de Física no ensino médio, com 22 estudantes em uma turma de Física, em escola de EJA no município de Laranjeiras do Sul-PR. Como produto, foi desenvolvido um aplicativo para smartphone (App), que opera no sistema operacional Android, para ser utilizado nas votações das respostas dos Testes Conceituais durante as aulas. Um notebook e um roteador foram utilizados para estabelecer a rede wireless e a base de dados para o funcionamento do App. Os resultados mostraram que o aplicativo foi bem aceito pelos estudantes, tem potencial para melhorar a concentração nas atividades de resolução de problemas e para realizar o envio das respostas ao professor. O professor pode salvar as respostas dos estudantes no notebook e fazer uma verificação do aproveitamento de cada estudante. As estratégias de ensino Just-in-Time-Teaching e Peer Instruction mostraram-se como potentes ferramentas para estimular os estudantes a buscar conhecimento de forma autônoma, a reduzir receio que tinham das aulas de Física, a estimular a concentração na resolução individual de problemas e promover discussões em grupos na resolução coletiva. Este trabalho é acompanhado de um produto educacional, em um volume anexo. / This work was based on the yearning to enhance the teaching of Physics for night high school working students at a school in the municipality of Laranjeiras do Sul - Paraná. It was observed that the students presented learning difficulties in several topics of Physics and some of them persisted during the classes. Nevertheless, it was perceived that the demotivation to learn also has a strong influence over the student’s performance, accentuating evasion and grade retention. Seeking to contribute to the alteration of this situation, the teaching strategies Peer Instruction (Mazur, 1997) and Just-in-Time Teaching (Novak et al., 1999) were used in school activities, aiming to improve the teaching and learning of Physics. During the Physics classes developed in this research, a smartphone app was used as a bank of Physics questions and as an instrument to send the answers during the resolution of problems inside the class. This research aimed to identify the potentialities of a Teaching process with Just-in-Time-Teaching and Peer Instruction, mediated by the student-App-teacher interaction, in the Kinematics teaching. The methodological option was of a qualitative research, since we wanted improvements in both teaching and learning. The Research-Action and the Tabla de Invención were used as instruments for data collection and analysis. Through the development, 12 physics classes were taught in high school, with 22 students in a Physics class at an YAE school in the municipality of Laranjeiras do Sul. As a product, a smartphone application (App), which operates on the Android operating system, was developed to be used in the voting of Conceptual Testing responses during classes. A laptop and a router were used to establish the wireless network and database for the operation of the App. The results showed that the application was well accepted by students, have the potential to improve concentration in problem-solving activities and to perform sending of answers to the teacher. The teacher can save the students' answers in the laptop and verify each student's performance. Just-in-Time-Teaching and Peer Instruction teaching strategies proved to be powerful tools to stimulate students to seek autonomous knowledge, reduce fear of physics classes, stimulate concentration in individual problem solving and to promote group discussions in group problem solving. This work is accompanied by an educational product, that follows attached.

Introdução: O tornozelo está entre as articulações que mais estão sujeitas a lesões durante a pratica de atividades esportivas. Contudo, ainda há uma lacuna sobre a importância da bandagem elástica na estabilidade do tornozelo. Objetivo: Analisar o efeito imediato da bandagem elástica no padrão de recrutamento dos músculos do tornozelo, na cinemática e no desempenho, durante atividades funcionais em jovens adultos ativos e saudáveis. Material e métodos: Participaram do estudo, 21 voluntários, com idade de 27,09 ± 5,83 anos, de ambos os sexos, praticantes de Crossfit. A coleta ocorreu em dois dias com intervalo de 48 horas. No primeiro dia foram realizados: a anamnese, testes ortopédicos específicos, familiarização com os testes Star Excursion Balance Test (SEBT) e Multiple hop Test (MHT) e três contrações isométricas voluntárias máximas (CIVM) de tibial anterior e gastrocnêmio medial. Após a familiarização ocorreu a coleta de dados eletromiográficos, cinemáticos e de desempenho nos testes SEBT e MHT. No segundo dia, foi realizado familiarização dos gestos: salto vertical e mudança de direção, onde posteriormente foram coletados os sinais eletromiográficos (SEMG) e dados cinemáticos dos gestos familiarizados. Foi avaliado o desempenho apenas em MHT e SEBT.Todos os testes, em ambos os dias, foram realizados nas condições com e sem bandagem elástica, definidos de maneira aleatória por meio de sorteio. O processamento do sinal eletromiográfico e cinemático, ocorreu por rotinas especificas do Matlab. A normalização dos SEMGs ocorreu por meio das CIVMs. Para cinemática, o acelerômetro foi posicionado entre terceiro metatarso e cuneiforme lateral, considerando os dados dos eixos: transversal (X) e horizontal (Z). Para as comparações foi utilizado o teste: ANOVA one-way medidas repetidas. O nível de significância foi ajustado em p < 0,05. Resultados: Bandagem elástica possibilitou aumento de 120,8% do pico de ativação de gastrocnêmio medial durante mudança de direção (p =0,001) e também um aumento de 19,5% da média de ativação de gastrocnêmio medial (p = 0,006) no teste de saltos com um único membro inferior. Para desempenho, nas direções ântero medial e póstero medial do SEBT, ocorreu um aumento na distância alcançada de 3,8% e 5,6% (p= 0,001 e p=0,005) respectivamente, associado ao uso da bandagem elástica. Nos testes, de cruzar seis metros saltando e de saltos com um único membro inferior, houve redução no tempo de execução, de 5,7% e 7,1% (p=0,018 e p=0,009) respectivamente, associado ao uso da bandagem elástica. Conclusão: De acordo com nossos achados a bandagem elástica possui limitações como recurso terapêutico preventivo e de reabilitação, entretanto pode ser benéfica para desempenho em atividades funcionais. / Introduction: The ankle is among the joints that most subject to injury during a practice of sports activities. However, there is still a gap on the importance of elastic taping in ankle stability. Objective: Analyze the immediate effect of the elastic taping in the recruitment pattern of the ankle muscles, in the kinematics and performance during functional activities in young adults healthy and active. Material and methods: Participated in this study, 21 volunteers, aged 27,09 ± 5,83 years, of both sexes, practitioners of Crossfit. The collection has occurred in two days with an interval of 48 hours. On the first day were carried out: anamnesis, orthopedic tests, the familiarisation with the test Star Excursion Balance Test (SEBT) and the Multiple hop Test (MHT) and three maximum voluntary isometric contraction (MVIC) of the tibialis anterior and gastrocnemius medialis. After the familiarization has occurred in the data collection electromyographic, kinematic, and performance in the tests, SEBT and MHT. On the second day, was carried out familiarisation of the gestures: the vertical jump and side cutting, where they were subsequently collected signals electromyography (SEMG) and kinematic data. It was evaluated the performance only in MHT and SEBT.All tests on both days were conducted under the conditions with and without elastic taping randomly defined by lottery. The processing of electromyographic signal and kinematic, occurred by routines specific to Matlab. The normalization of the SEMGs occurred by means of the MVIC. For kinematics, the accelerometer was positioned between the third metatarsal and lateral cuneiforme, considering the data of the axes: transverse (X) and horizontal (Z). For the comparisons were used in the test: ANOVA one-way repeated measures. The level of significance was set at p <0,05. Results: Elastic taping increase 120,8% of the peak activation of the gastrocnemius medialis during site cutting (p =0.001) and also an increase of 19.5% from the mean activation of the gastrocnemius medialis (p = 0.006) in the test of single limb hopping course. For performance, in the directions anteromedial e posteromedial in SEBT, there was an increase in the distance reached 3.8% and 5.6% (p= 0.001 and p=0.005), respectively, associated with the use of the elastic taping. In tests, cross six meter hop for time and single limb hopping course, there was a reduction in run-time, 5.7% and 7.1% (p=0.018 and p=0.009), respectively, associated with the use of the elastic taping. Conclusion: According our findings, the elastic taping has limitations as a therapeutic resource for preventive and rehabilitation, however it can be beneficial to performance in functional activities. / Dissertação (Mestrado)

A análise das variáveis associadas à fadiga muscular durante protocolos de ciclismo até a exaustão (incremental e carga constante), ou mesmo simulados (contrarrelógio), e suas implicações em parâmetros cinéticos e cinemáticos, têm sido descritas na literatura em modelos experimentais. Alterações encontradas nas articulações do quadril, joelho e tornozelo, associadas a mudanças no direcionamento das forças aplicadas ao pedal (melhora da técnica de pedalada) durante testes de ciclismo incrementais e/ou constantes, parecem estar relacionados a estratégias musculares intrínsecas para manutenção do trabalho e postergar os efeitos da fadiga. Entretanto, evidências suportam que a aplicação de Laserterapia de Baixa Potência (LBP) reduz os efeitos da fadiga muscular sobre o desempenho, principalmente em modalidades esportivas com um grande componente aeróbico, tal como o ciclismo. Entretanto, ainda não está claro na literatura qual a dosagem ideal de LBP a ser utilizada nessas atividades. Portanto, o objetivo deste estudo foi investigar os efeitos de diferentes dosagens de LBP sobre o desempenho em teste de tempo de exaustão em ciclistas. Além disso, foi analisado os efeitos do LBP sobre o conteúdo de frequências dos sinais de EMG e a cinética de VO2 durante os testes de exaustão. Vinte ciclistas competitivos do sexo masculino participaram de um estudo, randomizado, duplocego e placebo-controlado. Os atletas realizaram teste incremental de ciclismo até a exaustão (dia 1) para determinar o consumo máximo de oxigênio (VO2MÁX) e a potência máxima (POMÁX), seguido de outros quatro testes até a exaustão (dias 2 a 5) na POMÁX do teste incremental. Antes de cada teste de exaustão, diferentes dosagens de LBP (3, 6 e 9 J/diodo, ou 135, 270 e 405 J/coxa, respectivamente) ou placebo. Aumento do desempenho nos testes de exaustão foi observado com a LBP-3J (~22 s; p < 0,01), LBP-6J (~13 s; p = 0,03) e LBP- 9J (~13 s; p = 0,02), comparado com o placebo (149 ± 23 s). Embora LBP-6J e LBP-9J não aumentaram a ativação muscular em comparação com o placebo, a LBP-3J, aumentou a ativação das bandas de alta frequência em comparação com o placebo no final do teste de exaustão, em ambos os membros inferiores (p ≤ 0,03). Os resultados na cinética de VO2, resultaram e redução do constante de tempo (Tau) e déficit de O2 com a aplicação de LBP comparado ao placebo (p < 0,05). Não foram encontradas diferenças (p > 0,05) entre as condições experimentais para amplitude de VO2 e tempo de atraso do VO2. Em conclusão, nosso estudo demonstrou que a fototerapia pode ser um agente ergogênico eficaz para aumentar o desempenho de ciclistas (independente da dose utilizada), e isto se deve ao aumento da ativação das bandas de alta frequência (LBP-3J), bem como da redução do Tau e déficit de O2 (LBP-3 6 e 9J), durante testes máximos de ciclismo até a exaustão. / The analysis of muscle fatigue variables during cycling protocols to exhaustion (incremental and constant load) or simulated (time trial), and its implications on kinetic and kinematic parameters, has been described in the literature for experimental models. Changes in hip, knee and ankle joints (such as increased range of motion and reduced ankle contribution to the total joint torque), associated with changes in the direction of the forces applied to the pedal (improved pedaling technique) during cycling tests, seems to be related to strategies for maintaining muscle work in order to postpone fatigue effects. However, evidences supports that application of low-level laser therapy (LLLT) minimizes fatigue effects on muscle performance. However, the ideal LLLT dosage to improve athletes’ performance during sports activities, such as cycling, is still unclear. Therefore, the goal of this study was to investigate the effects of different LLLT dosages on cyclists’ performance during a time-to-exhaustion test. In addition, we looked at the effects of LLLT on the frequency content of the EMG signals and kinetics of VO2 to assess fatigue mechanisms. Twenty male competitive cyclists participated in a crossover, randomized, double-blind and placebo controlled trial. They performed an incremental cycling test to exhaustion (day 1) determine maximal oxygen output (VO2MAX) and maximal power output (POMAX) followed by four time-to-exhaustion tests (days 2 to 5) at their individual POMAX. Before each time to exhaustion test, different LLLT dosages (3, 6 and 9 J/diode; or 135, 270 and 405 J/thigh, respectively) or placebo were applied at the quadriceps muscle bilaterally. Power output and muscle activation from both lower limbs were acquired throughout the tests. Increased performance at the exhaustion tests was observed with the LLLT-3J (~22 s; p < 0.01), LLLT-6J (~13 s; p = 0.03) and LLLT-9J (~13 s; p = 0.02) compared to placebo (149 ± 23 s). Although LLLT-6J and LLLT-9J did not show significant differences in muscle activation compared to placebo, LLLT-3J led to an increased high frequency content compared to placebo in both limbs at the end of the exhaustion test (p ≤ 0.03). The results in kinetics VO2, resulting in reduction of time constant (Tau) and deficit O2 with LLLT applications compared to the placebo condition (p < 0.05). No differences (p > 0.05) were found between the experimental conditions for VO2 amplitude and VO2 delay time. In conclusion, this study has shown that the phototherapy can be an effective ergogenic agent to increase cycling performance (regardless of the dose used), and this is due to increased activation of the high frequency bands (LLLT-3J) as well as the reduction of Tau and deficit of O2 (LLLT-3, 6 and 9J), during maximum cycling exhaustion test.

The Taylor Spatial Frame (TSF) is a recently introduced form of a circular external orthopaedic fixator for long bone fracture reduction and deformity correction. The TSF is constructed from two circular rings interconnected with six variable-length struts. Its kinematics are based on the Stewart-Gough platform. The TSF is attached to the patient's anatomy using fine wires and half-pins. In this thesis, three aspects of the TSF are analysed. First, the solution to non-trivial forward and inverse kinematics has been addressed. Second, the mechanical properties of the TSF fixator are investigated. Individual component stiffness is assessed separately and then the complete fixator is modelled. Simple stiffuess models of fine wires and half-pins are derived. Considerations for the use of the TSF for the peri-articular fractures are investigated and potential modifications are proposed. The effect of backlash in the frame components on the accuracy of the fixator has been analysed. Finally, in rder to validate the kinematics solution, to provide a training aid for surgeons and to demonstrate the concept of accurately controlled interfragmentary motion, a prototype of an active TSF was designed and built. Computationally efficient algorithms for solving the forward and inverse kinematics have been developed that require little numerical processing overhead and can be implemented on a mobile computing device. It was found that the TSF fixator has similar axial stiffuess to the circular Ilizarov ring fixator, since wires and half-pins are significantly less stiff than the frames. Furthermore, the TSF exhibits more uniform stiffuess for a range of off-axis loads and is significantly stiffer for torsional loads than the Ilizarov fixator. Slack, in the form of a backlash, can lead to severe strains in the unloaded frames and therefore fractures, and hence precautions are recommended. Finally, considerations and prototype for the automated TSF are presented that can be utilised for demonstration purposes and surgeon training.

nÃo hà / In this dissertation it is reported the results of a comprehensive comparative study involving six local models applied to the task of learning the inverse kinematics of three redundant robotic arm (planar, PUMA 560 and Motoman HP6). The evaluated algorithms are the following ones: radial basis functions network (RBFN), local model network (LMN), SOMbased local linear mapping (LLM), local linear mapping over k-winners (K-SOM), local weighted regression (LWR) and counter propagation (CP). Each algorithm is evaluated with respect to its accuracy in estimating the joint angles given the cartesian coordinates which comprise end-effector trajectories within the robot workspace. A comprehensive evaluation of the performances of the aforementioned algorithms is carried out based on correlation analysis of the residuals. Finally, hypothesis testing procedures are also executed in order to verifying if there are significant differences in performance among the best algorithms. / Nesta dissertaÃÃo sÃo reportados os resultados de um amplo estudo comparativo envolvendo seis modelos locais aplicados à tarefa de aproximaÃÃo do modelo cinemÃtico inverso de 3 robÃs manipuladores (planar, PUMA 560 e Motoman HP6). Os modelos avaliados sÃo os seguintes: rede de funÃÃes de base radial (RBFN), rede de modelos locais (LMN), mapeamento linear local baseado em SOM (LLM), mapeamento linear local usando K vencedores (KSOM), regressÃo local ponderada (LWR) e rede counterpropagation (CP). Estes algoritmos sÃo avaliados quanto à acurÃcia na estimaÃÃo dos Ãngulos das juntas dos robÃs manipuladores em experimentos envolvendo a geraÃÃo de vÃrios tipos de trajetÃrias no espaÃo de trabalho dos referidos robÃs. Uma avaliaÃÃo abrangente do desempenho de cada algoritmo à feita com base na anÃlise dos resÃduos e testes de hipÃteses sÃo realizados para verificar a semelhanÃa estatistica entre os desempenhos dos melhores algoritmos.

Neste projeto, utilizamos algumas tecnologias da informação e comunicação para desenvolver uma estratégia de ensino de Física para o Ensino Médio abordando o tópico da cinemática. A estratégia contou com a utilização de aulas e testes virtuais e também com atividades de modelagem computacional com o programa Modellus. Todas as atividades foram aplicadas no laboratório de informática e mediadas pelo computador. Esta estratégia foi aplicada em duas turmas do primeiro ano do Ensino Médio do Instituto Adventista Cruzeiro do Sul, localizado na cidade de Taquara, RS, entre os meses de março e maio, do ano letivo de 2009, e contou com uma carga horária de 22 horas – aula. O projeto teve como referencial teórico a Teoria dos Campos Conceituais de Gerard Vergnaud, que diz que a conceitualização é o centro do desenvolvimento cognitivo. Todo o material desenvolvido foi colocado em forma de um hipertexto que está disponível na internet de modo que outros professores façam uso destes recursos. Através das observações feitas durante a aplicação desta proposta, vimos que uma estratégia de ensino baseada no uso de tecnologias como estas, permitem um aprendizado mais eficaz, visto que o contato e a interação dos alunos com o objeto de estudo e com as ferramentas educacionais é muito maior quando comparado com as metodologias tradicionais, por isso esta estratégia apresenta um grande potencial como recurso educacional para o ensino de Física. / In this project, we use some of the new technologies of information and communication to develop a strategy for teaching physics to high school addressing the topic of kinematics. The strategy included the use of virtual classes and tests and also with activities of computer modeling with the program Modellus. All activities were computer-mediated implemented in the computer lab. This strategy was applied to two groups: the first year of high school of the Instituto Adventista Cruzeiro do Sul, located in the city of Taquara RS between March and May of the academic year 2009, and had a workload of 22 hours - in class. The project is theoretical based on the Theory of Conceptual Fields by Gerard Vergnaud, which says that the conceptualization is the center of cognitive development. All the material developed was placed in the form of a hypertext that is available on the Internet so that other teachers can make use of these resources. Through observations made during the implementation of this proposal, we saw that a strategy based on the use of technologies like these, allow a more effective learning, as the contact and interaction of students with the object of study and educational tools is greater when compared with traditional methods, so this strategy has great potential as an educational resource for the teaching of physics.

Orientador: Ricardo Machado Leite de Barros / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Educação Física / Made available in DSpace on 2018-08-17T17:54:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lara_JerusaPetrovnaResende_M.pdf: 2070442 bytes, checksum: 43a77e989ba58b33b8bd6d21f8264a14 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O presente trabalho teve como objetivo fazer a análise cinemática tridimensional do salto em distância de atletas de alto nível em competição através de quatro trabalhos independentes. O primeiro trabalho teve como objetivo analisar a relação das variáveis cinemáticas do salto em distância de atletas de alto nível em competição através de uma análise de regressão linear múltipla nas fases de aproximação, impulsão e voo. Os resultados encontrados foram que a velocidade escalar do centro de massa no touchdown , a altura máxima do centro de massa na fase de voo e a distância do pé de apoio do atleta à tábua de impulsão foram as variáveis incluídas no modelo de predição da distância saltada, sendo conjuntamente responsáveis por 68% da variabilidade da distância. Para um segundo modelo, onde as velocidades escalares foram substituídas pelas componentes das velocidades do centro de massa, a velocidade horizontal do centro de massa no touchdown, a velocidade vertical do centro de massa no touchdown e o ângulo de ataque foram responsáveis por 88% da variabilidade da distância saltada. O segundo trabalho teve como objetivo analisar a replicabilidade e a reprodutibilidade das variáveis cinemáticas tridimensionais no salto em distância e testar a sensibilidade dos valores de replicabilidade e reprodutibilidade na predição da distância saltada. Para esse estudo dez observadores de ambos os sexos realizaram cinco medições cada um de um mesmo salto em distância sob as condições que definem reprodutibilidade e replicabilidade. A partir das edições dos observadores, foram calculadas as variáveis cinemáticas do salto em distância na fase de impulsão. Concluímos que as variáveis de velocidades do centro de massa são reprodutíveis e replicáveis acima de 0.09m/s enquanto variáveis angulares, acima de 0.67°. Para a análise de sensibilidade foi encontrado que para variação de 1m na distância saltada, seriam necessários uma variação de 0.77, 200.00 e 1.80 m/s nas velocidades horizontal, lateral e vertical do centro de massa, respectivamente e uma variação de 5.75° no ângulo do vetor velocidade do centro de massa e o plano horizontal. O terceiro trabalho teve como objetivo investigar a cinemática angular do salto em distância de atletas de alto nível em competição através de três análises dos ângulos articulares durante a fase de impulsão, sugerindo que uma análise realizada durante uma competição oficial, fornece informações valiosas para as análises técnicas e de investigação. Além disso, a análise estatística revelou que os ângulos de flexão máxima ocorre de forma seqüencial, a partir do quadril ao tornozelo, quando relacionada com a porcentagem da fase de impulsão do salto. O último trabalho teve como objetivo analisar a variabilidade nas variáveis cinemáticas ridimensionais de dois atletas medalhistas olímpicos e os resultados sugerem que os atletas devem buscar controlar as variáveis de saída da tábua, buscando reduzir a sua variabilidade e atingir seus valores ótimos das variáveis cinemáticas. / Abstract: The aim of this study is to make a three-dimensional kinematic analysis of long jump during competition through four independent papers. The first study aimed to analyze the long jump kinematic variables relationship in high level athletes in competing across a multiple linear regression analysis of the approach, takeoff and flight phases. The results showed that the center of mass velocity at touchdown, center of mass maximum height during the flight phase and distance from the support athlete's foot to the takeoff board were the variables included in he prediction model of the hopped distance, and together were responsible for 68% of the distance variability. For the second model, the scalar velocities were replaced by the velocity components of the center of mass. With that change, the center of mass horizontal velocity at touchdown, the center of mass vertical velocity at touchdown and angle of attack were responsible for 88% of the distance variability. The aim of the second study was to examine the repeatability and reproducibility of three-dimensional kinematic variables in the long jump and test the sensitivity of the repeatability values and reproducibility in the distance jumped prediction. For this study, ten observers of both sexes performed five measurements each of a long jump under the same conditions that define reproducibility and repeatability. From the observer's measurements, we calculated the kinematic variables of the long jump during the takeoff. We conclude that the variables of the center of mass velocities are reproducible and repeatable over 0.09m/s while angular variables over 0.67°. For sensitivity analysis were found that for the variation of 1m in the distance jumped, would require a variation of 0.77, 200.00 and 1.80 m/s in horizontal, vertical and lateral velocities of the center of mass, respectively, and a variation of 5.75 ° in angle velocity vector of center of mass and in the horizontal plane. The third study aimed to investigate the angular kinematic of the long jump in high level athletes during competition across three analysis of the joint angles during the takeoff, suggesting that an analysis performed during an official competition provides valuable information for technical analysis and research. Furthermore, statistical analysis revealed that the maximum flexion angles occur sequentially, from hip to ankle, when associated to the percentage of the jump takeoff. The aim of the last study were to analyze the variability in three-dimensional kinematic variables of two Olympic medalists and the results suggest that athletes should attempt to control the output variables of the board, seeking to reduce their variability and achieve their optimum values of the kinematic variables. / Mestrado / Biodinamica do Movimento Humano / Mestre em Educação Física