Dynamic modelling of an underwater vehicle

Nessie is an Autonomous Underwater Vehicle (AUV) created by a team of students in the Heriot Watt University to compete in the Student Autonomous Underwater Competition, Europe (SAUC-E) in August 2006. The main objective of the project is to find the dynamic equation of the robot, dynamic model. With it, the behaviour of the robot will be easier to understand and movement tests will be available by computer without the need of the robot, what is a way to save time, batteries, money and the robot from water inside itself. The object of the second part in this project is setting a control system for Nessie by using the model

Manipulator control board

The Mechatronics Research Centre (MRC) owns a small scale robot manipulator called aMini-Mover 5. This robot arm is a microprocessor-controlled, six-jointed mechanical armdesigned to provide an unusual combination of dexterity and low cost.The Mini-Mover-5 is operated by a number of stepper motors and is controlled by a PCparallel port via a discrete logic board. The manipulator also has an impoverished array ofsensors.This project requires that a new control board and suitable software be designed to allow themanipulator to be controlled from a PC. The control board will also provide a mechanism forthe values measured using some sensors to be returned to the PC.On this project I will consider: stepper motor control requirements, sensor technologies,power requirements, USB protocols, USB hardware and software development and controlrequirements (e.g. sample rates).In this report we will have a look at robots history and background, as well as we willconcentrate how stepper motors and parallel port work

Control de posició del robot wifibot

Aquest projecte pretén presentar de forma clara i detallada l’estructura i el funcionament del robot així com dels components que el conformen. Aquesta informació és de vital importància a l’hora de desenvolupar aplicacions per al robot. Un cop descrites les característiques del robot s’analitzaran les eines necessàries i/o disponibles per poder desenvolupar programari per cada nivell de la forma més senzilla i eficient possible. Posteriorment s’analitzaran els diferents nivells de programació i se’n contrastaran els avantatges i els inconvenients de cada un. Aquest anàlisi es començarà fent pel nivell més alt i anirà baixant amb la intenció de no entrar en nivells més baixos del necessari. Baixar un nivell en la programació suposa haver de crear aplicacions sempre compatibles amb els nivells superiors de forma que com més es baixa més augmenta la complexitat. A partir d’aquest anàlisi s’ha arribat a la conclusió que per tal d’aprofitar totes les prestacions del robot és precís arribar a programar en el nivell més baix del robot. Finalment l’objectiu és obtenir una sèrie de programes per cada nivell que permetin controlar el robot i fer-lo seguir senzilles trajectòries

Mobile Robot Local Predictive Control under Perception Constraints

This research extends a previously developed work concerning about the use of local model predictive control in mobile robots. Hence, experimental results are presented as a way to improve the methodology by considering aspects as trajectory accuracy and time performance. In this sense, the cost function and the prediction horizon are important aspects to be considered. The platformused is a differential driven robot with a free rotating wheel. The aim of the present work is to test the control method by measuring trajectory tracking accuracy and time performance. Moreover, strategies for the integration with perception system and path planning are also introduced. In this sense, monocular image data provide an occupancy grid where safety trajectories are computed by using goal attraction potential fields

Mobile robot experimental modeling and control strategies using sensor fusion

This research work deals with the problem of modeling and design of low level speed controller for the mobile robot PRIM. The main objective is to develop an effective educational, and research tool. On one hand, the interests in using the open mobile platform PRIM consist in integrating several highly related subjects to the automatic control theory in an educational context, by embracing the subjects of communications, signal processing, sensor fusion and hardware design, amongst others. On the other hand, the idea is to implement useful navigation strategies such that the robot can be served as a mobile multimedia information point. It is in this context, when navigation strategies are oriented to goal achievement, that a local model predictive control is attained. Hence, such studies are presented as a very interesting control strategy in order to develop the future capabilities of the system. In this context the research developed includes the visual information as a meaningful source that allows detecting the obstacle position coordinates as well as planning the free obstacle trajectory that should be reached by the robot

Pose-based SLAM with probabilistic scan matching algorithm using a mechanical scanned imaging sonar

This paper proposes a pose-based algorithm to solve the full SLAM problem for an autonomous underwater vehicle (AUV), navigating in an unknown and possibly unstructured environment. The technique incorporate probabilistic scan matching with range scans gathered from a mechanical scanning imaging sonar (MSIS) and the robot dead-reckoning displacements estimated from a Doppler velocity log (DVL) and a motion reference unit (MRU). The proposed method utilizes two extended Kalman filters (EKF). The first, estimates the local path travelled by the robot while grabbing the scan as well as its uncertainty and provides position estimates for correcting the distortions that the vehicle motion produces in the acoustic images. The second is an augment state EKF that estimates and keeps the registered scans poses. The raw data from the sensors are processed and fused in-line. No priory structural information or initial pose are considered. The algorithm has been tested on an AUV guided along a 600 m path within a marina environment, showing the viability of the proposed approach

Dam wall detection and tracking using a Mechanically Scanned Imaging Sonar

In dam inspection tasks, an underwater robot has to grab images while surveying the wall meanwhile maintaining a certain distance and relative orientation. This paper proposes the use of an MSIS (mechanically scanned imaging sonar) for relative positioning of a robot with respect to the wall. An imaging sonar gathers polar image scans from which depth images (range & bearing) are generated. Depth scans are first processed to extract a line corresponding to the wall (with the Hough transform), which is then tracked by means of an EKF (Extended Kalman Filter) using a static motion model and an implicit measurement equation associating the sensed points to the candidate line. The line estimate is referenced to the robot fixed frame and represented in polar coordinates (rho&thetas) which directly corresponds to the actual distance and relative orientation of the robot with respect to the wall. The proposed system has been tested in simulation as well as in water tank conditions

Local WMR navigation with monocular data

This article presents recent WMR (wheeled mobile robot) navigation experiences using local perception knowledge provided by monocular and odometer systems. A local narrow perception horizon is used to plan safety trajectories towards the objective. Therefore, monocular data are proposed as a way to obtain real time local information by building two dimensional occupancy grids through a time integration of the frames. The path planning is accomplished by using attraction potential fields, while the trajectory tracking is performed by using model predictive control techniques. The results are faced to indoor situations by using the lab available platform consisting in a differential driven mobile robot

Neptune: a hil simulator for multiple UUVs

This paper overviews the field of graphical simulators used for AUV development, presents the taxonomy of these applications and proposes a classification. It also presents Neptune, a multivehicle, real-time, graphical simulator based on OpenGL that allows hardware in the loop simulations

Programació del robot e-puck amb Microsoft Robotics Studio

Microsoft Robotics Studio (MRS) és un entorn per a crear aplicacions per a robots utilitzant una gran varietat de plataformes hardware. Conté un entorn de simulació en el que es pot modelar i simular el moviment del robot. Permet també programar el robot, i executar-lo en l’entorn simulat o bé en el real. MRS resol la comunicació entre elsdiferents processos asíncrons que solen estar presents en el software de control d’unrobot: processos per atendre sensors, actuadors, sistemes de control, comunicacions amb l’exterior,... MRS es pot utilitzar per modelar nous robots utilitzant components que ja estiguin disponibles en les seves llibreries, o també permet crear component nous. Per tal de conèixer en detall aquesta eina, seria interessant utilitzar-la per programa els robots e-pucks, uns robots mòbils autònoms de petites dimensions que disposen de dos motors i un complet conjunt de sensors. El que es vol és simular-los, realitzar un programa de control, realitzar la interfície amb el robot i comprovar el funcionament amb el robot real

Disseny d’un comportament en ROS per a mantenir la posició d’un vehicle autònom submarí a partir de referències visuals

En el Centre d'Investigació en Robòtica Submarina (CIRS) de la Universitat de Gironaes disposa de diferents robots submarins els quals utilitzen una arquitectura software anomenada Component Oriented Layered-based Architecture for Autonomy ( COLA2 ), la qual ha estat desenvolupada per estudiants i professors del mateix centre. Per tal de fer aquesta arquitectura més accessible per a professors i estudiant d’altres centres la COLA2 s’està adaptant al Robot Operative System (ROS) que és un framework genèricper al desenvolupament d’aplicacions amb robots. Aquest projecte pretén dissenyar un comportament per al robot Girona500 que estigui desenvolupat dins la versió ROS de l’arquitectura COLA2. El comportament haurà de fer mantenir una determinada posició al robot amb informació visual de la càmera del robot i amb dades de navegació. La tasca de mantenir la posició es de vital importància per a poder realitzar intervencions submarines que requereixen de precisió i, precisament, el medi on es treballa no ajuda

Sistema de manteniment de l'equilibri per a un robot bípede

Dins el departament d’Electrònica, Informàtica i Automàtica de la Universitat de Girona s’handissenyat i construït dues plataformes bípedes per a l’ús docent. La mésevolucionada d’elles, finalitzada l’any 1999, està composada per dues cames d’alumini ambtres actuadors lineals cada una, simulant la funció del turmell, del genoll i del maluc. Els objectius que es pretenen aconseguir amb aquest projecte són molt concrets i tots ellsestan destinats a millorar el funcionament del robot bípede. Aquests objectius són: (1)dissenyar dos graus de llibertat lineals en forma de pla XY per moure el pes que convinguiper assegurar l’equilibri durant el moviment de la plataforma bípede, (2) dissenyar una placaamb una FPGA que generi senyals PWM pels vuit motors disponibles, que llegeixi els dosencoders dels motors del pla XY i que es comuniqui amb un PC equipat amb una tarjad’adquisició de dades específica, (3) dissenyar una placa de potència adequada pel controldels motors, (4) finalment realitzar un programa per comprovar el correcte funcionament deles plaques, dels actuadors i dels sensors utilitzats en la plataforma bípede

SLAM using an Imaging Sonar for Partially Structured Underwater Environments

In this paper we describe a system for underwater navigation with AUVs in partially structured environments, such as dams, ports or marine platforms. An imaging sonar is used to obtain information about the location of planar structures present in such environments. This information is incorporated into a feature-based SLAM algorithm in a two step process: (I) the full 360deg sonar scan is undistorted (to compensate for vehicle motion), thresholded and segmented to determine which measurements correspond to planar environment features and which should be ignored; and (2) SLAM proceeds once the data association is obtained: both the vehicle motion and the measurements whose correct association has been previously determined are incorporated in the SLAM algorithm. This two step delayed SLAM process allows to robustly determine the feature and vehicle locations in the presence of large amounts of spurious or unrelated measurements that might correspond to boats, rocks, etc. Preliminary experiments show the viability of the proposed approach

Disseny i implementació d'un sistema de navegació inercial i la seva aplicació a la robòtica mòbil

La UdG desposa de diversos robots mòbils per a finalitats docents i de recerca que utilitzen sistemes de localització incremental mitjançant bàsicament encoders incrementals. Actualment, en el mercat de l’automoció s’ha desenvolupat una sèrie de dispositius electrònics tals com brúixoles electròniques, acceleròmetres, giroscòpics, etc. L’objectiu és dissenyar i construir un sistema de navegació inercial format per un acceleròmetre, un giroscòpic, una brúixola i un microcontrolador encarregat de governar les ordres. El llenguatge utilitzat serà l’assemblador, ja que es pretén una execució molt eficient de les rutines creades. Les dades obtingudes es transmetran a l’ordinador per mitjà del protocol RS-232 i un programa en C emmagatzemarà les dades en un document de text. Aquestes dades seran tractades amb l’entorn MATLAB per tal d’interpretar-les i representar-les gràficament. Per analitzar el funcionament del sistema s’utilitzarà la plataforma PRIM

Integració d’ una unitat inercial i d’ un giroscopi de fibra òptica en un robot submarí i desenvolupament d’ un sistema de posicionament dins una piscina

El Grup de Visió per Computador i Robòtica (VICOROB) del departament d'Electrònica, Informàtica i Automàtica de la Universitat de Girona investiga en el camp de la robòtica submarina. Al CIRS (Centre d’Investigació en Robòtica Submarina), laboratori que forma part del grup VICOROB, el robot submarí Ictineu és la principal eina utilitzada per a desenvolupar els projectes de recerca. Recentment, el CIRS ha adquirit un nou sistema de sensors d' orientació basat en una unitat inercial i un giroscopi de fibra òptica. Aquest projecte pretén realitzar un estudi d' aquests dispositius i integrar-los al robot Ictineu. D' altra banda, aprofitant les característiques d’aquests sensors giroscopics i les mesures d' un sonar ja integrat al robot, es vol desenvolupar un sistema de localització capaç de determinar la posició del robot en el pla horitzontal de la piscina en temps real