Introducción de las técnicas de adquisición de datos y control de experiencias por ordenador en el laboratorio de ciencias experimentales.

Aportar nuevas perspectivas a las experiencias didácticas, utilizando las técnicas de la robótica y control mediante ordenador. Exponer cómo es posible realizar el seguimiento espacial tridimensional de los móviles en experiencias de demostración de cinemática y dinámica. Obtener gráficos del comportamiento real del campo eléctrico. Obtener colecciones de medidas que informen sobre la distribución de potenciales eléctricos en el espacio tridimensional. Medir sistemáticamente las 3 componentes del campo magnético en puntos distribuidos en una zona espacial tridimensional. Estudiar los fenómenos ondulatorios en las 3 dimensiones del espacio y observar su evolución temporal. 3 Grupos de 3 alumnos de Enseñanzas Medias y un grupo de 4 alumnos de Universidad. Transforman el ordenador en una ventana abierta a la naturaleza y al mundo físico. Observan y analizan experiencias en el espacio en sus tres dimensiones y en el tiempo, hacen scanners de campos eléctricos y magnéticos, siguen en el espacio móviles mecánicos y hacen visibles las ondas sonoras. Estas experiencias se han sometido a la consideración de los alumnos, mediante un cuestionario, para conocer las distintas posibilidades que el nuevo material facilita como herramienta didáctica. Cuestionario. Figuras. 1. Se ha desarrollado un sistema de seguimiento de móviles en 3 dimensiones mediante ultrasonidos que permite hacer experiencias de mecánica en tiempo real. 2. Se ha construido un prototipo en el que, mediante un robot didáctico, un ordenador y una cubeta con electrolito, se realizan scanners del campo eléctrico. 3. Se ha puesto a punto un equipo que, mediante un robot, un ordenador y una bobina, permite realizar colecciones de datos tridimensionales de las componentes del campo magnético y observar las trayectorias de éstas en el espacio. 4. Se ha construido una instalación que permite observar las ondas sonoras en el espacio y en el tiempo. Se ven las ondas de sonido como olas en movimiento y se aprecian fenómenos como interferencias, difracción, etc. 5. Las técnicas resultan interesantes porque permiten a los alumnos vivir con mayor protagonismo el aprendizaje. Ante todo, existe por su parte la aspiración de que les sirvan para realizar proyectos concretos y redescubrimiento de las leyes de la Naturaleza. 6. Se han realizado cinco publicaciones en revistas nacionales. 7. Se han solicitado dos patentes. 8. Se ha llegado a un acuerdo con la empresa Edibon. (Consultar los resultados del cuestionario en la propia investigación).

Disseny de controladors òptims per al robot Pioneer

Aquest projecte titulat: “Disseny de controladors òptims per al robot Pioneer”, té com a funció incloure en la recerca, que ja està iniciada, del control del Robot Pioneer 2DX, una nova versió d’agents go to per al funcionament del robot. La problemàtica que ens trobem és sobretot per al primer controlador. Fins ara el sistema multi-agent fet, feia servir un agent go to que generava la trajectòria a seguir i la controlava mitjançant un PID. Introduint un mètode geomètric com és el cas del pure pursuit la cosa es complica ja que és més complex l’ajustament del funcionament d’aquest. Centrant-nos en canvi el cas del segon controlador el problema es simplifica ja que l’ajustatge d’aquest mateix es pot realitzar de manera empírica i la problemàtica per a la situació en concret es millora amb major facilitat. És per aquest motiu, sobretot pel primer controlador, que s’han hagut de realitzar algunes modificacions en el plantejament del projecte al llarg d’aquest. En un principi estava pensat crear aquest controlador a través de Matlab® mitjançant l’eina Simulink® però per problemes de software en un moment donat hem hagut de redirigir el projecte cap al llenguatge base de l’estructura multi-agent com és el C++. Per aquest motiu també s’ha hagut de prescindir de la implementació d’aquests també en l’estructura LabView®.

Integració d'un sensor sonar d'escombrat lateral en un robot submarí

El grup de Visió per Computador i Robòtica (VICOROB) disposa de varis robots submarins per a la recerca i inspecció subaquàtica. Recentment s’ha adquirit un sensor sonar d’escombrat lateral el qual s’utilitza per realitzar imatges acústiques del fons marí quan aquest es mou principalment a velocitat constant i mantenint el rumb. Els robots del grup VICOROB estan equipats amb diferents tipus de sensors i càmeres per analitzar el fons marí. Aquest sensors són de gran qualitat i permeten conèixer de manera bastant satisfactòria l’entorn a les proximitats del robot. Freqüentment però, aquest sensors estant sotmesos a diferents restriccions depenent de la seva naturalesa de funcionament, de tal manera que es necessària la seva combinació per resoldre determinats problemes en diferents situacions. Amb aquest projecte, es pretén integrar un nou sistema de captura d’imatges sonores del fons marí, en un dels robots. Amb la integració d’aquest nou sensor, s’espera obtenir una opció alternativa els sistemes actuals que pugui aportar informació addicional sobre el fons. Aquest sistema podrà ser utilitzat per realitzar tasques per les quals els altres sensors no estant preparats o bé per complementar informació d’altres sensor

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’han dissenyat i construït dues plataformes bípedes per a l’ús docent. La més evolucionada d’elles, finalitzada l’any 1999, està composada per dues cames d’alumini amb tres 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 ells estan 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 convingui per assegurar l’equilibri durant el moviment de la plataforma bípede, (2) dissenyar una placa amb una FPGA que generi senyals PWM pels vuit motors disponibles, que llegeixi els dos encoders dels motors del pla XY i que es comuniqui amb un PC equipat amb una tarja d’adquisició de dades específica, (3) dissenyar una placa de potència adequada pel control dels motors, (4) finalment realitzar un programa per comprovar el correcte funcionament de les plaques, dels actuadors i dels sensors utilitzats en la plataforma bípede

Metodología para la implantación de una herramienta de control virtual de robots serie

[Es]El objetivo principal de este trabajo es la introducción del usuario al mundo de la robótica, explicando para ello, desde un punto de vista práctico, los conceptos teóricos relacionados con la cinemática de mecanismos espaciales, específicamente la de los robots serie. Para lograr este objetivo se ha creado una metodología de aprendizaje, basada en tres ejercicios, que explica los comandos principales de RobotStudio; software de programación necesario para el control virtual de robots de la marca ABB, robot disponible en la escuela. Junto con esto, se desarrollan los conceptos necesarios para la realización de tareas básicas dentro del ámbito de la robótica. Mediante la implantación de esta metodología se pretende dotar al usuario de los conceptos esenciales para programar robots serie dentro de un ámbito virtual, otorgándole la posibilidad de conectarlo posteriormente a un robot real, obteniendo resultados prácticos y visibles.

Controlling a mobile robot with a biological brain

The intelligent controlling mechanism of a typical mobile robot is usually a computer system. Some recent research is ongoing in which biological neurons are being cultured and trained to act as the brain of an interactive real world robot�thereby either completely replacing, or operating in a cooperative fashion with, a computer system. Studying such hybrid systems can provide distinct insights into the operation of biological neural structures, and therefore, such research has immediate medical implications as well as enormous potential in robotics. The main aim of the research is to assess the computational and learning capacity of dissociated cultured neuronal networks. A hybrid system incorporating closed-loop control of a mobile robot by a dissociated culture of neurons has been created. The system is flexible and allows for closed-loop operation, either with hardware robot or its software simulation. The paper provides an overview of the problem area, gives an idea of the breadth of present ongoing research, establises a new system architecture and, as an example, reports on the results of conducted experiments with real-life robots.

Control of a compliant two-axis robotic arm

In order to ease control, the links between actuators and robotic limbs are generally made to be as stiff as possible. This is in contrast to natural limbs, where compliance is present. Springs have been added to the drive train between the actuator and load to imitate this natural compliance. The majority of these springs have been in series between the actuator and load. However, a more biologically inspired approach is taken, here springs have been used in parallel to oppose each other. The paper will describe the application of parallel extension springs in a robot arm in order to give it compliance. Advantages and disadvantages of this application are discussed along with various control strategies.

Reach & grasp therapy: Design and control of a 9-DOF robotic neuro-rehabilitation system

This paper presents the Gentle/G integrated system for reach & grasp therapy retraining following brain injury. The design, control and integration of an experimental grasp assistance unit is described for use in robot assisted stroke rehabilitation. The grasp assist unit is intended to work with the hardware and software of the Gentle/S robot although the hardware could be adapted to other rehabilitation applications. When used with the Gentle/S robot a total of 6 active and 3 passive degrees of freedom are available to provide active, active assist or passive grasp retraining in combination with reaching movements in a reach-grasp-transfer-release sequence.

Investigation into the performance of an algorithm for deriving concise descriptions of optic flow fields for real-time control

This paper describes a region-based algorithm for deriving a concise description of a first order optical flow field. The algorithm described achieves performance improvements over existing algorithms without compromising the accuracy of the flow field values calculated. These improvements are brought about by not computing the entire flow field between two consecutive images, but by considering only the flow vectors of a selected subset of the images. The algorithm is presented in the context of a project to balance a bipedal robot using visual information.

Robot-human interaction - practical experiments with a cyborg

This paper presents results to indicate the potential applications of a direct connection between the human nervous system and a computer network. Actual experimental results obtained from a human subject study are given, with emphasis placed on the direct interaction between the human nervous system and possible extra-sensory input. An brief overview of the general state of neural implants is given, as well as a range of application areas considered. An overall view is also taken as to what may be possible with implant technology as a general purpose human-computer interface for the future.

Combining Human and Machine Brains - Practical systems in information & control

In this paper a look is taken at how the use of implant technology can be used to either increase the range of the abilities of a human and/or diminish the effects of a neural illness, such as Parkinson's Disease. The key element is the need for a clear interface linking the human brain directly with a computer. The area of interest here is the use of implant technology, particularly where a connection is made between technology and the human brain and/or nervous system. Pilot tests and experimentation are invariably carried out apriori to investigate the eventual possibilities before human subjects are themselves involved. Some of the more pertinent animal studies are discussed here. The paper goes on to describe human experimentation, in particular that carried out by the author himself, which led to him receiving a neural implant which linked his nervous system bi-directionally with the internet. With this in place neural signals were transmitted to various technological devices to directly control them. In particular, feedback to the brain was obtained from the fingertips of a robot hand and ultrasonic (extra) sensory input. A view is taken as to the prospects for the future, both in the near term as a therapeutic device and in the long term as a form of enhancement.

Impedance control of redundant drive joints with double actuation

This paper proposes impedance control of redundant drive joints with double actuation (RDJ-DA) to produce compliant motions with the future goal of higher bandwidth. First, to reduce joint inertia, a double-input-single-output mechanism with one internal degree of freedom (DOF) is presented as part of the basic structure of the RDJ-DA. Next, the basic structure of RDJ-DA is further explained and its dynamics and statics are derived. Then, the impedance control scheme of RDJ-DA to produce compliant motions is proposed and the validity of the proposed controller is investigated using numerical examples.