Diseño e implementación software de un robot humanoide.

[ES]Este documento tiene la intención de presentar un Trabajo de Fin de Grado (TFG). Este proyecto consiste en una serie de herramientas que permitan el diseño, implementación y desarrollo del software de control de un robot humanoide. El proyecto se centra en la mejora de la efectividad, robustez, rendimiento y fiabilidad del software. Los cambios propuestos introducen mejoras sobre el robot comercial robo nova. En concreto la capacidad de ser modular, permitiendo de esta forma el uso total o parcial de las soluciones escogidas, ahorrando tiempo y dinero en futuros desarrollos de esta plataforma

Biologically Inspired Vision for Indoor Robot Navigation

Ultrasonic, infrared, laser and other sensors are being applied in robotics. Although combinations of these have allowed robots to navigate, they are only suited for specific scenarios, depending on their limitations. Recent advances in computer vision are turning cameras into useful low-cost sensors that can operate in most types of environments. Cameras enable robots to detect obstacles, recognize objects, obtain visual odometry, detect and recognize people and gestures, among other possibilities. In this paper we present a completely biologically inspired vision system for robot navigation. It comprises stereo vision for obstacle detection, and object recognition for landmark-based navigation. We employ a novel keypoint descriptor which codes responses of cortical complex cells. We also present a biologically inspired saliency component, based on disparity and colour.

Optimization and validation of a new 3D-US imaging robot to detect, localize and quantify lower limb arterial stenoses

L’athérosclérose est une maladie qui cause, par l’accumulation de plaques lipidiques, le durcissement de la paroi des artères et le rétrécissement de la lumière. Ces lésions sont généralement localisées sur les segments artériels coronariens, carotidiens, aortiques, rénaux, digestifs et périphériques. En ce qui concerne l’atteinte périphérique, celle des membres inférieurs est particulièrement fréquente. En effet, la sévérité de ces lésions artérielles est souvent évaluée par le degré d’une sténose (réduction >50 % du diamètre de la lumière) en angiographie, imagerie par résonnance magnétique (IRM), tomodensitométrie ou échographie. Cependant, pour planifier une intervention chirurgicale, une représentation géométrique artérielle 3D est notamment préférable. Les méthodes d’imagerie par coupe (IRM et tomodensitométrie) sont très performantes pour générer une imagerie tridimensionnelle de bonne qualité mais leurs utilisations sont dispendieuses et invasives pour les patients. L’échographie 3D peut constituer une avenue très prometteuse en imagerie pour la localisation et la quantification des sténoses. Cette modalité d’imagerie offre des avantages distincts tels la commodité, des coûts peu élevés pour un diagnostic non invasif (sans irradiation ni agent de contraste néphrotoxique) et aussi l’option d’analyse en Doppler pour quantifier le flux sanguin. Étant donné que les robots médicaux ont déjà été utilisés avec succès en chirurgie et en orthopédie, notre équipe a conçu un nouveau système robotique d’échographie 3D pour détecter et quantifier les sténoses des membres inférieurs. Avec cette nouvelle technologie, un radiologue fait l’apprentissage manuel au robot d’un balayage échographique du vaisseau concerné. Par la suite, le robot répète à très haute précision la trajectoire apprise, contrôle simultanément le processus d’acquisition d’images échographiques à un pas d’échantillonnage constant et conserve de façon sécuritaire la force appliquée par la sonde sur la peau du patient. Par conséquent, la reconstruction d’une géométrie artérielle 3D des membres inférieurs à partir de ce système pourrait permettre une localisation et une quantification des sténoses à très grande fiabilité. L’objectif de ce projet de recherche consistait donc à valider et optimiser ce système robotisé d’imagerie échographique 3D. La fiabilité d’une géométrie reconstruite en 3D à partir d’un système référentiel robotique dépend beaucoup de la précision du positionnement et de la procédure de calibration. De ce fait, la précision pour le positionnement du bras robotique fut évaluée à travers son espace de travail avec un fantôme spécialement conçu pour simuler la configuration des artères des membres inférieurs (article 1 - chapitre 3). De plus, un fantôme de fils croisés en forme de Z a été conçu pour assurer une calibration précise du système robotique (article 2 - chapitre 4). Ces méthodes optimales ont été utilisées pour valider le système pour l’application clinique et trouver la transformation qui convertit les coordonnées de l’image échographique 2D dans le référentiel cartésien du bras robotisé. À partir de ces résultats, tout objet balayé par le système robotique peut être caractérisé pour une reconstruction 3D adéquate. Des fantômes vasculaires compatibles avec plusieurs modalités d’imagerie ont été utilisés pour simuler différentes représentations artérielles des membres inférieurs (article 2 - chapitre 4, article 3 - chapitre 5). La validation des géométries reconstruites a été effectuée à l`aide d`analyses comparatives. La précision pour localiser et quantifier les sténoses avec ce système robotisé d’imagerie échographique 3D a aussi été déterminée. Ces évaluations ont été réalisées in vivo pour percevoir le potentiel de l’utilisation d’un tel système en clinique (article 3- chapitre 5).

The remote control ofmobile robot on theInternet

During last decades, the Internet teleobotics has been growing at an enormous ratedue to the rapid improvement of Internet technology. This paper presents theinternet-based remote control of mobile robot. To face unpredictable Internet delaysand possible connection rupture, a direct continuous control based teleoperationarchitecture with “Speed Limit Module” (SLM) and “Delay Approximator” (DA) isproposed. This direct continuous control architecture guarantees the path error of therobot motion is restricted within the path error tolerance of the application.Experiment results show the feasibility and effectiveness of this direct Internet controlarchitecture in the real Internet environment.

Robot navigation in sensor space

This thesis investigates the problem of robot navigation using only landmark bearings. The proposed system allows a robot to move to a ground target location specified by the sensor values observed at this ground target posi- tion. The control actions are computed based on the difference between the current landmark bearings and the target landmark bearings. No Cartesian coordinates with respect to the ground are computed by the control system. The robot navigates using solely information from the bearing sensor space. Most existing robot navigation systems require a ground frame (2D Cartesian coordinate system) in order to navigate from a ground point A to a ground point B. The commonly used sensors such as laser range scanner, sonar, infrared, and vision do not directly provide the 2D ground coordi- nates of the robot. The existing systems use the sensor measurements to localise the robot with respect to a map, a set of 2D coordinates of the objects of interest. It is more natural to navigate between the points in the sensor space corresponding to A and B without requiring the Cartesian map and the localisation process. Research on animals has revealed how insects are able to exploit very limited computational and memory resources to successfully navigate to a desired destination without computing Cartesian positions. For example, a honeybee balances the left and right optical flows to navigate in a nar- row corridor. Unlike many other ants, Cataglyphis bicolor does not secrete pheromone trails in order to find its way home but instead uses the sun as a compass to keep track of its home direction vector. The home vector can be inaccurate, so the ant also uses landmark recognition. More precisely, it takes snapshots and compass headings of some landmarks. To return home, the ant tries to line up the landmarks exactly as they were before it started wandering. This thesis introduces a navigation method based on reflex actions in sensor space. The sensor vector is made of the bearings of some landmarks, and the reflex action is a gradient descent with respect to the distance in sensor space between the current sensor vector and the target sensor vec- tor. Our theoretical analysis shows that except for some fully characterized pathological cases, any point is reachable from any other point by reflex action in the bearing sensor space provided the environment contains three landmarks and is free of obstacles. The trajectories of a robot using reflex navigation, like other image- based visual control strategies, do not correspond necessarily to the shortest paths on the ground, because the sensor error is minimized, not the moving distance on the ground. However, we show that the use of a sequence of waypoints in sensor space can address this problem. In order to identify relevant waypoints, we train a Self Organising Map (SOM) from a set of observations uniformly distributed with respect to the ground. This SOM provides a sense of location to the robot, and allows a form of path planning in sensor space. The navigation proposed system is analysed theoretically, and evaluated both in simulation and with experiments on a real robot.

L'étendue internationale des nouvelles firmes de hautes technologies: le rôle du capital humain et de l'intention stratégique des fondateurs

De récentes recherches ont mis l’accent sur l’importance pour les nouvelles entreprises internationales de l’existence de ressources et de compétences spécifiques. La présente recherche, qui s’inscrit dans ce courant, montre en particulier l’importance du capital humain acquis par les entrepreneurs sur base de leur expérience internationale passée. Mais nous montrons en même temps que ces organisations sont soutenues par une intention délibérée d’internationalisation dès l’origine. Notre recherche empirique est basée sur l’analyse d’un échantillon de 466 nouvelles entreprises de hautes technologies anglaises et allemandes. Nous montrons que ce capital humain est un actif qui facilite la pénétration rapide des marchés étrangers, et plus encore quand l’entreprise nouvelle est accompagnée d’une intention stratégique délibérée d’internationalisation. Des conclusions similaires peuvent être étendues au niveau des ressources que l’entrepreneur consacre à la start-up : plus ces ressources sont importantes, plus le processus d’internationalisation tend à se faire à grande échelle ; et là aussi, l’influence de ces ressources est augmenté par l’intention stratégique d’internationalisation. Dans le cadre des études empiriques sur les born-globals (entreprises qui démarrent sur un marché globalisé), cette recherche fournit une des premières études empiriques reliant l’influence des conditions initiales de création aux probabilités de croissance internationale rapide.

Robot path planning in dynamic environments using a simulated annealing based approach

Mobile robots are widely used in many industrial fields. Research on path planning for mobile robots is one of the most important aspects in mobile robots research. Path planning for a mobile robot is to find a collision-free route, through the robot’s environment with obstacles, from a specified start location to a desired goal destination while satisfying certain optimization criteria. Most of the existing path planning methods, such as the visibility graph, the cell decomposition, and the potential field are designed with the focus on static environments, in which there are only stationary obstacles. However, in practical systems such as Marine Science Research, Robots in Mining Industry, and RoboCup games, robots usually face dynamic environments, in which both moving and stationary obstacles exist. Because of the complexity of the dynamic environments, research on path planning in the environments with dynamic obstacles is limited. Limited numbers of papers have been published in this area in comparison with hundreds of reports on path planning in stationary environments in the open literature. Recently, a genetic algorithm based approach has been introduced to plan the optimal path for a mobile robot in a dynamic environment with moving obstacles. However, with the increase of the number of the obstacles in the environment, and the changes of the moving speed and direction of the robot and obstacles, the size of the problem to be solved increases sharply. Consequently, the performance of the genetic algorithm based approach deteriorates significantly. This motivates the research of this work. This research develops and implements a simulated annealing algorithm based approach to find the optimal path for a mobile robot in a dynamic environment with moving obstacles. The simulated annealing algorithm is an optimization algorithm similar to the genetic algorithm in principle. However, our investigation and simulations have indicated that the simulated annealing algorithm based approach is simpler and easier to implement. Its performance is also shown to be superior to that of the genetic algorithm based approach in both online and offline processing times as well as in obtaining the optimal solution for path planning of the robot in the dynamic environment. The first step of many path planning methods is to search an initial feasible path for the robot. A commonly used method for searching the initial path is to randomly pick up some vertices of the obstacles in the search space. This is time consuming in both static and dynamic path planning, and has an important impact on the efficiency of the dynamic path planning. This research proposes a heuristic method to search the feasible initial path efficiently. Then, the heuristic method is incorporated into the proposed simulated annealing algorithm based approach for dynamic robot path planning. Simulation experiments have shown that with the incorporation of the heuristic method, the developed simulated annealing algorithm based approach requires much shorter processing time to get the optimal solutions in the dynamic path planning problem. Furthermore, the quality of the solution, as characterized by the length of the planned path, is also improved with the incorporated heuristic method in the simulated annealing based approach for both online and offline path planning.

De la reconstruction a l’augmentation du corps humain en medecine restaurative et en cybernetique

Aux confluences historiques et conceptuelles de la modernité, de la technologie, et de l’« humain », les textes de notre corpus négocient et interrogent de façon critique les possibilités matérielles et symboliques de la prothèse, ses aspects phénoménologiques et spéculatifs : du côté subjectiviste et conceptualiste avec une philosophie de la conscience, avec Merleau-Ponty ; et de l’autre avec les épistémologues du corps et historiens de la connaissance Canguilhem et Foucault. Le trope prometteur de la prothèse impacte sur les formations discursives et non-discursives concernant la reconstruction des corps, là où la technologie devient le corrélat de l’identité. La technologie s’humanise au contact de l’homme, et, en révélant une hybridité supérieure, elle phagocyte l’humain du même coup. Ce travail de sociologie des sciences (Latour, 1989), ou encore d’anthropologie des sciences (Hakken, 2001) ou d’anthropologie bioculturelle (Andrieu, 1993; Andrieu, 2006; Andrieu, 2007a) se propose en tant qu’exemple de la contribution potentielle que l’anthropologie biologique et culturelle peut rendre à la médecine reconstructrice et que la médecine reconstructrice peut rendre à la plastique de l’homme ; l’anthropologie biologique nous concerne dans la transformation biologique du corps humain, par l’outil de la technologie, tant dans son histoire de la reconstruction mécanique et plastique, que dans son projet d’augmentation bionique. Nous établirons une continuité archéologique, d’une terminologie foucaldienne, entre les deux pratiques. Nous questionnons les postulats au sujet des relations nature/culture, biologie/contexte social, et nous présentons une approche définitionnelle de la technologie, pierre angulaire de notre travail théorique. Le trope de la technologie, en tant qu’outil adaptatif de la culture au service de la nature, opère un glissement sémantique en se plaçant au service d’une biologie à améliorer. Une des clés de notre recherche sur l’augmentation des fonctions et de l’esthétique du corps humain réside dans la redéfinition même de ces relations ; et dans l’impact de l’interpénétration entre réalité et imaginaire dans la construction de l’objet scientifique, dans la transformation du corps humain. Afin de cerner les enjeux du discours au sujet de l’« autoévolution » des corps, les théories évolutionnistes sont abordées, bien que ne représentant pas notre spécialité. Dans le cadre de l’autoévolution, et de l’augmentation bionique de l’homme, la somation culturelle du corps s’exerce par l’usage des biotechnologies, en rupture épistémologique de la pensée darwinienne, bien que l’acte d’hybridation évolutionnaire soit toujours inscrit dans un dessein de maximisation bionique/génétique du corps humain. Nous explorons les courants de la pensée cybernétique dans leurs actions de transformation biologique du corps humain, de la performativité des mutilations. Ainsi technologie et techniques apparaissent-elles indissociables de la science, et de son constructionnisme social.

Deployment and connectivity repair of a sensor net with a flying robot

We consider multi-robot systems that include sensor nodes and aerial or ground robots networked together. Such networks are suitable for tasks such as large-scale environmental monitoring or for command and control in emergency situations. We present a sensor network deployment method using autonomous aerial vehicles and describe in detail the algorithms used for deployment and for measuring network connectivity and provide experimental data collected from field trials. A particular focus is on determining gaps in connectivity of the deployed network and generating a plan for repair, to complete the connectivity. This project is the result of a collaboration between three robotics labs (CSIRO, USC, and Dartmouth). © Springer-Verlag Berlin/Heidelberg 2006.

Air vehicle simulator : An application for a cable array robot

The development of autonomous air vehicles can be an expensive research pursuit. To alleviate some of the financial burden of this process, we have constructed a system consisting of four winches each attached to a central pod (the simulated air vehicle) via cables - a cable-array robot. The system is capable of precisely controlling the three dimensional position of the pod allowing effective testing of sensing and control strategies before experimentation on a free-flying vehicle. In this paper, we present a brief overview of the system and provide a practical control strategy for such a system. ©2005 IEEE.

Hippocampal models for simultaneous localisation and mapping on an autonomous robot

To navigate successfully in a novel environment a robot needs to be able to Simultaneously Localize And Map (SLAM) its surroundings. The most successful solutions to this problem so far have involved probabilistic algorithms, but there has been much promising work involving systems based on the workings of part of the rodent brain known as the hippocampus. In this paper we present a biologically plausible system called RatSLAM that uses competitive attractor networks to carry out SLAM in a probabilistic manner. The system can effectively perform parameter self-calibration and SLAM in one dimension. Tests in two dimensional environments revealed the inability of the RatSLAM system to maintain multiple pose hypotheses in the face of ambiguous visual input. These results support recent rat experimentation that suggest current competitive attractor models are not a complete solution to the hippocampal modelling problem.