Probabilistic constraint reasoning with Monte Carlo integration to robot localization

This work studies the combination of safe and probabilistic reasoning through the hybridization of Monte Carlo integration techniques with continuous constraint programming. In continuous constraint programming there are variables ranging over continuous domains (represented as intervals) together with constraints over them (relations between variables) and the goal is to find values for those variables that satisfy all the constraints (consistent scenarios). Constraint programming “branch-and-prune” algorithms produce safe enclosures of all consistent scenarios. Special proposed algorithms for probabilistic constraint reasoning compute the probability of sets of consistent scenarios which imply the calculation of an integral over these sets (quadrature). In this work we propose to extend the “branch-and-prune” algorithms with Monte Carlo integration techniques to compute such probabilities. This approach can be useful in robotics for localization problems. Traditional approaches are based on probabilistic techniques that search the most likely scenario, which may not satisfy the model constraints. We show how to apply our approach in order to cope with this problem and provide functionality in real time.

Robot educatiu per un PBL en enginyeria informàtica

En aquest projecte s’ha estudiat el disseny d’una plataforma robòtica mòbil per un PBL (Aprenentatge Basat en Problemes) en enginyeria informàtica. El principal objectiu és introduir aquest model en l’ensenyament universitari, com a complement de diferents assignatures de primer curs. Per arribar a aconseguir aquests objectius, s’ha dissenyat i construït una plataforma robòtica, dirigida per un microcontrolador i dotada de diversos sensors per interactuar amb l’entorn. El robot permet diferents tipus de programació i esta especialment dissenyada per ser una bona experiència educativa.

NXT: el robot de Lego

Treball de recerca realitzat per un alumne d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit cientí­fic del Jovent l'any 2009. L'NXT és un robot creat per l'empresa Lego que disposa d'un controlador, de diversos servo motors i de sensors (tacte, llum, ultrasons, so...). Es programa mitjançant un programa especial, pensat per nois i noies de catorze anys, anomenat Lego Mindstorms. S'estudia el funcionament d'aquest programa i les parts del sistema de control del robot. L'estudi engloba el controlador, quatre sensors i els servomotors.

Knowledge integration within an applied mobile robot summer course

This paper presents the use of a mobile robot platform as an innovative educational tool in order to promote and integrate different curriculum knowledge. Hence, it is presented the acquired experience within a summer course named ldquoapplied mobile roboticsrdquo. The main aim of the course is to integrate different subjects as electronics, programming, architecture, perception systems, communications, control and trajectory planning by using the educational open mobile robot platform PRIM. The summer course is addressed to a wide range of student profiles. However, it is of special interests to the students of electrical and computer engineering around their final academic year. The summer course consists of the theoretical and laboratory sessions, related to the following topics: design & programming of electronic devices, modelling and control systems, trajectory planning and control, and computer vision systems. Therefore, the clues for achieving a renewed path of progress in robotics are the integration of several knowledgeable fields, such as computing, communications, and control sciences, in order to perform a higher level reasoning and use decision tools with strong theoretical base

Odometria i planificació de trajectòries amb el robot e-puck

En el laboratori docent de robòtica s'utilitzen robots mòbils autònoms per treballar aspectes relacionats amb el posicionament, el control de trajectòries, la construcció de mapes... Es disposa de cinc robots comercials anomenats “e-puck”, que es caracteritzen per les seves dimensions reduïdes, dos motors i un conjunt complet de sensors. Aquests robots es programen en C++ utilitzant el simulador Webots, que disposa d'un conjunt de llibreries per programar el robot. També es disposa d'un entorn de proves on els robots es poden moure i evitar obstacles. Donat el poc temps que disposen els estudiants que realitzen pràctiques en aquest laboratori, és d'interès desenvolupar un software que contingui ja el posicionament del robot mitjançant odometria i també varis algoritmes de control de trajectòries. Per últim, en el laboratori es disposa de càmeres i targes d'adquisició de dades. Així doncs els objectius que s'han proposat per el projecte són: 1. Estudi de la documentació i software proporcinats pels fabricants del robot i de l'entorn Webots; 2. Programació del software de l'odometria i realització de proves per comprovar-ne la precisió; 3. Disseny, programació i verificació del software dels algoritmes de planificació de trajectòries. Realització d'experiments per a comprovar-ne el funcionament i 4. Disseny, programació i verificació d'un sistema de visió artificial que permeti conèixer la posició absoluta del robot en l'entorn

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

Estudi del model dinàmic d’un robot submarí d’intervenció (IAUV) composat per un vehicle i un braç manipulador

Fins a la data d’avui, el grup VICOROB de la Universitat de Girona ha desenvolupat diversos vehicles autònoms (GARBÍ, URIS i ICTINEU). El projecte que comença aquest any té com objectiu desenvolupar un nou vehicle submarí autònom amb capacitat d’intervenció (I-AUV) gràcies a un braç manipulador. Aquest projecte final de carrera té com objectiu desenvolupar en entorn MATLAB un simulador d’un I-AUV, format per un AUV i un braç manipulador de n graus de llibertat per tal d’avaluar les reaccions dels moviments del braç, amb càrrega i sense, sobre el robot, iviceversa

Intelligent task-level grasp mapping for robot control

In the future, robots will enter our everyday lives to help us with various tasks.For a complete integration and cooperation with humans, these robots needto be able to acquire new skills. Sensor capabilities for navigation in real humanenvironments and intelligent interaction with humans are some of the keychallenges.Learning by demonstration systems focus on the problem of human robotinteraction, and let the human teach the robot by demonstrating the task usinghis own hands. In this thesis, we present a solution to a subproblem within thelearning by demonstration field, namely human-robot grasp mapping. Robotgrasping of objects in a home or office environment is challenging problem.Programming by demonstration systems, can give important skills for aidingthe robot in the grasping task.The thesis presents two techniques for human-robot grasp mapping, directrobot imitation from human demonstrator and intelligent grasp imitation. Inintelligent grasp mapping, the robot takes the size and shape of the object intoconsideration, while for direct mapping, only the pose of the human hand isavailable.These are evaluated in a simulated environment on several robot platforms.The results show that knowing the object shape and size for a grasping taskimproves the robot precision and performance

Disseny i construcció d’ un braç de robot de 5 graus de llibertat governat des de PC via USB.

El braç robot es va crear com a resposta a una necessitat de fabricació d’elements mitjançant la producció en cadena i en tasques que necessiten precisió. Hi ha, però, altres tipus de tasques les quals no són repetitives, ni poden ésser programades, que necessiten però ser controlades en tot moment per un ésser humà. Són activitats que han d’estar realitzades per un ésser humà, però que requereixen molta precisió, és per això que es creu necessari el disseny d’un prototipus de control d’un braç robot estàndard, que permeti a una persona el control total sobre aquest en temps real per a la realització d’una tasca no repetitiva i no programable prèviament.Pretenem, en el present projecte, dissenyar i construir un braç robot de 5 graus de llibertat, controlat des d’un PC mitjançant un microcontrolador PIC amb comunicació a través d’un bus USB. El robot serà governat des d’un PC a través d’un software de control específic

A programming environment having three levels of complexity for mobile robotics = Entorno de programación con tres niveles de complejidad para robótica móvil

This paper presents a programming environment for supporting learning in STEM, particularly mobile robotic learning. It was designed to maintain progressive learning for people with and without previous knowledge of programming and/or robotics. The environment was multi platform and built with open source tools. Perception, mobility, communication, navigation and collaborative behaviour functionalities can be programmed for different mobile robots. A learner is able to programme robots using different programming languages and editor interfaces: graphic programming interface (basic level), XML-based meta language (intermediate level) or ANSI C language (advanced level). The environment supports programme translation transparently into different languages for learners or explicitly on learners’ demand. Learners can access proposed challenges and learning interfaces by examples. The environment was designed to allow characteristics such as extensibility, adaptive interfaces, persistence and low software/hardware coupling. Functionality tests were performed to prove programming environment specifications. UV BOT mobile robots were used in these tests

Generació d’un entorn virtual de treball per un robot Stäubli TX60

L’objectiu del treball és emular virtualment l’entorn de treball del robot Stäubli Tx60 quehi ha al laboratori de robòtica de la UdG (dins les possibilitats que ofereix el software adquirit).Aquest laboratori intenta reproduir un entorn industrial de treball en el qual es realitzal’assemblatge d’un conjunt de manera cent per cent automatitzada.En una primera fase, s’ha dissenyat en tres dimensions tot l’entorn de treball que hi hadisponible al laboratori a través del software CAD SolidWorks. Cada un dels conjuntsque conformen l’estació de treball s’ha dissenyat de manera independent.Posteriorment s’introdueixen tots els elements dissenyats dins el software StäubliRobotics Suite 2013. Amb tot l’anterior, cal remarcar que l’objectiu principal del treball consta de duesetapes. Inicialment es dissenya el model 3D de l’entorn de treball a través del software SolidWorks i s’introdueix dins el software Stäubli Robotics Suite 2013. Enuna segona etapa, es realitza un manual d’ús del nou software de robòtica

Control remoto del robot ABB IRB 120 por tecnología Wifi

Durante toda la evolución de la tecnología, se han empleado aparatos interconexionados por cables. Los cables limitan la libertad de movimiento del usuario y pueden captar interferencias entre ellos si la red de cableado es elevada. Mientras avanzaba la tecnología inalámbrica, se ha ido adaptando al equipamiento electrónico a la vez que se iban haciendo cada vez más pequeños. Por esto, se impone la necesidad de utilizarlos como controles a distancia sin el empleo de cables debido a los inconvenientes que estos conllevan. El presente trabajo, pretende unificar tres tecnologías que pueden tener en el futuro una gran afinidad. · Dispositivos basados en el sistema Android. Desde sus inicios, han tenido una evolución meteórica. Se han ido haciendo cada vez más rápidos y mejores. · Sistemas inalámbricos. Los sistemas wifi o bluetooth, se han ido incorporando a nuestras vidas cada vez más y están prácticamente en cualquier aparato. · Robótica. Cualquier proceso de producción incorpora un robot. Son necesarios para hacer muchos trabajos que, aunque el hombre lo puede realizar, un robot reduce los tiempos y la peligrosidad de los procesos. Aunque las dos primeras tecnologías van unidas, ¿quién no tiene un teléfono con conexión wifi y bluetooth?, pocos diseños aúnan estos campos con la Robótica. El objetivo final de este trabajo es realizar una aplicación en Android para el control remoto de un robot, empleando el sistema de comunicación inalámbrico. La aplicación desarrollada, permite controlar el robot a conveniencia del usuario en un entorno táctil/teledirigido. Gracias a la utilización de simulador en ambos lenguajes (RAPID y Android), ha sido posible realizar la programación sin tener que estar presente ante el robot objeto de este trabajo. A través de su progreso, se ha ido evolucionando en la cantidad de datos enviados al robot y complejidad en su procesamiento, a la vez que se ha mejorado en la estética de la aplicación. Finalmente se usó la aplicación desarrollada con el robot, consiguiendo con éxito que realizara los movimientos que eran enviados con la tablet programada.

Modeling, optimizing and simulating robot calibration with accuracy improvement

This work describes techniques for modeling, optimizing and simulating calibration processes of robots using off-line programming. The identification of geometric parameters of the nominal kinematic model is optimized using techniques of numerical optimization of the mathematical model. The simulation of the actual robot and the measurement system is achieved by introducing random errors representing their physical behavior and its statistical repeatability. An evaluation of the corrected nominal kinematic model brings about a clear perception of the influence of distinct variables involved in the process for a suitable planning, and indicates a considerable accuracy improvement when the optimized model is compared to the non-optimized one.

Experimental validation of a 3-D vision-based measurement system applied to robot calibration

One of the problems that slows the development of off-line programming is the low static and dynamic positioning accuracy of robots. Robot calibration improves the positioning accuracy and can also be used as a diagnostic tool in robot production and maintenance. A large number of robot measurement systems are now available commercially. Yet, there is a dearth of systems that are portable, accurate and low cost. In this work a measurement system that can fill this gap in local calibration is presented. The measurement system consists of a single CCD camera mounted on the robot tool flange with a wide angle lens, and uses space resection models to measure the end-effector pose relative to a world coordinate system, considering radial distortions. Scale factors and image center are obtained with innovative techniques, making use of a multiview approach. The target plate consists of a grid of white dots impressed on a black photographic paper, and mounted on the sides of a 90-degree angle plate. Results show that the achieved average accuracy varies from 0.2mm to 0.4mm, at distances from the target from 600mm to 1000mm respectively, with different camera orientations.

Design of traction transmission and suspension systems for an omni-directional mobile robot

This project aims to design and manufacture a mobile robot with two Universal Robot UR10 mainly used indoors. In order to obtain omni-directional maneuverability, the mobile robot is constructed with Mecanum wheels. The Mecanum wheel can move in any direction with a series of rollers attached to itself. These rollers are angled at 45º about the hub’s circumference. This type of wheels can be used in both driving and steering with their any-direction property. This paper is focused on the design of traction system and suspension system, and the velocity control of Mecanum wheels in the close-loop control system. The mechanical design includes selection of bearing housing, couplers which are act as connection between shafts, motor parts, and other needed components. The 3D design software SolidWorks is utilized to assemble all the components in order to get correct tolerance. The driving shaft is designed based on assembled structure via the software as well. The design of suspension system is to compensate the assembly error of Mecanum wheels to guarantee the stability of the robot. The control system of motor drivers is realized through the Robot Operating System (ROS) on Ubuntu Linux. The purpose of inverse kinematics is to obtain the relationship among the movements of all Mecanum wheels. Via programming and interacting with the computer, the robot could move with required speed and direction.