Tactile-Proprioceptive Robotic Grasping

Robotic grasping has been studied increasingly for a few decades. While progress has been made in this field, robotic hands are still nowhere near the capability of human hands. However, in the past few years, the increase in computational power and the availability of commercial tactile sensors have made it easier to develop techniques that exploit the feedback from the hand itself, the sense of touch. The focus of this thesis lies in the use of this sense. The work described in this thesis focuses on robotic grasping from two different viewpoints: robotic systems and data-driven grasping. The robotic systems viewpoint describes a complete architecture for the act of grasping and, to a lesser extent, more general manipulation. Two central claims that the architecture was designed for are hardware independence and the use of sensors during grasping. These properties enables the use of multiple different robotic platforms within the architecture. Secondly, new data-driven methods are proposed that can be incorporated into the grasping process. The first of these methods is a novel way of learning grasp stability from the tactile and haptic feedback of the hand instead of analytically solving the stability from a set of known contacts between the hand and the object. By learning from the data directly, there is no need to know the properties of the hand, such as kinematics, enabling the method to be utilized with complex hands. The second novel method, probabilistic grasping, combines the fields of tactile exploration and grasp planning. By employing well-known statistical methods and pre-existing knowledge of an object, object properties, such as pose, can be inferred with related uncertainty. This uncertainty is utilized by a grasp planning process which plans for stable grasps under the inferred uncertainty.

Dynamic optimization for the trajectory planning of robot manipulators in the presence of obstacles

This paper presents an approach to the solution of moving a robot manipulator with minimum cost along a specified geometric path in the presence of obstacles. The main idea is to express obstacle avoidance in terms of the distances between potentially colliding parts. The optimal traveling time and the minimum mechanical energy of the actuators are considered together to build a multiobjective function. A simple numerical example involving a Cartesian manipulator arm with two-degree-of-freedom is described.

Mitigating uncertainty in logistics outsourcing with ERP systems

Outsourcing is a common strategy for companies looking for cost savings and improvements in performance. This has been especially prevalent in logistics, where warehousing and transporting are typical targets for outsourcing. However, while the benefits from logistics outsourcing are clear on paper, there are several cases companies fail to reach these benefits. The most commonly cited reasons for this are poor information flow between the company and the third party logistics partner, and a lack of integration between the two partners. Uncertainty stems from lack of information, and it can cripple the whole outsourcing operation. This is where enterprise resource planning (ERP) systems step in, as they can have a significant role in improving the flow of information, and integration, which consequently mitigates uncertainty. The purpose of the study is to examine if ERP systems have an effect on a company's decision to outsource logistics operations. Along the rapid advancements in technology during the past decades, ERP systems have also evolved. Therefore, empirical research on the subject needs constant revision as it can quickly become outdated due to ERP systems having more advanced capabilities every year. The research was conducted using a qualitative single-case study of a Finnish manufacturing firm that had outsourced warehousing and transportation operations in the Swedish market. The empirical data was gathered with use of semi-structured interviews with three employees from the case company that were closely related to the outsourcing operation. The theoretical framework that was used to analyze the empirical data was based on Transaction Cost Economics theory. The results of the study were align with the theoretical framework, in that the ERP system of the case company was seen as an enabler for their logistics outsourcing operation. However, the full theoretical benefits from ERP systems concerning extended enterprise functionality and flexibility were not attained due to the case company having an older version of their ERP system. This emphasizes the importance of having up-to-date technology if you want to overcome the shortcomings of ERP systems in outsourcing situations.

Towards east or west? : Defence planning in Finland 1944-1966

Finnish Defence Studies is published under the auspices of the National Defence University, and the contributions reflect the fields of research and teaching of the University. Finnish Defence Studies will occasionally feature documentation on Finnish Security Policy. Views expressed are those of the authors and do not necessarily imply endorsement by the National Defence University.

Harrod sob análise: path-dependence, tempo histórico e mudança estrutural endógena

Harrod under analysis: path-dependence, historic time and endogenous structural change. The article aims to demonstrate how the Harrod's approach (1937, 1938, 1948) can offer theoretical elements to form a complex, historicists and non-determinist view of the economic system. The relaxation of the constant warranty rate hypothesis make possible the system suffers endogenous qualitative change. It results in the notion of path-dependence and historic time. By the endogenization of the expectations and the existence of turn-points mechanisms, this approach allows a synthesis between non-convergency and economic regulation.

What's the difference under the gown? : new professors' development as university teachers

This study explores how new university teachers develop a teaching identity. Despite the significance ofteaching, which usually comprises 40% of a Canadian academic's workload, few new professors have any formal preparation for that aspect of their role. Discipline-specific education for postsecondary professors is a well-defined path; graduates applying for faculty positions will have the terminal degree to attest to their knowledge and skill conducting research in the discipline. While teaching is usually given the same workload balance as research, it is not clear how professors create themselves as teaching professionals. Drawing on Kelly's (1955) personal construct theory and Kegan's (1982, 1994) model ofdevelopmental constructivism through differentiation and integration, this study used a phenomenographic framework~(Marton, 1986, 1994; Trigwell & Prosser, 1996) to investigate the question of how new faculty members construe their identity as university teachers. Further, my own role development as researcher was used as an additional lens through which to view the study results. The study focused particularly on the challenges and supports to teaching role development and outlines recommendations the participants made for supporting other newcomers. In addition, the variations and similarities in the results suggest a developmental model to conceptions ofteaching roles, one in which teaching, research, and service roles are viewed as more integrated over time. Developing a teacher identity was seen as a progression on a hierarchical model similar to Maslow's (1968) hierarchy of needs.

Relative Uncertainty and Additively Representable Set Rankings

This paper proposes a definition of relative uncertainty aversion for decision models under complete uncertainty. It is shown that, for a large class of decision rules characterized by a set of plausible axioms, the new criterion yields a complete ranking of those rules with respect to the relative degree of uncertainty aversion they represent. In addition, we address a combinatorial question that arises in this context, and we examine conditions for the additive representability of our rules.

Contribution du cortex pariétal postérieur au contrôle de la locomotion sous guidage visuel chez le chat

La vision fournit des informations essentielles sur la surface de marche, ainsi que sur la taille, la forme et la position d’obstacles potentiels dans notre environnement. Dans le cas d’un prédateur, la vision fournit également des informations sur la vitesse d’une proie potentielle. Les mécanismes neuronaux impliqués dans l’exécution des modifications de la marche sous guidage visuel sont relativement bien connus, mais ceux impliqués dans la planification de ces modifications de la marche sont peu étudiés. Le cortex pariétal postérieur (CPP) semble être un candidat approprié si l’on considère les propriétés du CPP lors des mouvements d’atteinte vers une cible. Le but des présents travaux est de déterminer la contribution du CPP au contrôle de la locomotion sous guidage visuel. La première étude présentée dans cette thèse a pour hypothèse que le CPP du chat est impliqué dans la planification du placement précis du pied lors des modifications volontaires de la marche. Nous avons entraîné les animaux à enjamber des obstacles en mouvement attachés à la ceinture d’un tapis roulant. Afin d’augmenter la nécessité d’intégrer les informations visuelles et proprioceptives, nous avons dissocié la vitesse des obstacles de celle du tapis roulant. Nous avons observé que plus la vision devient critique pour la tâche, plus les déficits sont importants. Notre analyse démontre que ceux-ci résultent d’un placement inapproprié du pied dans le cycle de marche précédant l’enjambement de l’obstacle. Ceci suggère que le CPP est impliqué dans la planification du placement précis du pied pendant la locomotion sous guidage visuel. La vision directe est disponible lors de la modification de l’activité des membres antérieurs, mais n’est plus disponible lorsque l’obstacle passe sous le corps. Par conséquent, la modification de l’activité des membres postérieurs doit être basée sur l’information gardée en mémoire et coordonnée avec celle des membres antérieurs. Notre deuxième étude a pour but de caractériser les mécanismes neuronaux responsables de cette coordination. Nous avons proposé que le CPP soit impliqué dans la coordination des membres antérieurs et postérieurs lors de l’enjambement d’obstacles. Pour tester cette hypothèse, nous avons enregistré l’activité de neurones de l’aire 5 pendant la même tâche. Nous avons découvert deux populations: une qui décharge lors du passage de l’obstacle entre les membres antérieurs et postérieurs et une autre qui décharge lors du passage de l’obstacle par les membres postérieurs. Dans la tâche de dissociation visuelle, la décharge est modifiée en fonction du temps de passage de l’obstacle sous le corps et reflète la modification du couplage entre les membres lors du changement dans la stratégie d’enjambement. De plus, ces mêmes neurones maintiennent une décharge soutenue lorsqu’un obstacle fixe se trouve entre les membres antérieurs et postérieurs ou les deux membres postérieurs (limite testée : 1-2min). Ces neurones pourraient être responsables de l’emmagasinage à plus long terme des caractéristiques d’un obstacle pour le guidage des mouvements des membres postérieurs. Nos résultats suggèrent que le CPP est impliqué dans l’intégration des informations visuelles et proprioceptives pour la planification du placement précis du pied devant un obstacle. Le patron de décharge de nos populations neuronales suggère qu’il encode également l’information temporelle et spatiale concernant la vitesse et la position de l’obstacle afin de coordonner l’activité des quatre membres pendant la tâche. Finalement, nous proposons qu’une des fonctions du CPP soit d’estimer la position des membres par rapport à l’obstacle en mouvement.

Implantation et validation d’un modèle Monte Carlo du Cyberknife dans un outil de calcul de dose clinique

Le travail de modélisation a été réalisé à travers EGSnrc, un logiciel développé par le Conseil National de Recherche Canada.

Tactical Vehicle Routing Planning with Application to Milk Collection and Distribution

De nombreux problèmes pratiques qui se posent dans dans le domaine de la logistique, peuvent être modélisés comme des problèmes de tournées de véhicules. De façon générale, cette famille de problèmes implique la conception de routes, débutant et se terminant à un dépôt, qui sont utilisées pour distribuer des biens à un nombre de clients géographiquement dispersé dans un contexte où les coûts associés aux routes sont minimisés. Selon le type de problème, un ou plusieurs dépôts peuvent-être présents. Les problèmes de tournées de véhicules sont parmi les problèmes combinatoires les plus difficiles à résoudre. Dans cette thèse, nous étudions un problème d’optimisation combinatoire, appartenant aux classes des problèmes de tournées de véhicules, qui est liée au contexte des réseaux de transport. Nous introduisons un nouveau problème qui est principalement inspiré des activités de collecte de lait des fermes de production, et de la redistribution du produit collecté aux usines de transformation, pour la province de Québec. Deux variantes de ce problème sont considérées. La première, vise la conception d’un plan tactique de routage pour le problème de la collecte-redistribution de lait sur un horizon donné, en supposant que le niveau de la production au cours de l’horizon est fixé. La deuxième variante, vise à fournir un plan plus précis en tenant compte de la variation potentielle de niveau de production pouvant survenir au cours de l’horizon considéré. Dans la première partie de cette thèse, nous décrivons un algorithme exact pour la première variante du problème qui se caractérise par la présence de fenêtres de temps, plusieurs dépôts, et une flotte hétérogène de véhicules, et dont l’objectif est de minimiser le coût de routage. À cette fin, le problème est modélisé comme un problème multi-attributs de tournées de véhicules. L’algorithme exact est basé sur la génération de colonnes impliquant un algorithme de plus court chemin élémentaire avec contraintes de ressources. Dans la deuxième partie, nous concevons un algorithme exact pour résoudre la deuxième variante du problème. À cette fin, le problème est modélisé comme un problème de tournées de véhicules multi-périodes prenant en compte explicitement les variations potentielles du niveau de production sur un horizon donné. De nouvelles stratégies sont proposées pour résoudre le problème de plus court chemin élémentaire avec contraintes de ressources, impliquant dans ce cas une structure particulière étant donné la caractéristique multi-périodes du problème général. Pour résoudre des instances de taille réaliste dans des temps de calcul raisonnables, une approche de résolution de nature heuristique est requise. La troisième partie propose un algorithme de recherche adaptative à grands voisinages où de nombreuses nouvelles stratégies d’exploration et d’exploitation sont proposées pour améliorer la performances de l’algorithme proposé en termes de la qualité de la solution obtenue et du temps de calcul nécessaire.

Le potentiel des technologies de l’information et des communications pour le renforcement de la résilience organisationnelle lors des opérations d’évacuation : é́tude de cas de la ville de New York

Lorsque les ouragans entrent en contact avec l'environnement bâti et naturel, les autorités publiques n'ont parfois d'autre choix que de déclarer l'évacuation obligatoire de la population située en zone à risque. En raison de l'imprévisibilité du déroulement d'une catastrophe et des comportements humains, les opérations d'évacuation sont confrontées à une incertitude significative. Les expériences passées ont montré que les technologies de l'information et des communications (TIC) ont le potentiel d'améliorer l'état de l'art en gestion des évacuations. Malgré cette reconnaissance, les recherches empiriques sur ce sujet sont à ce jour limitées. La présente étude de cas de la ville de New York explore comment l'intégration des TIC dans la planification opérationnelle des organisations ayant des responsabilités en matière de transport peut améliorer leurs réponses aux événements et influencer le succès global du système de gestion des catastrophes. L'analyse est basée sur les informations recueillies au moyen d'entretiens semi-dirigés avec les organisations de transport et de gestion des catastrophes de la ville de New York ainsi qu’avec des experts du milieu universitaire. Les résultats mettent en lumière le potentiel des TIC pour la prise de décision en interne. Même s’il est largement reconnu que les TIC sont des moyens efficaces d'échanger de l'information en interne et entre les organisations, ces usages sont confrontés à certaines contraintes technologique, organisationnelle, structurelle et systémique. Cette observation a permis d'identifier les contraintes vécues dans les pratiques usuelles de gestion des systèmes urbains.

Cyberjustice in Brazil : the use of technology to enhance access to justice and procedural celerity

Dans une société mondialisée, où les relations sont intégrées à une vitesse différente avec l'utilisation des technologies de l'information et des communications, l'accès à la justice gagne de nouveaux concepts, mais elle est encore confrontée à de vieux obstacles. La crise mondiale de l'accès à la justice dans le système judiciaire provoque des débats concernant l'égalité en vertu de la loi, la capacité des individus, la connaissance des droits, l'aide juridique, les coûts et les délais. Les deux derniers ont été les facteurs les plus importants du mécontentement des individus avec le système judiciaire. La présente étude a pour objet d'analyser l'incidence de l'utilisation de la technologie dans l’appareil judiciaire, avec l'accent sur la réalité brésilienne, la voie législative et des expériences antérieures dans le développement de logiciels de cyberjustice. La mise en œuvre de ces instruments innovants exige des investissements et de la planification, avec une attention particulière sur l'incidence qu'ils peuvent avoir sur les routines traditionnelles des tribunaux. De nouveaux défis sont sur la voie de ce processus de transformation et doivent être traités avec professionnalisme afin d'éviter l'échec de projets de qualité. En outre, si la technologie peut faire partie des différents aspects de notre quotidien et l'utilisation de modes alternatifs de résolution des conflits en ligne sont considérés comme un succès, pourquoi serait-il difficile de faire ce changement dans la prestation de la justice par le système judiciaire? Des solutions technologiques adoptées dans d'autres pays ne sont pas facilement transférables à un environnement culturel différent, mais il y a toujours la possibilité d'apprendre des expériences des autres et d’éviter de mauvaises voies qui pourraient compromettre la définition globale de l'accès à la justice.

Essays on education and family planning

Le capital humain d’un pays est un facteur important de sa croissance et de son développement à long terme. Selon l’Unicef, ce capital humain est constitué en donnant à chaque enfant un bon départ dans la vie : non seule- ment la possibilité de survivre, mais aussi les conditions nécessaires pour se développer et réaliser tout son potentiel. Malheureusement, cet état de fait est loin d’être une réalité en Afrique Subsaharienne. En effet, selon toujours l’Unicef et sur la base d’enquêtes ménages dans 21 pays d’Afrique de l’Ouest et du Centre, c’est près de 32 millions d’enfants qui ont l’âge officiel d’être scolarisés, mais qui ne le sont pas. A ces chiffres, il faut ajouter 17 millions d’enfants scolarisés qui risquent fortement l’exclusion. De son Côté, l’OMS pointe du doigt la mauvaise santé des enfants dans cette région. Ainsi, les décès d’enfants sont de plus en plus concentrés en Afrique subsaharienne où les enfants ont plus de 15 fois plus de risques de mourir avant l’âge de cinq ans que les enfants des régions développées. Les difficultés économiques apparaissent comme la première explication des obstacles à l’amélioration du bien être des enfants aussi bien du côté de l’offre que de la demande. Cette thèse relie trois essais sur d’une part le lien entre conflit armés, l’éducation et la mortalité des enfants et d’autre part sur le lien entre fertilité et éducation des enfants en milieu urbain. Le premier chapitre identifie l’impact de la crise politico-militaire de la Côte d’Ivoire sur le bien être des enfants, en particulier sur l’éducation et la mor- talité infanto-juvénile en exploitant la variation temporelle et géographique de la crise. Il ressort de cette analyse que les individus qui vivaient dans les régions de conflit et qui ont atteint durant la crise, l’âge officiel d’entrer à l’école ont 10% moins de chance d’être inscrits à l’école. Les élèves qui habitaient dans des régions de conflit pendant la crise ont subit une diminu- tion du nombre d’années scolaire d’au moins une année. Les élèves les plus v vi âgés et qui sont susceptibles d’être au secondaire ont connu une décroissance du nombre d’année scolaire d’au moins deux années. Il ressort également que la crise ivoirienne a accru la mortalité infanto-juvénile d’au moins 3%. Mes résultats suggèrent également que la détérioration des conditions de vie et la limitation de l’utilisation des services de santé au cours du conflit con- tribuent à expliquer ces effets négatifs. Des tests de robustesse incluant un test de placebo suggèrent que les résultats ne sont pas dus à des différences préexistantes entre les régions affectées par le conflit et celles non affectées. Le deuxième chapitre étudie les disparités intra-urbaines en matière d’arbitrage entre le nombre d’enfant et la scolarisation des enfants en se focalisant sur le cas de Ouagadougou (Capitale du Burkina Faso). Dans cette ville, au moins 33% des deux millions d’habitants vivent dans des zones informelles (appelées localement des zones non-loties). Cette sous-population manque d’infrastructures socioéconomiques de base et a un niveau d’éducation très bas. Dans ce chapitre, prenant en compte la possible endogénéité du nombre d’enfants et en utilisant une approche "two-step control function" avec des modèles Probit, nous investiguons les différences de comportement des mé- nages en matière de scolarisation entre zones formelles et zones informelles. Nous nous focalisons en particulier sur l’arbitrage entre la "quantité" et la "qualité" des enfants. Compte tenu de l’hétérogénéité des deux types de zones, nous utilisons les probabilités prédites pour les comparer. Nos princi- pales conclusions sont les suivantes. Tout d’abord, nous trouvons un impact négatif de la taille de la famille sur le niveau de scolarisation dans les deux types de zone. Cependant, nous constatons que l’impact est plus aigu dans les zones informelles. Deuxièmement, si nous supposons que le caractère en- dogène du nombre d’enfants est essentiellement due à la causalité inverse, les résultats suggèrent que dans les zones formelles les parents tiennent compte de la scolarisation des enfants dans la décision de leur nombre d’enfants, mais ce ne est pas le cas dans les zones informelles. Enfin, nous constatons que, pour des familles avec les mêmes caractéristiques observables, la probabilité d’atteindre le niveau post-primaire est plus élevée dans les zones formelles que dans les zones informelles. En terme d’implications politique, selon ces résultats, les efforts pour améliorer la scolarisation des enfants ne doivent pas être dirigées uniquement vers les zones rurales. En plus de réduire les frais de scolarité dans certaines zones urbaines, en particulier les zones informelles, un accent particulier devrait être mis sur la sensibilisation sur les avantages de l’éducation pour le bien-être des enfants et leur famille. Enfin, du point vii de vue méthodologique, nos résultats montrent l’importance de tenir compte de l’hétérogénéité non observée entre les sous-populations dans l’explication des phénomènes socio-économiques. Compte tenu du lien négatif entre la taille de la famille et la scolarisation des enfants d’une part et les différences intra-urbaines de comportement des ménages en matière de scolarisation, le trosième chapitre étudie le rôle des types de méthodes contraceptives dans l’espacement des naissances en mi- lieu urbain. Ainsi, en distinguant les méthodes modernes et traditionnelles et en utilisant l’histoire génétique des femmes, ce chapitre fait ressortir des différences de comportement en matière de contraception entre les femmes des zones formelles et informelles à Ouagadougou (capitale du Burkina Faso). Les résultats montrent que les deux types de méthodes contraceptives aug- mentent l’écart des naissances et diminuent la probabilité qu’une naissance se produise moins de 24 mois après la précédente. Prendre en compte les caractéristiques non observées mais invariants avec le temps ne modifie pas significativement l’amplitude du coefficient de l’utilisation de la contracep- tion moderne dans les deux types de zone. Toutefois, dans la zone informelle, la prise en compte les effets fixes des femmes augmentent significativement l’effet des méthodes traditionnelles. Les normes sociales, la perception de la planification familiale et le rôle du partenaire de la femme pourraient expli- quer ces différences de comportement entre les zones formelles et informelles. Par conséquent, pour améliorer l’utilisation de la contraception et de leur efficacité, il est essentiel de hiérarchiser les actions en fonction du type de sous-population, même dans les zones urbaines.

Multimodal image registration of the scoliotic torso for surgical planning

Background This paper presents a method that registers MRIs acquired in prone position, with surface topography (TP) and X-ray reconstructions acquired in standing position, in order to obtain a 3D representation of a human torso incorporating the external surface, bone structures, and soft tissues. Methods TP and X-ray data are registered using landmarks. Bone structures are used to register each MRI slice using an articulated model, and the soft tissue is confined to the volume delimited by the trunk and bone surfaces using a constrained thin-plate spline. Results The method is tested on 3 pre-surgical patients with scoliosis and shows a significant improvement, qualitatively and using the Dice similarity coefficient, in fitting the MRI into the standing patient model when compared to rigid and articulated model registration. The determinant of the Jacobian of the registration deformation shows higher variations in the deformation in areas closer to the surface of the torso. Conclusions The novel, resulting 3D full torso model can provide a more complete representation of patient geometry to be incorporated in surgical simulators under development that aim at predicting the effect of scoliosis surgery on the external appearance of the patient’s torso.

The management of innovation under ambiguity

De récents développements en théorie de la decision ont largement enrichi notre connaissance de la notion d'incertitude knightienne, usuellement appelée ambiguïté. Néanmoins ces dévelopement tardent à être intégrés au coeur de la théorie économique. Nous suggérons que l'analyse de phénonèmes économiques tel que l'innovation et la Recherche et Développement gagnerait à intégrer les modèles de décision en situation d'ambiguïté. Nous étayons notre propos en analysant l'allocation des droits de propriété d'une découverte. Les deux premières parties de la présentation s'inspire d'un modèle d'Aghion et de Tirole, The Management of Innovation, portant sur l'allocation des droits de propriété entre une unité de recherche et un investisseur. Il est démontré qu'un désaccord entre les agents sur la technologie de recherche affecte leur niveau d'effort, l'allocation des droits de propriété et l'allocation des revenus subséquents. Finalement, nous examinons une situation où plusieurs chercheurs sont en compétition en s'inspirant du traitement de l'incertitude de Savage. La présence d'ambuïgité affecte le comportement des agents et l'allocation des droits de propriétés de manière qui n'est pas captée en assumant l'hypothèse de risque.