TORP: The Open Robot Project A Framework for Module-Based Robots

The development of robots has shown itself as a very complex interdisciplinary research field. The predominant procedure for these developments in the last decades is based on the assumption that each robot is a fully personalized project, with the direct embedding of hardware and software technologies in robot parts with no level of abstraction. Although this methodology has brought countless benefits to the robotics research, on the other hand, it has imposed major drawbacks: (i) the difficulty to reuse hardware and software parts in new robots or new versions; (ii) the difficulty to compare performance of different robots parts; and (iii) the difficulty to adapt development needs-in hardware and software levels-to local groups expertise. Large advances might be reached, for example, if physical parts of a robot could be reused in a different robot constructed with other technologies by other researcher or group. This paper proposes a framework for robots, TORP (The Open Robot Project), that aims to put forward a standardization in all dimensions (electrical, mechanical and computational) of a robot shared development model. This architecture is based on the dissociation between the robot and its parts, and between the robot parts and their technologies. In this paper, the first specification for a TORP family and the first humanoid robot constructed following the TORP specification set are presented, as well as the advances proposed for their improvement.

International workshop on "Different survey methods for coral reef fish, including methods based on underwater video"

In September 2013, staff from the University of the South Pacific (USP) Honiara campus, the Secretariat of the Pacific Community (SPC) and IFREMER (UR LEADNC, AMBIO project) in New Caledonia, and the French Institute for Pacific Coral Reefs (IRCP) in Moorea, French Polynesia, co-facilitated a workshop entitled “Different survey methods of coral reef fish, including the methods based on underwater video”. The workshop was attended by students from USP, NGO and fisheries officers. They were trained to several underwater visual census techniques and to the STAVIRO video-based technique, including both field work and data analysis.

Underwater acoustic networks: the FP7 UAN project

The EU-funded project UAN - Underwater Acoustic Network aims at conceiving, developing and testing at sea an innovative and operational concept for integrating in a unique communication system submerged, surface and aerial sensors with the objective of protecting off-shore and coastline critical infrastructures. A crucial aspect of the project consisted in the use of autonomous underwater vehicles (AUVs) as mobile nodes in the underwater acoustic communication network. In particular, AUVs have the role of adapting the network geometry to the variation of the acoustic channel. This paper reports on the project concept and vision as well as on the progress of its various development phases. The recent at-sea successes that have been demonstrated within the UAN framework are detailed and results of the final UAN project demonstration, UAN11, held in the May of 2011, are reported. The UAN network was in operation for five continuous days with up to five nodes, of which three of them were mobile nodes. © IFAC.

Generación de trayectorias y evaluación de desempeño de robots manipuladores

Actualmente, en los procesos de fabricación industrial los robots manipuladores son componentes esenciales, esto se debe a las diversas tareas que son capa es de realizar, tales como: ensamble, soldadura, manipulación de objetos, dispensación, entre otras. Sin embargo, di has aplicaciones son para escenarios geométricos limitados y simplificados, además la programación es compleja, por lo que se consume mucho tiempo en la programación. Entonces, cuando el volumen de producción es bajo o está en continuo cambio, sigue siendo necesaria la intervención de humanos expertos para realizar estas tareas. De acuerdo a lo anterior, en esta tesis se propone una metodología basada en sensores de unidad de medición inercial, en inglés Inertial Measurement Units (IMU), y fusión de sensores para la adquisición de las trayectorias realizadas por un humano, estimación de orientación en dos dimensiones y estimación de posición en 3 dimensiones. Además, se involucra el modelado de robots manipuladores, generación de trayectorias, control cinemático empleado en la programación del robot, y por último una evaluación de desempeño del movimiento del robot basado en índices de desempeño. Los resultados experimentales obtenidos muestran que la metodología aplicada es capaz de estimar la trayectoria (en posición y orientación) a partir de los datos adquiridos de la trayectoria realizada por un humano sin el uso de Sistemas de Visión Computacional (SVC). El propósito principal de esta investigación es el desarrollo de una metodología, en la cual los datos coordenados de las trayectorias realizadas por humanos expertos puedan ser emuladas lo más preciso posible por robots manipuladores, sin consumir demasiado tiempo en la programación manual de posición y movimiento del robot en cada punto de la trayectoria deseada.

Libs in cultural heritage: recognition and identification of objects in an underwater archaeological shipwreck

Nowadays, one of the most important areas of interest in archeology is the characterization of the submersed cultural heritage. Mediterranean Sea is rich in archaeological findings due to storms, accidents and naval battles since prehistoric times. Chemical analysis of submerged materials is an extremely valuable source of information on the origin and precedence of the wrecks, and also the raw materials employed during the manufacturing of the objects found in these sites. Nevertheless, sometimes it is not possible to extract the archaeological material from the marine environment due to size of the sample, the legislation or preservation purposes. In these cases, the in-situ analysis turns into the only alternative for obtaining information. In spite of this demand, no analytical techniques are available for the in-situ chemical characterization of underwater materials. The versatility of laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) has been successfully tested in oceanography 1. Advantages such as rapid and in situ analysis with no sample preparation make LIBS a suitable alternative for field measurements. To further exploit the inherent advantages of the technology, a mobile fiber-based LIBS platform capable of performing remote measurements up to 50 meters range has been designed for the recognition and identification of artworks in underwater archaeological shipwrecks. The LIBS prototype featured both single-pulse (SP-LIBS) and multi-pulse excitation (MP-LIBS) 2. The use of multi-pulse excitation allowed an increased laser beam energy (up to 95 mJ) transmitted through the optical fiber. This excitation mode results in an improved performance of the equipment in terms of extended range of analysis (to a depth of 50 m) and a broader variety of samples to be analyzed (i.e., rocks, marble, ceramics and concrete). In the present work, the design and construction considerations of the instrument are reported and its performance is discussed on the basis of the spectral response, the remote irradiance achieved upon the range of analysis and its influence on plasma properties, as well as the effect of the laser pulse duration and purge gas to the LIBS signal. Also, to check the reliability and reproducibility of the instrument for field analysis several robustness tests were performed outside the lab. Finally, the capability of this instrument was successfully demonstrated in an underwater archaeological shipwreck (San Pedro de Alcántara, Malaga).

An assisted navigation method for telepresence robots

Telepresence robots have emerged as a new means of interaction in remote environments. However, the use of such robots is still limited due to safety and usability issues when operating in human-like environments. This work addresses these issues by enhancing the robot navigation through a collaborative control method that assists the user to negotiate obstacles. The method has been implemented in a commercial telepresence robot and a user study has been conducted in order to test the suitability of our approach.

Enhancing smart environments with mobile robots

Sensor networks are becoming popular nowadays in the development of smart environments. Heavily relying on static sensor and actuators, though, such environments usually lacks of versatility regarding the provided services and interaction capabilities. Here we present a framework for smart environments where a service robot is included within the sensor network acting as a mobile sensor and/or actuator. Our framework integrates on-the-shelf technologies to ensure its adaptability to a variety of sensor technologies and robotic software. Two pilot cases are presented as evaluation of our proposal.

La responsabilité civile dans les cas de dommages causés par les robots d’assistance au Québec

Le développement exponentiel de la technologie et le vieillissement de la population permettent d’introduire dans notre quotidien les robots d’assistance. La coexistence de l’homme avec ces robots intelligents et autonomes soulève une question fondamentale: dans l’éventualité où un robot provoquerait un accident causant un dommage à une personne ou à un bien qui serait le responsable? Aucune loi ne réglemente les activités de la robotique d’assistance dans le monde. Cette étude vise l’analyse de l’applicabilité des régimes de responsabilité du Code Civil du Québec aux cas de dommages causés par le robot d’assistance. L’analyse des régimes de responsabilité du Code civil du Québec permet de constater que deux régimes de responsabilité sont susceptibles d’être appliqués aux cas spécifiques de dommages causés par le robot d’assistance: le régime de responsabilité du fait des biens, énoncé à l’article 1465 C.c.Q., et le régime de responsabilité du fait des fabricants et vendeurs spécialisés, énoncé à l’article 1468 C.c.Q. Cela s’explique par la présence de critères et de conditions de mise en œuvre des régimes qui sont transposables aux différents aspects concernant la fabrication et l’utilisation du robot d’assistance.

La responsabilité civile dans les cas de dommages causés par les robots d’assistance au Québec

Le développement exponentiel de la technologie et le vieillissement de la population permettent d’introduire dans notre quotidien les robots d’assistance. La coexistence de l’homme avec ces robots intelligents et autonomes soulève une question fondamentale: dans l’éventualité où un robot provoquerait un accident causant un dommage à une personne ou à un bien qui serait le responsable? Aucune loi ne réglemente les activités de la robotique d’assistance dans le monde. Cette étude vise l’analyse de l’applicabilité des régimes de responsabilité du Code Civil du Québec aux cas de dommages causés par le robot d’assistance. L’analyse des régimes de responsabilité du Code civil du Québec permet de constater que deux régimes de responsabilité sont susceptibles d’être appliqués aux cas spécifiques de dommages causés par le robot d’assistance: le régime de responsabilité du fait des biens, énoncé à l’article 1465 C.c.Q., et le régime de responsabilité du fait des fabricants et vendeurs spécialisés, énoncé à l’article 1468 C.c.Q. Cela s’explique par la présence de critères et de conditions de mise en œuvre des régimes qui sont transposables aux différents aspects concernant la fabrication et l’utilisation du robot d’assistance.

Transport coopératif d'un objet par deux robots humanoïdes dans un environnement encombré

Il y a présentement de la demande dans plusieurs milieux cherchant à utiliser des robots afin d'accomplir des tâches complexes, par exemple l'industrie de la construction désire des travailleurs pouvant travailler 24/7 ou encore effectuer des operation de sauvetage dans des zones compromises et dangereuses pour l'humain. Dans ces situations, il devient très important de pouvoir transporter des charges dans des environnements encombrés. Bien que ces dernières années il y a eu quelques études destinées à la navigation de robots dans ce type d'environnements, seulement quelques-unes d'entre elles ont abordé le problème de robots pouvant naviguer en déplaçant un objet volumineux ou lourd. Ceci est particulièrement utile pour transporter des charges ayant de poids et de formes variables, sans avoir à modifier physiquement le robot. Un robot humanoïde est une des plateformes disponibles afin d'effectuer efficacement ce type de transport. Celui-ci a, entre autres, l'avantage d'avoir des bras et ils peuvent donc les utiliser afin de manipuler précisément les objets à transporter. Dans ce mémoire de maîtrise, deux différentes techniques sont présentées. Dans la première partie, nous présentons un système inspiré par l'utilisation répandue de chariots de fortune par les humains. Celle-ci répond au problème d'un robot humanoïde naviguant dans un environnement encombré tout en déplaçant une charge lourde qui se trouve sur un chariot de fortune. Nous présentons un système de navigation complet, de la construction incrémentale d'une carte de l'environnement et du calcul des trajectoires sans collision à la commande pour exécuter ces trajectoires. Les principaux points présentés sont : 1) le contrôle de tout le corps permettant au robot humanoïde d'utiliser ses mains et ses bras pour contrôler les mouvements du système à chariot (par exemple, lors de virages serrés) ; 2) une approche sans capteur pour automatiquement sélectionner le jeu approprié de primitives en fonction du poids de la charge ; 3) un algorithme de planification de mouvement qui génère une trajectoire sans collisions en utilisant le jeu de primitive approprié et la carte construite de l'environnement ; 4) une technique de filtrage efficace permettant d'ignorer le chariot et le poids situés dans le champ de vue du robot tout en améliorant les performances générales des algorithmes de SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) défini ; et 5) un processus continu et cohérent d'odométrie formés en fusionnant les informations visuelles et celles de l'odométrie du robot. Finalement, nous présentons des expériences menées sur un robot Nao, équipé d'un capteur RGB-D monté sur sa tête, poussant un chariot avec différentes masses. Nos expériences montrent que la charge utile peut être significativement augmentée sans changer physiquement le robot, et donc qu'il est possible d'augmenter la capacité du robot humanoïde dans des situations réelles. Dans la seconde partie, nous abordons le problème de faire naviguer deux robots humanoïdes dans un environnement encombré tout en transportant un très grand objet qui ne peut tout simplement pas être déplacé par un seul robot. Dans cette partie, plusieurs algorithmes et concepts présentés dans la partie précédente sont réutilisés et modifiés afin de convenir à un système comportant deux robot humanoides. Entre autres, nous avons un algorithme de planification de mouvement multi-robots utilisant un espace d'états à faible dimension afin de trouver une trajectoire sans obstacle en utilisant la carte construite de l'environnement, ainsi qu'un contrôle en temps réel efficace de tout le corps pour contrôler les mouvements du système robot-objet-robot en boucle fermée. Aussi, plusieurs systèmes ont été ajoutés, tels que la synchronisation utilisant le décalage relatif des robots, la projection des robots sur la base de leur position des mains ainsi que l'erreur de rétroaction visuelle calculée à partir de la caméra frontale du robot. Encore une fois, nous présentons des expériences faites sur des robots Nao équipés de capteurs RGB-D montés sur leurs têtes, se déplaçant avec un objet tout en contournant d'obstacles. Nos expériences montrent qu'un objet de taille non négligeable peut être transporté sans changer physiquement le robot.

Underwater survey of ichthyofauna of eastern Atlantic seamounts: Gettysburg and Ormond (Gorringe Bank)

Gettysburg and Ormond are seamounts belonging to the Gorringe Bank, which is located on the Europen-African plate boundary. Given the importance of these oceanic features for understanding marine biodiversity patterns, two surveys were carried out in 1998 (Gettysburg) and 1999 (Ormond) using diving, photography and video for species identification and abundance evaluation. Of the 9 fish species found at Gettysburg and 11 at Ormond, 6 were common to both sites and these included the dominant species: the oceanic and commercially important, Seriola rivoliana, and the coastal, typically Atlantic-Mediterranean Coris julis and Anthias anthias. The strong representation of coastal, demersal and Atlantic-Mediterranean species in the Gorringe Bank region and the presence of Abudefduf luridus, an endemic Macaronesian species, at Gettysburg suggests that the upper part of these seamounts may have acted and still act as “stepping stones” for the dispersal of coastal species.

Robots como ferramenta pedagógica nos primeiros anos

O presente artigo descreve e analisa um projeto realizado com duas turmas do 1o ciclo do ensino básico que trabalharam conjuntamente com robots, tomando a aprendizagem como um fenómeno intrinsecamente ligado à participação em comunidades de prática (Lave, 1996; Lave; Wenger, 1991). Pretende-se caracterizar os intervenientes, a metodologia de trabalho implementada, a descrição dos artefactos utilizados (robots e escrita de uma história) e analisar a relação dos intervenientes com os robots, os padrões de participação que se revelaram com esse tipo de trabalho, procurando enfatizar os contributos que decorrem da participação em ambientes sociais digitais para a aprendizagem dos alunos, tais como a participação e a negociação conjunta de significados, a importância dos robots e da história terem sido “construídos” pelos estudantes e a existência de um reportório partilhado e um empreendimento conjunto.

Dynamics of undeactuated cable-driven parallel robots

This thesis focuses on the dynamics of underactuated cable-driven parallel robots (UACDPRs), including various aspects of robotic theory and practice, such as workspace computation, parameter identification, and trajectory planning. After a brief introduction to CDPRs, UACDPR kinematic and dynamic models are analyzed, under the relevant assumption of inextensible cables. The free oscillatory motion of the end-effector (EE), which is a unique feature of underactuated mechanisms, is studied in detail, from both a kinematic and a dynamic perspective. The free (small) oscillations of the EE around equilibria are proved to be harmonic and the corresponding natural oscillation frequencies are analytically computed. UACDPR workspace computation and analysis are then performed. A new performance index is proposed for the analysis of the influence of actuator errors on cable tensions around equilibrium configurations, and a new type of workspace, called tension-error-insensitive, is defined as the set of poses that a UACDPR EE can statically attain even in presence of actuation errors, while preserving tensions between assigned (positive) bounds. EE free oscillations are then employed to conceive a novel procedure aimed at identifying the EE inertial parameters. This approach does not require the use of force or torque measurements. Moreover, a self-calibration procedure for the experimental determination of UACDPR initial cable lengths is developed, which consequently enables the robot to automatically infer the EE initial pose at machine start-up. Lastly, trajectory planning of UACDPRs is investigated. Two alternative methods are proposed, which aim at (i) reducing EE oscillations even when model parameters are uncertain or (ii) eliminate EE oscillations in case model parameters are perfectly known. EE oscillations are reduced in real-time by dynamically scaling a nominal trajectory and filtering it with an input shaper, whereas they can be eliminated if an off-line trajectory is computed that accounts for the system internal dynamics.

Geometrico-static modelling of continuum parallel robots

In this thesis, we explore three methods for the geometrico-static modelling of continuum parallel robots. Inspired by biological trunks, tentacles and snakes, continuum robot designs can reach confined spaces, manipulate objects in complex environments and conform to curvilinear paths in space. In addition, parallel continuum manipulators have the potential to inherit some of the compactness and compliance of continuum robots while retaining some of the precision, stability and strength of rigid-links parallel robots. Subsequently, the foundation of our work is performed on slender beam by applying the Cosserat rod theory, appropriate to model continuum robots. After that, three different approaches are developed on a case study of a planar parallel continuum robot constituted of two connected flexible links. We solve the forward and inverse geometrico-static problem namely by using (a) shooting methods to obtain a numerical solution, (b) an elliptic method to find a quasi-analytical solution, and (c) the Corde model to perform further model analysis. The performances of each of the studied methods are evaluated and their limits are highlighted. This thesis is divided as follows. Chapter one gives the introduction on the field of the continuum robotics and introduce the parallel continuum robots that is studied in this work. Chapter two describe the geometrico-static problem and gives the mathematical description of this problem. Chapter three explains the numerical approach with the shooting method and chapter four introduce the quasi-analytical solution. Then, Chapter five introduce the analytic method inspired by the Corde model and chapter six gives the conclusions of this work.