Interação multimodal de dispositivos robóticos em ambiente simulado

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia e Gestão de Sistemas de Informação

A bio-inspired computational model for motion detection

Tese de Doutoramento (Programa Doutoral em Engenharia Biomédica)

Desenvolvimento de ferramenta vocacionada para o dimensionamento de estruturas metálicas de acordo com a NP EN 1993-1-1

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Manipulador Robótico

El uso de robots industriales junto con los sistemas de diseño asistidos por computadora (CAD), y los sistemas de fabricación asistidos por computadora (CAM), son la última tendencia en automatización de los procesos de fabricación. Aunque el crecimiento del mercado de la industria Robótica ha sido lento en comparación con los primeros años de la década de los 80´s, de acuerdo a algunas predicciones, la industria de la robótica está en su infancia. Ya sea que éstas predicciones se realicen completamente, o no, es claro que la industria robótica, en una forma o en otra, permanecerá. En la actualidad el uso de los robots industriales está concentrado en operaciones muy simples, como tareas repetitivas que no requieren tanta precisión. En los 80´s las tareas relativamente simples como las máquinas de inspección, transferencia de materiales, pintado automotriz, y soldadura son económicamente viables para ser robotizadas. Los análisis de mercado en cuanto a fabricación predicen que en ésta década y en las posteriores los robots industriales incrementarán su campo de aplicación, ésto debido a los avances tecnológicos en sensórica, los cuales permitirán tareas mas sofisticadas. El futuro es muy incierto y seguramente los ROBOTS tendrán mucho que ver en nuestra vida diaria en los próximos años y tenemos que lograr que la Argentina no solo este presente, en desarrollos que ameriten una publicación Internacional, si no también que puedan ser, en conjunción con la Universidad, la industria y aportes de capitales privados, diseñados, construidos, aplicados y comercializados según las necesidades de nuestro medio, desde el reemplazo de miembros humanos a personas con discapacidades, el alivio al hombre en tareas inhumanas y también en aplicaciones industriales aun no explotadas. Actualmente la investigación en el área de robótica en la Argentina, esta enfocada a problemas de electrónica y control. La mecánica no forma parte de dicho ambiente científico como puede verse en las 4 últimas Jornadas Argentinas de Robótica. En todos los casos se trabaja en la investigación de algoritmos o métodos de control montados en pequeños robots comerciales. El proyecto ROBOT-01 propone la construcción de un manipulador de 7 grados de libertad, aplicando las mas modernas técnicas de Simulación, diseño, CAD-3D, materiales compuestos, construcción de micro-mecánica, electrónica y software. El brazo manipulador estará diseñado para ser continuado o asociado con una mano robótica y con una base móvil autónoma, las que serán encaradas en proyectos futuros, o con interacción con otros grupos de investigación similares de otras Universidades

Manipulador Robótico (Similar a brazo Humano)

El proyecto ROBOT-01 propone la construcción de un manipulador de 7 grados de libertad, aplicando las mas modernas técnicas de Simulación, diseño, CAD-3D, materiales compuestos, construcción de micro-mecánica, electrónica y software. Con el diseño detallado finalizado en CATIA se iniciará el modelado de las ecuaciones de movimiento y su simulación en la computadora, la construcción de los componentes mecánicos que serán realizados en empresas locales, se iniciara con las pruebas de los componentes electrónicos drivers de motores y de sistemas de control con sensores y de la interface con una PC que será la que controlará los componentes electrónicos y de simulación del modelo 3D en tiempo real. Finalmente se procederá al ensamblado de todos los componentes mecánicos y electrónicos para el inicio de las pruebas de laboratorio y sus ensayos de funcionamiento y testeos de acuerdo a los requerimientos previstos. El brazo manipulador estará diseñado para ser continuado o asociado con una mano robótica y con una base móvil autónoma, las que serán encaradas en proyectos futuros, o con interacción con otros grupos de investigación similares de otras Universidades.

Steuerung von sechsbeinigen Laufrobotern unter dem Aspekt technischer Anwendungen

Walking robot, legged robot, walking machine, walking vehicle, control system, force control, technical application, kinematics distributed control, embedded system

Hohlkugelkomposit - Charakterisierung thermischer und mechanischer Eigenschaften eines neuen Leichtbauwerkstoffes

Hollow-sphere-composit, syntactical foam, filler, reactive resin system, light-weight-construction, machine tool construction, robot, test methods, thermal and mechanical properties

Adaptive Regelung von Robotersystemen in Kontaktaufgaben

Contact Tasks of Robotic Systems, Mobile Legged Robots, Industrial Manipulators, Service Operations, Robot's Locomotion, Adaptive Control, Impedance/Force Control

Generic object classification for autonomous robots

Un dels principals problemes de la interacció dels robots autònoms és el coneixement de l'escena. El reconeixement és fonamental per a solucionar aquest problema i permetre als robots interactuar en un escenari no controlat. En aquest document presentem una aplicació pràctica de la captura d'objectes, de la normalització i de la classificació de senyals triangulars i circulars. El sistema s'introdueix en el robot Aibo de Sony per a millorar-ne la interacció. La metodologia presentada s'ha comprobat en simulacions i problemes de categorització reals, com ara la classificació de senyals de trànsit, amb resultats molt prometedors.

Implementation of robotic laparoscopic cholecystectomy in a university hospital.

BACKGROUND: Robot surgery is a further step towards new potential developments in minimally invasive surgery. Surgeons must keep abreast of these new technologies and learn their limits and possibilities. Robot-assisted laparoscopic cholecystectomy has not yet been performed in our institution. The purpose of this report is to present the pathway of implementation of robotic laparoscopic cholecystectomy in a university hospital. METHODS: The Zeus(R) robot system was used. Experimental training was performed on animals. The results of our experimental training allowed us to perform our first two clinical cases. RESULTS: Robot arm set-up and trocar placement required 53 and 35 minutes. Operative time were 59 and 45 minutes respectively. The overall operative time was 112 and 80 minutes, respectively. There were no intraoperative complications. Patients were discharged from the hospital after an overnight stay. CONCLUSION: Robotic laparoscopic cholecystectomy is safe and patient recovery similar to those of standard laparoscopy. At present, there are no advantages of robotic over conventional surgery. Nevertheless, robots have the potential to revolutionise the way surgery is performed. Robot surgery is not reserved for a happy few. This technology deserves more attention because it has the potential to change the way surgery is performed.

Métodes d'aprenentatge per reforç basats en la política i la seva aplicació a la robótica

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Robot Locomotion Group del Massachusetts Institute of Technology, Estats Units, entre març i agost del 2006. Es descriu la feina portada a terme en el camp de l'aprenentatge per reforç (RL), una metodologia molt utilitzada en aprenentatge artificial. En RL, un agent intenta maximitzar un valor escalar (càstig o premi) obtingut com a resultat de la seva interacció amb l'entorn. L'objectiu d'un sistema basat en RL és el de trobar una política d'actuació òptima que relaciona l'estat de l'entorn amb una acció determinada que maximitzi la suma de reforços futurs. El principal avantatge és que no utilitza cap base de dades conegudes, així que l'agent no rep informació sobre quina decisió triar, com succeeix en molts tipus d'aprenentatge, sinó que ha de triar per descobrir aquelles accions que tenen un valor més alt, sent molt adient en robòtica aplicada. Els principals desavantatges són uns temps de convergència sovint elevats i la manca de generalització quan tractem variables contínues. Principalment, el treball s’ha centrat en l'estudi de noves i més complexes metodologies basades en RL que combinessin dos tipus d'algorismes: els basats en funcions de valor i els representats únicament per una política d'actuació. Posteriorment s'analitzà la seva aplicabilitat en aplicacions robòtiques reals. En tots els estudis i les simulacions s’ha utilitzat un braç robòtic dissenyat i contruït al laboratori. El tipus de robot, anomenat Acrobot, és un banc de proves molt utilitzat en els camps de teoria de control i aprenentatge.

Object recognition for autonomous objects: comparison of two approaches

Report for the scientific sojourn at the Swiss Federal Institute of Technology Zurich, Switzerland, between September and December 2007. In order to make robots useful assistants for our everyday life, the ability to learn and recognize objects is of essential importance. However, object recognition in real scenes is one of the most challenging problems in computer vision, as it is necessary to deal with difficulties. Furthermore, in mobile robotics a new challenge is added to the list: computational complexity. In a dynamic world, information about the objects in the scene can become obsolete before it is ready to be used if the detection algorithm is not fast enough. Two recent object recognition techniques have achieved notable results: the constellation approach proposed by Lowe and the bag of words approach proposed by Nistér and Stewénius. The Lowe constellation approach is the one currently being used in the robot localization project of the COGNIRON project. This report is divided in two main sections. The first section is devoted to briefly review the currently used object recognition system, the Lowe approach, and bring to light the drawbacks found for object recognition in the context of indoor mobile robot navigation. Additionally the proposed improvements for the algorithm are described. In the second section the alternative bag of words method is reviewed, as well as several experiments conducted to evaluate its performance with our own object databases. Furthermore, some modifications to the original algorithm to make it suitable for object detection in unsegmented images are proposed.

ETIKETAGGER: herramienta para el etiquetaje de secuencias de imágenes

La adaptación del reconocimiento de objetos sobre la robótica móvil requiere un enfoque y nuevas aplicaciones que optimicen el entrenamiento de los robots para obtener resultados satisfactorios. Es conocido que el proceso de entrenamiento es largo y tedioso, donde la intervención humana es absolutamente necesaria para supervisar el comportamiento del robot y la dirección hacia los objetivos. Es por esta razón que se ha desarrollado una herramienta que reduce notablemente el esfuerzo humano que se debe hacer para esta supervisión, automatizando el proceso necesario para obtener una evaluación de resultados, y minimizando el tiempo que se malgasta debido a errores humanos o falta de infraestructuras.

Estudi de comportaments socials amb eixams de robots reconfigurables

Els eixams de robots distribuïts representen tot un món de possibilitats al camp de la microrobòtica, però existeixen pocs estudis que n'analitzin els comportaments socials i les interaccions entre robots autònoms distribuïts. Aquests comportaments han de permetre assolir de la manera més efectiva possible un bon resultat. Prenent com a base l'objectiu esmentat, aquest treball detalla diferents polítiques de cerca i de reconfiguració dels robots i estudia els seus comportaments per tal de determinar quins d'ells són més útils per solucionar un problema concret amb les plagues d'erugues i corcs als camps de cigroneres.

Robotic, fluoroscopic or EMG assisted pedicle screw insertion. A CT based comparative study

Introduction: In order to improve safety of pedicle screw placement several techniques have been developed. More recently robotically assisted pedicle insertion has been introduced aiming at increasing accuracy. The aim of this study was to compare this new technique with the two main pedicle insertion techniques in our unit namely fluoroscopically assisted vs EMG aided insertion. Material and methods: A total of 382 screws (78 thoracic,304 lumbar) were introduced in 64 patients (m/f = 1.37, equally distributed between insertion technique groups) by a single experienced spinal surgeon. From those, 64 (10 thoracic, 54 lumbar) were introduced in 11 patients using a miniature robotic device based on pre operative CT images under fluoroscopic control. 142 (4 thoracic, 138 lumbar) screws were introduced using lateral fluoroscopy in 27 patients while 176 (64 thoracic, 112 lumbar) screws in 26 patients were inserted using both fluoroscopy and EMG monitoring. There was no difference in the distribution of scoliotic spines between the 3 groups (n = 13). Screw position was assessed by an independent observer on CTs in axial, sagittal and coronal planes using the Rampersaud A to D classification. Data of lumbar and thoracic screws were processed separately as well as data obtained from axial, sagittal and coronal CT planes. Results: Intra- and interobserver reliability of the Rampersaud classification was moderate, (0.35 and 0.45 respectively) being the least good on axial plane. The total number of misplaced screws (C&D grades) was generally low (12 thoracic and 12 lumbar screws). Misplacement rates were same in straight and scoliotic spines. The only difference in misplacement rates was observed on axial and coronal images in the EMG assisted thoracic screw group with a higher proportion of C or D grades (p <0.05) in that group. Recorded compound muscle action potentials (CMAP) values of the inserted screws were 30.4 mA for the robot and 24.9mA for the freehand technique with a CI of 3.8 of the mean difference of 5.5 mA. Discussion: Robotic placement did improve the placement of thoracic screws but not that of lumbar screws possibly because our misplacement rates in general near that of published navigation series. Robotically assisted spine surgery might therefore enhance the safety of screw placement in particular in training settings were different users at various stages of their learning curve are involved in pedicle instrumentation.