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 els diferents processos asíncrons que solen estar presents en el software de control d’un robot: 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

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

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

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, i viceversa

Creació d'una xarxa de comunicacions Modbus per TsxMicro

L’objecte del projecte és el de crear una xarxa de comunicacions Modbus. La xarxa unirà els autòmats del laboratori de regulació Telemecanique TSX Micro (els 9 autòmats TSX 3705 i l’autòmat de nova adquisició TSX 3722). Com a complement de la xarxa, es prepararan dues experiències i un qüestionari. La primera experiència servirà als alumnes com a exemple de comunicació Modbus, i la segona, l’hauran de realitzar els alumnes. Aquesta segona experiència només és introductòria, no serà de gran dificultat i l’alumne no adquirirà grans coneixements, simplement agafarà nocions del funcionament d’una comunicació entre autòmats en el cas concret d’una xarxa Modbus. El qüestionari permetrà avaluar els coneixements adquirits sobre la comunicació Modbus abans de que l’alumne realitzi les experiències

Entorn de programació pel robot Stäubli mitjantçant MatLab, aplicació a un sistema de recol·lecció de peces basat en visió artificial

Els objectius del projecte són: realitzar un intèrpret de comandes en VAL3 que rebi les ordres a través d’una connexió TCP/IP; realitzar una toolbox de Matlab per enviar diferents ordres mitjançant una connexió TCP/IP; adquirir i processar mitjançant Matlab imatges de la càmera en temps real i detectar la posició d’objectes artificials mitjançant la segmentació per color i dissenyar i realitzar una aplicació amb Matlab que reculli peces detectades amb la càmera. L’abast del projecte inclou: l’estudi del llenguatge de programació VAL3 i disseny de l’ intèrpret de comandes, l’estudi de les llibreries de Matlab per comunicació mitjançant TCP/IP, per l’adquisició d’imatges, pel processament d’imatges i per la programació en C; el disseny de la aplicació recol·lectora de peces i la implementació de: un intèrpret de comandes en VAL3, la toolbox pel control del robot STAUBLI en Matlab i la aplicació recol·lectora de peces mitjançant el processament d’imatges en temps real també en Matlab

Mapping of indoor environments by robots using low-cost vision sensors

For robots to operate in human environments they must be able to make their own maps because it is unrealistic to expect a user to enter a map into the robot’s memory; existing floorplans are often incorrect; and human environments tend to change. Traditionally robots have used sonar, infra-red or laser range finders to perform the mapping task. Digital cameras have become very cheap in recent years and they have opened up new possibilities as a sensor for robot perception. Any robot that must interact with humans can reasonably be expected to have a camera for tasks such as face recognition, so it makes sense to also use the camera for navigation. Cameras have advantages over other sensors such as colour information (not available with any other sensor), better immunity to noise (compared to sonar), and not being restricted to operating in a plane (like laser range finders). However, there are disadvantages too, with the principal one being the effect of perspective. This research investigated ways to use a single colour camera as a range sensor to guide an autonomous robot and allow it to build a map of its environment, a process referred to as Simultaneous Localization and Mapping (SLAM). An experimental system was built using a robot controlled via a wireless network connection. Using the on-board camera as the only sensor, the robot successfully explored and mapped indoor office environments. The quality of the resulting maps is comparable to those that have been reported in the literature for sonar or infra-red sensors. Although the maps are not as accurate as ones created with a laser range finder, the solution using a camera is significantly cheaper and is more appropriate for toys and early domestic robots.

Bearing-only SLAM : a vision-based navigation system for autonomous robots

To navigate successfully in a previously unexplored environment, a mobile robot must be able to estimate the spatial relationships of the objects of interest accurately. A Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) sys- tem employs its sensors to build incrementally a map of its surroundings and to localize itself in the map simultaneously. The aim of this research project is to develop a SLAM system suitable for self propelled household lawnmowers. The proposed bearing-only SLAM system requires only an omnidirec- tional camera and some inexpensive landmarks. The main advantage of an omnidirectional camera is the panoramic view of all the landmarks in the scene. Placing landmarks in a lawn field to define the working domain is much easier and more flexible than installing the perimeter wire required by existing autonomous lawnmowers. The common approach of existing bearing-only SLAM methods relies on a motion model for predicting the robot’s pose and a sensor model for updating the pose. In the motion model, the error on the estimates of object positions is cumulated due mainly to the wheel slippage. Quantifying accu- rately the uncertainty of object positions is a fundamental requirement. In bearing-only SLAM, the Probability Density Function (PDF) of landmark position should be uniform along the observed bearing. Existing methods that approximate the PDF with a Gaussian estimation do not satisfy this uniformity requirement. This thesis introduces both geometric and proba- bilistic methods to address the above problems. The main novel contribu- tions of this thesis are: 1. A bearing-only SLAM method not requiring odometry. The proposed method relies solely on the sensor model (landmark bearings only) without relying on the motion model (odometry). The uncertainty of the estimated landmark positions depends on the vision error only, instead of the combination of both odometry and vision errors. 2. The transformation of the spatial uncertainty of objects. This thesis introduces a novel method for translating the spatial un- certainty of objects estimated from a moving frame attached to the robot into the global frame attached to the static landmarks in the environment. 3. The characterization of an improved PDF for representing landmark position in bearing-only SLAM. The proposed PDF is expressed in polar coordinates, and the marginal probability on range is constrained to be uniform. Compared to the PDF estimated from a mixture of Gaussians, the PDF developed here has far fewer parameters and can be easily adopted in a probabilistic framework, such as a particle filtering system. The main advantages of our proposed bearing-only SLAM system are its lower production cost and flexibility of use. The proposed system can be adopted in other domestic robots as well, such as vacuum cleaners or robotic toys when terrain is essentially 2D.

Spatial cognition for robots

The paper discusses robot navigation from biological inspiration. The authors sought to build a model of the rodent brain that is suitable for practical robot navigation. The core model, dubbed RatSLAM, has been demonstrated to have exactly the same advantages described earlier: it can build, maintain, and use maps simultaneously over extended periods of time and can construct maps of large and complex areas from very weak geometric information. The work contrasts with other efforts to embody models of rat brains in robots. The article describes the key elements of the known biology of the rat brain in relation to navigation and how the RatSLAM model captures the ideas from biology in a fashion suitable for implementation on a robotic platform. The paper then outline RatSLAM's performance in two difficult robot navigation challenges, demonstrating how a cognitive robotics approach to navigation can produce results that rival other state of the art approaches in robotics.

Experiments with cooperative networked control of underwater robots

We present details and results obtained with an underwater system comprising two different autonomous underwater robots (AUV) and ten static underwater nodes (USN) networked together optically and acoustically. The AUVs can locate and hover above the static nodes for data upload, and they can perform network maintenance functions such as deployment, relocation, and recovery. The AUVs can also locate each other, dock, and move using coordinated control that takes advantage of each AUV’s strength.

From robots to animals : Virtual fences for controlling cattle

We consider the problem of monitoring and controlling the position of herd animals, and view animals as networked agents with natural mobility but not strictly controllable. By exploiting knowledge of individual and herd behavior we would like to apply a vast body of theory in robotics and motion planning to achieving the constrained motion of a herd. In this paper we describe the concept of a virtual fence which applies a stimulus to an animal as a function of its pose with respect to the fenceline. Multiple fence lines can define a region, and the fences can be static or dynamic. The fence algorithm is implemented by a small position-aware computer device worn by the animal, which we refer to as a Smart Collar.We describe a herd-animal simulator, the Smart Collar hardware and algorithms for tracking and controlling animals as well as the results of on-farm experiments with up to ten Smart Collars.

Localization and navigation assisted by cooperating networked sensors and robots

In this paper we discuss how a network of sensors and robots can cooperate to solve important robotics problems such as localization and navigation. We use a robot to localize sensor nodes, and we then use these localized nodes to navigate robots and humans through the sensorized space. We explore these novel ideas with results from two large-scale sensor network and robot experiments involving 50 motes, two types of flying robot: an autonomous helicopter and a large indoor cable array robot, and a human-network interface. We present the distributed algorithms for localization, geographic routing, path definition and incremental navigation. We also describe how a human can be guided using a simple hand-held device that interfaces to this same environmental infrastructure.

Towards dynamically-favourable quad-rotor aerial robots

This paper outlines progress towards realising practical quad-rotor robot helicopters and, in particular, the Australian National University’s ‘X-4 Flyer’ platform. Two challenges facing the X-4 are generating sufficient thrust and managing unstable dynamic behaviour. We address these issues with a rotor design technique for maximising thrust and the application of a novel rotor mast configuration. An aero-elastic blade design is described and its performance results are presented. A sprung teetering rotor hub that allows adjustment of the blade flapping characteristics and a quad-rotor dynamic model with blade flapping are introduced. The use of inverted rotors is shown to produce favorable stability properties for the Mark II X-4 Flyer.