Aerospace medicine and biology: A continuing bibliography with indexes (supplement 344)

This bibliography lists 125 reports, articles and other documents introduced into the NASA Scientific and Technical Information System during January, 1989. Subject coverage includes: aerospace medicine and psychology, life support systems and controlled environments, safety equipment, exobiology and extraterrestrial life, and flight crew behavior and performance

Human-like arm motion generation: a review

In the last decade, the objectives outlined by the needs of personal robotics have led to the rise of new biologically-inspired techniques for arm motion planning. This paper presents a literature review of the most recent research on the generation of human-like arm movements in humanoid and manipulation robotic systems. Search methods and inclusion criteria are described. The studies are analyzed taking into consideration the sources of publication, the experimental settings, the type of movements, the technical approach, and the human motor principles that have been used to inspire and assess human-likeness. Results show that there is a strong focus on the generation of single-arm reaching movements and biomimetic-based methods. However, there has been poor attention to manipulation, obstacle-avoidance mechanisms, and dual-arm motion generation. For these reasons, human-like arm motion generation may not fully respect human behavioral and neurological key features and may result restricted to specific tasks of human-robot interaction. Limitations and challenges are discussed to provide meaningful directions for future investigations.FCT Project UID/MAT/00013/2013FCT–Fundação para a Ciência e Tecnologia within the R&D Units Project Scope: UIDB/00319/2020

Proceedings of the NASA Conference on Space Telerobotics, volume 1

The theme of the Conference was man-machine collaboration in space. Topics addressed include: redundant manipulators; man-machine systems; telerobot architecture; remote sensing and planning; navigation; neural networks; fundamental AI research; and reasoning under uncertainty

Path Following for Robot Manipulators Using Gyroscopic Forces

This thesis deals with the path following problem the objective of which is to make the end effector of a robot manipulator trace a desired path while maintaining a desired orientation. The fact that the pose of the end effector is described in the task space while the control inputs are in the joint space presents difficulties to the movement coordination. Typically, one needs to perform inverse kinematics in path planning and inverse dynamics in movement execution. However, the former can be ill-posed in the presence of redundancy and singularities, and the latter relies on accurate models of the manipulator system which are often difficult to obtain. This thesis presents an alternative control scheme that is directly formulated in the task space and is free of inverse transformations. As a result, it is especially suitable for operations in a dynamic environment that may require online adjustment of the task objective. The proposed strategy uses the transpose Jacobian control (or potential energy shaping) as the base controller to ensure the convergence of the end effector pose, and adds a gyroscopic force to steer the motion. Gyroscopic forces are a special type of force that does not change the mechanical energy of the system, so its addition to the base controller does not affect the stability of the controlled mechanical system. In this thesis, we emphasize the fact that the gyroscopic force can be effectively used to control the pose of the end effector during motion. We start with the case where only the position of the end effector is of interest, and extend the technique to the control over both position and orientation. Simulation and experimental results using planar manipulators as well as anthropomorphic arms are presented to verify the effectiveness of the proposed controller

Proceedings of the NASA Conference on Space Telerobotics, volume 3

The theme of the Conference was man-machine collaboration in space. The Conference provided a forum for researchers and engineers to exchange ideas on the research and development required for application of telerobotics technology to the space systems planned for the 1990s and beyond. The Conference: (1) provided a view of current NASA telerobotic research and development; (2) stimulated technical exchange on man-machine systems, manipulator control, machine sensing, machine intelligence, concurrent computation, and system architectures; and (3) identified important unsolved problems of current interest which can be dealt with by future research

Proceedings of the NASA Conference on Space Telerobotics, volume 2

These proceedings contain papers presented at the NASA Conference on Space Telerobotics held in Pasadena, January 31 to February 2, 1989. The theme of the Conference was man-machine collaboration in space. The Conference provided a forum for researchers and engineers to exchange ideas on the research and development required for application of telerobotics technology to the space systems planned for the 1990s and beyond. The Conference: (1) provided a view of current NASA telerobotic research and development; (2) stimulated technical exchange on man-machine systems, manipulator control, machine sensing, machine intelligence, concurrent computation, and system architectures; and (3) identified important unsolved problems of current interest which can be dealt with by future research

Bimanual robot skills: MP encoding, dimensionality reduction and reinforcement learning

In our culture, robots have been in novels and cinema for a long time, but it has been specially in the last two decades when the improvements in hardware - better computational power and components - and advances in Artificial Intelligence (AI), have allowed robots to start sharing spaces with humans. Such situations require, aside from ethical considerations, robots to be able to move with both compliance and precision, and learn at different levels, such as perception, planning, and motion, being the latter the focus of this work. The first issue addressed in this thesis is inverse kinematics for redundant robot manipulators, i.e: positioning the robot joints so as to reach a certain end-effector pose. We opt for iterative solutions based on the inversion of the kinematic Jacobian of a robot, and propose to filter and limit the gains in the spectral domain, while also unifying such approach with a continuous, multipriority scheme. Such inverse kinematics method is then used to derive manipulability in the whole workspace of an antropomorphic arm, and the coordination of two arms is subsequently optimized by finding their best relative positioning. Having solved the kinematic issues, a robot learning within a human environment needs to move compliantly, with limited amount of force, in order not to harm any humans or cause any damage, while being as precise as possible. Therefore, we developed two dynamic models for the same redundant arm we had analysed kinematically: The first based on local models with Gaussian projections, and the second characterizing the most problematic term of the dynamics, namely friction. Such models allowed us to implement feed-forward controllers, where we can actively change the weights in the compliance-precision tradeoff. Moreover, we used such models to predict external forces acting on the robot, without the use of force sensors. Afterwards, we noticed that bimanual robots must coordinate their components (or limbs) and be able to adapt to new situations with ease. Over the last decade, a number of successful applications for learning robot motion tasks have been published. However, due to the complexity of a complete system including all the required elements, most of these applications involve only simple robots with a large number of high-end technology sensors, or consist of very simple and controlled tasks. Using our previous framework for kinematics and control, we relied on two types of movement primitives to encapsulate robot motion. Such movement primitives are very suitable for using reinforcement learning. In particular, we used direct policy search, which uses the motion parametrization as the policy itself. In order to improve the learning speed in real robot applications, we generalized a policy search algorithm to give some importance to samples yielding a bad result, and we paid special attention to the dimensionality of the motion parametrization. We reduced such dimensionality with linear methods, using the rewards obtained through motion repetition and execution. We tested such framework in a bimanual task performed by two antropomorphic arms, such as the folding of garments, showing how a reduced dimensionality can provide qualitative information about robot couplings and help to speed up the learning of tasks when robot motion executions are costly.A la nostra cultura, els robots han estat presents en novel·les i cinema des de fa dècades, però ha sigut especialment en les últimes dues quan les millores en hardware (millors capacitats de còmput) i els avenços en intel·ligència artificial han permès que els robots comencin a compartir espais amb els humans. Aquestes situacions requereixen, a banda de consideracions ètiques, que els robots siguin capaços de moure's tant amb suavitat com amb precisió, i d'aprendre a diferents nivells, com són la percepció, planificació i moviment, essent l'última el centre d'atenció d'aquest treball. El primer problema adreçat en aquesta tesi és la cinemàtica inversa, i.e.: posicionar les articulacions del robot de manera que l'efector final estigui en una certa posició i orientació. Hem estudiat el camp de les solucions iteratives, basades en la inversió del Jacobià cinemàtic d'un robot, i proposem un filtre que limita els guanys en el seu domini espectral, mentre també unifiquem tal mètode dins un esquema multi-prioritat i continu. Aquest mètode per a la cinemàtica inversa és usat a l'hora d'encapsular tota la informació sobre l'espai de treball d'un braç antropomòrfic, i les capacitats de coordinació entre dos braços són optimitzades, tot trobant la seva millor posició relativa en l'espai. Havent resolt les dificultats cinemàtiques, un robot que aprèn en un entorn humà necessita moure's amb suavitat exercint unes forces limitades per tal de no causar danys, mentre es mou amb la màxima precisió possible. Per tant, hem desenvolupat dos models dinàmics per al mateix braç robòtic redundant que havíem analitzat des del punt de vista cinemàtic: El primer basat en models locals amb projeccions de Gaussianes i el segon, caracteritzant el terme més problemàtic i difícil de representar de la dinàmica, la fricció. Aquests models ens van permetre utilitzar controladors coneguts com "feed-forward", on podem canviar activament els guanys buscant l'equilibri precisió-suavitat que més convingui. A més, hem usat aquests models per a inferir les forces externes actuant en el robot, sense la necessitat de sensors de força. Més endavant, ens hem adonat que els robots bimanuals han de coordinar els seus components (braços) i ser capaços d'adaptar-se a noves situacions amb facilitat. Al llarg de l'última dècada, diverses aplicacions per aprendre tasques motores robòtiques amb èxit han estat publicades. No obstant, degut a la complexitat d'un sistema complet que inclogui tots els elements necessaris, la majoria d'aquestes aplicacions consisteixen en robots més aviat simples amb costosos sensors d'última generació, o a resoldre tasques senzilles en un entorn molt controlat. Utilitzant el nostre treball en cinemàtica i control, ens hem basat en dos tipus de primitives de moviment per caracteritzar la motricitat robòtica. Aquestes primitives de moviment són molt adequades per usar aprenentatge per reforç. En particular, hem usat la búsqueda directa de la política, un camp de l'aprenentatge per reforç que usa la parametrització del moviment com la pròpia política. Per tal de millorar la velocitat d'aprenentatge en aplicacions amb robots reals, hem generalitzat un algoritme de búsqueda directa de política per a donar importància a les mostres amb mal resultat, i hem donat especial atenció a la reducció de dimensionalitat en la parametrització dels moviments. Hem reduït la dimensionalitat amb mètodes lineals, utilitzant les recompenses obtingudes EN executar els moviments. Aquests mètodes han estat provats en tasques bimanuals com són plegar roba, usant dos braços antropomòrfics. Els resultats mostren com la reducció de dimensionalitat pot aportar informació qualitativa d'una tasca, i al mateix temps ajuda a aprendre-la més ràpid quan les execucions amb robots reals són costoses

Bimanual robot skills: MP encoding, dimensionality reduction and reinforcement learning

Aplicat embargament des de la data de defensa fins 1/7/2018Premio a la mejor Tesis Doctoral sobre Robótica, Edición 2017, atorgat pel Comité Español de Automática.Finalista del 2018 George Girault PhD Award, from EuRoboticsIn our culture, robots have been in novels and cinema for a long time, but it has been specially in the last two decades when the improvements in hardware - better computational power and components - and advances in Artificial Intelligence (AI), have allowed robots to start sharing spaces with humans. Such situations require, aside from ethical considerations, robots to be able to move with both compliance and precision, and learn at different levels, such as perception, planning, and motion, being the latter the focus of this work. The first issue addressed in this thesis is inverse kinematics for redundant robot manipulators, i.e: positioning the robot joints so as to reach a certain end-effector pose. We opt for iterative solutions based on the inversion of the kinematic Jacobian of a robot, and propose to filter and limit the gains in the spectral domain, while also unifying such approach with a continuous, multipriority scheme. Such inverse kinematics method is then used to derive manipulability in the whole workspace of an antropomorphic arm, and the coordination of two arms is subsequently optimized by finding their best relative positioning. Having solved the kinematic issues, a robot learning within a human environment needs to move compliantly, with limited amount of force, in order not to harm any humans or cause any damage, while being as precise as possible. Therefore, we developed two dynamic models for the same redundant arm we had analysed kinematically: The first based on local models with Gaussian projections, and the second characterizing the most problematic term of the dynamics, namely friction. Such models allowed us to implement feed-forward controllers, where we can actively change the weights in the compliance-precision tradeoff. Moreover, we used such models to predict external forces acting on the robot, without the use of force sensors. Afterwards, we noticed that bimanual robots must coordinate their components (or limbs) and be able to adapt to new situations with ease. Over the last decade, a number of successful applications for learning robot motion tasks have been published. However, due to the complexity of a complete system including all the required elements, most of these applications involve only simple robots with a large number of high-end technology sensors, or consist of very simple and controlled tasks. Using our previous framework for kinematics and control, we relied on two types of movement primitives to encapsulate robot motion. Such movement primitives are very suitable for using reinforcement learning. In particular, we used direct policy search, which uses the motion parametrization as the policy itself. In order to improve the learning speed in real robot applications, we generalized a policy search algorithm to give some importance to samples yielding a bad result, and we paid special attention to the dimensionality of the motion parametrization. We reduced such dimensionality with linear methods, using the rewards obtained through motion repetition and execution. We tested such framework in a bimanual task performed by two antropomorphic arms, such as the folding of garments, showing how a reduced dimensionality can provide qualitative information about robot couplings and help to speed up the learning of tasks when robot motion executions are costly.A la nostra cultura, els robots han estat presents en novel·les i cinema des de fa dècades, però ha sigut especialment en les últimes dues quan les millores en hardware (millors capacitats de còmput) i els avenços en intel·ligència artificial han permès que els robots comencin a compartir espais amb els humans. Aquestes situacions requereixen, a banda de consideracions ètiques, que els robots siguin capaços de moure's tant amb suavitat com amb precisió, i d'aprendre a diferents nivells, com són la percepció, planificació i moviment, essent l'última el centre d'atenció d'aquest treball. El primer problema adreçat en aquesta tesi és la cinemàtica inversa, i.e.: posicionar les articulacions del robot de manera que l'efector final estigui en una certa posició i orientació. Hem estudiat el camp de les solucions iteratives, basades en la inversió del Jacobià cinemàtic d'un robot, i proposem un filtre que limita els guanys en el seu domini espectral, mentre també unifiquem tal mètode dins un esquema multi-prioritat i continu. Aquest mètode per a la cinemàtica inversa és usat a l'hora d'encapsular tota la informació sobre l'espai de treball d'un braç antropomòrfic, i les capacitats de coordinació entre dos braços són optimitzades, tot trobant la seva millor posició relativa en l'espai. Havent resolt les dificultats cinemàtiques, un robot que aprèn en un entorn humà necessita moure's amb suavitat exercint unes forces limitades per tal de no causar danys, mentre es mou amb la màxima precisió possible. Per tant, hem desenvolupat dos models dinàmics per al mateix braç robòtic redundant que havíem analitzat des del punt de vista cinemàtic: El primer basat en models locals amb projeccions de Gaussianes i el segon, caracteritzant el terme més problemàtic i difícil de representar de la dinàmica, la fricció. Aquests models ens van permetre utilitzar controladors coneguts com "feed-forward", on podem canviar activament els guanys buscant l'equilibri precisió-suavitat que més convingui. A més, hem usat aquests models per a inferir les forces externes actuant en el robot, sense la necessitat de sensors de força. Més endavant, ens hem adonat que els robots bimanuals han de coordinar els seus components (braços) i ser capaços d'adaptar-se a noves situacions amb facilitat. Al llarg de l'última dècada, diverses aplicacions per aprendre tasques motores robòtiques amb èxit han estat publicades. No obstant, degut a la complexitat d'un sistema complet que inclogui tots els elements necessaris, la majoria d'aquestes aplicacions consisteixen en robots més aviat simples amb costosos sensors d'última generació, o a resoldre tasques senzilles en un entorn molt controlat. Utilitzant el nostre treball en cinemàtica i control, ens hem basat en dos tipus de primitives de moviment per caracteritzar la motricitat robòtica. Aquestes primitives de moviment són molt adequades per usar aprenentatge per reforç. En particular, hem usat la búsqueda directa de la política, un camp de l'aprenentatge per reforç que usa la parametrització del moviment com la pròpia política. Per tal de millorar la velocitat d'aprenentatge en aplicacions amb robots reals, hem generalitzat un algoritme de búsqueda directa de política per a donar importància a les mostres amb mal resultat, i hem donat especial atenció a la reducció de dimensionalitat en la parametrització dels moviments. Hem reduït la dimensionalitat amb mètodes lineals, utilitzant les recompenses obtingudes EN executar els moviments. Aquests mètodes han estat provats en tasques bimanuals com són plegar roba, usant dos braços antropomòrfics. Els resultats mostren com la reducció de dimensionalitat pot aportar informació qualitativa d'una tasca, i al mateix temps ajuda a aprendre-la més ràpid quan les execucions amb robots reals són costoses.Award-winningPostprint (published version