Robust Immersive Telepresence and Mobile Telemanipulation: NimbRo wins ANA Avatar XPRIZE Finals

Robotic avatar systems promise to bridge distances and reduce the need for travel. We present the updated NimbRo avatar system, winner of the $5M grand prize at the international ANA Avatar XPRIZE competition, which required participants to build intuitive and immersive robotic telepresence systems that could be operated by briefly trained operators. We describe key improvements for the finals, compared to the system used in the semifinals: To operate without a power- and communications tether, we integrated a battery and a robust redundant wireless communication system. Video and audio data are compressed using low-latency HEVC and Opus codecs. We propose a new locomotion control device with tunable resistance force. To increase flexibility, the robot's upper-body height can be adjusted by the operator. We describe essential monitoring and robustness tools which enabled the success at the competition. Finally, we analyze our performance at the competition finals and discuss lessons learned.Comment: M. Schwarz and C. Lenz contributed equall

Center of Mass Compliance Control of Humanoid using Disturbance Observer

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 융합과학기술대학원 지능정보융합학과, 2023. 2. 박재흥.로봇의 작업 환경이 인간의 일상과 점점 가까워짐에 따라, 인간의 안전을 보장할 수 있는 유연 동작 제어 방식들이 연구되어 왔다 특히 휴머노이드 로봇에 있어서는, 인간의 안전을 보장하기 위해 유연 동작을 생성함에 더해 유연 동작 과정에서 로봇 또한 안정적으로 균형을 유지할 수 있어야 한다. 추가로 휴머노이드 로봇이 수행 중인 작업 혹은 환경에 적합할 수 있도록 독립적으로 유연 동작을 생성하고 직관적으로 이를 제한할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 협동 작업을 위한 휴머노이드 로봇의 무게 중심 유연 동작 제어 알고리 즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 상태 관측기와 외란 양성 피드백에 기반한다. 휴머노이드 로봇의 무게 중심 제어 성능 모델에 기반하여 상태 관측기를 설계하였고 이를 통해 무게 중심에 발생한 외란을 관측한다. 관측된 외란은 참조 무게 중심 경로에 양성 피드백되어 휴머노이드 로봇의 유연 동작을 생성한다. 이를 통해 무게 중심 좌표계에서 축 별로 독립적인 유연성을 구현하고 구현된 유연성을 통해 외란에 대응하여 로봇이 균형을 유지할 수 있다. 제안하는 알고 리즘의 성능을 휴머노이드 로봇 DYROS-JET 를 활용한 동역학 시뮬레이션과 실제 로봇 실험을 통해 검증하였다.As the task environment of robots became closer to human , compliant motion control methods that can ensure human safety have been studied. In particular, for the humanoid robot, compliant motion control must also be able to stably maintain the balance In addition, compliant motion control should be able to independently create and intuitively limit the compliance so that compliant motion control can be suitable for the task of humanoid. In this paper, a center of mass (CoM) compliance control algorithm of humanoid robots for collaborative works is proposed. The proposed algorithm is based on the state observer and positive feedback of observed disturbance. With the state observer based on humanoid CoM control performance model, disturbance in each direction can be observed. The positive feedback of disturbances to the reference CoM trajectory enables compliant motion. The main contributions of this algorithm are achieving compliance independently in each axis and maintaining balance against external force. Through dynamic simulations and real robot experiments of Humanoid robot DYROS-JET, the performance of the proposed method was demonstrated.제 1 장 서 론 1 제 1 절 연구 배경 및 동기 1 제 2 절 관련 연구 1 제 3 절 연구의 내용 2 제 4 절 논문의 구성 3 제 2 장 CoM 유연 동작 제어기 4 제 1 절 CoM 제어 성능 모델 4 제 2 절 제어 프레임워크의 흐름도 소개 5 제 3 절 제어 프레임워크의 수학적 모델링 6 제 3 장 동역학 시뮬레이션 9 제 1 절 로봇 및 시뮬레이션 환경 설명 9 제 2 절 CoM 위치 측정 11 제 3 절 유연성 독립 제어 시뮬레이션 12 제 4 절 충돌 외란 시 안정 균형 제어 시뮬레이션 14 제 4 장 실 험 19 제 1 절 로봇 DYROS-JET 설명 19 제 2 절 충돌 외란 시 안정 균형 제어 실험 22 제 3 절 위치 추종 막힘 외란 실험 28 제 5 장 결 론 33 참고문헌 35 Abstract 39석

Battery Management Systems for Firefighting Robots Using Simulation Modeling

The battery management systems for firefighting robots are intended to enable firefighting robots to increase operating time and to effectively extinguish a fire while managing the amount of water in a fire hose and cooperating sub-robots. To increase the operating time by managing the traction power of the firefighting robot, a novel automatic T-valve device and sub-robots were designed and added to fire hoses. The main goal of the battery management systems for firefighting robots is to lower the weight of the fire hose and to increase traction power by working with sub-robots. Whenever a firefighting robot wants to move to other spaces, the battery management systems will remove the water from fire hoses and draw the empty fire hoses by using sub-robots; thus, they are able to help the main firefighting robot to carry lighter hoses and to operate for a longer time. As a result, the battery management systems for firefighting robots enable the firefighting robot to successfully extinguish a fire for a longer time and to efficiently reach the desired destinations. The demonstration will be modeled by a computer simulation program, called AnyLogic®, which can model a fire and fire areas and apply the battery management systems to robots in each fire site