Terrain classification for a quadruped robot

Using data retrieved from the Puppy II robot at the University of Zurich (UZH), we show that machine learning techniques with non-linearities and fading memory are effective for terrain classification, both supervised and unsupervised, even with a limited selection of input sensors. The results indicate that most information for terrain classification is found in the combination of tactile sensors and proprioceptive joint angle sensors. The classification error is small enough to have a robot adapt the gait to the terrain and hence move more robustly

Localization in Unstructured Environments: Towards Autonomous Robots in Forests with Delaunay Triangulation

Autonomous harvesting and transportation is a long-term goal of the forest industry. One of the main challenges is the accurate localization of both vehicles and trees in a forest. Forests are unstructured environments where it is difficult to find a group of significant landmarks for current fast feature-based place recognition algorithms. This paper proposes a novel approach where local observations are matched to a general tree map using the Delaunay triangularization as the representation format. Instead of point cloud based matching methods, we utilize a topology-based method. First, tree trunk positions are registered at a prior run done by a forest harvester. Second, the resulting map is Delaunay triangularized. Third, a local submap of the autonomous robot is registered, triangularized and matched using triangular similarity maximization to estimate the position of the robot. We test our method on a dataset accumulated from a forestry site at Lieksa, Finland. A total length of 2100\,m of harvester path was recorded by an industrial harvester with a 3D laser scanner and a geolocation unit fixed to the frame. Our experiments show a 12\,cm s.t.d. in the location accuracy and with real-time data processing for speeds not exceeding 0.5\,m/s. The accuracy and speed limit is realistic during forest operations

Identificación de intención de movimiento de marcha sobre diferentes terrenos -una aproximación bioinspirada-

En este documento se propone una aproximación al entendimiento del lenguaje neuromotor de una persona con una amputación por encima de rodilla, mediante la identificación de su intención de movimiento a partir de la percepción de las manifestaciones tanto internas como externas de los Patrones de Acción Fija (PAF) mediante el uso de una propiocepción artificial y la exterocepción de su prótesis durante el desarrollo de diferentes gestos (marcha, subir y bajar escaleras y subir y bajar rampas). Se presentan la formalización de una expresión General del Gesto Rítmico, los procedimientos para la generación de PAF artificiales y un Algoritmo de Respuesta ante el Desarrollo de Gestos. Mediante la identificación de la intención del usuario a través de la información propioceptiva y exteroceptiva, la prótesis discrimina entre un repertorio de PAF artificiales y selecciona el más adecuado para satisfacer las necesidades de movimiento del usuario. Los datos experimentales de las pruebas desarrolladas en individuos sanos y amputados mostraron un alto desempeño en la identificación de la intención del usuario (97.06% de identificaciones correctas) y un buen seguimiento de los gestos de movimiento independientemente de la velocidad con que fueron ejecutadosIn this paper we propose an approach to the neuromotor language of the transfemoral amputee user. We do this by identifying the user’s intention from the perception of both internal and external manifestations (to be explained into a next section) of Fixed Action Patterns (FAPs, by making use of artificial proprioception and exteroception of the prosthesis. The formalization of a General Expression of the Rhythmic Gesture, generation procedures for artificial FAPs, and a Response Algorithm for Gestures Development are presented. By identifying the user’s intention through proprioceptive and exteroceptive information, the prosthesis discriminates between repertories of artificial FAPs and chooses the most suitable one to meet the users’s requirements. Experimental data of tests carried out in healthy and amputee individuals showed high performance on identification (97.06 % of true identifications) of the user’s intention and good tracking of gestures such as gait, walking up stairs, down stairs, up hill and down hill, independently of the speed of execution of the gestur

Target Detection: New Techniques for Defence Applications

Discusses the machine interpretation of remotely-sensed in terms of human concepts by combining the techniques of artificial intelligence, pattern recognition and image analysis. Describes the solution to cognitive problem in registration, material classification, region extraction, structural analysis, semantic reasoning and problem solving architecture. The paper also discusses briefly the weapon-borne recognition systems using simulation and prediction models to hypothesise target appearance observed by sensors

Percepción basada en visión estereoscópica, planificación de trayectorias y estrategias de navegación para exploración robótica autónoma

Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Informática, Departamento de Ingeniería del Software e Inteligencia artificial, leída el 13-05-2015En esta tesis se trata el desarrollo de una estrategia de navegación autónoma basada en visión artificial para exploración robótica autónoma de superficies planetarias. Se han desarrollado una serie de subsistemas, módulos y software específicos para la investigación desarrollada en este trabajo, ya que la mayoría de las herramientas existentes para este dominio son propiedad de agencias espaciales nacionales, no accesibles a la comunidad científica. Se ha diseñado una arquitectura software modular multi-capa con varios niveles jerárquicos para albergar el conjunto de algoritmos que implementan la estrategia de navegación autónoma y garantizar la portabilidad del software, su reutilización e independencia del hardware. Se incluye también el diseño de un entorno de trabajo destinado a dar soporte al desarrollo de las estrategias de navegación. Éste se basa parcialmente en herramientas de código abierto al alcance de cualquier investigador o institución, con las necesarias adaptaciones y extensiones, e incluye capacidades de simulación 3D, modelos de vehículos robóticos, sensores, y entornos operacionales, emulando superficies planetarias como Marte, para el análisis y validación a nivel funcional de las estrategias de navegación desarrolladas. Este entorno también ofrece capacidades de depuración y monitorización.La presente tesis se compone de dos partes principales. En la primera se aborda el diseño y desarrollo de las capacidades de autonomía de alto nivel de un rover, centrándose en la navegación autónoma, con el soporte de las capacidades de simulación y monitorización del entorno de trabajo previo. Se han llevado a cabo un conjunto de experimentos de campo, con un robot y hardware real, detallándose resultados, tiempo de procesamiento de algoritmos, así como el comportamiento y rendimiento del sistema en general. Como resultado, se ha identificado al sistema de percepción como un componente crucial dentro de la estrategia de navegación y, por tanto, el foco principal de potenciales optimizaciones y mejoras del sistema. Como consecuencia, en la segunda parte de este trabajo, se afronta el problema de la correspondencia en imágenes estéreo y reconstrucción 3D de entornos naturales no estructurados. Se han analizado una serie de algoritmos de correspondencia, procesos de imagen y filtros. Generalmente se asume que las intensidades de puntos correspondientes en imágenes del mismo par estéreo es la misma. Sin embargo, se ha comprobado que esta suposición es a menudo falsa, a pesar de que ambas se adquieren con un sistema de visión compuesto de dos cámaras idénticas. En consecuencia, se propone un sistema experto para la corrección automática de intensidades en pares de imágenes estéreo y reconstrucción 3D del entorno basado en procesos de imagen no aplicados hasta ahora en el campo de la visión estéreo. Éstos son el filtrado homomórfico y la correspondencia de histogramas, que han sido diseñados para corregir intensidades coordinadamente, ajustando una imagen en función de la otra. Los resultados se han podido optimizar adicionalmente gracias al diseño de un proceso de agrupación basado en el principio de continuidad espacial para eliminar falsos positivos y correspondencias erróneas. Se han estudiado los efectos de la aplicación de dichos filtros, en etapas previas y posteriores al proceso de correspondencia, con eficiencia verificada favorablemente. Su aplicación ha permitido la obtención de un mayor número de correspondencias válidas en comparación con los resultados obtenidos sin la aplicación de los mismos, consiguiendo mejoras significativas en los mapas de disparidad y, por lo tanto, en los procesos globales de percepción y reconstrucción 3D.Depto. de Ingeniería de Software e Inteligencia Artificial (ISIA)Fac. de InformáticaTRUEunpu

Robots in Agriculture: State of Art and Practical Experiences

The presence of robots in agriculture has grown significantly in recent years, overcoming some of the challenges and complications of this field. This chapter aims to collect a complete and recent state of the art about the application of robots in agriculture. The work addresses this topic from two perspectives. On the one hand, it involves the disciplines that lead the automation of agriculture, such as precision agriculture and greenhouse farming, and collects the proposals for automatizing tasks like planting and harvesting, environmental monitoring and crop inspection and treatment. On the other hand, it compiles and analyses the robots that are proposed to accomplish these tasks: e.g. manipulators, ground vehicles and aerial robots. Additionally, the chapter reports with more detail some practical experiences about the application of robot teams to crop inspection and treatment in outdoor agriculture, as well as to environmental monitoring in greenhouse farming