Geometry-aware Manipulability Learning, Tracking and Transfer

Body posture influences human and robots performance in manipulation tasks, as appropriate poses facilitate motion or force exertion along different axes. In robotics, manipulability ellipsoids arise as a powerful descriptor to analyze, control and design the robot dexterity as a function of the articulatory joint configuration. This descriptor can be designed according to different task requirements, such as tracking a desired position or apply a specific force. In this context, this paper presents a novel \emph{manipulability transfer} framework, a method that allows robots to learn and reproduce manipulability ellipsoids from expert demonstrations. The proposed learning scheme is built on a tensor-based formulation of a Gaussian mixture model that takes into account that manipulability ellipsoids lie on the manifold of symmetric positive definite matrices. Learning is coupled with a geometry-aware tracking controller allowing robots to follow a desired profile of manipulability ellipsoids. Extensive evaluations in simulation with redundant manipulators, a robotic hand and humanoids agents, as well as an experiment with two real dual-arm systems validate the feasibility of the approach.Comment: Accepted for publication in the Intl. Journal of Robotics Research (IJRR). Website: https://sites.google.com/view/manipulability. Code: https://github.com/NoemieJaquier/Manipulability. 24 pages, 20 figures, 3 tables, 4 appendice

An Ontology-Based Expert System for the Systematic Design of Humanoid Robots

Die Entwicklung humanoider Roboter ist eine zeitaufwendige, komplexe und herausfordernde Aufgabe. Daher stellt diese Thesis einen neuen, systematischen Ansatz vor, der es erlaubt, Expertenwissen zum Entwurf humanoider Roboter zu konservieren, um damit zukünftige Entwicklungen zu unterstützen. Der Ansatz kann in drei aufeinanderfolgende Schritte unterteilt werden. Im ersten Schritt wird Wissen zum Entwurf humanoider Roboter durch die Entwicklung von Roboterkomponenten und die Analyse verwandter Arbeiten gewonnen. Dieses Wissen wird im zweiten Schritt formalisiert und in Form einer ontologischen Wissensbasis gespeichert. Im letzten Schritt wird diese Wissensbasis von einem Expertensystem verwendet, um Lösungsvorschläge zum Entwurf von Roboterkomponenten auf Grundlage von Benutzeranforderungen zu generieren. Der Ansatz wird anhand von Fallstudien zu Komponenten des humanoiden Roboters ARMAR-6 evaluiert: Sensor-Aktor-Controller-Einheiten für Robotergelenke und Roboterhände