An adaptive fuzzy control for human-in-the-loop operations with varying communication time delays

Time delay, especially varying time delay, is always an important factor affecting the stability to the human-in-the-loop system. Previous research usually focuses on the performance of the internal signal transmission part, but rarely considers the whole system with human and environmental factors comprehensively. For the problem, we investigate this issue by using an improved proportional-derivative-like plus damping (PD-like + d) control method, the derivative term of which is calculated based on the estimation of time delays. An embedded adaptive fuzzy logic systems (FLS)-based observer is developed to estimate and compensate for the errors caused by time delay estimations and uncertain force/ torque measuring errors. The advantages of the proposed control scheme are discussed by building an environmental input energy function and the effectiveness is also verified by the comparative simulations. The results show that under the same simulation conditions, the follower can track the leader's movements well, and the energy introduced into the environment is the same as that of the leader, which means the extra energy is dissipated to enable the object to be manipulated as desired by the leader side

Software system for remote control and monitoring of robots based on Android operating system and wireless communication.

Роботски системи су сложени системи чији корисници морају бити добро обучени. Управљање се најчешће спроводи близу самог робота или употребом жичне конекције. Данашње брзе промене и напредак у развоју технологије захтевају имплементацију нових технолошких решења у области програмирања и управљања индустријских робота и других робота специјалне намене. У савременој роботској индустрији постоји стална потреба за унапређењем приступачности и интеракције у раду са роботским системима, па је све већи значај развоја корисничких интерфејса који су интуитивни и лаки за коришћење. У складу са тим, приликом пројектовања графичког корисничког интерфејса за програмирање и управљање робота није довољно направити фокус само на обезбеђивању детаљних и комплетних функционалности управљања, већ се ергономија употребе такође треба узети у обзир. Поред тога, масивни и недоступни роботи све више захтевају управљање независно од локације оператера. Ресурси везани за роботске лабораторије често нису доступни корисницима које тек треба обучити за рад са оваквим системима, a рад са роботским системима често захтева детаљно познавање софтверских парадигми за програмирање робота. Због наведених разлога студенти који тек уче о основним принципима роботике углавном нису у могућности да се упознају са програмирањем и управљањем комплексних роботских система на практичан начин. У области едукације у роботици, бежична виртуелна окружења, која дају реалну слику о раду робота, би била од великог значаја. Посебно би се издвојио њихов значај у случају примене таквог решења за едукацију у области управљања слабо доступних робота као што су, на пример, уређаји за адаптацију и тренинг пилота. Такође, поред едукативне сврхе, употреба лако доступних, широко распрострањених и економичних уређаја би била јако исплатива. Истраживање о генералној употреби и знању студената о технологији паметних телефона, које је спроведено у оквиру ове докторске дисертације, потврђује да данашњи брз развој технологије захтева унапређење метода за учење и едукацију...Robot control systems are complex systems whose users must be well trained to use them. Control process is mainly carried out near the robot or by using wired connections. Because of rapid advances in technology, it is of great importance to implement new technology solutions in training environments, in robotics and aerospace industry. In contemporary robotics industry there is a constant need to improve accessibility of robotic systems and human-robot interaction, so the significance of developing new user interfaces that are intuitive and easy to use is growing. Therefore, for designing robot control user interfaces it is not sufficient to simply focus on providing detailed and complete control capability, but ergonomy of use should also be taken into account. Besides, massive and unreachable robots require control that is independent of the user’s location. Resources in the robotics field are limited for a common user to access and demand deep knowledge of robot-specific programming paradigms. For these reasons, it is not often possible for inexperience students to become familiar with programming and control of complex robotic systems in a practical manner. Virtual wireless environments that provide realistic experience in robot control would be of great significance in the robotics education. It would be especially important in the case of application of such a solution for education in control of poorly accessible robots, such as devices for pilots’ training and flight simulations. Also, in addition to educational purposes, the use of easily accessible, widespread and cost-effective device would be very profitable. The evaluation of the general engineering students’ use and knowledge of smart phone technology, which was conducted within this dissertation, confirms that today's rapid development of technology requires improved methods for learning and education. There are a number of scientific and research papers and reports that describe software solutions that the majority of robot manufacturers and independent software vendors offer to developers and system integrators for design and simulation of manufacturing projects. A certain number of science and research papers report the implementation and the use of smart phones for robot monitoring and control. The remote monitoring of robot and machine performance is implemented by using camera, in textual form, or by using 3D animation, and robot programming is performed by using accelerometer, gyroscope or by filling out the text fields with desired values. Such programming methods are timeconsuming for setting up and generating the desired robot performance, that is especially pronounced when frequently use the same or a similar program. Also, these methods are not sufficiently intuitive, especially for education in robotics and students that only begin to learn about the basic elements of robotics..

Софтверски систем за даљинско управљање и надзор робота базиран на андроид оперативном систему и бежичној комуникацији

Роботски системи су сложени системи чији корисници морају бити добро обучени. Управљање се најчешће спроводи близу самог робота или употребом жичне конекције. Данашње брзе промене и напредак у развоју технологије захтевају имплементацију нових технолошких решења у области програмирања и управљања индустријских робота и других робота специјалне намене. У савременој роботској индустрији постоји стална потреба за унапређењем приступачности и интеракције у раду са роботским системима, па је све већи значај развоја корисничких интерфејса који су интуитивни и лаки за коришћење. У складу са тим, приликом пројектовања графичког корисничког интерфејса за програмирање и управљање робота није довољно направити фокус само на обезбеђивању детаљних и комплетних функционалности управљања, већ се ергономија употребе такође треба узети у обзир. Поред тога, масивни и недоступни роботи све више захтевају управљање независно од локације оператера. Ресурси везани за роботске лабораторије често нису доступни корисницима које тек треба обучити за рад са оваквим системима, a рад са роботским системима често захтева детаљно познавање софтверских парадигми за програмирање робота. Због наведених разлога студенти који тек уче о основним принципима роботике углавном нису у могућности да се упознају са програмирањем и управљањем комплексних роботских система на практичан начин. У области едукације у роботици, бежична виртуелна окружења, која дају реалну слику о раду робота, би била од великог значаја. Посебно би се издвојио њихов значај у случају примене таквог решења за едукацију у области управљања слабо доступних робота као што су, на пример, уређаји за адаптацију и тренинг пилота. Такође, поред едукативне сврхе, употреба лако доступних, широко распрострањених и економичних уређаја би била јако исплатива. Истраживање о генералној употреби и знању студената о технологији паметних телефона, које је спроведено у оквиру ове докторске дисертације, потврђује да данашњи брз развој технологије захтева унапређење метода за учење и едукацију..

MUSME 2011 4 th International Symposium on Multibody Systems and Mechatronics

El libro de actas recoge las aportaciones de los autores a través de los correspondientes artículos a la Dinámica de Sistemas Multicuerpo y la Mecatrónica (Musme). Estas disciplinas se han convertido en una importante herramienta para diseñar máquinas, analizar prototipos virtuales y realizar análisis CAD sobre complejos sistemas mecánicos articulados multicuerpo. La dinámica de sistemas multicuerpo comprende un gran número de aspectos que incluyen la mecánica, dinámica estructural, matemáticas aplicadas, métodos de control, ciencia de los ordenadores y mecatrónica. Los artículos recogidos en el libro de actas están relacionados con alguno de los siguientes tópicos del congreso: Análisis y síntesis de mecanismos ; Diseño de algoritmos para sistemas mecatrónicos ; Procedimientos de simulación y resultados ; Prototipos y rendimiento ; Robots y micromáquinas ; Validaciones experimentales ; Teoría de simulación mecatrónica ; Sistemas mecatrónicos ; Control de sistemas mecatrónicosUniversitat Politècnica de València (2011). MUSME 2011 4 th International Symposium on Multibody Systems and Mechatronics. Editorial Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/13224Archivo delegad

Underwater Robotics: Concepts, Elements, Modeling and Control

[EN] Underwater robots have considerably changed the exploration of deep sea. Even more, these robots allow performing opera- tions in remote subsea installations. The future of this techno- logy is promising. The purpose of this work is to provide an insight into the subject to postgraduate students, engineers and researchers interested in underwater robotics. Additionally, this work presents a survey of the different subjects that this branch of robotics include.[ES] Los robots submarinos han revolucionado la exploración del fondo marino. Por otro lado, estos robots han permitido realizar operaciones en aguas profundas sin la necesidad de enviar un vehhículo tripulado por humanos. El futuro de esta tecnología es prometedor. El propósito de este documento es servir de primer contacto con este tema y va dirigido a estudiantes de postgrado, ingenieros e investigadores con interés en la robótica submarina. Además se reporta el estado actual de los diferentes aspectos que giran alrededor de esta área de la robótica.Este trabajo fue financiado por el Ministerio de Educación y Ciencia de España. I. Carrera y P. Cárdenas, quieren agradecer a CONACYT-México y Colciencias por sus becas doctorales, respectivamente.Moreno, HA.; Saltarén, R.; Puglisi, L.; Carrera, I.; Cárdenas, P.; Álvarez, C. (2014). Robótica Submarina: Conceptos, Elementos, Modelado y Control. Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial. 11(1):3-19. https://doi.org/10.1016/j.riai.2013.11.001OJS319111Acosta, G., Curti, H., Calvo, O., Rossi, S., 2008. Some issues on the design of a low-cost autonomous underwater vehicle with an intelligent dynamic mission planner for pipeline and cable tracking. In: Inzartsev, A. (Ed.), Un- derwater Vehicles. InTech, Ch. 1, pp. 1-19.Alvarez, C., 2008. Concepción y desarrollo de un veh́ıculo submarino robótico de estructura paralela de geometŕıa variable. Ph.D. thesis, Univesidad Poli- tecnica de Madrid, Madrid, España.Álvarez, C., Saltaren, R., Aracil, R., & García, C. (2009). Concepción, Desarrollo y Avances en el Control de Navegación de Robots Submarinos Paralelos: El Robot Remo-I. Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial RIAI, 6(3), 92-100. doi:10.1016/s1697-7912(09)70268-7Anderson, J. M. (2002). Maneuvering and Stability Performance of a Robotic Tuna. Integrative and Comparative Biology, 42(1), 118-126. doi:10.1093/icb/42.1.118Bachmayer, R., Whitcomb, L. L., & Grosenbaugh, M. A. (2000). An accurate four-quadrant nonlinear dynamical model for marine thrusters: theory and experimental validation. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 25(1), 146-159. doi:10.1109/48.820747Bradley, A. M., Feezor, M. D., Singh, H., & Yates Sorrell, F. (2001). Power systems for autonomous underwater vehicles. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 26(4), 526-538. doi:10.1109/48.972089Caffaz, A., Caiti, A., Casalino, G., & Turetta, A. (2010). The Hybrid Glider/AUV Folaga. IEEE Robotics & Automation Magazine, 17(1), 31-44. doi:10.1109/mra.2010.935791Cavallo, E., Michelini, R. C., & Filaretov, V. F. (2004). Conceptual Design of an AUV Equipped with a Three Degrees of Freedom Vectored Thruster. Journal of Intelligent and Robotic Systems, 39(4), 365-391. doi:10.1023/b:jint.0000026081.75417.50Davis, Russ E.; Eriksen, C. C., Jones, C., 2002. Autonomous buoyancy-driven underwater gliders. The Technology and Applications of Autonomous Un- derwater Vehicles. G.Griffiths, ed., London, England.García, J. M. de la C., Almansa, J. A., & Sierra, J. M. G. (2012). Automática marina: una revisión desde el punto de vista del control. Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial RIAI, 9(3), 205-218. doi:10.1016/j.riai.2012.05.001DeBitetto, P. A. (1995). Fuzzy logic for depth control of Unmanned Undersea Vehicles. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 20(3), 242-248. doi:10.1109/48.393079De Novi, G., Melchiorri, C., Garcia, J. C., Sanz, P. J., Ridao, P., & Oliver, G. (2010). New approach for a Reconfigurable Autonomous Underwater Vehicle for Intervention. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 25(11), 32-36. doi:10.1109/maes.2010.5638803Desset, S., Damus, R., Hover, F., Morash, J., Polidoro, V., 2005. Closer to deep underwater science with odyssey iv class hovering autonomous underwater vehicle (hauv). In: IEEE Oceans 2005 - Europe. Vol. 2. pp. 758-762.Dudek, G., Giguere, P., Prahacs, C., Saunderson, S., Sattar, J., Torres-Mendez, L., … Georgiades, C. (2007). AQUA: An Amphibious Autonomous Robot. Computer, 40(1), 46-53. doi:10.1109/mc.2007.6Goheen, K. R., & Jefferys, E. R. (1990). Multivariable self-tuning autopilots for autonomous and remotely operated underwater vehicles. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 15(3), 144-151. doi:10.1109/48.107142Griffiths, G., Ed., Davis, R.E., Eriksen, C.C., Jones, C.P., 2002. Autono- mous buoyancy-driven underwater gliders. In: Technology and Applications of Autonomous Underwater Vehicles. Taylor and Francis, London, England.Guo, J., Chiu, F.-C., & Huang, C.-C. (2003). Design of a sliding mode fuzzy controller for the guidance and control of an autonomous underwater vehicle. Ocean Engineering, 30(16), 2137-2155. doi:10.1016/s0029-8018(03)00048-9Healey, A. J., & Lienard, D. (1993). Multivariable sliding mode control for autonomous diving and steering of unmanned underwater vehicles. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 18(3), 327-339. doi:10.1109/joe.1993.236372Marani, G., Choi, S. K., & Yuh, J. (2009). Underwater autonomous manipulation for intervention missions AUVs. Ocean Engineering, 36(1), 15-23. doi:10.1016/j.oceaneng.2008.08.007Newman, 1977. Marine Hidrodynamics.Powerflow, 2012. Web page software package. Online:http://www.exa.com.Prats, M., Ribas, D., Palomeras, N., García, J. C., Nannen, V., Wirth, S., … Ortiz, A. (2011). Reconfigurable AUV for intervention missions: a case study on underwater object recovery. Intelligent Service Robotics, 5(1), 19-31. doi:10.1007/s11370-011-0101-zRoss, C. T. F. (2006). A conceptual design of an underwater vehicle. Ocean Engineering, 33(16), 2087-2104. doi:10.1016/j.oceaneng.2005.11.005Rossi, C., Colorado, J., Coral, W., & Barrientos, A. (2011). Bending continuous structures with SMAs: a novel robotic fish design. Bioinspiration & Biomimetics, 6(4), 045005. doi:10.1088/1748-3182/6/4/045005Saltaren, R., Aracil, R., Alvarez, C., Yime, E., & Sabater, J. M. (2007). Field and service applications - Exploring deep sea by teleoperated robot - An Underwater Parallel Robot with High Navigation Capabilities. IEEE Robotics & Automation Magazine, 14(3), 65-75. doi:10.1109/mra.2007.905502Seaeye, 2012. Web page Panther-XT. Onli- ne:http://www.seaeye.com/pantherxt.html.SNAME, 1950. Nomenclature for treating the motion of a submerged body th- rough a fluid. The Society of Naval Architects and Marine Engineers. Tech- nical and Research bulletin No. 1-5.Control architectures for autonomous underwater vehicles. (1997). IEEE Control Systems, 17(6), 48-64. doi:10.1109/37.642974Van de Ven, P. W. J., Flanagan, C., & Toal, D. (2005). Neural network control of underwater vehicles. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 18(5), 533-547. doi:10.1016/j.engappai.2004.12.004Yime, E., 2008. Modelo matemático y control vectorial de robots submarinos de geometŕıa variable. Ph.D. thesis, Univesidad Politecnica de Madrid, Madrid, España.Yoerger, D. R., Cooke, J. G., & Slotine, J.-J. E. (1990). The influence of thruster dynamics on underwater vehicle behavior and their incorporation into control system design. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 15(3), 167-178. doi:10.1109/48.107145Yoerger, D., & Slotine, J. (1985). Robust trajectory control of underwater vehicles. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 10(4), 462-470. doi:10.1109/joe.1985.1145131Yuh, J. (1990). A neural net controller for underwater robotic vehicles. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 15(3), 161-166. doi:10.1109/48.107144Learning control for underwater robotic vehicles. (1994). IEEE Control Systems, 14(2), 39-46. doi:10.1109/37.272779Yuh, J. (2000). Autonomous Robots, 8(1), 7-24. doi:10.1023/a:100898470107