291 research outputs found

    Planning and control of robotic manipulation actions for extreme environments

    Get PDF
    A large societal and economic need arises for advanced robotic capabilities, where we need to perform complex human-like tasks such as tool-use, in environments that are hazardous for human workers. This thesis addresses a collection of problems, which arise when robotic manipulators must perform complex tasks in cluttered and constrained environments. The work is illustrated by example scenarios of robotic tool use, grasping and manipulating, motivated by the challenges of dismantling operations in the extreme environments of nuclear decommissioning Contrary to popular assumptions, legacy nuclear facilities (which can date back three-quarters of a century in the UK) can be highly unstructured and uncertain environments, with insufficient a-priori information available for e.g. conventional pre-programming of robot tasks. Meanwhile, situational awareness and direct teleoperation can be extremely difficult for human operators working in a safe zone that is physically remote from the robot. This engenders a need for significant autonomous capabilities. Robots must use vision and sensory systems to perceive their environment, plan and execute complex actions on complex objects in cluttered and constrained environments. Significant radiation, of different types and intensities, provides further challenges in terms of sensor noise. Perception uncertainty can also result from e.g. vision systems observing shiny featureless metal structures. Robotic actions therefore need to be: i) planned in ways that are robust to uncertainties; and ii) controlled in ways which enable the robust reaction to disturbances. In particular, we investigate motion planning and control in tasks where the robot must: maintain contact while moving over arbitrarily shaped surfaces with end-effector tools; exert forces and withstand perturbations during forceful contact actions; while also avoiding collisions with obstacles; avoiding singularity configurations; and increasing robustness by maximising manipulability during task execution. Furthermore, we consider the issues of robust planning and control with respect to uncertain information, derived from noisy sensors in challenging environments. We explore the Riemannian geometry and robot's manipulability to yield path planners that produce paths for both fixed-based and floating-based robots, whose tools always stay in contact with the object's surface. Our planners overcome disturbances in the perception and account for robot/environment interactions that may demand unexpected forces. The task execution is entrusted to a hybrid force/motion controller whose motion space behaves with compliance to accommodate unexpected stiffness changes throughout the contact. We examine the problem of grasping a tool for performing a task. Firstly, we introduce a method for selecting the grasp candidate onto an object yielding collision-free motion for the robot in the post-grasp movements. Furthermore, we study the case of a dual-arm robot performing full-force tasks on an object and slippage on the grasping is allowed. We account for the slippage throughout the task execution using a novel controller based on the sliding mode controllers

    Data-driven robotic manipulation of cloth-like deformable objects : the present, challenges and future prospects

    Get PDF
    Manipulating cloth-like deformable objects (CDOs) is a long-standing problem in the robotics community. CDOs are flexible (non-rigid) objects that do not show a detectable level of compression strength while two points on the article are pushed towards each other and include objects such as ropes (1D), fabrics (2D) and bags (3D). In general, CDOs’ many degrees of freedom (DoF) introduce severe self-occlusion and complex state–action dynamics as significant obstacles to perception and manipulation systems. These challenges exacerbate existing issues of modern robotic control methods such as imitation learning (IL) and reinforcement learning (RL). This review focuses on the application details of data-driven control methods on four major task families in this domain: cloth shaping, knot tying/untying, dressing and bag manipulation. Furthermore, we identify specific inductive biases in these four domains that present challenges for more general IL and RL algorithms.Publisher PDFPeer reviewe

    Crowdsensing-driven route optimisation algorithms for smart urban mobility

    Get PDF
    Cotutela Universitat Politècnica de Catalunya i KTH Royal Institute of TechnologyUrban rörlighet anses ofta vara en av de främsta möjliggörarna för en hållbar statsutveckling. Idag skulle det dock kräva ett betydande skifte mot renare och effektivare stadstransporter vilket skulle stödja ökad social och ekonomisk koncentration av resurser i städerna. En viktig prioritet för städer runt om i världen är att stödja medborgarnas rörlighet inom stadsmiljöer medan samtidigt minska trafikstockningar, olyckor och föroreningar. Att utveckla en effektivare och grönare (eller med ett ord; smartare) stadsrörlighet är en av de svåraste problemen att bemöta för stora metropoler. I denna avhandling närmar vi oss problemet från det snabba utvecklingsperspektivet av ITlandskapet i städer vilket möjliggör byggandet av rörlighetslösningar utan stora stora investeringar eller sofistikerad sensortenkik. I synnerhet föreslår vi utnyttjandet av den mobila rörlighetsavkännings, eng. Mobile Crowdsensing (MCS), paradigmen i vilken befolkningen exploaterar sin mobilkommunikation och/eller mobilasensorer med syftet att frivilligt samla, distribuera, lokalt processera och analysera geospecifik information. Rörlighetavkänningssdata (t.ex. händelser, trafikintensitet, buller och luftföroreningar etc.) inhämtad från frivilliga i befolkningen kan ge värdefull information om aktuella rörelsesförhållanden i stad vilka, med adekvata databehandlingsalgoriter, kan användas för att planera människors rörelseflöden inom stadsmiljön. Såtillvida kombineras i denna avhandling två mycket lovande smarta rörlighetsmöjliggörare, eng. Smart Mobility Enablers, nämligen MCS och rese/ruttplanering. Vi kan därmed till viss utsträckning sammanföra forskningsutmaningar från dessa två delar. Vi väljer att separera våra forskningsmål i två delar, dvs forskningssteg: (1) arkitektoniska utmaningar vid design av MCS-system och (2) algoritmiska utmaningar för tillämpningar av MCS-driven ruttplanering. Vi ämnar att visa en logisk forskningsprogression över tiden, med avstamp i mänskligt dirigerade rörelseavkänningssystem som MCS och ett avslut i automatiserade ruttoptimeringsalgoritmer skräddarsydda för specifika MCS-applikationer. Även om vi förlitar oss på heuristiska lösningar och algoritmer för NP-svåra ruttproblem förlitar vi oss på äkta applikationer med syftet att visa på fördelarna med algoritm- och infrastrukturförslagen.La movilidad urbana es considerada una de las principales desencadenantes de un desarrollo urbano sostenible. Sin embargo, hoy en día se requiere una transición hacia un transporte urbano más limpio y más eficiente que soporte una concentración de recursos sociales y económicos cada vez mayor en las ciudades. Una de las principales prioridades para las ciudades de todo el mundo es facilitar la movilidad de los ciudadanos dentro de los entornos urbanos, al mismo tiempo que se reduce la congestión, los accidentes y la contaminación. Sin embargo, desarrollar una movilidad urbana más eficiente y más verde (o en una palabra, más inteligente) es uno de los temas más difíciles de afrontar para las grandes áreas metropolitanas. En esta tesis, abordamos este problema desde la perspectiva de un panorama TIC en rápida evolución que nos permite construir movilidad sin la necesidad de grandes inversiones ni sofisticadas tecnologías de sensores. En particular, proponemos aprovechar el paradigma Mobile Crowdsensing (MCS) en el que los ciudadanos utilizan sus teléfonos móviles y dispositivos, para nosotros recopilar, procesar y analizar localmente información georreferenciada, distribuida voluntariamente. Los datos de movilidad recopilados de ciudadanos que voluntariamente quieren compartirlos (por ejemplo, eventos, intensidad del tráfico, ruido y contaminación del aire, etc.) pueden proporcionar información valiosa sobre las condiciones de movilidad actuales en la ciudad, que con el algoritmo de procesamiento de datos adecuado, pueden utilizarse para enrutar y gestionar el flujo de gente en entornos urbanos. Por lo tanto, en esta tesis combinamos dos prometedoras fuentes de movilidad inteligente: MCS y la planificación de viajes/rutas, uniendo en cierta medida los distintos desafíos de investigación. Hemos dividido nuestros objetivos de investigación en dos etapas: (1) Desafíos arquitectónicos en el diseño de sistemas MCS y (2) Desafíos algorítmicos en la planificación de rutas aprovechando la información del MCS. Nuestro objetivo es demostrar una progresión lógica de la investigación a lo largo del tiempo, comenzando desde los fundamentos de los sistemas de detección centrados en personas, como el MCS, hasta los algoritmos de optimización de rutas diseñados específicamente para la aplicación de estos. Si bien nos centramos en algoritmos y heurísticas para resolver problemas de enrutamiento de clase NP-hard, utilizamos ejemplos de aplicaciones en el mundo real para mostrar las ventajas de los algoritmos e infraestructuras propuestas.Postprint (published version
    corecore