Challenges and Solutions for Autonomous Robotic Mobile Manipulation for Outdoor Sample Collection

In refinery, petrochemical, and chemical plants, process technicians collect uncontaminated samples to be analyzed in the quality control laboratory all time and all weather. This traditionally manual operation not only exposes the process technicians to hazardous chemicals, but also imposes an economical burden on the management. The recent development in mobile manipulation provides an opportunity to fully automate the operation of sample collection. This paper reviewed the various challenges in sample collection in terms of navigation of the mobile platform and manipulation of the robotic arm from four aspects, namely mobile robot positioning/attitude using global navigation satellite system (GNSS), vision-based navigation and visual servoing, robotic manipulation, mobile robot path planning and control. This paper further proposed solutions to these challenges and pointed the main direction of development in mobile manipulation

Orientation Uncertainty Characteristics of Some Pose Measuring Systems

We investigate the performance of pose measuring systems which determine an object’s pose from measurement of a few fiducial markers attached to the object. Such systems use point-based, rigid body registration to get the orientation matrix. Uncertainty in the fiducials’ measurement propagates to the uncertainty of the orientation matrix. This orientation uncertainty then propagates to points on the object’s surface. This propagation is anisotropic, and the direction along which the uncertainty is the smallest is determined by the eigenvector associated with the largest eigenvalue of the orientation data’s covariance matrix. This eigenvector in the coordinate frame defined by the fiducials remains almost fixed for any rotation of the object. However, the remaining two eigenvectors vary widely and the direction along which the propagated uncertainty is the largest cannot be determined from the object’s pose. Conditions that result in such a behavior and practical consequences of it are presented

Un model d'incertesa fitada per a la propagació i fusió d'informació geomètrica incerta

En esta tesis se desarrolla un sistema de tratamiento de informaciones geométricas con incertidumbre, basado en la propagación y fusión de regiones elipsoidales. Se adopta un modelo de incertidumbre acotada en el espacio de parámetros por conjuntos elipsoidales. Estos conjuntos pueden ser degenerados o no, permitiendo representar tanto informaciones parciales como completas de los elementos observados.Se ha obtenido una formula para calcular la fusión de dos elipsoides. Es decir, que dadas varias observaciones de un mismo elemento, cada una con su región elipsoidal de incertidumbre, la operación de fusión calcula la menor cota elipsoidal.La propagación de elipsoides se hace a través de las ecuaciones correspondientes a las relaciones geométricas entre los elementos del entorno. Se ha obtenido una formula que generaliza la propagación de elipsoides a los casos degenerados usando matrices pseudoinversas y permitiendo así también la propagación de informaciones parciales.Se presenta un algoritmo para la actualización global de las informaciones que se basa en la fusión y la propagación. Se implementa sobre un grafo cuyos nodos representan los elementos del entorno y cuyos arcos representan las relaciones entre ellos.Finalmente se expone, como ejemplo de aplicación del sistema desarrollado, un algoritmo para la imposición de condiciones de consistencia en dibujos poligonales con posición inserta de los vértices, para ser proyecciones bidimensionales de poliedros. Las condiciones de consistencia se definen de forma natural en el grafo y la imposición se hace con el algoritmo de propagación global