Climbing and Walking Robots

With the advancement of technology, new exciting approaches enable us to render mobile robotic systems more versatile, robust and cost-efficient. Some researchers combine climbing and walking techniques with a modular approach, a reconfigurable approach, or a swarm approach to realize novel prototypes as flexible mobile robotic platforms featuring all necessary locomotion capabilities. The purpose of this book is to provide an overview of the latest wide-range achievements in climbing and walking robotic technology to researchers, scientists, and engineers throughout the world. Different aspects including control simulation, locomotion realization, methodology, and system integration are presented from the scientific and from the technical point of view. This book consists of two main parts, one dealing with walking robots, the second with climbing robots. The content is also grouped by theoretical research and applicative realization. Every chapter offers a considerable amount of interesting and useful information

Mobile Robotics

The book is a collection of ten scholarly articles and reports of experiences and perceptions concerning pedagogical practices with mobile robotics.“This work is funded by CIEd – Research Centre on Education, project UID/CED/01661/2019, Institute of Education, University of Minho, through national funds of FCT/MCTES-PT.

Design, testing and validation of model predictive control for an unmanned ground vehicle

The rapid increase in designing, manufacturing, and using autonomous robots has attracted numerous researchers and industries in recent decades. The logical motivation behind this interest is the wide range of applications. For instance, perimeter surveillance, search and rescue missions, agriculture, and construction. In this thesis, motion planning and control based on model predictive control (MPC) for unmanned ground vehicles (UGVs) is tackled. In addition, different variants of MPC are designed, analysed, and implemented for such non-holonomic systems. It is imperative to focus on the ability of MPC to handle constraints as one of the motivations. Furthermore, the proliferation of computer processing enables these systems to work in a real-time scenario. The controller's responsibility is to guarantee an accurate trajectory tracking process to deal with other specifications usually not considered or solved by the planner. However, the separation between planner and controller is not necessarily defined uniquely, even though it can be a hybrid process, as seen in part of this thesis. Firstly, a robust MPC is designed and implemented for a small-scale autonomous bulldozer in the presence of uncertainties, which uses an optimal control action and a feed-forward controller to suppress these uncertainties. More precisely, a linearised variant of MPC is deployed to solve the trajectory tracking problem of the vehicle. Afterwards, a nonlinear MPC is designed and implemented to solve the path-following problem of the UGV for masonry in a construction context, where longitudinal velocity and yaw rate are employed as control inputs to the platform. For both the control techniques, several experiments are performed to validate the robustness and accuracy of the proposed scheme. Those experiments are performed under realistic localisation accuracy, provided by a typical localiser. Most conspicuously, a novel proximal planning and control strategy is implemented in the presence of skid-slip and dynamic and static collision avoidance for the posture control and tracking control problems. The ability to operate in moving objects is critical for UGVs to function well. The approach offers specific planning capabilities, able to deal at high frequency with context characteristics, which the higher-level planner may not well solve. Those context characteristics are related to dynamic objects and other terrain details detected by the platform's onboard perception capabilities. In the control context, proximal and interior-point optimisation methods are used for MPC. Relevant attention is given to the processing time required by the MPC process to obtain the control actions at each actual control time. This concern is due to the need to optimise each control action, which must be calculated and applied in real-time. Because the length of a prediction horizon is critical in practical applications, it is worth looking into in further detail. In another study, the accuracies of robust and nonlinear model predictive controllers are compared. Finally, a hybrid controller is proposed and implemented. This approach exploits the availability of a simplified cost-to-go function (which is provided by a higher-level planner); thus, the hybrid approach fuses, in real-time, the nominal CTG function (nominal terrain map) with the rest of the critical constraints, which the planner usually ignores. The conducted research fills necessary gaps in the application areas of MPC and UGVs. Both theoretical and practical contributions have been made in this thesis. Moreover, extensive simulations and experiments are performed to test and verify the working of MPC with a reasonable processing capability of the onboard process

XLIII Jornadas de Automática: libro de actas: 7, 8 y 9 de septiembre de 2022, Logroño (La Rioja)

[Resumen] Las Jornadas de Automática (JA) son el evento más importante del Comité Español de Automática (CEA), entidad científico-técnica con más de cincuenta años de vida y destinada a la difusión e implantación de la Automática en la sociedad. Este año se celebra la cuadragésima tercera edición de las JA, que constituyen el punto de encuentro de la comunidad de Automática de nuestro país. La presente edición permitirá dar visibilidad a los nuevos retos y resultados del ámbito, y su uso en un gran número de aplicaciones, entre otras, las energías renovables, la bioingeniería o la robótica asistencial. Además de la componente científica, que se ve reflejada en este libro de actas, las JA son un punto de encuentro de las diferentes generaciones de profesores, investigadores y profesionales, incluyendo la componente social que es de vital importancia. Esta edición 2022 de las JA se celebra en Logroño, capital de La Rioja, región mundialmente conocida por la calidad de sus vinos de Denominación de Origen y que ha asumido el desafío de poder ganar competitividad a través de la transformación verde y digital. Pero también por ser la cuna del castellano e impulsar el Valle de la Lengua con la ayuda de las nuevas tecnologías, entre ellas la Automática Inteligente. Los organizadores de estas JA, pertenecientes al Área de Ingeniería de Sistemas y Automática del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de La Rioja (UR), constituyen un pilar fundamental en el apoyo a la región para el estudio, implementación y difusión de estos retos. Esta edición, la primera en formato íntegramente presencial después de la pandemia de la covid-19, cuenta con más de 200 asistentes y se celebra a caballo entre el Edificio Politécnico de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial y el Monasterio de Yuso situado en San Millán de la Cogolla, dos marcos excepcionales para la realización de las JA. Como parte del programa científico, dos sesiones plenarias harán hincapié, respectivamente, sobre soluciones de control para afrontar los nuevos retos energéticos, y sobre la calidad de los datos para una inteligencia artificial (IA) imparcial y confiable. También, dos mesas redondas debatirán aplicaciones de la IA y la implantación de la tecnología digital en la actividad profesional. Adicionalmente, destacaremos dos clases magistrales alineadas con tecnología de última generación que serán impartidas por profesionales de la empresa. Las JA también van a albergar dos competiciones: CEABOT, con robots humanoides, y el Concurso de Ingeniería de Control, enfocado a UAVs. A todas estas actividades hay que añadir las reuniones de los grupos temáticos de CEA, las exhibiciones de pósteres con las comunicaciones presentadas a las JA y los expositores de las empresas. Por último, durante el evento se va a proceder a la entrega del “Premio Nacional de Automática” (edición 2022) y del “Premio CEA al Talento Femenino en Automática”, patrocinado por el Gobierno de La Rioja (en su primera edición), además de diversos galardones enmarcados dentro de las actividades de los grupos temáticos de CEA. Las actas de las XLIII Jornadas de Automática están formadas por un total de 143 comunicaciones, organizadas en torno a los nueve Grupos Temáticos y a las dos Líneas Estratégicas de CEA. Los trabajos seleccionados han sido sometidos a un proceso de revisión por pares