Microcontroller Based Wireless Controlled Pick Place Robot

This thesis focuses on implementation and control of a pick place robot using radio frequency transmitter and reciever system. The control of this robot is achieved by PIC16f877A microcontroller. The main duty of microcontroller is to generate pulse which are applied to the DC motors for completing the desired task. In this study three DC motors are used in which two are utilized to control the movement of robot and one is used to control the gripper. The operation of designed pick place robot has been experimentally verified. Simulation and experimental results are presented and discussed

双腕アームロボットによる布被覆作業に関する研究

本研究の目的は，物体を布で包む作業（被覆作業）をモデル化し，ロボットによる被覆作業を実現させることである．本論文では「目標線」の概念に基づいて物体を布で包む作業（被覆作業）をモデル化することを提案した．これにより，まず人間が大まかな包み方を教示し，次に布と物体の形状から被覆作業を計画し，最終的にロボットの動作を生成し，ロボットによる被覆作業を実現した．近年，工場のロボット化が行われているが，ロボット化できない作業はまだまだ存在している．それらは，人間にしか行えないような巧みで複雑な作業，あるいは，ロボットより人間の方が効率的にできてしまうような作業である．そのような作業の１つとして，布を扱う作業が挙げられる．布を扱う作業の中には，布単体だけでなく，物体も一緒に取り扱っていく被覆作業が多く存在している．しかし，この被覆作業をロボットに指示するための有効な作業モデルは確立されていない．先行研究では，ロボットによる布操作の記述方法として，点，折り線や手先経路が用いられている．また，コンピュータグラフィクス分野では目標線という記述方法があり，これは被覆を表現するために用いられている．被覆作業をロボット化する上では，まず，実世界のロボットのために，汎用的な被覆モデルとして必要となる物体と布の関係や作業手順を，どのように記述すればいいのかという問題に直面する．このような点を考慮し，被覆作業に適した記述モデルを導入しなければならない．次に，そのような被覆のための作業記述を，実際のロボットにどのように入力すればいいのかという問題がある．煩雑な指示方法ではなく，実空間上で人間が考えている被覆作業を，直感的にロボットに指示できるのが望ましい．最後に，その作業記述から実際のロボットの動きをどのように生成すればよいのかという問題が現れてくる．ロボットが被覆作業を達成するためには，実際の手先軌道や干渉を回避するための動作を，状況に合わせて生成しなければならない．以上を踏まえて，本研究ではロボットによる被覆作業の課題に取り組んだ．具体的には以下の課題について取り組んだ．・布と物体の関係を適切に表す記述方法・直感的な被覆手順の指示方法・ロボットの動作軌道の生成方法まず，布と物体の関係を適切に表す記述方法について検討した．本研究では，コンピュータグラフィクス分野で用いられた目標線という記述方法を，実空間のロボットに導入することを提案した．この目標線は平面だけでなく曲面形状への指示が行いやすい．そして，物体のどこを布で包んでいくかという被覆の本質的な情報を自然に表せる利点を持つ．その中では，凹凸が存在するような物体に対しても被覆を行う場合があり，その凹凸を適切に処理して，作業を記述する必要がある．そこで，物体の埋めるべき凹部と埋めるべきでない凹部分を考慮し，凹凸へ適切な目標線指示を行うための局所凸という概念，及び局所凸生成方法を提案した．次に，直感的な被覆手順の指示方法について検討した．本研究では，人間の大まかな包む指示と被覆の関係を考え，物体と布のどこを重ね合わせるかという人間の被覆の意図を目標線として入力する方法を提案した．本研究は，作業指示を行う手の正確な３次元的な軌跡ではなく，手の軌跡とその軌跡が通過していく物体表面の関係に注目した．そして，デプスセンサとモーションキャプチャセンサを組合せた教示デバイスを用いて，人間の被覆の意図を抽出した．その中では，指示中の手振れの影響を小さくするための目標線逆走防止処理手法とスムージングと間引き処理を合わせた補正処理手法を提案した．最後に，ロボットの動作軌道の生成方法について検討した．本研究では，目標線と把持点から布の動きを表す手先経路を生成する方法と，その手先経路を実行するためのロボット動作の生成方法を提案した．実際のロボットを動かすためには，目標線だけでなく，手先経路や動作指令が必要であり，可動域や物体との干渉を考慮し，右手と左手を用いた布の持ち替えや持ち直しを行わなければならない．これらの情報を生成する上で，目標線が被覆の本質的な情報を保持している．そのため，手先経路・動作指令は自動的に生成可能である．動作生成手法の中では，各操作の布への重力の影響，動作ステップ数やロボットと布の位置関係を考慮した確実性を求め，それを基に生成された動作遷移グラフを用いて，最適な持ち替えや持ち直し操作の組み合わせを計画する方法を提案した．以上，本研究では，物体を布で包むという被覆作業について，ロボット化のための枠組みを提案した．さらに，各課題に対する提案方法を統合し，一連の被覆作業システムとして実装した．これにより，実際に人間の大まかな指示から，目標線を用いて布と物体の関係を記述し，そこから布の動きを表す手先経路，状況に合わせた最適なロボット動作を生成できるようになりロボットによる被覆作業が実現した．電気通信大学201

Arquitectura para el agarre de objetos en Moveit!

Hoy en día, las investigaciones en el ámbito de la robótica están en auge, ya que se pretende aumentar la calidad de vida del ser humano. Una de las aplicaciones que cobra importancia en ese aspecto es el brazo robótico, cuya finalidad es manipular los objetos que lo rodean. Manfred es un robot manipulador móvil, desarrollado por el departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Universidad Carlos III de Madrid. Consta de un brazo robótico situado sobre una base móvil, diseñado para agarrar objetos y poder moverse por ambientes interiores. Este proyecto se basa en la necesidad de mejorar esa interacción entre Manfred y sus alrededores, por lo que se requiere mejorar su capacidad de percibir el entorno. Además, para ser capaz de manipular los elementos de su alrededor, se necesita estudiar la arquitectura para el agarre de los mismos. Por tanto, este proyecto está orientado a desarrollar un software que permita al robot ver y entender el entorno, así como planificar el movimiento del brazo de Manfred para que se aproxime al objeto que se quiere agarrar.Nowadays, research in robotics is booming, because the objective of that is to increase the quality of human life. The robotic arm is one application that becomes important in this way, since it allows to manipulate the objects around it. Manfred is a mobile manipulator robot developed by the Systems Engineering and Automation department of the Carlos III University of Madrid. It consists of a robotic arm located on a mobile base, and it is designed to grip objects and to move around indoors. This project is based on the need to improve the interaction between Manfred and its surroundings, which requires improving its ability to perceive the environment. In addition, it is necessary to study the architecture for gripping to be able to manipulate the elements around. Therefore, this project is oriented to develop a software that allows the robot to see and understand the environment and plan the approaching movement of Manfred arm to grab an object.Ingeniería en Tecnologías Industriale

Manipulation Planning for Forceful Human-Robot-Collaboration

This thesis addresses the problem of manipulation planning for forceful human-robot collaboration. Particularly, the focus is on the scenario where a human applies a sequence of changing external forces through forceful operations (e.g. cutting a circular piece off a board) on an object that is grasped by a cooperative robot. We present a range of planners that 1) enable the robot to stabilize and position the object under the human applied forces by exploiting supports from both the object-robot and object-environment contacts; 2) improve task efficiency by minimizing the need of configuration and grasp changes required by the changing external forces; 3) improve human comfort during the forceful interaction by optimizing the defined comfort criteria. We first focus on the instance of using only robotic grasps, where the robot is supposed to grasp/regrasp the object multiple times to keep it stable under the changing external forces. We introduce a planner that can generate an efficient manipulation plan by intelligently deciding when the robot should change its grasp on the object as the human applies the forces, and choosing subsequent grasps such that they minimize the number of regrasps required in the long-term. The planner searches for such an efficient plan by first finding a minimal sequence of grasp configurations that are able to keep the object stable under the changing forces, and then generating connecting trajectories to switch between the planned configurations, i.e. planning regrasps. We perform the search for such a grasp (configuration) sequence by sampling stable configurations for the external forces, building an operation graph using these stable configurations and then searching the operation graph to minimize the number of regrasps. We solve the problem of bimanual regrasp planning under the assumption of no support surface, enabling the robot to regrasp an object in the air by finding intermediate configurations at which both the bimanual and unimanual grasps can hold the object stable under gravity. We present a variety of experiments to show the performance of our planner, particularly in minimizing the number of regrasps for forceful manipulation tasks and planning stable regrasps. We then explore the problem of using both the object-environment contacts and object-robot contacts, which enlarges the set of stable configurations and thus boosts the robot’s capability in stabilizing the object under external forces. We present a planner that can intelligently exploit the environment’s and robot’s stabilization capabilities within a unified planning framework to search for a minimal number of stable contact configurations. A big computational bottleneck in this planner is due to the static stability analysis of a large number of candidate configurations. We introduce a containment relation between different contact configurations, to efficiently prune the stability checking process. We present a set of real-robot and simulated experiments illustrating the effectiveness of the proposed framework. We present a detailed analysis of the proposed containment relationship, particularly in improving the planning efficiency. We present a planning algorithm to further improve the cooperative robot behaviour concerning human comfort during the forceful human-robot interaction. Particularly, we are interested in empowering the robot with the capability of grasping and positioning the object not only to ensure the object stability against the human applied forces, but also to improve human experience and comfort during the interaction. We address human comfort as the muscular activation level required to apply a desired external force, together with the human spatial perception, i.e. the so-called peripersonal-space comfort during the interaction. We propose to maximize both comfort metrics to optimize the robot and object configuration such that the human can apply a forceful operation comfortably. We present a set of human-robot drilling and cutting experiments which verify the efficiency of the proposed metrics in improving the overall comfort and HRI experience, without compromising the force stability. In addition to the above planning work, we present a conic formulation to approximate the distribution of a forceful operation in the wrench space with a polyhedral cone, which enables the planner to efficiently assess the stability of a system configuration even in the presence of force uncertainties that are inherent in the human applied forceful operations. We also develop a graphical user interface, which human users can easily use to specify various forceful tasks, i.e. sequences of forceful operations on selected objects, in an interactive manner. The user interface ties in human task specification, on-demand manipulation planning and robot-assisted fabrication together. We present a set of human-robot experiments using the interface demonstrating the feasibility of our system. In short, in this thesis we present a series of planners for object manipulation under changing external forces. We show the object contacts with the robot and the environment enable the robot to manipulate an object under external forces, while making the most of the object contacts has the potential to eliminate redundant changes during manipulation, e.g. regrasp, and thus improve task efficiency and smoothness. We also show the necessity of optimizing human comfort in planning for forceful human-robot manipulation tasks. We believe the work presented here can be a key component in a human-robot collaboration framework