Plataforma de Software para Modelado y Simulación de Robots Manipuladores

El presente articulo describe las principales partes que conforman el sistema modular de software incorporados en ROBOMOSP [1], una plataforma que se constituye en un entorno ideal para: el diseño de robots manipuladores, el entrenamiento fuera de línea de operadores y la operación en línea de robots en entornos reales de variada aplicación. ROBOMOSP aporta elementos novedosos respecto de otras herramientas comercialmente disponibles, entre los cuales están la solución a problemas dinámicos (inverso y directo) con cálculo automático de parámetros de masa a partir de objetos gráficos, solución completa al problema cinemático (inverso y directo), programación fuera de línea a partir de un lenguaje estándar (IRL), programación en línea mediante un interpretador de comandos gráfico, interfaz API para experimentación de nuevos algoritmos por parte del usuario, y el soporte de comunicación por sockets. ROBOMOSP es un ambiente multiplataforma (Linux®, MacOSX®, MS Windows®) construido mediante el uso de herramientas de software de dominio público. El artículo termina con una breve discusión sobre el trabajo actual y futuro alrededor de ROBOMOSP

Virtual laboratories for education in science, technology, and engineering: A review

Within education, concepts such as distance learning, and open universities, are now becoming more widely used for teaching and learning. However, due to the nature of the subject domain, the teaching of Science, Technology, and Engineering are still relatively behind when using new technological approaches (particularly for online distance learning). The reason for this discrepancy lies in the fact that these fields often require laboratory exercises to provide effective skill acquisition and hands-on experience. Often it is difficult to make these laboratories accessible for online access. Either the real lab needs to be enabled for remote access or it needs to be replicated as a fully software-based virtual lab. We argue for the latter concept since it offers some advantages over remotely controlled real labs, which will be elaborated further in this paper. We are now seeing new emerging technologies that can overcome some of the potential difficulties in this area. These include: computer graphics, augmented reality, computational dynamics, and virtual worlds. This paper summarizes the state of the art in virtual laboratories and virtual worlds in the fields of science, technology, and engineering. The main research activity in these fields is discussed but special emphasis is put on the field of robotics due to the maturity of this area within the virtual-education community. This is not a coincidence; starting from its widely multidisciplinary character, robotics is a perfect example where all the other fields of engineering and physics can contribute. Thus, the use of virtual labs for other scientific and non-robotic engineering uses can be seen to share many of the same learning processes. This can include supporting the introduction of new concepts as part of learning about science and technology, and introducing more general engineering knowledge, through to supporting more constructive (and collaborative) education and training activities in a more complex engineering topic such as robotics. The objective of this paper is to outline this problem space in more detail and to create a valuable source of information that can help to define the starting position for future research

ROBOMOSP. ROBOtics MOdeling and Simulation Platform

This paper describes the design and development of the modeling and simulation environment for the robotic manipulators named ROBOMOSP (Robotics Modeling and Simulation Platform), which addresses important limitations of existing software for this purpose, under a highly parametric interface ideal for academics and research. The ROBOMOSP software platform adds novel characteristics and functions that are not found in other commercial and noncommercial robot modeling and simulation packages available today, including solution to the multibody dynamics problem using automatic calculation of the mass properties of robot multibodies, offline programming using a standard language, an API interface to allow experimentation with new algorithms, and support for remote/distributed use of the platform via socket communications. ROBOMOSP is ideal for training robotic operators, as a research aid, and for studying the mathematical and physical foundations of robotic manipulators, thanks to its ability to permit the expression of models that closely simulate the behavior of real systems within a feature-packed user-friendly interface

Примена виртуелних светова у истраживању теорије агената и инжењерском образовању

The focus of this doctoral dissertation is on exploring the potentials of virtual worlds, for applications in research and education. Regarding this, there are two central aspects that are explored in the dissertation. The first one considers the concept of autonomous agents, and agent theory in general, in the context of virtual worlds. The second aspect is related to the educational applications of virtual worlds, while especially focusing on the concept of virtual laboratories. An introduction to basic terminology related to the subject is given at the start of the dissertation. After that, a thorough analysis of the role of agents in virtual worlds is presented. This, among others, includes the analysis of the techniques that shape the agent’s behavior. The development of the virtual gamified educational system, specially dedicated to agents is then presented in the dissertation, along with a thorough description. While, in the end, analysis of the concept of virtual laboratories in STE (Science, Technology, and Engineering) disciplines is performed, and existing solutions are evaluated according to the criteria defined in the dissertation.Фокус ове докторске дисертације је на истраживању потенцијала виртуелних светова за примене у истраживањима и образовању. У вези са тим, постоје два главна аспекта која су обрађена у дисертацији. Први аспект се тиче концепта аутономних агената, као и теорије агената у целини, а у контексту виртуелних светова. Други аспект је везан за примену виртуелних светова у образовању, при чему је посебан акценат стављен на виртуелне лабораторије. На почетку дисертације је дат кратак увод који се тиче терминологије и појединих појмова везаних за област којом се ова дисертција бави. Након тога је представљена систематична и темељна анализа улоге агената у виртуелним световима. Између осталог, ово укључује и анализу техника потребних за обликовање понашања агената. Потом је у дисертацији детаљно представљен развој оригиналног виртуелног образовног система посвећеног агентима. На крају, анализиран је концепт виртуелних лабораторија у НТИ (наука, технологија, инжењерство) дисциплинама и извршена је евалуација постојећих решења у складу са критеријумима који су дефинисани у дисертацији

TG2M: Trajectory Generator and Guidance Module for the Aerial Vehicle Control Language AVCL

This paper presents a novel framework for high-level complex mission planning – AVCL and its built-in trajectory generator module – TG 2 M. For the mission planning we present a language capable of describing the missions and capabilities of a heterogeneous group of vehicles, which includes its interpreter, a definition of a base-vehicle, and a Mission Planner (MP) that uses GIS as the data-model for the world. This MP is not tied to a particular set of vehicles, sensors or commands, which means that at any given time new functionality can be loaded and displayed to the human operator as new options and commands, allowing to control and display N mission at the same time. In addition for low-level mission guidance, the TG 2 M addresses the feature of generating complex trajectories within mission-specific constraints, improving the typical civil system which use basic trajectory-generation algorithms, capable only of linear waypoint navigation, with little or non-existent control over the trajectory. Final experiments will test the TG 2 M mathematical framework for trajectory generation showing the AVCL capabilities for the mission planning and control of the UAV

Automatische Konfiguration der Bewegungssteuerung von Industrierobotern

Robotersteuerungen erfordern sehr lange Entwicklungszeiten und hohe Entwicklungskosten. Die Software wird sehr aufwändig von Hand entwickelt und implementiert. Die automatische, schnelle und zuverlässige Konfiguration der Bewegungssteuerung von beliebigen Robotertypen ist neuartig. Hierfür wurde in dieser Arbeit ein System zur automatisierten Konfiguration komponentenbasierter Software auf Basis einer Beschreibung der mechanischen Struktur und Eigenschaften von Industrierobotern entwickelt

Modelado de Cadenas Cinemáticas mediante Matrices de Desplazamiento. Una alternativa al método de Denavit-Hartenberg

En este trabajo se presenta un método para el modelado de cadenas cinemáticas de robots que salva las dificultades asociadas a la elección de los sistemas de coordenadas y obtención de los parámetros de Denavit-Hartenberg. El método propuesto parte del conocimiento de la posición y orientación del extremo del robot en su configuración de reposo, para ir obteniendo en qué se transforman éstas tras los sucesivos movimientos de sus grados de libertad en secuencia descendente, desde el más alejado al más cercano a su base. Los movimientos son calculados en base a las Matrices de Desplazamiento, que permiten conocer en que se transforma un punto cuando éste es desplazado (trasladado o rotado) con respecto a un eje que no pasa por el origen. A diferencia del método de Denavit-Hartenberg, que precisa ubicar para cada eslabón el origen y las direcciones de los vectores directores de los sistemas de referencia asociados, el método basado en las Matrices de Desplazamiento precisa solo identificar el eje de cada articulación, lo que le hace más simple e intuitivo que aquel. La obtención de las Matrices de Desplazamiento y con ellas del Modelo Cinemático Directo a partir de los ejes de la articulación, puede hacerse mediante algunas simples operaciones, fácilmente programables

Advanced UAV Trajectory Generation: Planning and Guidance

As technology and legislation move forward (JAA & Eurocontrol, 2004) remotely controlled, semi-autonomous or autonomous Unmanned Aerial Systems (UAS) will play a significant role in providing services and enhancing safety and security of the military and civilian community at large (e.g. surveillance and monitoring) (Coifman et al., 2004). The potential market for UAVs is, however, much bigger than just surveillance. UAVs are ideal for risk assessment and neutralization in dangerous areas such as war zones and regions stricken by disaster, including volcanic eruptions, wildfires, floods, and even terrorist acts. As they become more autonomous, UAVs will take on additional roles, such as air-to-air combat and even planetary science exploration (Held et al., 2005). As the operational capabilities of UAVs are developed there is a perceived need for a significant increase in their level of autonomy, performance, reliability and integration with a controlled airspace full of manned vehicles (military and civilian). As a consequence researchers working with advanced UAVs have moved their focus from system modeling and low-level control to mission planning, supervision and collision avoidance, going from vehicle constraints to mission constraints (Barrientos et al., 2006). This mission-based approach is most useful for commercial applications where the vehicle must accomplish tasks with a high level of performance and maneuverability. These tasks require flexible and powerful trajectory-generation and guidance capabilities, features lacking in many of the current commercial UAS. For this reason, the purpose of this work is to extend the capabilities of commercially available autopilots for UAVs. Civil systems typically use basic trajectory-generation algorithms, capable only of linear waypoint navigation (Rysdyk, 2003), with a minimum or non-existent control over the trajectory. These systems are highly constrained when maneuverability is a mission requirement. On the other hand, military researchers have developed algorithms for high-performance 3D path planning and obstacle avoidance (Price, 2006), but these are highly proprietary technologies that operate with different mission constraints (target acquisition, threat avoidance and situational awareness) so they cannot be used in civil scenarios

Algoritmos de simulación de la trayectoria óptima de robots realizado en los laboratorios de Ingeniería Electrónica de la Universidad Nacional del Altiplano, 2017

En la presente tesis se buscó y se simuló los algoritmos que respondan a una mejor respuesta en la evasión de obstáculos para el seguimiento de un punto fijo de llegada y así lograr cumplir con el objetivo final, determinar algoritmos de simulación para una mejor trayectoria de la locomoción de un robot en los laboratorios de Electrónica, para ello se trabajara con los recursos de memoria y tiempo en función a la dimensión del tamaño de nuestro espacio a trabajar, para ello se está optando por dos tipos de algoritmos: Walk Random y Tree Guarding Walk; los cuales ayudará a analizar cuál de estos dos tipos de algoritmos nos puede cumplir con la optimización de nuestro problema de evasión de obstáculos. Lo primero a realizar fue, la programación de estos algoritmos y ver los tiempos de respuesta que demorará en llegar al objetivo, cuya trayectoria incluirá algunos obstáculos a evadir, la dimensión del recorrido estará incluido para obtener los tiempos de respuesta de cada uno de los algoritmos. Se ha utilizado en el proceso de la investigación una metodología OpenUP. Según Pressman (2005) la metodología Open Unified Process, o también conocida en castellano como Proceso Unificado, como instrumento se utilizó el lenguaje de programación PHYTON; se concluyó: El marco de integración de algoritmos de seguimiento y planificación de trayectorias propuesto, muestra bajos errores en el seguimiento de las trayectorias, debido a la optimización de los parámetros del controlador, para cada trayectoria. Es decir, el controlador, genera la mejor solución para cada trayectoria. Por otro lado, los parámetros del controlador obtenidos mediante algoritmos garantizan una solución casi óptima, ya que evita caer en mínimos locales a diferencia de otros métodos de optimización. El ampliamente probado algoritmo de planificación modelo Walk Random y Tree Guarding Walk ha probado su eficacia en la generación de trayectorias tanto locales como globales y su eficiencia en términos de tiempo de cómputo. Lo que hace adecuado para la trayectoria de un robot. La evasión local de obstáculos detectados por el sensor Kinect, resulta adecuado para la detección de objetos en el camino del robot. Pero se debe tener en cuenta en su implementación en terreno, el efecto de la luz sobre el sensor de profundidad y los efectos de la vibración.Tesi