15 research outputs found
From walking to running: robust and 3D humanoid gait generation via MPC
Humanoid robots are platforms that can succeed in tasks conceived for humans. From locomotion in unstructured environments, to driving cars, or working in industrial plants,
these robots have a potential that is yet to be disclosed in systematic every-day-life applications. Such a perspective, however, is opposed by the need of solving complex
engineering problems under the hardware and software point of view. In this thesis, we focus on the software side of the problem, and in particular on locomotion control. The operativity of a legged humanoid is subordinate to its capability of realizing a reliable locomotion. In many settings, perturbations may undermine the balance and make the robot fall. Moreover, complex and dynamic motions might be required by the context, as for instance it could be needed to start running or climbing stairs to achieve a certain location in the shortest time. We present gait generation schemes based on Model Predictive Control (MPC) that tackle both the problem of robustness and tridimensional dynamic motions. The proposed control schemes adopt the typical paradigm of centroidal MPC for reference motion generation, enforcing dynamic balance through the Zero Moment Point condition, plus a whole-body controller that maps the generated trajectories to joint commands. Each of the described predictive controllers also feature a so-called stability constraint, preventing the generation of diverging Center of Mass trajectories with respect to the Zero Moment Point. Robustness is addressed by modeling the humanoid as a Linear Inverted Pendulum and devising two types of strategies. For persistent perturbations, a way to use a disturbance observer and a technique for constraint tightening (to ensure robust constraint satisfaction) are presented. In the case of impulsive pushes instead, techniques for footstep and timing adaptation are introduced. The underlying approach is to interpret robustness as a MPC feasibility problem, thus aiming at ensuring the existence of a solution for the constrained optimization problem to be solved at each iteration in spite of the perturbations. This perspective allows to devise simple solutions to complex problems, favoring a reliable real-time implementation.
For the tridimensional locomotion, on the other hand, the humanoid is modeled as a Variable Height Inverted Pendulum. Based on it, a two stage MPC is introduced with particular emphasis on the implementation of the stability constraint. The overall result is a gait generation scheme that allows the robot to overcome relatively complex
environments constituted by a non-flat terrain, with also the capability of realizing running gaits. The proposed methods are validated in different settings: from conceptual simulations in Matlab to validations in the DART dynamic environment, up to experimental tests on the NAO and the OP3 platforms
Advances in Mechanical Systems Dynamics 2020
The fundamentals of mechanical system dynamics were established before the beginning of the industrial era. The 18th century was a very important time for science and was characterized by the development of classical mechanics. This development progressed in the 19th century, and new, important applications related to industrialization were found and studied. The development of computers in the 20th century revolutionized mechanical system dynamics owing to the development of numerical simulation. We are now in the presence of the fourth industrial revolution. Mechanical systems are increasingly integrated with electrical, fluidic, and electronic systems, and the industrial environment has become characterized by the cyber-physical systems of industry 4.0. Within this framework, the status-of-the-art has become represented by integrated mechanical systems and supported by accurate dynamic models able to predict their dynamic behavior. Therefore, mechanical systems dynamics will play a central role in forthcoming years. This Special Issue aims to disseminate the latest research findings and ideas in the field of mechanical systems dynamics, with particular emphasis on novel trends and applications
Advances in Human-Robot Interaction
Rapid advances in the field of robotics have made it possible to use robots not just in industrial automation but also in entertainment, rehabilitation, and home service. Since robots will likely affect many aspects of human existence, fundamental questions of human-robot interaction must be formulated and, if at all possible, resolved. Some of these questions are addressed in this collection of papers by leading HRI researchers
Advanced Strategies for Robot Manipulators
Amongst the robotic systems, robot manipulators have proven themselves to be of increasing importance and are widely adopted to substitute for human in repetitive and/or hazardous tasks. Modern manipulators are designed complicatedly and need to do more precise, crucial and critical tasks. So, the simple traditional control methods cannot be efficient, and advanced control strategies with considering special constraints are needed to establish. In spite of the fact that groundbreaking researches have been carried out in this realm until now, there are still many novel aspects which have to be explored
Slide-Down Prevention for Wheeled Mobile Robots on Slopes
Wheeled mobile robots on inclined terrain can slide down due to loss of traction and gravity. This type of instability, which is different from tip-over, can provoke uncontrolled motion or get the vehicle stuck. This paper proposes slide-down prevention by real-time computation of a straightforward stability margin for a given ground-wheel friction coefficient. This margin is applied to the case study of Lazaro, a hybrid skid-steer mobile robot with caster-leg mechanism that allows tests with four or five wheel contact points. Experimental results for both ADAMS simulations and the actual vehicle demonstrate the effectiveness of the proposed approach.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional AndalucĂa Tech
Atti del XXXV Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche
La XXXV edizione del Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (IDRA16), co-organizzata dal Gruppo Italiano di Idraulica (GII) e dal Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale, e dei Materiali (DICAM) dell’Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, si è svolta a Bologna dal 14 al 16 settembre 2016. Il Convegno Nazionale è tornato pertanto ad affacciarsi all’ombra del “Nettuno”, dopo l’edizione del 1982 (XVIII edizione). Il titolo della XXXV edizione, “Ambiente, Risorse, Energia: le sfide dell’Ingegneria delle acque in un mondo che cambia”, sottolinea l’importanza e la complessità delle tematiche che rivestono la sfera dello studio e del governo delle risorse idriche. Le sempre più profonde interconnessioni tra risorse idriche, sviluppo economico e benessere sociale, infatti, spronano sia l’Accademia che l’intera comunità tecnico-scientifica nazionale ed internazionale all’identificazione ed alla messa in atto di strategie di gestione innovative ed ottimali: sfide percepite quanto mai necessarie in un contesto ambientale in continua evoluzione, come quello in cui viviamo. La XXXV edizione del Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, pertanto, si è posta come punto d’incontro della comunità tecnico-scientifica italiana per la discussione a tutto tondo di tali problematiche, offrendo un programma scientifico particolarmente ricco e articolato, che ha coperto tutti gli ambiti riconducibili all’Ingegneria delle Acque. L’apertura dei lavori del Convegno si è svolta nella storica cornice della Chiesa di Santa Cristina, uno dei luoghi più caratteristici e belli della città ed oggi luogo privilegiato per l’ascolto della musica classica, mentre le attività di presentazione e discussione scientifica si sono svolte principalmente presso la sede della Scuola di Ingegneria e Architettura dell’Università di Bologna sita in Via Terracini.
Il presente volume digitale ad accesso libero (licenza Creative Commons 4.0) raccoglie le memorie brevi pervenute al Comitato Scientifico di IDRA16 ed accettate per la presentazione al convegno a valle di un processo di revisione tra pari. Il volume articola dette memorie in sette macro-tematiche, che costituiscono i capitoli del volume stesso: I. meccanica dei fluidi; II. ambiente marittimo e costiero; III. criteri, metodi e modelli per l’analisi dei processi idrologici e la gestione delle acque; IV. gestione e tutela dei corpi idrici e degli ecosistemi; V. valutazione e mitigazione del rischio idrologico e idraulico; VI. dinamiche acqua-società : sviluppo sostenibile e gestione del territorio; VII. monitoraggio, open-data e software libero. Ciascuna macro-tematica raggruppa più sessioni specialistiche autonome sviluppatesi in parallelo durante le giornate del Convegno, i cui titoli vengono richiamati all’interno del presente volume. La vastità e la diversità delle tematiche affrontate, che ben rappresentano la complessità delle numerose sfide dell’Ingegneria delle Acque, appaiono evidenti dalla consultazione dell’insieme di memorie brevi presentate. La convinta partecipazione della Comunità Scientifica Italiana è dimostrata dalle oltre 350 memorie brevi, distribuite in maniera pressoché uniforme tra le sette macro-tematiche di riferimento. Dette memorie sono sommari estesi di lunghezza variabile redatti in lingua italiana, o inglese. In particolare, la possibilità di stesura in inglese è stata concessa con l’auspicio di portare la visibilità del lavoro presentato ad un livello sovranazionale, grazie alla pubblicazione open access del volume degli Atti del Convegno. Il volume si divide in tre parti: la parte iniziale è dedicata alla presentazione del volume ed all’indice generale dei contributi divisi per macro-tematiche; la parte centrale raccoglie le memorie brevi; la terza parte riporta l’indice analitico degli Autori, che chiude il volume
Atti del XXXV Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche
La XXXV edizione del Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (IDRA16), co-organizzata dal Gruppo Italiano di Idraulica (GII) e dal Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale, e dei Materiali (DICAM) dell’Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, si è svolta a Bologna dal 14 al 16 settembre 2016. Il Convegno Nazionale è tornato pertanto ad affacciarsi all’ombra del “Nettuno”, dopo l’edizione del 1982 (XVIII edizione). Il titolo della XXXV edizione, “Ambiente, Risorse, Energia: le sfide dell’Ingegneria delle acque in un mondo che cambia”, sottolinea l’importanza e la complessità delle tematiche che rivestono la sfera dello studio e del governo delle risorse idriche. Le sempre più profonde interconnessioni tra risorse idriche, sviluppo economico e benessere sociale, infatti, spronano sia l’Accademia che l’intera comunità tecnico-scientifica nazionale ed internazionale all’identificazione ed alla messa in atto di strategie di gestione innovative ed ottimali: sfide percepite quanto mai necessarie in un contesto ambientale in continua evoluzione, come quello in cui viviamo. La XXXV edizione del Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, pertanto, si è posta come punto d’incontro della comunità tecnico-scientifica italiana per la discussione a tutto tondo di tali problematiche, offrendo un programma scientifico particolarmente ricco e articolato, che ha coperto tutti gli ambiti riconducibili all’Ingegneria delle Acque. L’apertura dei lavori del Convegno si è svolta nella storica cornice della Chiesa di Santa Cristina, uno dei luoghi più caratteristici e belli della città ed oggi luogo privilegiato per l’ascolto della musica classica, mentre le attività di presentazione e discussione scientifica si sono svolte principalmente presso la sede della Scuola di Ingegneria e Architettura dell’Università di Bologna sita in Via Terracini.
Il presente volume digitale ad accesso libero (licenza Creative Commons 4.0) raccoglie le memorie brevi pervenute al Comitato Scientifico di IDRA16 ed accettate per la presentazione al convegno a valle di un processo di revisione tra pari. Il volume articola dette memorie in sette macro-tematiche, che costituiscono i capitoli del volume stesso: I. meccanica dei fluidi; II. ambiente marittimo e costiero; III. criteri, metodi e modelli per l’analisi dei processi idrologici e la gestione delle acque; IV. gestione e tutela dei corpi idrici e degli ecosistemi; V. valutazione e mitigazione del rischio idrologico e idraulico; VI. dinamiche acqua-società : sviluppo sostenibile e gestione del territorio; VII. monitoraggio, open-data e software libero. Ciascuna macro-tematica raggruppa più sessioni specialistiche autonome sviluppatesi in parallelo durante le giornate del Convegno, i cui titoli vengono richiamati all’interno del presente volume. La vastità e la diversità delle tematiche affrontate, che ben rappresentano la complessità delle numerose sfide dell’Ingegneria delle Acque, appaiono evidenti dalla consultazione dell’insieme di memorie brevi presentate. La convinta partecipazione della Comunità Scientifica Italiana è dimostrata dalle oltre 350 memorie brevi, distribuite in maniera pressoché uniforme tra le sette macro-tematiche di riferimento. Dette memorie sono sommari estesi di lunghezza variabile redatti in lingua italiana, o inglese. In particolare, la possibilità di stesura in inglese è stata concessa con l’auspicio di portare la visibilità del lavoro presentato ad un livello sovranazionale, grazie alla pubblicazione open access del volume degli Atti del Convegno. Il volume si divide in tre parti: la parte iniziale è dedicata alla presentazione del volume ed all’indice generale dei contributi divisi per macro-tematiche; la parte centrale raccoglie le memorie brevi; la terza parte riporta l’indice analitico degli Autori, che chiude il volume
NavegaciĂłn de un robot mĂłvil sobre terreno irregular con contacto de su brazo con el suelo
En esta tesis se aborda el problema de la navegabilidad de robots mĂłviles sobre terrenos irregulares, los cuales poseen diferentes inclinaciones y variedad de obstáculos. Este tema constituye actualmente una lĂnea de investigaciĂłn activa dirigida al desarrollo de nuevos robots y, adicionalmente, enfocada al desarrollo de estrategias de navegaciĂłn eficientes y con el mĂnimo riesgo de inutilizaciĂłn.
En primer lugar se desarrolló el robot móvil Lázaro para navegar en este tipo de terrenos, el cual posee un brazo articulado con una rueda como efector final. Esta rueda le permite al brazo mantener un punto de contacto adicional con el suelo que puede ayudar al robot a compensar situaciones de inestabilidad y sobrepasar algunos obstáculos que pudieran presentarse en estos entornos.
Posteriormente, se desarrollaron tres medidas cuantitativas que permiten evaluar la navegabilidad de cualquier robot mĂłvil cuando transita sobre terreno irregular. Estas tres medidas son: un Ăndice de estabilidad, el cual evalĂşa la propensiĂłn al vuelco; un Ăndice de direccionamiento, el cual evalĂşa la disponibilidad del robot para direccionarse y seguir una trayectoria dada y, por Ăşltimo, un Ăndice de deslizamiento, el cual evalĂşa la propensiĂłn del robot a deslizarse hacia abajo cuando se desplaza sobre superficies inclinadas.
Finalmente, se definieron un conjunto de maniobras que puede ejecutar Lázaro y que están dirigidas a garantizar la navegación cuando el robot se desplaza sobre superficies inclinadas o cuando debe sobrepasar obstáculos tales como escalones, rampas o zanjas. Todas las estrategias diseñadas se fundamentan en el uso del brazo como herramienta adicional que posee el robot para mejorar su navegabilidad
Torque #2: The Act of Reading
This book is the result of a 12 month research process, including a residency at Tate Liverpool, an exhibition in London's Furtherfield Gallery, and a symposium and performance event taking place at FACT in Liverpool in 2015. The book is aimed as a popular primer on reading discourse from a range of disciplines, but also as a performative document on what interdisciplinary brings to such discourse. It features new material from several world-leading practitioners from a range of disciplines, including media theorists N. Katherine Hayles and Soenke Zehle, literary theorist Garrett Stewart, political theorists Esther Leslie and Nina Power, the poet Charles Bernstein, artists Tim Etchells and Erica Scourti, and clinical neuroscientist Alex Leff, along with a selection of early career academics. Each of these contributors were chosen according to the prescience of their current work to the questions: what does means to read today? and, how is reading changing as a result of current political and technological conditions? The content for the book was developed with the contributors in a process that included discussion at the symposium and supplementary e-correspondence, resulting in a number of cross disciplinary observations being made by the authors - for example between Garrett Stewart's close readings of literary sonification, and Alex Leff's work on the role of the eye saccade in reading disorders. The book was designed by Mark Simmonds, and has a central insert of yellow pages that features a number of creative submissions, further contributing to the range ways that the book itself can interrogate reading. In an introduction (c. 1500 words) inter and cross-disciplinarity is framed as integral to the approach of the editors, and essential to properly understand the context of reading as itself "hybrid": "recycling ... more innate neuronal networks such as object recognition and memory". In a comment published on the reverse of the book, Professor Steven Connor notes the effectiveness of the book's approach to its subject: "Reading inquisitively over each others' shoulders, the poems, meditations, analyses and experiences in this volume response with audacity and adventure to the challenge of characterising what reading … has been and may yet become" Nathan Jones was research leader on this project, co-editing and co-authoring the introduction with Sam Skinner. He also contributes a 10-page creative-theoretical chapter in the book. The book sold out its edition of 500 copies, and is available freely as PDF and EPUB on the publisher's website. Further public impact and relevance to the project can be seen in the Jones and Skinner's paper "Absorbing Text: Rereading Speed Reading" (APRJA_Machine Research 2016), and contribution to the Transmediale Festival of that year. The material and research partnerships in the book also resulted in an exhibition and new artworks by Jones and Skinner, "Re-learning to Read" (Grundy Art Gallery, 2017). The book and project was supported by a grant from Arts Council England, and by the institutions Foundation for Art and Creative Technology (FACT), Tate Liverpool and Furtherfield Gallery in London