Stable locomotion of humanoid robots based on mass concentrated model

El estudio de la locomoción de robots humanoides es actualmente un área muy activa, en el campo de la robótica. Partiendo del principio que el hombre esta construyendo robots para trabajar juntos cooperando en ambientes humanos. La estabilidad durante la caminata es un factor crítico que prevee la caída del robot, la cual puede causar deterioros al mismo y a las personas en su entorno. De esta manera, el presente trabajo pretende resolver una parte del problema de la locomoción bípeda, esto es los métodos empleados para “La generación del paso” (“Gait generation”) y asi obtener la caminata estable. Para obtener una marcha estable se utilizan modelos de masa concentrada. De esta manera el modelo del “pendulo invertido simple” y el modelo del “carro sobre la mesa” se han utilizado para conseguir la marcha estable de robots humanoides. En el modelo del pendulo invertido, la masa el pendulo conduce el movimiento del centro de gravedad (CDG) del robot humanoide durante la marcha. Se detallara que el CDG se mueve como una bola libre sobre un plano bajo las leyes del pendulo en el campo de gravedad. Mientras que en el modelo del “carro sobre la mesa”, el carro conduce el movimiento del CDG durante la marcha. En este caso, el movimiento del carro es tratado como un sistema servocontrolado, y el movimiento del CDG es obtenido con los actuales y futuros estados de referencia del Zero Moment Point (ZMP). El método para generar el paso propuesto esta compuesto de varias capas como son Movimiento global, movimiento local, generación de patrones de movimiento, cinemática inversa y dinámica inversa y finalmente una corrección off-line. Donde la entrada en este método es la meta global (es decir la configuración final del robot, en el entorno de marcha) y las salidas son los patrones de movimiento de las articulaciones junto con el patrón de referencia del ZMP. Por otro lado, se ha propuesto el método para generar el “Paso acíclico”. Este método abarca el movimiento del paso dinámico incluyendo todo el cuerpo del robot humanoide, desde desde cuaquier postura genérica estáticamente estable hasta otra; donde las entradas son los estados inicial y final del robot (esto es los ángulos iniciales y finales de las articulaciones) y las salidas son las trayectorias de referencia de cada articulación y del ZMP. Se han obtenido resultados satisfactorios en las simulaciones y en el robot humanoide real Rh-1 desarrollado en el Robotics lab de la Universidad Carlos III de Madrid. De igual manera el movimiento innovador llamado “Paso acíclico” se ha implemenado exitosamente en el robot humanoide HRP-2 (desarrollado por el AIST e Industrias Kawada Inc., Japon). Finalmente los resultados, contribuciones y trabajos futuros se expondran y discutirán. _______________________________________________The study of humanoid robot locomotion is currently a very active area in robotics, since humans build robots to work their environments in common cooperation and in harmony. Stability during walking motion is a critical fact in preventing the robot from falling down and causing the human or itself damages. This work tries to solve a part of the locomotion problem, which is, the “Gait Generation” methods used to obtain stable walking. Mass concentrated models are used to obtain stable walking motion. Thus the inverted pendulum model and the cart-table model are used to obtain stable walking motion in humanoid robots. In the inverted pendulum model, the mass of the pendulum drives the center of gravity (COG) motion of the humanoid robot while it is walking. It will be detailed that the COG moves like a free ball on a plane under the laws of the pendulum in the field of gravity. While in the cart-table model, the cart drives the COG motion during walking motion. In this case, the cart motion is treated as a servo control system, obtaining its motion from future reference states of the ZMP. The gait generation method proposed has many layers like Global motion, local motion, motion patterns generation, inverse kinematics and inverse dynamics and finally off-line correction. When the input in the gait generation method is the global goal (that is the final configuration of the robot in walking environment), and the output is the joint patterns and ZMP reference patterns. Otherwise, the “Acyclic gait” method is proposed. This method deals with the whole body humanoid robot dynamic step motion from any generic posture to another one when the input is the initial and goal robot states (that is the initial and goal joint angles) and the output is the joint and ZMP reference patterns. Successful simulation and actual results have been obtained with the Rh- 1 humanoid robot developed in the Robotics lab (Universidad Carlos III de Madrid, Spain) and the innovative motion called “Acyclic gait” implemented in the HRP-2 humanoid robot platform (developed by the AIST and Kawada Industries Inc., Japan). Furthermore, the results, contributions and future works will be discussed

Dispositivo para la captura de una secuencia de imágenes de un objeto volumétrico

1 documento en PDF de 29 páginasEsta invención se refiere a un dispositivo de captura de imágenes de un objeto volumétrico. Con el dispositivo es posible tomar imágenes con control de iluminación para una eficaz determinación de textura, brillo y color, en proceso industriales, donde la apariencia del producto es de necesaria evaluación

Metodología para el uso de la técnica de localización de raíces en la planeación de rutas para robots móviles

This paper shows the analysis and the implementation methodology of the technique of dynamic systems roots location used in free-obstacle path planning for mobile robots. First of all, the analysis and morphologic behavior identification of the paths depending on roots location in complex plane are performed, where paths type and their attraction and repulsion features in the presence of other roots similarly to the obtained with artificial potential fields are identified. An implementation methodology for this technique of mobile robots path planning is proposed, starting from three different methods of roots location for obstacles in the scene. Those techniques change depending on the obstacle key points selected for roots, such as borders, crossing points with original path, center and vertices. Finally, a behavior analysis of general technique and the effectiveness of each tried method is performed, doing 20 tests for each one, obtaining a value of 65% for the selected method. Modifications and possible improvements to this methodology are also proposed.Este artículo presenta el análisis y la metodología de implementación de la técnica de localización de raíces de sistemas dinámicos para la planeación de rutas libres de obstáculos para robots móviles. En primera instancia, se realiza un análisis e identificación del comportamiento morfológico de las trayectorias en dependencia de la ubicación de las raíces en el plano complejo, identificándose el tipo de trayectorias curvas y la característica de atracción y repulsión de estas en presencia de otras raíces, de forma similar al obtenido con la técnica de cargas de potencial artificial. Se plantea una metodología para implementación de esta técnica para la planeación de rutas de robots móviles, partiendo de tres métodos diferentes de ubicación de las raíces para los obstáculos presentes en el escenario. Dichas técnicas varían dependiendo de los puntos clave del obstáculo que son seleccionados para las raíces, tales como los bordes, los cruces con las trayectoria original, el centro y los vértices. Finalmente, se realiza un análisis de funcionamiento de la técnica en general y de la efectividad cada uno de los métodos evaluados, bajo 20 pruebas para cada uno, obteniendo un valor del 65% para el método seleccionado. También se proponen modificaciones o posibles mejoras a la metodología propuesta

Metodología para el uso de la técnica de localización de raíces en la planeación de rutas para robots móviles

This paper shows the analysis and the implementation methodology of the technique of dynamic systems roots location used in free-obstacle path planning for mobile robots. First of all, the analysis and morphologic behavior identification of the paths depending on roots location in complex plane are performed, where paths type and their attraction and repulsion features in the presence of other roots similarly to the obtained with artificial potential fields are identified. An implementation methodology for this technique of mobile robots path planning is proposed, starting from three different methods of roots location for obstacles in the scene. Those techniques change depending on the obstacle key points selected for roots, such as borders, crossing points with original path, center and vertices. Finally, a behavior analysis of general technique and the effectiveness of each tried method is performed, doing 20 tests for each one, obtaining a value of 65% for the selected method. Modifications and possible improvements to this methodology are also proposed.Este artículo presenta el análisis y la metodología de implementación de la técnica de localización de raíces de sistemas dinámicos para la planeación de rutas libres de obstáculos para robots móviles. En primera instancia, se realiza un análisis e identificación del comportamiento morfológico de las trayectorias en dependencia de la ubicación de las raíces en el plano complejo, identificándose el tipo de trayectorias curvas y la característica de atracción y repulsión de estas en presencia de otras raíces, de forma similar al obtenido con la técnica de cargas de potencial artificial. Se plantea una metodología para implementación de esta técnica para la planeación de rutas de robots móviles, partiendo de tres métodos diferentes de ubicación de las raíces para los obstáculos presentes en el escenario. Dichas técnicas varían dependiendo de los puntos clave del obstáculo que son seleccionados para las raíces, tales como los bordes, los cruces con las trayectoria original, el centro y los vértices. Finalmente, se realiza un análisis de funcionamiento de la técnica en general y de la efectividad cada uno de los métodos evaluados, bajo 20 pruebas para cada uno, obteniendo un valor del 65% para el método seleccionado. También se proponen modificaciones o posibles mejoras a la metodología propuesta

Robot navigation by fusing a spatio-temporal video descriptor with a robust humanoid motion control for kicking a ball

6 páginasCooperation work among robots is a very popular and active research area, in which the synergy among different dynamic methods, communication strategies and feedback control algorithms allows that a group of robots work together to achieve a common goal. Although, the last years have been reported important advances in this line, there exist many limitations on the develop of these collaborative works because the extremely variability of the scenes, the task challenge and some robot’s hardware issues. This work develops the specific tasks of locating, reaching and kicking a ball for a humanoid robot, and proposes a new approach which solves stability and illumination problems. Vision tracking feedback to locomotion algorithm will be employed in those tasks. Vision algorithm is based on spatiotemporal characterization, which give the input to the motion planning robot algorithm. The motion planning algorithm introduces a novel control approach which allows to reach the ball and kick it stably. A validation of the proposed method in terms of tracking algorithm error with motion control, in both real and simulated indoor environment allows to evidence the proper performance of the proposed approach

Methodology for using root locus technique for mobile robots path planning

This paper shows the analysis and the implementation methodology of the technique of dynamic systems roots location used in free-obstacle path planning for mobile robots. First of all, the analysis and morphologic behavior identification of the paths depending on roots location in complex plane are performed, where paths type and their attraction and repulsion features in the presence of other roots similarly to the obtained with artificial potential fields are identified. An implementation methodology for this technique of mobile robots path planning is proposed, starting from three different methods of roots location for obstacles in the scene. Those techniques change depending on the obstacle key points selected for roots, such as borders, crossing points with original path, center and vertices. Finally, a behavior analysis of general technique and the effectiveness of each tried method is performed, doing 20 tests for each one, obtaining a value of 65% for the selected method. Modifications and possible improvements to this methodology are also proposed.</p

Methodology for using root locus technique for mobile robots path planning

Este artículo presenta el análisis y la metodología de implementación de la técnica de localización de raíces de sistemas dinámicos para la planeación de rutas libres de obstáculos para robots móviles. En primera instancia, se realiza un análisis e identificación del comportamiento morfológico de las trayectorias en dependencia de la ubicación de las raíces en el plano complejo, identificándose el tipo de trayectorias curvas y la característica de atracción y repulsión de estas en presencia de otras raíces, de forma similar al obtenido con la técnica de cargas de potencial artificial. Se plantea una metodología para implementación de esta técnica para la planeación de rutas de robots móviles, partiendo de tres métodos diferentes de ubicación de las raíces para los obstáculos presentes en el escenario. Dichas técnicas varían dependiendo de los puntos clave del obstáculo que son seleccionados para las raíces, tales como los bordes, los cruces con las trayectoria original, el centro y los vértices. Finalmente, se realiza un análisis de funcionamiento de la técnica en general y de la efectividad cada uno de los métodos evaluados, bajo 20 pruebas para cada uno, obteniendo un valor del 65% para el método seleccionado. También se proponen modificaciones o posibles mejoras a la metodología propuesta.This paper shows the analysis and the implementation methodology of the technique of dynamic systems roots location used in free-obstacle path planning for mobile robots. First of all, the analysis and morphologic behavior identification of the paths depending on roots location in complex plane are performed, where paths type and their attraction and repulsion features in the presence of other roots similarly to the obtained with artificial potential fields are identified. An implementation methodology for this technique of mobile robots path planning is proposed, starting from three different methods of roots location for obstacles in the scene. Those techniques change depending on the obstacle key points selected for roots, such as borders, crossing points with original path, center and vertices. Finally, a behavior analysis of general technique and the effectiveness of each tried method is performed, doing 20 tests for each one, obtaining a value of 65% for the selected method. Modifications and possible improvements to this methodology are also proposed

Global navigation approach for assistant robot

Context: This work shows a novel navigation approach based on images for an assistant hybrid robot composed by a humanoid and an omnidirectional platform.Method: This approach introduces a complex space analysis, using Zeros and Poles attraction-repulsion principle. In order to perform the algorithm, an integrated system is developed; this system includes: an external camera to take a global navigation surface view, the assistant robot, and communication devices. Navigation is supported by some digital image processing algorithms and performed using the root location technique.Results: An integrated system of global navigation with external sensors was successfully implemented for the proposed hybrid robot.Conclusions: Some simulation and experimental tests will be discussed in order to validate this proposal and the whole system. Additionally, some suggestions for future research are proposed.Contexto: En este trabajo se muestra un enfoque de navegación novedoso basado en imágenes para un robot asistente híbrido compuesto por un humanoide y una plataforma omnidireccional.Método: Este enfoque presenta un análisis del espacio complejo, usando el principio de atracción y repulsión de polos y ceros. Para desarrollar el algoritmo se desarrolla un sistema integrado, el cual incluye: una cámara externa (para tomar la vista de la superficie global de navegación), el robot asistente, y los algunos dispositivos de comunicación. La navegación está soportada por algoritmos de procesamiento digital de imágenes y llevada a cabo usando la técnica de localización de raíces.Resultados: Se obtuvo un sistema integrado de navegación global con sensórica externa para el robot híbrido propuesto.Conclusiones: Algunas simulaciones y pruebas experimentales se discuten con el fin de validar esta propuesta y el sistema entero. También se dan sugerencias para trabajos futuros

Aparato para la medición de umbrales sensoriales en el tracto laríngeo faríngeo de un paciente

1 documento en PDF de 17 páginasEsta invención es una configuración de medios de control de un pulso de aire o agua a presión a la mucosa laríngeo – faríngea; y, medios para medir la distancia y el ángulo de incidencia que incluye un sistema de generación laser, con el cual se determina la posición correcta para aplicar el pulso de aire o de agua, una vez ubicado el lugar correcto en el que se aplicarán los pulsos. A partir del dispositivo de la invención se puede precisar la medida e inclinación del endoscopio para suministrar un tren de pulsos de aire o de agua a presión para la exploración endoscópica de umbrales sensoriales de los reflejos faríngeo – laríngeo relacionados con la deglución o respiración