Propagation, Localization and Navigation in Tunnel-like Environments

La robótica de servicio, entendida como aquella destinada al uso de uno o varios robots con fines de, por ejemplo, vigilancia, rescate e inspecciones, ha ido tomando cada vez más relevancia en los últimos años. Debido a los grandes avances en las distintas áreas de la robótica, los robots han sido capaces de ejecutar satisfactoriamente tareas que resultan peligrosas o incluso imposibles para los humanos, en diversos entornos. Entre ellos, los entornos confinados como túneles, minas y tuberías, han atraído la atención en aplicaciones relacionadas con transporte ferroviario, redes vehiculares, búsqueda y rescate, y vigilancia, tanto en el ámbito civil como militar. En muchas tareas, la utilización de varios robots resulta más provechoso que utilizar sólo uno. Para cooperar, los robots deben intercambiar información sobre el entorno y su propio estado, por lo que la comunicación entre ellos resulta crucial. Debido a la imposibilidad de utilizar redes cableadas entre robots móviles, se despliegan redes inalámbricas. Para determinar la calidad de señal entre dos robots, inicialmente se utilizaban modelos de propagación basados únicamente en la distancia entre ellos. Sin embargo, estas predicciones sólo resultan útiles en exteriores y sin la presencia de obstáculos, que sólo componen una pequeña parte de los escenarios de la robótica de servicio. Mas aún, la naturaleza altamente multi-trayecto de la propagación electromagnética en túneles hace que éstos actúen como guías de onda para cierto rango de frecuencias, extendiendo considerablemente el alcance de comunicación en comparación con entornos exteriores. Sin embargo, la señal se ve afectada con profundos desvanecimientos (llamados fadings en inglés). Esto los convierte en un reto para la robótica que considera la comunicación entre robots como fundamental. Además, la naturaleza hostil de estos entornos, así como también la falta de características visuales y estructurales, dificultan la localización en estos escenarios, cuestión que resulta fundamental para ejecutar con éxito una tarea con un robot. Los métodos de localización utilizados en interiores, como aquellos basados en SLAM visual, resultan imprecisos por la falta de características distintivas para cámaras o lásers, mientras que los sensores utilizados en exteriores, como el GPS, no funcionan dentro de túneles o tuberías. En esta tesis abordamos problemas fundamentales para la robótica con el fin de proporcionar herramientas necesarias para la exploración con robots en entornos tipo túnel, manteniendo la conectividad de la red de comunicaciones formada por varios robots y una estación base. Para ello, primeramente caracterizamos, en términos de propagación, los dos escenarios tipo túnel más comunes: un túnel de hormigón y una tubería metálica. Hacemos énfasis en el fenómeno de los fadings, ya que son el problema más importante a considerar para mantener la comunicación. Posteriormente presentamos una estrategia de navegación para desplegar un equipo de robots en un túnel, lidiando con los fadings para mantener la conectividad de la red formada por los robots. Esta estrategia ha sido validada a través de numerosos experimentos realizados en un túnel real, el túnel de Somport. Luego, abordamos el problema de la localización, proponiendo e implementando una técnica que permite estimar la posición de un robot dentro de una tubería, basada en la periodicidad de los fadings. El método es validado a través de experimentos reales en tuberías de pequeña y grandes dimensiones. Finalmente, proponemos esquemas de diversidad espacial, de forma que se facilita la navegación mientras se mejora la localización.Deploying a team of robots for search and rescue, inspection, or surveillance, has increasingly gained attention in the last years. As a result of the advances in several areas of robotics, robots have been able to successfully execute tasks that are hazardous or even impossible for humans in a variety of scenarios, such as outdoors, indoors, or even underground. Among these scenarios, tunnel-like environments (such as tunnels, mines, or pipes) have attracted attention for train applications, vehicular networks, search and rescue, and even service and surveillance missions in both military and civilian contexts. In most of the tasks, utilizing a multi-robot team yields better results than a singlerobot system, as it makes the system more robust while reducing the time required to complete tasks. In order to cooperate, robots must exchange information about their current state and the surrounding environment, making communication between them a crucial task. However, due to the mobile nature of robots used for exploration, a wired architecture is not possible nor convenient. Instead, a wireless network is often deployed. Wireless propagation in tunnel-like environments, characterized for the presence of strong fading phenomena, differs from regular indoor and outdoor scenarios, posing multiple challenges for communication-aware robotics. In addition, accurate localization is a problem in environments such as tunnels or pipes. These environments generally lack distinctive visual and/or structural features and are longer than they are wide in shape. Standard indoor localization techniques do not perform well in pipelines or tunnels given the lack of exploitable features, while outdoor techniques (GPS in particular) do not work in these scenarios. In this thesis, we address basic robotics-related problems in order to provide some tools necessary for robotics exploration in tunnel-like scenarios under connectivity constraints. In the first part, we characterize, in terms of propagation, two of the most common tunnel-like environments: a pipe and a tunnel. We emphasize the spatial-fadings phenomena, as it is one of the most relevant issues to deal with, in a communications context. Secondly, we present a navigation strategy to deploy a team of robots for tunnel exploration, in particular maintaining network connectivity in the presence of these fadings. Several experiments conducted in a tunnel allow us to validate the connectivity maintenance of the system. Next, we address the localization problem and propose a technique that uses the periodicity of the fadings to estimate the position of the robots from the base station. The method is validated in small-scale and large-scale pipes. Finally, we propose spatial diversity schemes in order to ease the navigation while improving the localization

B.I.E.M.in 3-D elasto-plastic problems

In this paper we present the application of BIEM to elastoplastic axysimetric problems. After a brief presentation of the basic integral formulation we introduce the discretizing and iterative process for its resolution. Simple problems are compared in order to test the possibilities of the method and we finish commenting on future research needs

Percepción de la salud y actividades realizadas en el tiempo libre por adolescentes que viven en medios rurales

[Resumen] Este trabajo examina los efectos del estilo de vida en la percepción de la salud. La pobla- ción objeto de estudio está formada por 1109 escolares de 10 a 16 años que viven en el medio rural de dos comunidades españolas. En el estudio hemos utilizado como instru- mento de trabajo el cuestionario Self- Administered Physical Activity Checklist (SAPAC) adaptado a la población española. Recurrimos al análisis de tipo descriptivo, al análisis inferencial y la prueba de contraste Chi cuadrado (x2). Los resultados demostra- ron la existencia de diferencias en la percep- ción de la salud en función del sexo (p=.000), de la edad (p=.000) y del lugar de residencia (p=.015). De igual forma el consumo televisi- vo (p=.029), el tiempo dedicado al ordenador (p=.034), el tiempo dedicado a las tareas esco- lares (p=.034) y la realización de actividad física (p=.000) se relacionan con la percep- ción de la salud. El estilo de vida se relaciona con la percepción que los adolescentes tienen de su salud.[Abstract] This work he examines the property of lifestyle in the perception of health. I object the population of study he is composed of 1109 students of 10 to 16 years that they enjoy in two Spanish communities’s half way rural. In the study we have utilized like instrument of work the questionnaire Self Administered Physical Activity Checklist (SAPAC) adapted to the Spanish population. We utilized des- criptive fellow’s analysis, to the analysis infe- rencial and the test of contrast Chi cuadrado (x2). Aftermath demonstrated the existence of differences in the perception of health in terms of the sex (p=.000), of age (p=.000) and of the dwelling place (p=.015). Of equal form the television consumption (p =.029), the time dedicated to the computer (p =.034), the time dedicated to the school tasks (p =.034) and the accomplishment of physical activity (p =.000) they relate to the perception of the health. Lifestyle relates with the perception that the teens have of his health

Augmented reality to improve teleoperation of mobile robots

In this article we want to discuss the skills required for human teleoperators of mobile robots. We show the classical problems related with teleoperation but focus our discussion in not specialized operators. We want to show how a proposal based on augmented reality interfaces can improve the performance of operators controlling the robot. We present the validation of our solution in two experiments: one in a controlled circuit and another one in a real environment. To carry out our experiments we use a low cost robotic surveillance platfor

Saliency map based attention control for the RoboCup SPL

Attention mechanism can be used both for reducing the amount of perceptual information to be processed and for restricting all available actions to only those useful for a given scenario. Information reduction improves performance and action restriction allows for a more precise interaction with our environment. In this paper we present the design of an attention control mechanism based on a saliency map and its implementation in the SPL's Nao robot. The results obtained are analysed and future works derived from that analysis are presente

Downsizing robotics: Autonomy vs. intelligence

Research on Mobile robotics is in our opinion more focused on generating autonomous behaviors than on the development of basic technologies (locomotion, localization, navigation, etc.). However, this issue is really a complex problem where many technologies converge: artificial perception, electronics, even philosophy and there are no general theories generally accepted in the research community. Historically, Cybernetics was the first subjacent theory, then artificial intelligence techniques were the dominant paradigm used to try the solve the problem, in the 90s the focus turned to biology based systems, nowadays ethology has emerged again as the most promising theories to generate autonomous behavior. In this paper we want to present the most relevant concepts borrowed from ethology that have been successfully used in mobile robotics, such as the use of ethograms in robotic pets or the ideas of schemes, or the use of fixed actions patterns to implement reactivit

Design an evaluation of RoboCup humanoid goalie

P. 19-26In this article we describe the ethological inspired architecture we have developed and how it has been used to implement a humanoid goalkeeper according to the regulations of the two-legged Standard Platform League of the RoboCup Federation. We present relevant concepts borrowed from ethology that we have successfully used for generating autonomous behaviours in mobile robotics, such as the use of ethograms in robotic pets or the ideas of schemata, or the use of fixed actions patterns to implement reactivity. Then we discuss the implementation of this architecture on the Nao biped robot. Finally, we propose a method for its evaluation and validation and analyse the results obtained during RoboCup real competition, which allowed us to test first hand how it worked in a real environmentS

Robotics and augmented reality for elderly assistance

This article presents a tele-assistance system based on augmented reality for elderly people that is integrated in a mobile platform. We propose the use of augmented reality for simplifying interaction with its users. The first prototype has been designed to help in medication control for ederly people. In this paper, both hardware and software architectures are described.The robotic platform is a slightly modified version of the Turtlebot platform. The software is based on ROS for the platform control, and in ArUco for the augmented reality interface. It also integrates other related systems in teleassistance such as VoIP, friendly user interface, etc

Adaptación de un módem PLC para comunicaciones subterráneas

Este Trabajo Fin de Grado (TFG) se ha desarrollado en el Grupo de Tecnologías en Entornos Hostiles de la Universidad de Zaragoza, en el marco de un proyecto más ambicioso orientado a desarrollar una radio subterránea digital con filosofía open hardware para aplicaciones en espeleología y geofísica.El TFG ha consistido en la adaptación de un módem Power Line Communications (PLC) comercial que opera en la banda Low Frequency (LF), hasta 100 KHz, para su uso en comunicaciones subterráneas. Se ha elegido el modelo SOMPLC-F28PLC83 de Texas Instruments y su entorno de desarrollo, debido a su bajo coste, su diseño Plug&Play y la disponibilidad de un protocolo de comunicaciones propio del fabricante (PLC Lite) que, a diferencia de otros estándares no requiere la detección del cruce por cero de la tensión alterna para tareas de sincronización y por tanto, se ha podido utilizar de forma asíncrona conectado con picas al suelo.Tras una fase inicial de familiarización con el dispositivo, se han realizado las adaptaciones necesarias para su uso en comunicaciones subterráneas.En el ámbito hardware, se ha construido una etapa específica de adaptación a la impedancia del medio subterráneo, picas insertadas en el suelo en lugar de líneas Altenarting Current (AC), mediante transformadores diseñados para los rangos esperados de impedancia del suelo. Todo el sistema se ha montado en placas con alimentación autónoma con baterías para su uso en exterior.En cuanto al software, ha sido preciso en primer lugar analizar detalladamente el comportamiento en servicio del protocolo PLC Lite, dado que no operaba de acuerdo con las especificaciones publicadas por el fabricante. Tras este paso se han desarrollado en lenguaje de programación C los paquetes necesarios para acceder al módem y modificar los parámetros de configuración del hardware y seleccionar las opciones del protocolo de comunicación más adecuadas para su uso en entorno subterráneo.También se ha incluido un front-end que permite enviar voz comprimida con el que se ha podido verificar la calidad subjetiva de funcionamiento del sistema en entorno de laboratorio y en entorno real, con resultados prometedores.<br /

Localización probabilística del humanoide Nao en el campo de la RoboCup

Una de las habilidades fundamentales que debe poseer un robot para definirse como autónomo es la de autolocalizarse en un entorno dado. En este artículo abordaremos el problema de la localización aplicando técnicas probabilísticas combinando representaciones topológicas y métricas sobre un terreno acotado como es el campo de fútbol de la RoboCup. El artículo presenta también el funcionamiento y resultados obtenidos sobre un conjunto de pruebas simuladas y reales utilizando el humanoide Na