A first approach to a proposal of a soft robotic link acting as a neck

[Abstract] The purpose of this paper is to design a soft robotic neck prototype with two Degrees of Freedom (DOF) and propose a control system based on a fractional order PD controller (FPD). The neck will be able to perform movements of flexion, extension and lateral bending. To achieve these movements, the design is made based on a cable-driven mechanism, with components easy to manufacture in a 3D printer. Simulations are performed to validate the feasibility of the developed parallel robot prototype and the robustness of the proposed control scheme to mass changes at the tip.Ministerio de Economía y Empresa; DPI2016-75330-

Robust control strategy for improving the performance of a soft robotic link

[Abstract] The robotic neck mechanism considered in this paper has as main element a soft link that emulates a human neck with two DOF (flexion, extension and lateral bending). The mechanism is based on a Cable-Driven Parallel Mechanism (CDPM) with components easy to manufacture in a 3D printer.Due to the soft link properties and the platform mechanics, it is important to provide a robust control system. Two designs, a robust PID controller and a Fractional Order PI controller (FOPI) are proposed and compared, the fractional order control showing an enhanced performance. Both control approaches are tested in the real prototype, validating the soft neck feasibility and showing the robustness of the platform to mass changes at the neck tip.Comunidad de Madrid. Consejería de educación e Investigación; IND2020/IND-1739Comunidad de Madrid; S2018/NMT-433

Planificación de trayectorias para UAVs con Fast Marching Square adaptadas a requerimientos de vuelo

[Resumen] En este artículo se plantea un método destinado a la planificación de misiones globales para vehículos aéreos no tripulados (UAVs, por sus siglas en inglés) en función de unos requerimientos iniciales específicos. La planificación es realizada en un entorno 3D. La metodología seguida está basada en la implementación del algoritmo Fast Marching Square (FM2) para generar la ruta m as corta en tiempo entre dos puntos, el cual incluye dos parámetros de ajuste. Estos dos parámetros de ajuste modificarán el primer potencial (W) generado por FM2 para adaptar la trayectoria resultante de acuerdo a unas necesidades iniciales, como pueden ser, el ahorro de energía o combustible, o simplemente el rastreo de una zona específica, lo que da lugar a una minimización de costes en términos generales. Diferentes simulaciones se han llevado a cabo obteniendo buenos resultados.Comunidad de Madrid; S2013/MIT-2748https://doi.org/10.17979/spudc.978849749808

Educational low cost platform for control engineering

[Abstract] Control engineering is a highly experimental field, therefore, the more practice activities, the better understanding of the basic concepts. On the other hand, the class resources are never as plentiful as desired, and the experiments require expensive equipments and maintenance. This work proposes a low cost experimental platform designed to be used in control engineering subjects. Although the tight budget has some drawbacks related to device quality, particular solutions are proposed, leading to a working platform with very good performance, that has been used in different applications such as lab practice classes and advanced control strategies projects. The platform performance shows that the use in both practice labs or controller design is possible showing very good results.The research leading to these results has received funding from the project SOFIA: Articulación blanda inteligente con capacidades de reconfiguración y modularidad para plataformas robóticas, with reference PID2020-113194GB-I00, funded by the Spanish Ministry of Economics, In-dustry and Competitiveness, and from the project RoboCity2030-DIH-CM, Madrid Robotics Digital Innovation Hub, S2018/NMT-4331, funded by ”Programas de Actividades I+D en la Comunidad de Madrid” and cofunded by Structural Funds of the EU.Comunidad de Madrid; S2018/NMT-433

Gaze-based Human-Robot Interaction System for Object Manipulation

[Resumen] En este artículo, se presenta una solución completa de interacción humano-robot basada en la mirada para ayudar al usuario en tareas de manipulación de objetos. El usuario utiliza unas gafas de seguimiento ocular y se detecta la intención en su mirada de coger un objeto entre varios situados sobre una mesa. El robot, una vez identificado el objeto seleccionado, procede a recogerlo y se lo acerca al usuario. Nuestra solución se compone de diferentes componentes, como la estimación de forma y posición de los objetos utilizando supercuádricas en el sistema de referencia del robot, la identificación y selección del objeto coincidente en la imagen del robot mediante redes siamesas, y un proceso adicional que permite al robot recoger el objeto seleccionado por el usuario de manera efectiva. Esta solución proporciona una forma innovadora y efectiva de interacción para realizar tareas asistenciales de manipulación, sin necesidad de marcadores ni posiciones predefinidas de los objetos, mejorando la fluidez en la comunicación y facilitando la interacción natural entre el usuario y el robot.[Abstract] In this article, we present a complete solution for gaze-based human-robot interaction to assist the user in object manipulation tasks. The user wears eye-tracking glasses, and their intention to pick up an object among several placed on a table is detected through their gaze. Once the selected object is identified, the robot proceeds to grasp it and bring it closer to the user. Our solution consists of various components, including the estimation of object shape and position using superquadrics in the robot’s reference frame, the identification and selection of the matching object in the robot’s image using Siamese networks, and an additional process that enables the robot to pick-up the object selected by the user. This solution offers an innovative and effective way of interaction to perform assistive manipulation tasks, without the need for markers or predefined object positions, enhancing communication fluency and facilitating natural interaction between the user and the robot.Comunidad de Madrid; Y2020/NMT-6660Ministerio de Economía, Industria y Competitividad; PID2020-13194GBI0

Simulation and control of on orbit servicing robots using OnOrbitROS

[Resumen] La identificación adecuada del sistema es esencial para lograr un buen rendimiento de las tareas y una buena interacción con el entorno mediante la robótica blanda. Aunque se han utilizado técnicas analíticas tradicionales basadas en modelos, a veces resultan insuficientes. Los métodos basados en datos son una alternativa prometedora. Sin embargo, su uso en robótica blanda ha sido limitado y poco explorado. Este trabajo explora el uso de procesos Gaussianos para identificar la cinemática directa e inversa de un brazo robótico blando de dos grados de libertad accionado por tres tendones.[Abstract] Proper system identification is essential to achieve good task performance and environmental interaction using soft robotics. While traditional model-based analytical techniques have been used, they are sometimes insufficient. Data-driven methods are a promising alternative. However, their use in soft robotics has been limited and little explored. This work adresses the use of Gaussian processes to identify the direct and inverse kinematics of a two-degree-of-freedom soft robotic arm driven by three tendons.Comunidad Autónoma de Madrid; IND2020/IND-173

Design of a two-degree-offreedom joint for modular robots

[Resumen] Los robots modulares tienen como principal característica la reconfiguración de su estructura, adoptando diferentes morfologías, lo que es posible gracias a la unión articular de los módulos que los componen. Con esta intención, este artículo propone el diseño de una articulación de 2 Grados de Libertad (GDL) que permita la conexión de eslabones modulares basados en estructuras de origami blandas.[Abstract] The main characteristic of modular robots is the reconfiguration of their structure adopting different morphologies, which is possible thanks to the arrangement of the joints of the modules that compose them. With this intention, this paper proposes the design of a 2 Degrees of Freedom (DOF) joint that allows the connection of modular soft links based on origami structures.La investigación que ha conducido a estos resultados ha recibido financiación del proyecto SOFIA: Articulación blanda inteligente con capacidades de reconfiguración y modularidad para plataformas robóticas, con referencia PID2020-13194GB-I00, financiado por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad, y del proyecto RoboCity2030-DIH-CM, Madrid Robotics Digital Innovation Hub, S2018/NMT-4331, financiado por "Programas de Actividades I+D en la Comunidad de Madrid” y cofinanciado por Fondos Estructurales de la UE.Comunidad de Madrid; S2018/NMT-433

Comparison of inverted pendulum models and its application to the humanoids TEO and REEM-C

[Resumen] La alta dimensionalidad y no linealidad hacen del modelado y el control del equilibrio de un robot humanoide bípedo un proceso complejo y difícil. Para controlar el robot en tiempo real se necesitan modelos cinemáticos y dinámicos simplificados. El modelo del Péndulo Invertido Lineal (LIPM) es uno de los modelos simples más utilizados en el control del equilibro. Sin embargo, este modelo introduce errores de aproximación que se añaden a las imprecisiones inherentes del robot. Este trabajo presenta un nuevo modelo basado en el LIPM, llamado modelo Dinámico del Péndulo Invertido Lineal (DLIPM), que minimiza el error y reduce las oscilaciones. Esto es debido a que planifica el comportamiento del robot con respecto a cambios en el estado del equilibro dado por el Punto de Momento Cero (ZMP). Además, se han realizado experimentos que consisten en perturbaciones en el equilibrio utilizando ambos modelos de péndulo invertido para dos robots distintos: TEO, de la Universidad Carlos III de Madrid y REEM-C, de PAL Robotics. Los resultados muestran que las respuestas ante perturbaciones de equilibro utilizando el modelo DLIPM son más precisas y muestran menos oscilaciones en ambos robots.[Abstract] Due to the high dimensionality and nonlinearity, modeling and balance control design of a humanoid biped robot is a complex and challenging process. Real-time control requires simplified kinematic and Dynamic models. The Linear Inverted Pendulum Model (LIPM) is one of the most used simplified models for balance control. However, this model adds approximation errors to the inherent inaccuracies of the robot. The Dynamic Linear Inverted Pendulum Model (DLIPM) reduces the error and minimizes the oscillations since it plans the robot’s behavior to changes in the balance status given by the Zero Moment Point (ZMP). In this work, TEO, from Univerisity Carlos III, and REEM-C from PAL Robotics have been subjected to balance perturbations using both inverted pendulum models. Results show that the responses of both robots with respect to balance perturbations are more precise and have fewer oscillations using the DLIPM model.La investigación que ha conducido a estos resultados ha recibido financiación del proyecto SOFIA: Articulación blanda inteligente con capacidades de reconfiguración y modularidad para plataformas robóticas, con referencia PID2020-13194GB-I00, financiado por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad, y del proyecto RoboCity2030-DIH-CM, Madrid Robotics Digital Innovation Hub, S2018/NMT-4331, financiado por ”Programas de Actividades I+D en la Comunidad de Madrid” y cofinanciado por Fondos Estructurales de la UE.Comunidad de Madrid; S2018/NMT-433

Soft joint identification for a robotic arm using neural networks

[Resumen] La robótica blanda es una rama con gran potencial en el campo de la robótica actual. Presenta grandes ventajas frente a la antigua perspectiva rígida. Sin embargo, su desarrollo se ve limitado por la complejidad del modelado, identificación y control de estos sistemas, debido entre otros factores a su no linealidad. Es en este contexto, donde el uso de redes neuronales, capaces de adaptarse al comportamiento de sistemas muy variados independientemente del conocimiento disponible de los mismos, adquiere relevancia. En el presente trabajo se analiza la identificación de una articulación robótica blanda mediante redes neuronales, comparando los resultados frente a los obtenidos a través de la identificación mediante funciones de transferencia.[Abstract] Soft robotics is a branch with great potential in the field of robotics today. It has great advantages over the old rigid perspective. However, its development is limited by the complexity of modelling, identification and control of these systems, due, among other factors, to their non-linearity. It is in this context that the use of neural networks, capable of adapting to a wide variety of systems, regardless of the knowledge available about them, is relevant. This paper analyses the identification of a soft robotic joint by means of neural networks, comparing the results with those obtained by means of transfer function identification.La investigación que ha conducido a estos resultados ha recibido financiación del proyecto SOFIA: Articulación blanda inteligente con capacidades de reconfiguración y modularidad para plataformas robóticas, con referencia PID2020-13194GB-I00, financiado por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad, y del proyecto Desarrollo de articulaciones blandas para aplicaciones robóticas, con referencia IND2020/IND-1739, financiado por la Comunidad Autónoma de Madrid (CAM) (Departamento de Educación e Investigación). La investigación que ha conducido a estos resultados ha recibido financiación de RoboCity2030-DIHCM, Madrid Robotics Digital Innovation Hub, S2018/NMT-4331, financiado por ”Programas de Actividades I+D en la Comunidad de Madrid cofinanciado por los Fondos Sociales Europeos (FSE) de la UEComunidad de Madrid; IND2020/IND-1739Comunidad de Madrid; S2018/NMT-433