Search

En este trabajo se comparan los algoritmos BiTRRT y RRT Connect de la librería OMPL para la generación de trayectorias en un robot móvil Pioneer 3DX simulado en Coppelia Sim. Para desarrollar el programa de control del robot, se obtuvieron primero las ecuaciones cinemáticas del mismo. Posteriormente, se implementaron los algoritmos y se ejecutaron simulaciones para comparar su rendimiento. Se usaron dos tipos de escenarios para las simulaciones, una con obstáculos fijos y otra con obstáculos móviles. Para el objeto móvil se usó el robot Zummit, con una trayectoria circular fija. Los resultados mostraron que BiTRRT genera trayectorias más cortas y tiene una tasa de éxito del 100%, mientras que RRT Connect en algunos casos sólo alcanzó el 40% de aciertos. Podemos ver que BiTRRT es un algoritmo más efectivo para la generación de trayectorias en robots móviles Pioneer 3DX. El presente trabajo servirá además como base para futuros estudios de Robots móviles autónomos (AMR) en entornos más complejos y desafiantes., This master final work investigates the effectiveness of the BiTRRT and RRT Connect algorithms from the OMPL library for trajectory planning in a Pioneer 3DX mobile robot simulated in Coppelia Sim. To develop the robot's control program, the robot's kinematic equations were first obtained. Subsequently, the algorithms were implemented, and simulations were run to compare their performance. Two types of scenarios were used for the simulations: one with fixed obstacles and another with moving obstacles. For the moving object, a Zummit robot was used, with a fixed circular trajectory. The results showed that BiTRRT generates shorter trajectories and has a 100% success rate, while RRT Connect only achieved 40% success in some cases. It is concluded that BiTRRT is a more effective algorithm for trajectory planning in Pioneer 3DX mobile robots. This work will also serve as a basis for future studies of autonomous mobile robots (AMR) in more complex and challenging environments.

Unleashing autonomous robots social capabilities can is the key feature to guarantee their smooth integration in crowded environments. To achieve social awareness, AMRs need to perceive, understand and actuate to visual and range stimuli. During the past years, multiple studies have leveraged the use of LiDAR-based solutions to identify dynamic objects in the 3D space. However, in applications where budget is a matter, robots might be required to equip other extereoceptive sensors. This project proposes a real-time multiple person detection and tracking framework for indoor autonomous mobile robots equipped with a stereo camera. The outcome of the tracking system is to predict human poses, orientations and velocities for later object avoidance and path planning redefinition tasks. While the framework adopts a multimodal approach, a brief overview of an initial tracking-by-detection proposal based on disparity maps is also given. Despite its generic architecture, a particular study case based on Yuman’s Buddy has been taken as reference. For the sake of the available technology, a ZED2 stereo camera is used to get both dense 3D point-clouds and 2D RGB images. Thus, the first half of the study delves into the selection and integration of 2 real-time deep-learning-based object detectors, whereas the second half merges the novel JRMOT tracking system with both custom detectors under a ROS2 workspace. Since the output of the framework is a 3D pose estimation, all data is referred to the camera frame. Later transformations (e.g. to the base frame) can be done depending on each robot architecture. Half the tests performed along this thesis are based on pure ROS2 bag files deliberately recorded for the use-case scenarios that an indoor AMR can encounter. This is, concretely, crowded hospital corridors with potential partial or fully body occlusions. The study aims to evaluate the real-time performance (+30FPS) of the selected 2D detectors and the whole framework based on th

El treball consta de dues parts principals. La primera, la realització d'un algorisme d'inteligència artificial que permet a un agent virtual (2 braços robòtics fent servir el simulador Gazebo i el software de control ROS) aprendre a completar una tasca per si sol. La segona part consisteix en construir físicament els robots i implementar-hi el mateix algorisme alhora que s'intenta minimitzar l'error que posa la realitat., El trabajo se compone de dos partes principales. La primera, la realización de un algoritmo de inteligencia artificial que permite a un agente virtual (en este caso 2 brazos robóticos simulados mediante Gazebo i el software de control ROS) aprender a completar una actividad por sí solo. La segunda parte consiste en construir físicamente los robots e implementar el mismo algoritmo a la vez que se intenta reducir el error que impone el medio real., This research addresses some of the challenges concerning Multi-Agent Reinforcement Learning. Specifically, it focuses on reducing the reality gap in a MARL environment through the training of a Deep Reinforcement Learning policy. The study also aims to enhance the skills and knowledge learned during the bachelors’ degree in electronics engineering while contributing to the academic goal of bridging the sim-to-real-transfer issue. Simulation outcomes demonstrate successful learning by the agent while implementation falls short due to critical oversights in the early phases of the project concerning time management design. Personal goals, including the familiarization of several frameworks such as Gazebo, ROS 2 and Linux, as well as enhancing Python and C++ programming skills, are fully achieved. Despite challenges, resources developed while pursuing this project, such as the policy (DDPG), test files and other classes, are robust and reusable. Therefore, it is encouraged that future works in similar domains make use of them. In conclusion, the research provides valuable insights into the challenges of MARL implementation, highlighting the need for careful project management and offering reusable resources for future endeavours., Outgoing

Aquest TFG consisteix en l'aplicació de les propietats dels conjunts invariants pel desenvolupament d'una estratègia de control, aquesta tindrà l'objectiu de mantenir la seguretat d'un vehicle amb capacitat de conducció autònoma el qual circula per un carril recte de longitud indefinida, el sistema resultant serà excitat per diversos tipus de senyals d’entrada, principalment senyals generats de forma aleatòria i senyals generats per ones sinusoidals. Les condicions de seguretat seran definides a partir de les propietats dels conjunts invariants i les característiques pròpies del model utilitzat per representar el comportament del sistema, així com les de l'escenari. L'estudi realitzat consisteix d'un plantejament purament teòric i es basarà en resultats de simulació desenvolupats durant el propi

Aquest treball aborda el disseny i muntatge d’un prototip i la creació d’un sistema original capaç de mesurar la distància a una font sonora exclusivament a partir del senyal captat per un o més micròfons i tractant aquest senyal de manera adequada, amb l’objectiu de poder aplicar aquest sistema a la determinació de l’angle existent entre un robot mòbil i una persona que interaccioni amb ell amb unes distàncies predeterminades. El senyal de la font és d’una sola freqüència, també coneguda. El disseny del prototip consta d’una primera etapa analògica, que du a terme l’amplificació, el filtrat i la rectificació del senyal, i d’una segona etapa digital que s’encarrega de convertir la lectura del nivell de pressió sonora captat a voltatge mesurable. Paral·lelament al desenvolupament del prototip hi ha una important part de presa de mesures i d’estudi de les dades obtingudes d’un model teòric com pràctic per tal d’estudiar l’abast de la fórmula de conversió que s’utilitzarà. Finalment es comprovarà el funcionament del prototip dissenyat. Com a requisit per a poder desenvolupar el projecte es contempla la recerca d’informació i l’estudi de les diverses tecnologies i aparells, així com del marc teòric que l’engloba, és a dir, tot el referent a com es transmet el so i les diverses maneres de caracteritzar-lo, Este trabajo aborda el diseño y montaje de un prototipo y la creación de un sistema original capaz de mesurar la distancia a una fuente sonora exclusivamente a partir de la señal captada por uno o más micrófonos y tratando esta señal de manera adecuada, con el objetivo de poder aplicar este sistema a la determinación del ángulo existente entre un robot móvil y una persona que interaccione con él con unas distancias predeterminadas. La señal de la fuente es de una sola frecuencia, también conocida. El diseño del prototipo consta de una primera etapa analógica, que lleva a cabo la amplificación, el filtrado y la rectificación de la señal, y de una segunda etapa digital que se encarga de convertir la lectura del nivel de presión sonora captado a voltaje medible. Paralelamente al desarrollo del prototipo, hay una importante parte de toma de medidas y de estudio de los datos obtenidos de un modelo tanto teórico como práctico para estudiar el alcance de la fórmula de conversión que se utilizará. Finalmente se comprobará el funcionamiento del prototipo diseñado. Como requisito para poder desarrollar el proyecto se contempla la investigación de información y el estudio de las varias tecnologías y aparatos, así como del marco teórico que lo engloba, es decir, todo lo en lo referente a cómo se transmite el sonido y las diversas maneras de caracterizarlo, This work deals with the design and assembly of a prototype and the creation of an original system capable of measuring the distance to a sound source exclusively from the signal captured by one or more microphones and treating this signal adequately, with the aim of applying this system to the determination of the existing angle between a moving robot and a person interacting with it with predetermined distances. The source signal is a single frequency, also known. The prototype design consists of a first stage analogue, which performs amplified, filtered and corrected signal, and a second stage digital which converts the reading of the level of sound pressure captured to measurable voltage. In parallel to the development of the prototype, there is an important part of taking measures and studying the data obtained from a theoretical as practical model in order to study the scope of the conversion formula to be used. Finally, the operation of the designed prototype will be checked. Research into information and the study of the various technologies and devices and the theoretical framework that includes it are a prerequisite for the development of the project, everything relating to how sound is transmitted and the various ways of characterizing it

Autonomous service robots are conceived to work in semi-structured and complex human environments performing a wide range of tasks and, hence, one of their main challenges is to be able to adapt the stages of the perceive-plan-execute cycle to perturbations ranging from small deviations on the poses of objects to large unexpected changes in the environment, as well as to recover from potential failures. To advance in this direction, this paper proposes an ontology-based manipulation framework where reasoning is used to enhance perception with situation awareness, planning with domain awareness and execution with the awareness of the execution structures. The combination of these different types of awareness allows the robot to have different adaptation capabilities. The conceptual schema of the framework is presented and discussed and the main future implementation challenges are pointed out., Peer Reviewed, Postprint (author's final draft)

Aquest treball té com a finalitat aconseguir l'autonomia de robot AutoNOMOS, un robot mòbil amb estructura de cotxe utilitzat al laboratori de Control Avançat de l'ESEIAAT. Per tal d'assolir aquest propòsit, s'han definit dos objectius. El primer consta en generar una representació gràfica precisa en dues dimensions de l'entorn en el qual el robot opera, mitjançant la creació d'un mapa estàtic exhaustiu. Un cop s'ha obtingut aquesta representació, es du a terme el segon objectiu, on es procedeix a desenvolupar un algorisme capaç de calcular i seguir trajectòries des d'un punt inicial fins a un punt final, dins d'un entorn potencialment dinàmic. Aquesta característica implica que l'algorisme ha de considerar tant els obstacles com els possibles canvis que puguin aparèixer a l'entorn, a temps real, i aparèixer en un segon mapa dinàmic generat durant el moviment del robot. En l'àmbit de la navegació autònoma, es destaquen quatre temes principals: percepció, localització i mapatge, planificació de la ruta i control de moviment. En aquest projecte s'ha seguit l'ordre corresponent, començant amb l'ús de les dades del LiDAR i del sistema GPS del laboratori per localitzar el robot i obtenir informació sobre l'entorn. A continuació, s'ha utilitzat una tècnica "SLAM" (Simultaneous Localization and Mapping), concretament la "SLAM Gmapping", per generar el mapa del laboratori i aconseguir el mapa estàtic de l'entorn. Posteriorment, s'ha desenvolupat un algorisme RRT (Rapidly-exploring Random Tree) per planificar la trajectòria adequada que ha de seguir el vehicle. Per evitar obstacles i generar el mapa dinàmic del laboratori, també s'ha fet servir la tècnica de "SLAM Gmapping" i conjuntament amb l'algorisme RRT ha permès que el robot sigui capaç d'identificar objectes que no estaven presents en el mapa estàtic i evitar-los. Finalment, s'ha aplicat un algorisme de control, prèviament existent, per moure el robot i fer-lo seguir la trajectòria calculada pel RRT. A través d'aquest

One of the main goals in robotics is to achieve full autonomy. However, for certain tasks, robots still lack the level of abstract reasoning that gives the ability to make decisions, plan ahead, and change actions during the execution of a process, these abilities are acquired at its best degree only by humans. In terms of unknown underwater environments, the combination of specialized robotics that can withstand harsh environments and the reasoning of a human operator can give effective results on exploration, inspection, and subsequent tasks. Standard solutions propose to use fully teleoperated Remotely Operated Vehicles (ROV)s or fully Autonomous Underwater Vehicles (AUV). Still, both solutions have their drawbacks: high operation costs and limitations due to the need of a physical connection in the case of ROVs, and limitations in the communications or problems while facing complex decision making in case of AUVs. These limitations can be overcome with the concept of shared autonomy applied to a Hybrid ROV (HROV). In this new paradigm, an operator leads the mission by selecting objectives at a high level, and a HROV executes them taking all the low level decisions. This paper explores the shared autonomy concept applied to an underwater exploration task, leading the first steps towards intervention missions., Peer Reviewed

El Robotino es un robot mòbil desenvolupat per Festo Didactics per a l’aprenentatge i la investigació en el camp dels robots autònoms. El problema del posicionament d’aquest tipus de robots mòbils és àmpliament estudiat i encara no té una solució ideal per a totes les àrees d’aplicació. El Robotino utilitza la tècnica de l’odometria amb les seves rodes per estimar la posició i orientació. Per millorar la precisió del posicionament, anteriorment s’han desenvolupat altres projectes, com la integració d’un sensor giroscopi per estimar la seva orientació amb més precisió. L’objectiu d’aquest projecte es millorar les capacitats de posicionament del Robotino. Per a fer-ho, s’ha desenvolupat una solució de posicionament alternativa basada en sistemes de navegació inercial (giroscopis i acceleròmetres). El dispositiu escollit és una Unitat de Mesura Inercial (IMU), que s’ha integrat físicament amb el Robotino a traves del port sèrie RS-232. S’ha desenvolupat el programari per fer servir aquest nou dispositiu juntament amb el programari existent del Robotino, el qual calcula la velocitat i posició del robot en tot moment. S’han realitzat proves per verificar l’eficàcia del nou sistema de posicionament, les quals han consistit a fer que el Robotino realitzi diferents desplaçaments i extreure’n les dades cinemàtiques per comparar-les amb el sistema de posicionament per odometria. Les proves s’han fet amb un altre programari d’aplicació demostrativa, desenvolupada en aquest projecte. Els resultats obtinguts mostren que el nou sistema de posicionament no es millor que el sistema anterior, i per tant no s’ha assolit l’objectiu del treball. Els motius d’això han estat la falta de precisió en la calibració del dispositiu utilitzat, així com les limitacions pròpies del dispositiu per a aquest tipus d’aplicacions

Per a moltes empreses, l'automatització dels magatzems s'està convertint en un procés clau per millorar l'eficiència, reduir els costos i augmentar la seguretat. En aquest procés, els robots AGV son una eina fonamental. L'objectiu d'aquest projecte era desenvolupar un sistema de gestió i control remot per a un robot AGV (vehicle guiat autònomament) per a la seva utilització futura en aplicacions d'automatització de magatzem. Durant la realització del projecte, s'ha complert aquest objectiu amb èxit gràcies a la utilització de dades en temps real de lidar, càmera i altres sensors de l'AGV. Això ha permès al robot navegar pel magatzem, transportar mercaderia i inventariar el magatzem automàticament., For many companies, warehouse automation is becoming a key process to improve efficiency, reduce costs and increase security. As small, autonomous robotic platforms, AGV robots are key enablers for warehouse automation processes. The objective of this project was to develop a remote control and management system for an AGV robot (autonomous guided vehicle) for its future use in warehouse automation applications. During the realization of the project, this objective has been successfully met thanks to the use of real-time data from Lidar, camera and other AGV sensors that, with the developed system, allow the AGV robot to navigate through the warehouse, transport merchandise and automatically log or update warehouse inventory, Para muchas empresas, la automatización de los almacenes se está convirtiendo en un proceso clave para mejorar la eficiencia, reducir los costes y aumentar la seguridad. En estos procesos de automatización, los robots AGV son una herramienta fundamental. El objetivo de este proyecto es desarrollar un sistema de gestión y control remoto para un robot AGV (vehículo guiado autónomamente) para su futura utilización en aplicaciones de automatización de almacén. Durante la realización del proyecto se ha cumplido este objetivo con éxito gracias a la utilización de datos en tiempo real de Lidar, cámara y otros sensores del AGV que con el sistema desarrollado permiten al robot AGV navegar por el almacén, transportar mercancía e inventariar el almacén automáticamente

Being able to teach complex capabilities, such as folding garments, to a bi-manual robot is a very challenging task, which is often tackled using learning from demonstration datasets. The few garment folding datasets available nowadays to the robotics research community are either gathered from human demonstrations or generated through simulation. The former have the huge problem of perceiving human action and transferring it to the dynamic control of the robot, while the latter requires coding human motion into the simulator in open loop, resulting in far-from-realistic movements. In this article, we present a reduced but very accurate dataset of human cloth folding demonstrations. The dataset is collected through a novel virtual reality (VR) framework we propose, based on Unity’s 3D platform and the use of a HTC Vive Pro system. The framework is capable of simulating very realistic garments while allowing users to interact with them, in real time, through handheld controllers. By doing so, and thanks to the immersive experience, our framework gets rid of the gap between the human and robot perception-action loop, while simplifying data capture and resulting in more realistic sample, This work was developed in the context of the project CLOTHILDE (”CLOTH manIpulation Learning from DEmonstrations”) which has received funding from the European Research Council (ERC) under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation program (grant agreement No. 741930) and is also supported by the BURG project PCI2019-103447 funded by MCIN/ AEI /10.13039/501100011033 and by the ”European Union”., Peer Reviewed, Postprint (published version)

Aquest projecte centra la seva atenció en el desenvolupament d’una aplicació per a poder entrenar un robot per a que pugui dur a terme una tasca de Pick and Place. En el món de l’aprenentatge automàtic, existeixen diferents algorismes d’implementació per a poder fer exercicis d’aquest tipus, en aquest treball s’ha triat el Deep Deterministic Policy Gradient (DDPG) fusionat amb el Hindsight Experience Replay (HER). S’ha utilitzat el gym d’OpenAI per a provar i executar els diferents fulls de codi que s’han desenvolupat amb el llenguatge de programació de Python. Al llarg de l’estudi s’exposen les bases teòriques a seguir i s’expliquen les diferents estructures dels scripts desenvolupats per a entrenar al model programat. D’aquesta manera es pot seguir el fil del disseny la IA de principi a final adquirint també, paral·lelament, coneixement del món de la intel·ligència artificial., El proyecto presente centra su atención en el desarrollo de una aplicación para poder entrenar un robot para que pueda realizar una tarea de Pick and Place. En el mundo del aprendizaje autónomo, existen diferentes algoritmos de implementación para poder hacer ejercicios de este tipo, en este trabajo se ha escogido a Deep Deterministic Policy Gradient (DDPG) mezclado con el Hindsight Experience Replay (HER). Se ha utilizado el gym de OpenAI para probar y ejecutar las distintas hojas de código que se han desarrollado con el lenguaje de programación de Python. A lo largo del estudio se explican las bases teóricas a seguir y se exponen las diferentes estructures de los scripts creados para entrenar al modelo programado. De esta forma, se puede seguir el hilo del diseño de la IA de principio a fin, adquiriendo también, paralelamente, conocimientos del mundo de la inteligencia artificial., This project focuses on the development of an application to train a robot to perform a Pick and Place task. In the world of autonomous learning, there are different implementation algorithms to be able to do exercises of this type, in this work Deep Deterministic Policy Gradient (DDPG) has been chosen and mixed with Hindsight Experience Replay (HER). The OpenAI gym has been used to test and execute the different code sheets that have been developed with the Python programming language. Throughout the study, the theoretical bases to be followed are explained and the different structures of the scripts created to train the programmed model are presented. In this way, it is possible to follow the AI design thread from start to finish, acquiring, in parallel, knowledge of the world of artificial intelligence.

A dia d’avui trobem intel·ligència artificial aplicada a gran diversitat de camps, la podem trobar als telèfons mòbils, presents a la butxaca de qualsevol persona fins als hospitals o als bancs. L’aplicació de la intel·ligència artificial amb combinació de la robòtica ha representat una millora de la qualitat de vida. Des-de feines tedioses i monòtones fins a tasques perilloses o complicades que abans es duien a terme per persones ara es fan amb robots. Els robots autònoms són capaços de reconèixer i aprendre sobre el seu entorn i prendre decisions de forma independent sense la necessitat de control humà. Varien amb dimensions, funcionalitat, mobilitat, etc. en funció de les seves aplicacions. Es poden trobar als habitatges com els robot Roomba, processos industrials o destinats a l’exploració. La percepció es molt important en el robots autònoms, ja que abans de prendre decisions han d’avaluar informació sobre l’entorn. L’objectiu d’aquest treball de final grau serà dotar un robot quadrúpede, el Bittle, amb percepció visual a traves de l’entrenament d’una xarxa neuronal que utilitza el model Mask RCNN. Controlat per una Raspberry Pi, es buscara que el Bittle sigui capaç de detectar pilotes i actuar amb conseqüència

L’ús de sistemes autònoms amb bateries recarregables és cada cop més estès a la indústria, especialment en aplicacions robòtiques. Les noves plataformes robòtiques requereixen una alta autonomia per poder allargar la durada dels processos, a més de la capacitat de predir quan s’esgotarà l’energia per a carregar el sistema, avortar tasques, o tornar a una estació base. Per aquest motiu, la correcta estimació del State-of-Charge (SoC) per poder monitorar l’estat de la bateria i garantir un correcte funcionament del dispositiu és una aplicació altament demandada. En aquest treball es proposa desenvolupar, implementar i testejar un sistema que estimi el SoC d’una bateria i enviar-lo a un ordinador central perquè, en cada cas, prengui la decisió oportuna. El resultat final es provarà en una plataforma autònoma real de l’empresa PAL Robotics. El projecte desenvoluparà la programació de l’algoritme per monitorar el nivell de càrrega de les bateries. Aquestes dades seran transmeses a l’ordinador central mitjançant el protocol Universal Serial Bus (USB), juntament amb altres dades del robot. D’aquesta manera, en aquest document s’explica detalladament com s’han desenvolupat les tasques que permeten caracteritzar i validar els drivers per PAL Robotics. Als annexes s’inclouen els header files de la solució proposada així com també els scripts i experiments que han permès desenvolupar i/o comprovar el funcionament d’aquests. Després d’haver realitzat aquestes tasques, s’ha pogut comprovar que la feina implementada en aquest TFG és vàlida donat que es superen els requeriments tècnics demanats per l’empresa., El uso de sistemas autónomos con baterías recargables es cada vez más extendido en la industria, especialmente en aplicaciones robóticas. Las nuevas plataformas robóticas requieren una alta autonomía para poder alargar la duración de los procesos, además de la capacidad de predecir cuándo se agotará la energía para cargar el sistema, abortar tareas, o volver a una estación base. Por este motivo, la correcta estimación del State-of-Charge (SoC) para poder monitorizar el estado de la batería y garantizar un correcto funcionamiento del dispositivo es una aplicación altamente demandada. En este trabajo se propone desarrollar, implementar y testear un sistema que estime el SoC de una batería y enviarlo a un ordenador central para que, en cada caso, tome la decisión oportuna. El resultado final se probará en una plataforma autónoma real de la empresa PAL Robotics. El proyecto desarrollará la programación del algoritmo para monitorizar el nivel de carga de las baterías. Estos datos serán transmitidos al ordenador central mediante el protocolo Universal Serial Bus (USB), junto con otros datos del robot. De este modo, en este documento se explica detalladamente cómo se han desarrollado las tareas que permiten caracterizar y validar los drivers por PAL Robotics. En los anexos se incluyen los header files de la solución propuesta, así como los scripts y experimentos que han permitido desarrollar y/o comprobar el funcionamiento de los mismos. Después de haber realizado estas tareas, se ha podido comprobar que el trabajo implementado en este TFG es válido dado que se superan los requerimientos técnicos solicitados por la empresa., The use of autonomous systems with rechargeable batteries is becoming more widespread in the industry, especially in robotic applications. New robotic platforms require high autonomy to be able to extend the duration of processes, as well as the ability to predict when the power will run out to charge the system, abort tasks, or return to a base station. For this reason, the correct estimation of the State-of-Charge (SoC) to be capable to monitor the battery status and guarantee the correct operation of the device is a highly demanded application. In this work, we propose to develop, implement and test a system that estimates the SoC of a battery and sends it to a central computer to make the appropriate decision in each case. The proposal will be tested on a real autonomous platform of the company PAL Robotics. The project will develop the programming of the algorithm to monitor the charge level of the batteries. This data will be transmitted to the host computer via Universal Serial Bus (USB) protocol and other robot data. In this way, this document explains in detail how the tasks that allow the drivers to be characterized and validated by PAL Robotics have been developed. The annexes include the header files of the proposed solution, as well as the scripts and experiments that have allowed to develop and/or test the operation of the same. After having carried out all these experiments, it has been possible to verify that the work implemented in this TFG is valid since the technical requirements requested by the company are exceeded.

Este proyecto ha sido realizado para analizar la viabilidad de instalar un robot autónomo para los buques fpso. lo primero que se ha estudiado son las funciones que realizan estos vehículos, si son autónomos; gobernados a control remoto o híbridos, los componentes que necesitan para poder hacer sus funciones y los diferentes tipos de robots (tanto terrestres, como aéreos y acuáticos). Seguidamente, los vehículos acuáticos se han analizado un poco más a fondo y se han expuesto unos cuantos robots autónomos, gobernados a control remoto o ambos, con las características y funciones que más se asemejen al robot del estudio de este proyecto. después se ha estudiado la viabilidad de implantar el robot en los buques fpso. La investigación que se ha realizado en este proyecto ha dado como resultado la confirmación de la viabilidad de implantar un robot de estas características en estos buques, pero con alguna modificación a la idea base, al observar la incompatibilidad de las operaciones de perforación iniciales por parte del robot en el subsuelo para reducir las maniobras y el despliegue de maquinaria pesada que tendría que hacer el buque. una vez confirmada la viabilidad, se ha procedido a diseñar, de forma teórica, un prototipo de robot para estos buques al que se ha bautizado como merry ii.

Aquest document presenta un Treball de Fi de Grau on es realitza el disseny, construcció i programació d’un vehicle autònom, és a dir, un robot mòbil capaç de desplaçar-se d’una posició a una altra sense la necessitat d’haver de ser controlat de manera manual. El vehicle esmentat és impulsat per la Jetson Nano, un ordinador d’una sola placa (Single-Board Computer o SBC) ideal per aplicacions de visió per computador, intel·ligència artificial, etc., i que permet al vehicle tenir autonomia gràcies al tractament d’imatges. Addicionalment, el robot pot ser guiat manualment a través de diferents dispositius com ordinadors o telèfons mòbils, mentre s’observa la imatge en temps real que aquest proporciona i altres dades de sensors en una interfície gràfica d’usuari. Per tal que el vehicle sigui funcional, es realitza el disseny mecànic de la seva estructura, el disseny electrònic dels components que fan possible el seu moviment i percepció de l’entorn, i el disseny del software que li aporta la intel·ligència necessària per ser autònom. Posteriorment, es realitza la seva construcció i la programació d’una aplicació per comprovar el seu correcte funcionament. Finalment, s’observa que el vehicle pot tenir múltiples aplicacions en l’àmbit de l’educació i la investigació i que és una millor proposta que altres possibilitats que hi ha al mercat., Este documento presenta un Trabajo de Fin de Grado donde se realiza el diseño, la construcción y programación de un vehículo autónomo, es decir, un robot móvil capaz de desplazarse de una posición a otra sin la necesidad de tener que ser controlado de manera manual. El vehículo mencionado es impulsado por la Jetson Nano, un ordenador de una sola placa (Single-Board Computer o SBC) ideal para aplicaciones de visión por computador, inteligencia artificial, etc., y que permite al vehículo tener autonomía gracias al tratamiento de imágenes. Adicionalmente, el robot puede ser guiado manualmente a través de diferentes dispositivos como ordenadores o teléfonos móviles, mientras se observa la imagen en tiempo real que éste proporciona y otros datos de sensores en una interfaz gráfica de usuario. A fin de que el vehículo sea funcional, se realiza el diseño mecánico de su estructura, el diseño electrónico de los componentes que hacen posible su movimiento y percepción del entorno, y el diseño del software que le aporta la inteligencia necesaria para ser autónomo. Posteriormente, se realiza su construcción y la programación de una aplicación para comprobar su correcto funcionamiento. Finalmente, se observa que el vehículo puede tener múltiples aplicaciones en el ámbito de la educación y la investigación y que es una mejor propuesta que otras posibilidades que hay en el mercado., This document presents a Final Bachelor’s Degree Project where the design, building and programming of an autonomous vehicle are carried out, that is, a mobile robot capable of moving from one position to another without the need of being controlled in manual mode. The aforementioned vehicle is powered by the Jetson Nano, an ideal Single-Board Computer (SBC) for applications of computer vision, artificial intelligence, etc., and which allows the vehicle to have autonomy thanks to the image processing. Additionally, the robot may be guided manually from different devices such as computers or mobile phones, while the real time image that it provides and other sensors data are observed in a graphical user interface. In order for the vehicle to be functional, the mechanical design of its structure, the electronic design of the components that make possible its movement and environment perception, and the software design that provides its intelligence to be autonomous are carried out. Later, the robot is built and the programming of an application in order to test its correct behaviour is done. Finally, it has been observed that the vehicle can have multiple applications in the education and investigation areas and that it is a better proposal than other possibilities able in the market.

Treballs recents sobre localització de vehicles i mapeig dels seus entorns es desenvolupen per a dispositius portàtils o robots terrestres que assumeixen moviments lents i suaus. Contràriament als entorns de curses d’alta velocitat. Aquesta tesi proposa un nou model d’SLAM, anomenat LIMO-Velo, capaç de corregir el seu estat amb una latència extremadament baixa tractant els punts LiDAR com un flux de dades. Els experiments mostren un salt en robustesa i en la qualitat del mapa mantenint el requisit de correr en temps real. El model aconsegueix una millora relativa del 20% en el KITTI dataset d’odometria respecte al millor rendiment existent; no deriva en un sol esce- nari. La qualitat del mapa a nivell de centı́metre es manté amb velocitats que poden arribar a 20 m/s i 500 graus/s. Utilitzant les biblioteques obertes IKFoM i ikd-Tree, el model funciona x10 més ràpid que la majoria de models d’última generació. Mostrem que LIMO-Velo es pot generalitzar per exe- cutar l’eliminació dinàmica d’objectes, com ara altres agents a la carretera, vianants i altres., Trabajos recientes sobre la localización de vehı́culos y el mapeo de sus en- tornos se desarrollan para dispositivos portátiles o robots terrestres que asumen movimientos lentos y suaves. Al contrario de los entornos de carreras de alta velocidad. Esta tesis propone un nuevo modelo SLAM, LIMO-Velo, capaz de corregir su estado en latencia extremadamente baja al tratar los puntos LiDAR como un flujo de datos. Los experimentos muestran un salto en la solidez y la calidad del mapa mientras se mantiene el requisito de tiempo real. El modelo logra una mejora relativa del 20% en el conjunto de datos de KITTI Odometry sobre el mejor desempeño existente; no deriva en un solo escenario. La calidad del mapa de nivel centimétrico todavı́a se logra a velocidades de carrera que pueden llegar hasta 20 m/s y 500 grados/s. Us- ando las bibliotecas abiertas IKFoM e ikd-Tree, el modelo funciona x10 más rápido que la mayorı́a de los modelos de última generación. Mostramos que LIMO-Velo se puede generalizar para trabajar bajo la eliminación dinámica de objetos, como otros agentes en la carretera, peatones y más., Recent works on localizing vehicles and mapping their environments are de- veloped for handheld devices or terrestrial robots which assume slow and smooth movements. Contrary to high-velocity racing environments. This thesis proposes a new SLAM model, LIMO-Velo, capable of correcting its state at extreme low-latency by treating LiDAR points as a data stream. Experiments show a jump in robustness and map quality while maintaining the real-time requirement. The model achieves a 20% relative improvement on the KITTI Odometry dataset over the existing best performer; it does not drift in a single scenario. Centimeter-level map quality is still achieved under racing velocities that can go up to 20m/s and 500deg/s. Using the IKFoM and ikd-Tree open libraries, the model performs x10 faster than most state-of-the-art models. We show that LIMO-Velo can be generalized to work under dynamic object removal such as other agents in the road, pedestrians, and more., Outgoing

Este proyecto ha tenido como objetivo principal la construcción de un robot capaz de jugar autónomamente al conocido juego 2048. Se puede desglosar el trabajo en dos grandes partes: una de software y una de hardware. En lo que respecta a la primera, se ha realizado un análisis inicial de diversos aspectos del juego y se ha comparado distintos métodos de resolución, principalmente minimax, expectimax y redes neuronales. De todos estos métodos se han propuesto multitud de variantes en las que se han añadido diversas características como, por ejemplo, las distintas heurísticas para evaluar los nodos del árbol de búsqueda en los métodos minimax y expectimax o distintas arquitecturas en el caso de las redes neuronales. En cuanto al hardware, se ha construido un robot ideado para ser posicionado delante de la pantalla de un ordenador con el juego abierto e interaccionar con el ordenador, dando las órdenes de movimiento a través del puerto USB. El robot incorpora una placa Raspberry Pi 4, una placa Pro Micro ATmega32u4, una cámara y componentes de soporte, todo ello, dentro de una carcasa hecha a partir de modelado e impresión 3D., The main objective of this project was the construction of a robot capable of autonomously playing the well-known game 2048. The work has two main parts: software and hardware. Regarding the first, an initial analysis of various aspects of the game has been carried out and different resolution methods have been compared, mainly minimax, expectimax and neural networks. Many variants of all these methods have been proposed in which various features have been added, such as, for example, the different heuristics to evaluate the nodes of the search tree in the minimax and expectimax methods or different architectures in the case of neural networks. For the hardware, a robot has been built and designed to be positioned in front of a computer screen with the game open and interact with the computer, giving movement orders through the USB port. The robot incorporates a Raspberry Pi 4 board, a Pro Micro ATmega32u4 board, a camera and supporting components, all inside a 3D modelled and printed case.

Des de fa uns anys s’han començat a investigar i a desenvolupar potes mecàniques dels autòmats, pels grans avantatges que comporta, tal com la seva facilitat d’adaptació per terrenys irregulars i capacitat de maniobra. Theo Jansen, enginyer per la universitat de Delft va causar sensació per la construcció de criatures autòmats les quals caminen per la platja a causa del vent. Aquesta aprofiten aquesta energia per moure les potes articulades fetes mitjançant tubs de PVC. En aquest treball he volgut reproduir l’anàlisis cinemàtic i dinàmic de Theo Jansen. Es descriu analíticament l’obtenció de les propietats cinemàtiques i dinàmiques per descriure el moviment de les potes. Així mateix s’ha fet ús de Matlab per comprovar la trajectòria del punt de contacte amb el terra de les potes i també del Solidworks per realitzar un anàlisis dels esforços i deformacions que rep aquesta. Amb L’objectiu final de poder imprimir per mitja d’una impressora 3D un robot quadrúpede amb les potes de Theo Jansen., Objectius de Desenvolupament Sostenible::9 - Indústria, Innovació i Infraestructura

With the arrival of Industry 4.0, traditional manufactures will undergo a digitalization and automatization process to become smart factories. In such warehouses, fleets of fully autonomous robots will cooperate to transport required items from one place to another. In this context, it is important to guarantee that robots follow optimal collision-free trajectories. For this project, a setting with two KMR iiwa robots in a warehouse crossing is considered. These robots are composed of two main parts: the LBR iiwa (a mechanical arm) and the KMP iiwa (a holonomic mobile platform). Algorithms to control the KMP iiwa have been designed and implemented in ROS, and then tested using the simulator Gazebo. Starting from an already existing ROS-Gazebo model of the KMR iiwa, a closed-loop control system for navigation has been set up. Then, a navigation algorithm (to drive a single KMR iiwa robot by giving it a set of way-points) has been implemented. Afterwards, a collision avoidance strategy was added to the navigation algorithm. The designed policy took into account noisy data from laser scanners incorporated in the robot. To test the proposed strategy, several experiments have been performed considering various scenarios. The outcomes of these tests are analysed in this report. Finally, some conclusions and possible future work are presented., Con la llegada de la Industria 4.0, las fábricas tradicionales se verán sometidas a un proceso de digitalización i automatización para convertir-se en fábricas inteligentes. En estas manufacturas, flotas de robots autónomos colaboraran para transportar artículos necesarios de un punto a otro. En este contexto, es importante garantizar que los robots seguirán trayectorias óptimas, sin sufrir colisiones. En este proyecto, se ha considerado la situación de dos robots KMR iiwa navegando en una fábrica, dirigiéndose al mismo cruce de pasillos. Este tipo de robots está formado por: un LBR iiwa (un brazo mecánico) i un KMP iiwa (una plataforma holonòmica). En este trabajo, se han diseñado e implementado algoritmos de control para la KMP iiwa, utilizando ROS. El código desarrollado ha sido testado con el simulador Gazebo. Partiendo de un modelo ROS-Gazebo ya existente del robot KMR iiwa, un sistema de control en lazo cerrado ha sido implementado. Después, se ha desarrollado un algoritmo de navegación, con el que se puede conducir el robot KMR iiwa pasándole varios puntos de referencia del entorno. A continuación, se ha añadido una estrategia para evitar colisiones entre robots al algoritmo de navegación. El método diseñado tiene en consideración la información (con ruido) procedente de los escáneres laser con que el robot está equipado. Para testear la estrategia propuesta, se han llevado a cabo varios experimentos en distintos escenarios. El resultado de estos experimentos es analizado en este documento. Finalmente, se exponen las conclusiones del trabajo i posibles mejoras., Amb l'arribada de la Indústria 4.0, les fàbriques tradicionals es veuran sotmeses a un procés de digitalització i automatització per esdevenir fàbriques intel·ligents. En aquestes manufactures, flotes de robots autònoms cooperaran per transportar articles necessaris d'un lloc a un altre. En aquest context, és important garantir que els robots seguiran trajectòries òptimes, sense patir cap col·lisió. En aquest projecte, s'ha considerat la situació de dos robots KMR iiwa navegant en una fàbrica, dirigint-se al mateix encreuament de passadissos. Aquest tipus de robots estan formats per dues parts: un LBR iiwa (un braç mecànic) i un KMP iiwa (una plataforma holonòmica). En aquest treball, s'han dissenyat i implementat algoritmes de control per la KMP iiwa, fent servir ROS. El codi desenvolupat ha estat testat amb el simulador Gazebo. Partint d'un model ROS-Gazebo ja existent del robot KMR iiwa, un sistema de control en llaç tancat ha estat implementat. Després, s'ha desenvolupat un algoritme de navegació, amb el que es pot conduir el robot KMR iiwa passant-li un seguit de punts de referència del entorn. A continuació, s'ha afegit una estratègia per evitar col·lisions entre robots al algoritme de navegació. El mètode dissenyat té en compte la informació (amb soroll) proveint dels escàners làser amb els que estava equipat el robot. Per testar la estratègia proposada, s'han dut a terme varis experiments en diferents escenaris. El resultat d'aquests experiments son presentats en aquest document. Finalment, s'exposen les conclusions del treball i possibles millores.

A fundamental necessity in mobile robotics is the ability of knowing the robot own location. In many applications, a map of the environment is not available or it does not have the accuracy or the information necessary for robot localization. In this cases, it is necessary to build a map simultaneously (SLAM). In applications where the GPS signal is not reliable, like in indoor environments, the localization has to be based in estimating robot position with the information of the robot movement. This estimation is obtained in local coordinates and it implies that a drift in the estimation accumulates error over time. In order to reduce the drift effects, it is necessary the capacity to recognize places that had already been visited and readjust the localization. This search of loop closures provides global reference points to the localization system. This field of study is already a very discussed topic, but finding an equilibrium between efficiency and robustness in order to be able to work in large environments is still a challenge. The aim of this work is to equip the WOLF SLAM library with an state-of-art loop closure for 2D LIDAR sensors. WOLF SLAM library is integrated with ROS and proposes an interesting environment to manage SLAM and localization problems based in graph-SLAM. In this work, we first performed a review of the state of the art for loop closure that lead us to FALKO. It is an open source project focused in loop closure that implements feature detection and scene matching using descriptors. Furthermore, the FALKO loop closure algorithm has been integrated along with an Iterative Closest Point method for robustness and accuracy purposes. ICP is a point to line metric optimized for range-finder scan matching. The integration and developed algorithms has been tested with experimental data from a real robot

Aquest document presenta un mil·lirobot autònom que persegueix un camp magnètic. El robot és senzill i petit de 57 mm per 49 mm per 18,5 mm i és capaç de rastrejar el camp magnètic. Es presenta i s’explica com s’ha dissenyat i fabricat el robot, el seu control, el seu model dinàmic com l’agorisme elaborat i la presa de decisions autònomes. El robot té moltes aplicacions possibles, com ara el seguiment d’SPIONS al cervell en el pacients que tenen càncer cerebral, This document presents an autonomous swimming millirobot driven by a magnetic field. The boat is simple and small (57mm by 49mm by 18.5mm) and it can track the magnetic field. The development of the hardware and algorithm is presented as its dynamic model, perception, and autonomous decision making. The robot has many possible applications, such as tracking SPIONS in the brain, Objectius de Desenvolupament Sostenible::9 - Indústria, Innovació i Infraestructura

En el present document es recull una primera fase de disseny, construcció i programació d'un robot mòbil autònom. Per a la lògica de control i el seu control remot s'ha emprat una Raspberry Pi 4B, la qual ha estat programada amb el llenguatge de programació Python. Amb aquest software s'han controlat els motors de corrent continu de 3V, que han fet avançar el robot, per un camí marcat amb línies negres, amb punts de referència obtinguts a través de tecnologia RFID. El robot és capaç d'esquivar objectes i interactuar amb l'entorn, amb la finalitat de donar ajuda en el servei de taula a la restauració, de manera que mitjançant una aplicació, el robot tingui capacitat de fer arribar el menjar als comensals. El prototip final se li han integrat diferents instrumentes de mesura i s'han testejat per l'obtenció d'uns primers resultats. Finalment s'han cercat informacions de les actuals tecnologies, per la proposta de possibles millores per la implementació final i real del projecte., En el presente documento se recoge una primera fase de diseño, construcción y programación de un robot móvil autónomo. Para la lógica de control y su control remoto se ha empleado una Raspberry Pi 4B, la cual ha sido programada con el lenguaje de programación Python. Con este software se han controlado los motores de corriente continua de 3V, que han hecho avanzar el robot, por un camino marcado con líneas negras, con puntos de referencia obtenidos a través de tecnología RFID. El robot es capaz de esquivar objetos e interactuar con el entorno, con el fin de dar ayuda en el servicio de mesa a la restauración, por lo que, mediante una aplicación, el robot tenga capacidad de hacer llegar la comida a los comensales. El prototipo final se le han integrado diferentes instrumentos de medida y se han testeado para la obtención de unos primeros resultados. Finalmente se han buscado informaciones de las actuales tecnologías, por la propuesta de posibles mejoras para la implementación final y real del proyecto., This document contains a first phase of design, construction and programming of an autonomous mobile robot. For the control logic and its remote control, a Raspberry Pi 4B has been used, which has been programmed with the Python programming language. With this software, the 3V direct current motors have been controlled, which have made the robot advance, along a path marked with black lines, with reference points obtained through RFID technology. The robot is capable of dodging objects and interacting with the environment, in order to provide help in catering for table service, so that through an application, the robot has the ability to deliver food to diners. Different measuring instruments have been integrated into the final prototype and they have been tested to obtain first results. Finally, information on current technologies has been sought, for the proposal of possible improvements for the final and real implementation of the project.

Nowadays, it is quite common to have one unmanned aerial vehicle (UAV) working on a task but having a team of UAVs is still rare. One of the problems that prevent us from using teams of UAVs more frequently is flight planning. In this work, we present the first open-source solution ( https://pypi.org/project/pode/ ) for splitting any complex area into multiple parts. The area of interest can be convex or nonconvex and can include any number of no-flight zones. Four solutions, based on the algorithm of Hert and Lumelsky, are tested with the aim of improving the compactness of the partitions. We also show how the shape of the partitions influences flight performance in a real case scenario., This work was supported by Ministerio de Economía, Industria y Competitividad, and Gobierno de España under grants/award numbers BES-2017-079798 and TRA2016-77012-R., Peer Reviewed, Postprint (published version)

Autonomous robots are going to be used in a large diversity of contexts, interacting and/or collaborating with humans, who will add uncertainty to the collaborations and cause re-planning and adaptations to the execution of robots’ plans. Hence, trustworthy robots must be able to store and retrieve relevant knowledge about their collaborations and adaptations. Furthermore, they shall also use that knowledge to generate explanations for human collaborators. A reasonable approach is first to represent the domain knowledge in triples using an ontology, and then generate natural language explanations from the stored knowledge. In this article, we propose ARE-OCRA, an algorithm that generates explanations about target queries, which are answered by a knowledge base built using an Ontology for Collaborative Robotics and Adaptation (OCRA). The algorithm first queries the knowledge base to retrieve the set of sufficient triples that would answer the queries. Then, it generates the explanation in natural language using the triples. We also present the implementation of the core algorithm’s routine: construct explanation, which generates the explanations from a set of given triples. We consider three different levels of abstraction, being able to generate explanations for different uses and preferences. This is different from most of the literature works that use ontologies, which only provide a single type of explanation. The least abstract level, the set of triples, is intended for ontology experts and debugging, while the second level, aggregated triples, is inspired by other literature baselines. Finally, the third level of abstraction, which combines the triples’ knowledge and the natural language definitions of the ontological terms, is our novel contribution. We showcase the performance of the implementation in a collaborative robotic scenario, showing the generated explanations about the set of OCRA’s competency questions. This work is a step forward to explainable ag, Peer Reviewed, Postprint (published version)

L’objectiu d’aquest projecte és crear l’algoritme de control d’un robot de desinfecció UV-C, de manera que sigui el més eficient possible. Per una banda, s’ha dissenyat el comportament del robot utilitzant l’algoritme de pathfinding, o cerca de camí, A*, necessari per evitar la col·lisió amb obstacles o parets i per buscar la manera en què es porta a terme moviments complexos. També s’ha tingut en compte les característiques tècniques del robot; com per exemple, les dimensions de la base. Per altra banda, s’ha creat una interfície gràfica utilitzant Unity, de manera que en tot moment es pugui observar de forma senzilla el comportament de l’algoritme i el robot. El projecte s’ha estructurat en 3 fases, de manera que en cada una d’elles, l'algoritme pren més complexitat. En la primera fase s’ha creat la interfície i s’han programat les bases de l’algoritme, en la segona, s’ha tingut en compte la bateria, la càrrega i l’existència de varies sales i en la tercera, s’ha adjudicat un nivell de brutícia a les cel·les de les sales. Finalment, s’ha avaluat el rendiment de l’algoritme per cada una de les fases, concloent en quina de les casuístiques dels escenaris el seu comportament és més òptim., The objective of this project is to create the control algorithm of a UV-C disinfection robot so that it as efficiently as possible. On one hand, the robot performance has been designed using the pathfinding algorithm A*, useful to avoid colliding with obstacles or walls and to find how to make complex movements. Also, robot technical specifications have been taken into consideration; for example, the base dimensions. On another hand, a graphic interface has been created using Unity, so that at any moment the behaviour of the robot and algorithm can be analyzed easily. The project is structured in 3 phases, so in each one, the algorithm becomes more complex. In the first phase, the interface has been created and the bases of the algorithm have been programmed. In the second one, I considered the battery, the charging process and the possibility to have more than one zone. In the third one, each cell has a level of dirtiness attributed. Finally, in each phase, the performance has been evaluated, which allowed me to conclude in which cases the algorithm behaviour was more optimal.

L’empresa de robòtica mòbil MiR està introduïnt al mercat els robots AMR (Autonomous Mobile Robots), els quals es caracteritzen pel fet de no ser guiats. És a dir, aquesta tipologia de robot no necessita de cap ajuda externa per al seu moviment, fet pel qual és necessaria una bona detecció dels objectes estàtics i dinàmics per evitar colisions. Des de MiR es vol desenvolupar un dispositiu que permeti el control de tràfic de les fàbriques a partir d’una comunicació remota. L’objectiu del disseny d’aquest dispositiu és poder saber la posició d’un objecte dins la fàbrica i comunicar-se amb els robots. En funció de l’existència d’algun impediment, aquests podran passar, o no, per determinats llocs, entre altres. El present projecte consisteix en la programació d’un dispositiu basat en una Raspberry Pi per al càlcul del seu posicionament en interiors i la comunicació de forma remota amb la flota de robots MiR; el sistema de gestió de robots pròpi de MiR. Per aquest motiu, en el codi desenvolupat s’hi troba el càlcul del posicionament en interiors a partir de la tirangulació de WIFI i els codis per a la comunicació remota per a obtenir els mapes dels robots i les zones d’aquests. També s’hi troba la verificació de si l’objecte que té el dispositiu es troba dins d’una zona de límit de robots, i en el cas que s’hi trobi, es bloquegi la zona per tal que cap robot pugui entrar-hi. D’aquesta manera, s’evita que el robot arribi a mostrar un error per no poder passar per un determinat lloc, i també s’eviten possibles col·lisions., La empresa de robótica móbil MiR está introduciendo en el mercado los robots AMR (Autonomous Mobile Robots), los cuales se caracterizan por el hecho de no ser guiados. Es decir, esta tipología de robots no necesita de ninguna ayuda externa para su movimiento, por lo que es necesaría una buena deteccón de los objetos estáticos y dinámicos para evitar colisiones. Des de MiR se quiere desarrollar un dispositivo que permita el control del tráfico de la fábricas a partir de una comunicación remota. El objetivo del diseño de este dispositivo es poder saber la posición de un objeto dentro de la fábrica y comunicar-se con los robots. En función de la existencia de algun impedimiento, éstos podran pasar, o no, por determinados sitios, entre otras cosas. El presente proyecto consiste en la programación de un dispositivo basado en una Raspberry Pi para el cálculo de su posicionamiento en interiores y la comunicación de forma remota con una flota de robots MiR; el sistema de gestión de robots propio de MiR. Por este motivo, en el código desarrollado se encuentra el cálculo del posicionamiento en interiores a partir de la triangulación de WIFI y los códigos para la comunicación remota para obtener los mapas de los robots y las zonas de estos. También se encuentra la verificación de si un objeto que posee el dispositivo se encuentra dentro de una zona de límite de robots, y en el caso que se encuentre, se bloquee la zona para que ningún robot pueda entrar. De esta forma, se evita que el robot llegue a enseñar un error por no poder pasar por un determinado sitio, y también se evitan posibles colisiones., The mobile robotics company MiR is introducing the AMR (Autonomous Mobile Robots) robots in the market, which are characterized by not being guided. This means, that this type of robot needs not any external help to move, this is why a good dynamic and static objects detection is necessary to avoid collisions. From MiR, we want to develop a device that allows the control of factory traffic using remote communication. The objective of the device design is to be able to know an object position in a factory and communicate with robots. Depending on the existence of some impediment, these may or may not pass through certain sites, among other things. The current project consists of the programming of a device based on a Raspberry Pi for the calculation of its indoor positioning and remote communication with a MiR robots Fleet; MiR’s own robot management system. For this reason, the code developed includes the calculation of the indoor positioning from the WIFI triangulation and the codes for the remote communication to get the robot maps and their zones. There is also the verification of whether an object held by the device is in a limit robots zone, and if it is, the zone is blocked so that no robot can enter. In this way, the robot is prevented from showing an error because it cannot pass through a certain place, and possible collisions are also avoided.

One of the problems that service robotics deals with is to bring mobile manipulators to work in semi-structured human scenarios, which requires an efficient and flexible way to execute every-day tasks, like serve a cup in a cluttered environment. Usually, for those tasks, the combination of symbolic and geometric levels of planning is necessary, as well as the integration of perception models with knowledge to guide both planning levels, resulting in a sequence of actions or skills which, according to the current knowledge of the world, may be executed. This paper proposes a planning and execution framework, called SkillMaN, for robotic manipulation tasks, which is equipped with a module with experiential knowledge (learned from its experience or given by the user) on how to execute a set of skills, like pick-up, put-down or open a drawer, using workflows as well as robot trajectories. The framework also contains an execution assistant with geometric tools and reasoning capabilities to manage how to actually execute the sequence of motions to perform a manipulation task (which are forwarded to the executor module), as well as the capacity to store the relevant information to the experiential knowledge for further usage, and the capacity to interpret the actual perceived situation (in case the preconditions of an action do not hold) and to feed back the updated state to the planner to resume from there, allowing the robot to adapt to non-expected situations. To evaluate the viability of the proposed framework, an experiment has been proposed involving different skills performed with various types of objects in different scene contexts, Peer Reviewed, Preprint

Encoding practical knowledge about everyday activities has proven difficult, and is a limiting factor in the progress of autonomous robotics. Learning approaches, e.g. imitation learning from human data, have been used as a way to circumvent this difficulty. While such approaches are on the right track, they require comprehensive knowledge modelling about the data present in records of activity episodes, and about the skills one attempts to have the robot learn. We provide a list of competency questions such knowledge modelling should answer, summarize some recent developments in this direction, and finish with a few open problems., Postprint (author's final draft)

La realització d’aquest treball de final de grau consisteix en l’estudi i la programació d’un algoritme de seguiment de carreteres en un vehicle autònom. Avui dia, un dels propòsits per les empreses automobilístiques és aconseguir desenvolupar diferents algoritmes per l’automatització total del vehicle, mitjançant la incorporació de sensors, i així, oferir comoditat i seguretat als seus passatgers. Però abans de la posada en marxa en automòbils cal fer proves per desenvolupar i verificar el seu funcionament. En l’estudi, utilitzarem un vehicle a escala reduïda, que incorpora diferents tipus de sensors per aconseguir la seva autonomia, en aquest projecte es farà mitjançant el tractament d’imatges proporciones per una càmera digital. El contingut d’aquest projecte, consisteix a donar els fonaments teòrics i pràctics per poder crear un node de ROS perquè el vehicle pugui recórrer autònomament una carretera. En el que s’explicaran les diferents funcions per l’adquisició i el tractament de la imatge utilitzant OpenCV, i així, escollir la millor opció per percebre les línies delimitadores de les carreteres. I per tant, resoldre els diferents casos perquè el vehicle no surti del trajecte, n’hi ha dos de rellevants: quan visualitzem els dos costats de la carretera i quan només visualitzem un costat. Finalment, aconseguir que generi els punts que marquin el seguiment de la trajectòria i publicar-los al node que acciona la transmissió i la direcció del moviment del cotxe., The realisation of this final project consists at the study and the programming of an algorithm of follow-up of roads in an autonomous vehicle. Nowadays, one of the purposes for the car companies is to develop different algorithms for the total automation of the vehicle, by means of the incorporation of sensors, and offer comfort and security at his passengers. But before the set up at cars it is necessary to make tests to develop and verify his operation. At the study, will utilise a vehicle a scale reduced, that incorporates distinct type of sensors to achieve his autonomy, at this project will make by means of the treatment of images proportioned by the digital camera. The content of this project consists at giving the theoretical and practical foundations for creating a ROS’s node so that the vehicle can independently cross a road. For explanations of the different functions for image acquisition and processing, use OpenCV and thus choose the best option for perceiving the roads. In the objective of reselling the different cases so that the car does not leave the route, there are two of notable: when we visualize both sides of the highway and when we only visualize one side. Finally, it is advisable to generate the points that mark the track of the trajectory and publish them to the node that drives the transmission and direction of the car’s movement.

In the next few years, the amount and variety of context-aware robotic manipulator applications is expected to increase significantly, especially in household environments. In such spaces, thanks to programming by demonstration, non-expert people will be able to teach robots how to perform specific tasks, for which the adaptation to the environment is imperative, for the sake of effectiveness and users safety. These robot motion learning procedures allow the encoding of such tasks by means of parameterized trajectory generators, usually a Movement Primitive (MP) conditioned on contextual variables. However, naively sampled solutions from these MPs are generally suboptimal/inefficient, according to a given reward function. Hence, Policy Search (PS) algorithms leverage the information of the experienced rewards to improve the robot performance over executions, even for new context configurations. Given the complexity of the aforementioned tasks, PS methods face the challenge of exploring in high-dimensional parameter search spaces. In this work, a solution combining Bayesian Optimization, a data-efficient PS algorithm, with covariate Gaussian Process Latent Variable Models, a recent Dimensionality Reduction technique, is presented. It enables reducing dimensionality and exploiting prior demonstrations to converge in few iterations, while also being compliant with context requirements. Thus, contextual variables are considered in the latent search space, from which a surrogate model for the reward function is built. Then, samples are generated in a low-dimensional latent space, and mapped to a context-dependent trajectory. This allows us to drastically reduce the search space with the covariate GPLVM, e.g. from 105 to 2 parameters, plus a few contextual features. Experimentation in two different scenarios proves the data-efficiency and the power of dimensionality reduction of our approach., Peer Reviewed, Postprint (published version)

Nowadays, autonomous robots for all different purposes are the state-of-the-art technology, all companies across the industry are implementing all kind of autonomous machines to control and computerize the industrial systems and processes, making errors virtually impossible and, despite all the first investment, the transition pays off in the mid and long-term because of all the time and resources saved. This new industrial phase, which is a current tendency commonly known as Industry 4.01 , focuses on interconnectivity, automation, machine learning, and real-time data. The same trend applies to vehicles or mobile machines (for industrial or non-industrial purposes), the use of fossil fuels is decreasing whereas the implementation of automation and systems of artificial intelligence is strongly increasing day by day. Heavy-duty hydraulically driven mobile working machines (for mining, construction, forestry, and material handling purposes) are also in constant development for increasing efficiency and performance because of the higher requirements set by the constant growth of this sector. As a result, working machines are increasingly expected to become more precise, and robotics like towards autonomous operation. This thesis studies the design requirements and sizing for each hydraulic actuator system of the case of study, a long-reach manipulator 4x4 Haulotte HA16 RTJ PRO which is available at the University of Tampere (Hervanta Campus). This hydraulic articulated boom, originally manually driven, is being redesigned into a servo-hydraulic system maintaining the original diesel motor source and taking into account its limited power. The general work consists of requirements of development, hydraulic engineering designs, component selection, modeling, and simulations towards a new prototyped system meeting the set requirements. During the making of this thesis, the component selection was already done and the scope of the study relies on the kinematic and hydrauli

The increment of dependant people for the realization of Activities of Daily Living is a fact that comes implicit with the increase of population and their lifespan given by the modern technological progress. For this reason, Assistive Robotics is a field that is currently researched and gradually implemented. In this project, two different algorithms to train robots to perform those tasks are being studied and compared, Reinforcement Learning and Imitation Learning. The main objective is to learn the benefits, drawbacks and suitability of both for a given task. To do the experimentation, the Assistive Gym software will be used, to train the nets with Reinforcement Learning and to perform the movements with Dynamic Movement Primitives learned from a demonstration. The environment will consist in a Sawyer robot cleaning the right arm of a human lying down on a bed. The potential of each methodology will be tested in different scenarios, having the user’s arm straight or partially flexed. Furthermore, small implementations to improve the execution of the task will be implemented for the Dynamic Movement Primitives to test the performance and the similarity to the demonstration. Both methodologies are capable to perform the desired task successfully, the model trained with Reinforcement Learning is more suitable for an individual user that will use the robot in a long term, due to the training time. The Imitation Learning algorithm is faster to teach and its trajectory and velocities are easily adaptable to the preferences of the user, it is more suitable in places where there is a high rotation of users that require urgent and short attention, such as clinics or hospitals.

En aquest treball de fi de grau es realitza l’habilitació d’un prototip no documentat anomenat Dumbo. Per aconseguir aquest propòsit s’inicia desmuntant-lo per tal de deixar únicament la part de la plataforma mòbil i l’electrònica, elements els quals seran els reaprofitats. El primer pas d’aquest projecte és la identificació del hardware que incorpora aquest prototip, a continuació, l’estudi dels mateixos i del seu connexionat i, concloent l’objectiu principal, la interpretació del software que incorpora. Establertes i definides les funcionalitats que incorpora aquesta plataforma mòbil es deixa habilitada perquè en treballs futurs se li puguin afegir capacitats que la millorin, tot portant-la cap a un robot mòbil autònom. Un cop concretat l’estat de la plataforma mòbil i habilitada, s’estudia el disseny d’un sistema de percepció de l’entorn mitjançant el sensor RPLidar A2 (aportant la mesura de les distàncies dels objectes sòlids que l’envolten) integrat amb la placa Raspberry Pi 4 (aportant la gestió de les mesures realitzades pel sensor), guiant la integració d’aquests components a la plataforma mòbil sota estudi. Recopilant els objectius d’aquest projecte resulta un primer pas cap a la conversió d’aquest prototip cap a un robot mòbil autònom possiblement intel·ligent.

The goal of the TFG would be to implement an object recognition system for an autonomous robot within the GRASS (Ground Autonomous Student Station) project. The idea is to use two cameras and be able to juxtapose the images and create a 3D vision of what the system is seeing (in our case the rover), and be able to differentiate different predetermined objects by the shape, and if it's possible by the color. The purpose consists in recognizing the position and the orientation of these objects with respect to the rover as the considered reference system., The GRound Autonomous Student Station (GRASS) is a student organization with the objective of building an autonomous rover, and one of the capacities needed is the possibility of identifying objects. This project is focused on creating a recognition system capable of being incorporated on the Rover. The developed recognition system is focused on detection by colour and shape, using four colours and one predetermined cylindrical shape. The system has to identify the distance between the object and the camera. The developed system includes a Raspberry Pi system with his camera, using Python and OpenCV libraries as software. The developed system has been tried in a real model, but the final implementation has not been ended due to reasons related with the GRASS project. The structural and logistic parts of the project are developing a new space distribution in order to include eciently the recognition system, although the system has been tested. The developed system is capable of detecting determined objects with a simple shape in a maximum range of 12 meters. At the same time, it works on real environments, counting illumination and environmental visual noise.

This paper addresses the problem of obtaining the required motions for a humanoid robot to perform grasp actions trying to mimic the coordinated hand–arm movements humans do. The first step is the data acquisition and analysis, which consists in capturing human movements while grasping several everyday objects (covering four possible grasp types), mapping them to the robot and computing the hand motion synergies for the pre-grasp and grasp phases (per grasp type). Then, the grasp and motion synthesis step is done, which consists in generating potential grasps for a given object using the four family types, and planning the motions using a bi-directional multi-goal sampling-based planner, which efficiently guides the motion planning following the synergies in a reduced search space, resulting in paths with human-like appearance. The approach has been tested in simulation, thoroughly compared with other state-of-the-art planning algorithms obtaining better results, and also implemented in a real robot., Peer Reviewed, Postprint (author's final draft)

En aquest TFG es crearà i desenvoluparà un disseny per el funcionament d’un robot tipus BB-8 basant-se en la millora dels dissenys actuals d’altres prototips desenvolupats per imitar el moviment espectacular d’aquest robot, símbol de la ultima trilogia de la guerra de les galàxies. Aquest es un treball multidisciplinari on s’han aplicat coneixements transversals adquirits durant tota l’etapa acadèmica. La construcció d’un prototip a escala real implica estudi mecànic, elèctric i automàtic inicial, així com un desenvolupament i disseny d’aquestes tres grans parts per tal de que siguin compatibles i cohesionin perfectament.

L’aplicació de ROS (Robot Operating System) està cada vegada més present tant en el món laboral com en el competitiu. Amb aquest treball es pretén introduir al lector en aquest aspecte, portant a terme una aplicació basada en ROS dins l’àmbit d’una competició de robòtica de nivell Europeu (Eurobot).PUCRA, l’associació de robòtica d’estudiants de l’EEBE, ha sigut des d’on ha partit aquest projecte. En cert punt aquest ha pres una altre direcció respecte a la marcada des de l’associació. Així doncs l’adaptabilitat d’un per canvis en aquest sentit ha sigut clau per prosseguir endavant.Partint de la base d’un packageexistent, l’objectiu es modificar-lo per adaptar-lo als requeriments desitjats en condició del reglament de la competició, com a objected’estudi el càlcul de trajectòries. Mitjançant un protocol de proves es porta un registre dels canvis realitzats pas a pas fins a arribar a la solució final. La qual pren en principal importància l’optimització dels moviments del robot dins l’espai de la competició, concloent amb el fet de que Dijkstra resulta ser l’algoritme, tot i que el més antic, el més eficaç donades les prestacions que ROS atorga per defectei donats els resultats de les proves realitzades.

This is a post-peer-review, pre-copyedit version of an article published in ROBOT - Iberian Robotics Conference. The final authenticated version is available online at: http://dx.doi.org/10.1007/978-3-030-35990-4_31”., Autonomous indoor robots are supposed to accomplish tasks, like serve a cup, which involve manipulation actions, where task and motion planning levels are coupled. In both planning levels and execution phase, several source of failures can occur. In this paper, an interpretation ontology covering several sources of failures in automated planning and also during the execution phases is introduced with the purpose of working the planning more informed and the execution prepared for recovery. The proposed failure interpretation ontological module covers: (1) geometric failures, that may appear when e.g. the robot can not reach to grasp/place an object, there is no free-collision path or there is no feasible Inverse Kinematic (IK) solution. (2) hardware related failures that may appear when e.g. the robot in a real environment requires to be re-calibrated (gripper or arm), or it is sent to a non-reachable configuration. (3) software agent related failures, that may appear when e.g. the robot has software components that fail like when an algorithm is not able to extract the proper features. The paper describes the concepts and the implementation of failure interpretation ontology in several foundations like DUL and SUMO, and presents an example showing different situations in planning demonstrating the range of information the framework can provide for autonomous robots, Peer Reviewed, Postprint (author's final draft)

Autonomous indoor service robots are supposed to accomplish tasks, like serve a cup, which involve manipulation actions. Particularly, for complex manipulation tasks which are subject to geometric constraints, spatial information and a rich semantic knowledge about objects, types, and functionality are required, together with the way in which these objects can be manipulated. In this line, this paper presents an ontological-based reasoning framework called Perception and Manipulation Knowledge (PMK) that includes: (1) the modeling of the environment in a standardized way to provide common vocabularies for information exchange in human-robot or robot-robot collaboration, (2) a sensory module to perceive the objects in the environment and assert the ontological knowledge, (3) an evaluation-based analysis of the situation of the objects in the environment, in order to enhance the planning of manipulation tasks. The paper describes the concepts and the implementation of PMK, and presents an example demonstrating the range of information the framework can provide for autonomous robots., Peer Reviewed, Postprint (published version)

Research article compendium : peace and conflict research, The University of Barcelona, in collaboration with different Spanish and foreign institutions and universities, hosted an international workshop on the ‘Sense and Scope of Autonomy in Emerging Military and Security Technologies’, which took place in February 2017. This academic event paved the way to the elaboration of the present report, which contains a compendium of innovative articles written by experts on scientific, legal, diplomatic and military matters. All papers reflect a broad spectrum of views on how ‘autonomy’ can be understood in emerging military and security technologies and what their legal, technical, political and societal impacts are by building on discussions unfolded along a variety of reflective approaches., Peer Reviewed, Postprint (published version)

It is at least two decades since the conventional robotic manipulators have become a common manufacturing tool for different industries, from automotive to pharmaceutical. The advances in manipulators and sensors have given robots the opportunity to become useful for more and more applications. Engineers have taken advantage of the extra mobility of the advanced robots to make them work in constrained environments, ranging from limited joint motions for redundant manipulators to obstacles in the way of mobile (ground, marine, and aerial) robots [1]. However, the incorporation some of these abilities and capacities that are already being used in land, have not made their way to the sea domain. This Abstract describes the project consisting in the design, development and manufacture of a prototype manipulator arm for ROVs introducing innovative fabrication technologies. The work has been done collaboratively among ACSM Maritime Agency SL, CIMA Group and the University of Vigo., Peer Reviewed

This work introduces new results on the modeling of early-vocal development using artificial intelligent cognitive architectures and a simulated vocal tract. The problem is addressed using intrinsically-motivated learning algorithms for autonomous sensorimotor exploration, a kind of algorithm belonging to the active learning architectures family. The artificial agent is able to autonomously select goals to explore its own sensorimotor system in regions where its competence to execute intended goals is improved. We propose to include a somatosensory system to provide a proprioceptive feedback signal to reinforce learning through the autonomous discovery of motor constraints. Constraints are represented by a somatosensory model which is unknown beforehand to the learner. Both the sensorimotor and somatosensory system are modeled using Gaussian mixture models. We argue that using an architecture which includes a somatosensory model would reduce redundancy in the sensorimotor model and drive the learning process more efficiently than algorithms taking into account only auditory feedback. The role of this proposed system is to predict whether an undesired collision within the vocal tract under a certain motor configuration is likely to occur. Thus, compromised motor configurations are rejected, guaranteeing that the agent is less prone to violate its own constraints., Peer Reviewed, Postprint (author's final draft)

Using a camera, a micro aerial vehicle (MAV) can perform visual-based navigation in periods or circumstances when GPS is not available, or when it is partially available. In this context, the monocular simultaneous localization and mapping (SLAM) methods represent an excellent alternative, due to several limitations regarding to the design of the platform, mobility and payload capacity that impose considerable restrictions on the available computational and sensing resources of the MAV. However, the use of monocular vision introduces some technical difficulties as the impossibility of directly recovering the metric scale of the world. In this work, a novel monocular SLAM system with application to MAVs is proposed. The sensory input is taken from a monocular downward facing camera, an ultrasonic range finder and a barometer. The proposed method is based on the theoretical findings obtained from an observability analysis. Experimental results with real data confirm those theoretical findings and show that the proposed method is capable of providing good results with low-cost hardware., Peer Reviewed, Postprint (published version)

Treball desenvolupat dins el marc del programa 'European Project Semester'., The robotics facilities at Oslo and Akershus University College of Applied Sciences (HiOA) have at their disposal an autonomous humanoid robot by the name of Nao. It is a commercial product developed by SoftBank Robotics for research and educational purposes, and an international project team was assembled for the European Project Semester (EPS) program as a means of assessing its competencies and bolstering them wherever possible. The team set forth with a mission to establish meaningful interactions between the robot and his physical surroundings while placing an emphasis on humanlike behavior to the fullest extent. A goal was soon initiated for Nao to play a rule-based game against a human opponent such that his vast array of available faculties could be tested and put to use in one cohesive demonstration. Achieving this goal meant making advances in artificial intelligence,computer vision and motion planning, first as separate entities that would later converge into a singular yet multifaceted display of abilities. At the end of the project, computer vision has been implemented to the point where pattern recognition can be performed with accuracy amidst awide variety of error-prone detection scenarios. Several artificial intelligence schemes have been explored and compared quantitatively to derive performance metrics for each. Proof-ofconcept movement strategies have also been derived, and best practices for each focus area are provided as a resource for any future researchers or project groups who stand to benefit from the discoveries made in this endeavor

Postprint (author's final draft)

Postprint (author's final draft)

The work presented on this paper is aimed to explain the role that unmanned underwater vehicles (AUVs/ROVs) plays in the ECSEL-H2020 SWARMS project. The main goal of the project is to reduce the operational cost and increase the safety of tasks assigned to divers in these operations. This will be achieved enabling the AUVs/ROVs to work in a cooperative mesh. The challenge is to design and develop an integrated platform (a set of Software/Hardware components), incorporated into the current generation of underwater vehicles in order to improve autonomy, cooperation, robustness, cost-effectiveness, and reliability of the offshore operations. The first demonstration of the project will be performed at PLOCAN (Oceanic Platform of the Canary Islands) where these technologies will be validated on its first stage., Peer Reviewed

This Master’s Thesis details the practical implantation of an acoustic positioning and communication system in an autonomous underwater vehicle used for research purposes. The implementation has been followed by the evaluation of the system performance. Both, in simulation and in field tests. The purpose of this integration, is to provide an absolute position measurement and a continuous communication link when the robot is underwater, in order to increase the localization accuracy and the robot supervision. It will allow to perform larger and deeper missions, increasing the autonomy of the robot. This chapter presents the project by first exposing the motivation, section 1.1, secondly it enumerates the goals of the project in the section 1.2, and thirdly the research projects in which Thesis is framed, section 1.3. Moreover, an state of the art is presented in the section 1.4, followed by the methodology used, section 1.5.