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.