Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Tegenwoordig zijn de meeste industriële robottaken positie gestuurd. Hierdoor is het noodzakelijk dat het werkgebied van de robot gestructureerd is. Dit wil zeggen dat zowel de werktuigen, gemonteerd op de robot, als de geometrie van de werkstukken, nauwkeurig gekend zijn. Het voorgestelde onderzoek heeft tot doel de inspanning die het programmeren vergt te verkleinen en een grotere autonomie voor de robot te bekomen door de posities en de contactkrachten tijdens een (door de mens) gedemonstreerde taak te meten. De sensor data worden geanalyseerd en omgezet naar een opeenvolging van contactsituaties die door de robot in een licht gewijzigde omgeving kunnen worden uitgevoerd. Deze manier van programmeren wordt programmeren door demonstratie genoemd. Mogelijke toepassingsgebieden zijn service robotica en industriele assemblage. De bijdrage van deze thesis situeert zich binnen het gebied van contact modellering en modelreductie. Modelreductie zorgt voor een verbetering van de rekenkundige efficientie en beschrijft de taak op een hoger niveau van abstractie. Bovendien wordt de rekenkundige efficiëntie verder verbeterd door een aangepaste hardware-architectuur te selecteren die het aantal parallelle wiskundige berekeningen maximaliseert. Eerder werd er aan ons departement reeds onderzoek gedaan naar autonome taken waarbij de robot contact behoudt met zijn omgeving. Deze taken werden gemodelleerd met expliciete geometrische contactmodellen. Deze contactmodellen specifieren beperkingen tussen beide objecten-in-contact, die een functie zijn van de geometrische parameters en van de sensormetingen. Twee types beperkingen worden gebruikt in dit proefschrift: de afstand tussen de objecten-in-contact en de ideale contactkrachtrichting. Dit werk definieert een elementaire contactbibliotheek voor elk type van polyhedrisch of kwadratisch contactoppervlakmodel. De geometrische parameterschattingen worden bepaald op basis van niet-lineaire contactmodellen door het verwerken van positie- en krachtmetingen. In het polyhedrisch geval wordt een cascadeversie van het Kalman-filter-algoritme voor niet-lineair systemen gekozen. Het minimale contactmodel, bestaande uit een minimaal aantal parameters, wordt geselecteerd op basis van verschillende hypothese testen. Dit model vermindert de rekenkundige belasting en introduceert een hoger abstractie niveau waarop het contact model kan beschreven worden. Voor de kwadratische contact modellering werd een deeltjesfilter geïmplementeerd die de verwerking van multi-modale modellen mogelijk maakt. De deeltjesfilter kan omgaan met elke vorm van niet-lineariteit in het contactmodel, maar vereist een aanzienlijke hoeveelheid rekencapaciteit. Om de rekenkundige efficiëntie van de deeltjesfilter te verbeteren werd een adaptieve hardware-architectuur gekozen die het parallelisme in het deeltjesfilteralgoritme volledige benut. Een volledige implementatie van een complex contactmodel op een Field Programmable Gate Array wordt beschreven. Still today, in industry, most industrial robot tasks are position-controlled and hence require a structured environment. This implies that both the robot's tools and the work pieces geometry are accurately known.   The aim of the presented research is to reduce the programming effort and to increase the robot's autonomy by measuring the positions and the contact forces during a (human) demonstration of the task. The analyzed sensor data are translated into a sequence of contact situations that can be executed by a robot in a slightly modified environment. This type of programming is called Programming by Demonstration (PbD). Application areas include service robotics and industrial assembly tasks. This work makes contributions in the areas of contact modelling and model reduction. Model reduction leads towards a gain in computational efficiency and presents a higher level description of the generalized elementary contact model. The computational efficiency is further improved by selecting an adapted hardware architecture that fully exploits concurrency in the computations.   Previous research at our department focuses on autonomous compliant motion tasks, where a robot moves while maintaining contact with the environment. These tasks were modelled, using explicit geometric   contact models. These contact models specify constraints between the two contacting objects that are a function of the geometric parameters and the sensor measurements. Two types of constraint are used in this thesis: the distance between the contacting objects and the ideal contact force direction. This work defines an elementary contact library that contains constraints for every type of polyhedral or quadratic surface contact model. The geometric parameters are estimated based on nonlinear contact models by processing position and force measurements. In the polyhedral case, a cascade version of the Kalman filter estimator for nonlinear systems is selected. The minimal contact model, consisting of a minimal number of parameters, is selected by performing a hypothesis testing. This model reduces the computational effort and introduces a higher abstraction level for the contact model. In the quadratic contact case a particle filter is implemented to cope with multi-modality in the measurement model. The particle filter can cope with nonlinearities in the contact model, but requires significant computational resources. To improve the computational efficiency of the particle filter, an adapted hardware architecture, that fully exploits concurrency in the particle filter algorithm, is introduced. A complete implementation on a Field Programmable Gate Array of a fairly complex contact model is presented. Robot herkent de wereld na een demonstratie door de mens In dit proefschrift werd een contactmodel en een softwareprogramma ontwikkeld dat erin slaagt om uit sensormetingen van een demonstratie voldoende informatie te halen om een model op te bouwen van de omgeving van de robot. Dit model omvat gegolfde en vlakke objecten zoals een bol, een cylinder of een vlak. De gebruikte sensor metingen zijn opnames van de verplaatsing van een demonstratiewerktuig of een werktuig gemonteerd op een robot en de krachten die op dit werktuig inwerken. Deze sensormetingen worden verwerkt door een schattingsprogramma dat uit deze meetgegevens een wiskundig model haalt dat de omgeving beschrijft. Twee verschillende groepen van schattingsprogramm's werden gebruikt: een Kalman filter die optimaal en snel werkt voor eenvoudige modellen en een deeltjesfilter die traag is, maar bruikbaar voor complexe modellen. Dit proefschrift tracht de prestaties van de deeltjesfilter te verbeteren door aangepaste electronica te gebruiken. Deze aangepaste elektronica is in staat om vele wiskundige bewerkingen tegelijk uit te voeren waardoor de uitvoering van het programma aanzienlijk versnelt. Robots need human demonstration to recognize surrounding world This thesis presents a contact model and a software program that is capable of deriving sufficient information out of sensor measurements to construct a model of the robots environment. The model consists of curved and planar objects like a sphere, cylinder or a plane. The chosen sensor measurements are the position of a demonstration tool or a tool mounted on a robot and the forces acting on the tool. The sensor measurements are processed by an estimator that determines a mathematical model of the environment. Two different groups of estimators are used: a Kalman filter estimator is optimal and fast when dealing with simple models and the other type, the particle filter, is slow but also usefull when dealing with complex models. This thesis improves the performance of the particle filter by utilizing adapted electronics. The adapted elektronics enables multiple concurrent mathematical computations that signifantly speed up the program.

681.3*I29 --- Academic collection --- 681.3*I29 Robotics: manipulators; propelling mechanisms; sensors (Artificial intelli- gence) --- Robotics: manipulators; propelling mechanisms; sensors (Artificial intelli- gence) --- Theses

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)