This thesis explores two novel ways of reducing the data complexity of tactile sensing. The thesis begins by examining the state-of-the art in tactile sensing, not only examining the sensor construction and interpretation of data but also the motivation for these designs. The thesis then proposes two methods for reducing the complexity of data in tactile sensing. The first is a low-power tactile sensing array exploiting a novel application of a pressure-sensitive material called quantum tunnelling composite. The properties of this material in this array form are shown to be beneficial in robotics. The electrical characteristics of the material are also explored. A bit-based structure for representing tactile data called Bitworld is then defined and its computational performance is characterised. It is shown that this bit-based structure outperforms floating-point arrays by orders of magnitude. This structure is then shown to allow high-resolution images to be produced by combining low resolution sensor arrays with equivalent functional performance to a floating-point array, but with the advantages of computational efficiency. Finally, an investigation into making Bitworld robust in the presence of positional noise is described with simulations to verify that such robustness can be achieved. Overall, the sensor and data structure described in this thesis allow simple, but effective tactile systems to be deployed in robotics without requiring a significant commitment of computational or power resources on the part of a robot designer.

This programme of research was supported by NEI Parsons Ltd. who sought a robotic means of polishing mechanical components. A study of the problems associated with robot controlled surface processing is presented. From this evolved an approach consistent with the formalisation of the demands of workpiece manipulation which included the adoption of the Hybrid robot control scheme capable of simultaneous force and position control. A unique 3 axis planar experimental manipulator was designed which utilized combined parallel and serial drives. A force sensing wrist was used to measure contact force. A variant of the Hybrid control 'scheme was successfully implemented on a twin computer control system. A number of manipulator control programs are presented. The force control aspect is shown both experimentally and analytically to present control problems and the research has concentrated on this aspect. A general analysis of the dynamics of force control is given which shows force response to be dependent on a number' of important parameters including force sensor, environment and manipulator dynamics. The need for a robust or adaptable force controller is discussed. A series of force controlled manipulator experiments is described and the results discussed in the context of general analyses and specific single degree of freedom simulations. Improvements to manipulator force control are suggested and some were implemented. These are discussed together with their immediate application to the improvement of robot controlled surface processing. This work also lays important foundations for long term related research. In particular the new techniques for actively controlled assembly and force control under 'fast' operation.

This thesis deals with the decentralized and hierarchical control of a class of robot manipulators, where the robot manipulator is treated as a large scale uncertain system. The work is divided into three parts. The first part is concerned with the development of an integrated mathematical model of the robot manipulator. The model of the system considered comprises the mechanical part of the robot manipulator, the actuators, as well as the gear trains. The formulation results in nonlinear time varying state equations, which represent a more realistic model of the robotic system. A procedure to decompose and reduce the integrated model of the robot manipulator into a set of interconnected subsystems with bounded uncertainties description is then presented. In the second part of the research, two decentralized control approaches based on a deterministic approach are outlined. The first method uses only the local states as the feedback information. It is shown that the robot manipulator utilizing the proposed controller is practically stable and tracks a reference trajectory if a given sufficient condition is satisfied. In the second approach, the controller is designed based on the local states as well as the states of the neighbouring subsystems as the feedback information. It is shown that the controller will force the nonlinear uncertain robot manipulator to track a desired trajectory to within a small uniform ultimate boundedness set. In the final part of the study, two hierarchical control concepts for robot manipulator are proposed. The controllers are formulated based on a deterministic approach. It is shown that the hierarchical control strategies are capable of withstanding the expected variations and uncertainties and will render the robot manipulator to track a prescribed trajectory satisfactorily. In synthesizing the proposed controllers, it is assumed that the upper bounds on the nonlinearities, couplings and uncertainties present in the system are available. The proposed methods are simple and robust to parameter variations and uncertainties present in the system. The performance of the proposed control algorithms are evaluated by means of computer simulations. The proposed control laws are applied to a three degree of freedom revolute robot manipulator actuated by DC motors. Several case studies have been considered, and the simulation results are presented and discussed. In this thesis, the term practical stability means bounded stability in the sense of Lyapunov.

Ο στόχος αυτής της διπλωματικής εργασίας αυτής είναι η ανάπτυξη ενός συστήματος ελέγχου για την κίνηση ενός επίπεδου ρομποτικού βραχίονα πλεονάζοντων βαθμών ελευθερίας με στόχο την αποφυγή εμποδίων έτσι ώστε να αποφευχθεί οποιαδήποτε πιθανή σύγκρουση. Αρχικά γίνεται εισαγωγή στα κινούμενα ρομπότ και στις παραμέτρους που τα χαρακτηρίζουν. Επίσης δεδομένου ότι η επικοινωνία του ρομπότ με το περιβάλλον γίνεται μέσω αισθητήρων γίνεται μια εισαγωγή για τη γενική λειτουργία αυτών. Πιο συγκεκριμένα αυτή η εργασία πραγματεύεται τους ρομποτικούς βραχίονες οι οποίοι είναι αρθρωτά ρομπότ η λειτουργία των οποίων είναι παρόμοια με αυτή του ανθρώπινου βραχίονα. Τέλος γίνεται αναφορά στους αισθητήρες θερμοκρασίας και συγκεκριμένα σε αυτούς που παρέχουν οι ολοκληρωμένες πλατφόρμες Telos motes οι οποίες συνδυάζουν χαμηλή κατανάλωση ισχύος και δυνατότητα ασύρματης μετάδοσης δεδομένων. Για να προσομοιώσουμε την αποφυγή εμποδίων και στη συνέχεια να εκτελέσουμε το πείραμα χρειάστηκε πρώτα να μελετήσουμε το ευθύ κινηματικό πρόβλημα, το οποίο προσδιορίζει τη θέση του τελικού σημείου όταν γνωρίζουμε τις γωνίες των συνδέσμων του βραχίονα. Επιπρόσθετα παρουσιάζεται το μαθηματικό μοντέλλο της θεωρίας της αποφυγής εμποδίων και η τελική εξίσωση η οποία εφαρμόζεται στον επαναληπτικό αλγόριθμο της αποφυγής. Σε αυτή την εργασία δεν ασχολούμαστε καθόλου με τη δυναμική των ρομπότ. Στο τρίτο κεφάλαιο προσομοιώνουμε με τη βοήθεια του λογισμικού πακέτου MATLAB την αποφυγή εμποδίων θεωρώντας πολλές περιπτώσεις ρομπότ διαφόρων βαθμών ελευθερίας και ποικίλων εμποδίων στο περιβάλλον του βραχίονα. Η στρατηγική αποφυγής έγγυται στο να προσδώσουμε στα σημεία του βραχίονα που απειλούνται από ενδεχόμενα εμπόδια μία ταχύτητα έτσι ώστε να τα οδηγήσει μακρύα από αυτά. Για να γίνει αυτό χωρίς να διακοπέι η πρωτεύουσα εργασία του ρομπότ, η οποία είναι η τοποθέτηση του τελικού σημείου δράσης σε ένα σημείο του επιπέδου, χρειάζεται ο βραχίονας να διαθέτει πλεονάζοντες βαθμούς ελευθερίας ώστε να είναι αρκετά ευέλικτος σε ένα περιβάλλον με εμπόδια. Σε τελικό στάδιο παρουσιάζεται η πειραματική αποφυγή ενός εμποδίου χρησιμοποιώντας το λογισμικό Lab VIEW για την επικοινωνία του χρήστη με ένα ρομποτικό βραχίονα τριών βαθμών ελευθερίας. Εδώ εφαρμόσαμε για πρώτη φορά τη θεωρία της ανάδρασης δεδομένου ότι λόγω θορύβου και μηχανικών τριβών στα γρανάζια των επενεργητών η πραγματική θέση του ρομπότ θα διαφέρει από την επιθυμητή. Για μέτρηση της πραγματικής θέσης χρησιμοποιήθηκαν δύο ψηφιακοί και ένας οπτικός encoders. Τέλος για αισθητήρα χρησιμοποιήσαμε ένα Telos mote για αναγνώριση θερμοκρασίας του εμποδίου το οποίο ήτανε μια πηγή φλόγας. Με κατάλληλους μετασχηματισμόυς μετατρέψαμε αυτή τη μέτρηση θερμοκρασίας σε απόσταση η οποία είναι και η απόσταση του εμποδίου από το βραχίονα. Στο τελευταίο κεφάλαιο συνοψίζουμε τα αποτελέσματα της προσομοίωσης και του πειράματος και παραθέτουμε προτάσεις για περεταίρω έρευνα καθώς και για βελτίωση των αποτελεσμάτων σε μελλοντικά πειράματα. Εντέλει, αυτή η εργασία αποτελεί μία εισαγωγή στη ρομποτική και σε πειράματα ελεγχόμενα από ηλεκτρονικό υπολογιστή και τονίζει τη σπουδαιότητα της χρήσης τον ρομπότ στη σύγχρονη επιστήμη. / -

No description available.

No description available.

Turtle mobile robot which is able to interact intelligently with a dynamically changing environment.

No description available.

No description available.

No description available.