Thesis (M.S.)--Youngstown State University, 2008. / Includes bibliographical references (leaves 104-105). Also available via the World Wide Web in PDF format.

Thesis (M.S.)--University of Missouri-Columbia, 2004. / Typescript. Includes bibliographical references (leaves 110-113). Also available on the Internet.

Thesis (M.S. in Applied Physics)--Naval Postgraduate School, June 2005. / Thesis Advisor(s): Richard Harkins, Ravi Vaidyanathan. Includes bibliographical references (p.87-88). Also available online.

Thesis (Ph.D.)--Ohio University, March, 2005. / Title from PDF t.p. Includes bibliographical references (162-166)

Thesis (M.S.)--University of Missouri-Columbia, 2004. / Typescript. Includes bibliographical references (leaves 110-113). Also available on the Internet.

Thesis (M.S.)--Ohio University, November, 2006. / Title from PDF t.p. Includes bibliographical references.

Thesis (Ph. D.)--University of Texas at Austin, 2007. / Vita. Includes bibliographical references.

El diseño, la construcción y el control de robots antropomórficos móviles es un desafío aún no resuelto en el ámbito de la robótica móvil. Los robots más avanzados en la actualidad no son capaces de caminar en dos pies de una forma comparable a los seres humanos: tienen problemas al caminar en superficies irregulares, gastan una gran cantidad de energía para desplazarse, caminan de una forma poco natural desde el punto de vista humano, no pueden correr, saltar, ni mucho menos, hacer algún tipo de acrobacia. Existe un compromiso entre la eficiencia energética y la versatilidad de los robots móviles que aún no ha sido resuelto. Clasificando los robots pasivos según su nivel de actuación se obtienen dos grupos de robots: los robots pasivos, que son eficientes energéticamente, pero muy poco versátiles, y los robots activos, que son versátiles, pero muy ineficientes energéticamente. La existencia de estas dos clases de robots con características complementarias dependiendo del enfoque utilizado en su diseño, plantea el desafío de encontrar una solución intermedia que combine las características positivas de ambos enfoques. Este trabajo de tesis propone el diseño de un robot semi-pasivo, consistente en un robot activo, que al momento de ser diseñado, considera las condiciones sobre sus parámetros que permiten la existencia de un ciclo de caminata pasiva. Para lograr el diseño y construcción de este robot semi-pasivo se propone una nueva clase de articulaciones de rigidez variable basadas en el principio de torcer cuerdas para obtener un desplazamiento lineal, simple en su construcción y que permite que la dinámica intrínseca del robot fluya naturalmente. La articulación propuesta es construida y validada, obteniendo buenos resultados según lo esperado para su aplicación en un robot bípedo semi-pasivo. También se propone una nueva metodología que permite encontrar las condiciones sobre los parámetros de un modelo arbitrario de robot de dinámica pasiva que permiten la existencia de un ciclo de caminata pasivo. Esta metodología implementa un proceso de búsqueda que permite encontrar subespacios estables en el espacio de parámetros (regiones con combinaciones de parámetros que producen ciclos de caminata estables) simulando la dinámica del robot para diferentes combinaciones de parámetros. Después de que se seleccionan aleatoriamente las condiciones iniciales, la dinámica del robot se modela paso a paso, verificando la existencia de ciclos de caminata en la sección de Poincaré. La metodología incluye la definición de un algoritmo de búsqueda para explorar el espacio de parámetros, un método para la partición del espacio en hipercubos y su manejo eficiente usando las estructuras de datos apropiadas, y el uso de las denominadas funciones de valor que cuantifican la factibilidad de los parámetros resultantes. La metodología es independiente del robot (puede ser usada con cualquier modelo de caminata de dinámica pasiva, sin importar su complejidad), y es robusta (los subespacios estables incorporan un indicador del margen de estabilidad que se encarga de las diferencias entre el modelo del robot y su realización física). Esta metodología es validada en el diseño de un robot semi-pasivo, el que en simulaciones mediante un software externo presenta un ciclo de caminata de dinámica pasiva según lo predicho por los resultados de la aplicación de la metodología.

L’autonomie d’un robot mobile autonome requiert la réalisation coordonnée de tâches de commande et de perception de l’environnement. Parmi celles-ci, la navigation joue un rôle de pivot dans l’interaction du robot avec son terrain d’évolution. Elle consiste en la détermination de trajectoires réalisables par le robot pour suivre un chemin préétabli, tout en assurant la non collision avec les obstacles, mobiles ou fixes. Pour effectuer cette tâche, notre approche s’appuie sur le modèle cinématique direct du véhicule pour générer des trajectoires admissibles par le robot. En premier lieu, une trajectoire de référence est construite à partir du chemin à suivre. Le problème de navigation est alors modélisé sous la forme d’un problème d’optimisation sous contraintes dont la fonction coût quantifie l’écart entre la trajectoire prédite du robot et la trajectoire de référence. Les obstacles sont intégrés sous forme de contraintes en pénalisant le critère, et sa minimisation détermine la commande optimale à appliquer. Cette navigation par commande prédictive nous permet d’anticiper les mouvements de contournement d’obstacles sur l’horizon de prédiction choisi, tout en gardant une certaine réactivité vis-à-vis de la dynamique des obstacles et du robot. En outre, l’utilisation de familles de trajectoires paramétrées permet de maitriser le comportement du véhicule. / Autonomous robots have to perform both control and perception tasks coordinately. Among these ones, the navigation task is a key in the interaction between the robot and its environment. It consists of determining the trajectories which the robot can follow in order to negotiate correctly around static and dynamic obstacles, assuming that it is programmed to map out its environment and situate itself within that environment. To perform this task, our approach rests on the direct kinematics model of the robot to generate admissible trajectories for the robot. Firstly, a reference trajectory is computed from the reference path provided by a path planer. Then the navigation task is modelized as an optimization under constraints problem, whose the cost function quantify the gap between the reference trajectory and the predicted trajectory of the robot. The obstacles are taken into account as constraints, and the minimization of the resulting cost function determinate the optimal control for the robot on a prediction horizon. This predictive navigation allows the robot to anticipate bi-pass movements on the chosen prediction horizon, Moreover, the behaviour of the robot is mastered by the use of parametered trajectories families.

El objetivo general del presente trabajo de título es el desarrollo e implementación de un sistema para el manejo de caídas en robots humanoides, que incluya la detección de inestabilidades en la postura del robot, junto con reflejos que permiten evitarlas o disminuir los daños en el caso de que la caída sea inevitable. El contexto en el cual se enmarca este trabajo es la competencia internacional de fútbol robótico Robocup, categoría humanoide. El sistema se implementa en el firmware del controlador de bajo nivel de un robot HR18 de Hajime Research Institute. El sistema de detección de caídas considera un sensor virtual, que entrega la inclinación y velocidad angular del robot, en los ejes lateral y sagital, combinando a través de un filtro de Kalman los datos obtenidos de un acelerómetro y un giróscopo de 3 ejes. Se presentan 5 métodos de detección de caídas basados en las lecturas del sensor virtual, de los cuales, en base a pruebas preliminares realizadas en MATLAB®, se seleccionan 3 para su implementación en el firmware del robot. El primero de ellos, se basa en la modelación de la inclinación a partir de la lectura de los ángulos de los motores. El siguiente, en el cálculo del punto de momento cero del robot y el último de ellos, en el test de de Hotelling. Para la evasión de caídas se implementa un reflejo en el cual se disminuye la altura del centro de masa del robot y se detiene la caminata hasta que se logra pasar a un estado estable. De manera similar, se implementa un reflejo para la disminución de daños, que consiste en la amortiguación de la caída con los motores de los brazos con torque reducido. Como conclusión principal, se puede afirmar que los objetivos fueron cumplidos exitosamente, pues se implementa en el firmware del robot un sistema completo para el manejo de caídas en robots humanoides, en que se abarca la detección, la evasión y la reducción del impacto de una caída, el cual queda completamente funcional, con parámetros ajustados para el normal funcionamiento del robot en un partido de fútbol robótico con tasas prácticamente nulas de falsos positivos y falsos negativos.