A novel robot gripper control system is presented which uses PVDF piezoelectric sensors to actively damp exerted force. By using a low-input-resistance amplifier to sense the current developed by the PVDF sensor, an output proportional to the rate of change of the force exerted by the gripper is obtained. The signals from the PVDF sensor and a strain gauge force sensor are arranged in a proportional and derivative (PD) control system for the control of force. The control system was tested on an instrumented Rhino XR-1 manipulator hand. The capabilities of the control system are analyzed analytically, and verified experimentally. The results for this particular gripper indicate that as much as 900% improvement in force step response rise time, and 300% reduction in overshoot are possible by inclusion of the PVDF sensor. / Master of Engineering

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This thesis describes the implementation of a hierarchical robot simulation environment which supports the design of robots with vision and mobility. A seeing robot model applies a classification expert system for visual identification of laboratory objects. The visual data acquisition algorithm used by the robot vision system has been developed to exploit multiple viewing distances and perspectives. Several different simulations have been run testing the visual logic in a laboratory environment. Much work remains to integrate the vision system with the rest of the robot system.

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This work focuses on the propulsion of swimming micro-robots through accessible, quasi-static, fluid-filled, environments of the human body. The operating environment dictates that the system must function under low Reynolds number flow conditions. In this fluidic regime, viscous forces dominate. Inspiration is drawn from biological examples of propulsion systems that exploit the dominance of viscous forces. A system based on the prokaryotic flagella is chosen due to its simplicity; it is essentially a rigid helix that rotates about its base. To eliminate the piercing threat posed by a rigid helix, a propulsion system utilizing a flexible filament is proposed. The filament is designed such that under rotational load, and the resulting viscous drag, it contorts into a helix and provides propulsive force. Four mathematical models are created to investigate the behaviour of the proposed flexible filament. An experimental prototype of the flexible tail is built for similar purposes. An experimental rigid tail is also built to serve as a benchmark. The experimental results for propulsive force generated by the rigid tail match the Resistive-Force Theory (RFT) model. An analysis of the system concludes that experimental error is likely minor. An ADAMS model of the rigid tail, as a result of modelling error, under-predicts the propulsive force. The experimental flexible filament shows that the proposed propulsion system is feasible. When actuated, the tail contorts into a `helix-like' shape and generates propulsive force. An ADAMS model of an ideal flexible filament shows that, if a complete helix is formed, there is no loss in performance when compared to a rigid counterpart. The experimental filament is too stiff to form a complete helix and, accordingly, the ADAMS model does not simulate the filament well. To decrease this discrepancy, a second ADAMS model, attempting to directly simulate the experimental filament, rather than an ideal one, is created. Regardless, the second ADAMS model gives confidence that a multi-body dynamic model using lumped-parameter drag forces, after further modifications, can simulate the experimental flexible filament well.

Ingeniero Civil Electricista / El trabajo desarrollado tiene la finalidad de encontrar una nueva herramienta para desarrollar la toma de decisiones por parte de un robot que juega fútbol. En el transcurso de los avances en robótica, han sido muchos los intentos por encontrar una técnica de programación que permita emular el comportamiento humano en su mayor complejidad. Mientras más complejas sean las acciones, es más difícil generar un comportamiento, debido a que se necesita disponer de la plataforma que sea capaz de entregar las herramientas necesarias para ello. El lenguaje de programación XABSL utiliza el concepto de la máquina de estados finita para desarrollar un comportamiento. Establece archivos donde se pueden crear los comportamientos y los símbolos por separados y anexarlos al software del robot. Además existe un editor para este lenguaje que muestra el grafo de estados y la jerarquía de estos, lo cual facilita el diseño. El desarrollo del comportamiento del jugador (Striker) comprende buscar la pelota, ir hacia la pelota, alinearse y patearla. Se diseña una máquina de estados que a su vez llama a otras para realizar cada una de las etapas mencionadas. Para utilizar el potencial de desarrollo de esta herramienta, se trabaja en el control de los sonares, seleccionando el modo de operación y la creación de los símbolos para realizar las transiciones en la máquina de estados para la evasión. Con la mejora realizada en la adquisición de datos de los sonares y la calibración de estos para su funcionamiento, mejora la respuesta ante la aparición de obstáculos. Por otro lado el comportamiento de evasión, recibe como parámetro de entrada la posición de la pelota para ejecutar la transición de estados, lo cual es un aspecto importante que se presenta en XABSL. Patear la pelota constituye una máquina de estados con los tipos de golpes a realizar sin necesidad de establecer transiciones entre ellos. Además el jugador reduce las colisiones con las mejoras en el control de los sonares y la decisión de evadir considerando la información de la pelota.

Ingeniero Civil de Minas / Los actuales avances tecnológicos han hecho posible el desarrollo de tecnologías autónomas, capaces de operar sin la necesidad de que un operador humano intervenga. En el último tiempo y como una herramienta para sobrellevar los desafíos que enfrenta la industria minera, algunas empresas han decidido dar un salto tecnológico e implementar soluciones autónomas en sus operaciones. Estas implementaciones son recientes y escasas, por lo que la cantidad de información disponible es insuficiente en muchos aspectos y gran parte de la que existe es brindada por las mismas empresas proveedoras, por lo que cierto sesgo no sería extraño. El objetivo del trabajo es determinar qué parámetros del diseño y la planificación minera serán afectados por esta tecnología y cómo variarán ante este impacto. El análisis de los efectos que tiene la implementación de tecnologías autónomas se basó en una primera etapa de recopilación de información relativa a este tipo de tecnologías, una etapa posterior de definición de los potenciales parámetros de diseño y planificación minera que podrían verse afectados por el uso de estas tecnologías, y una etapa final de validación de los efectos de estas tecnologías a través del caso de los camiones autónomos. Los resultados del estudio indican que los mayores beneficios al incorporar tecnologías autónomas serían; un aumento en la seguridad y una mejora en las condiciones laborales de los empleados, una mayor utilización de los equipos, menores tasas de desgaste de los neumáticos, un consumo más eficiente de combustible y, como resultado de lo anterior, una mayor productividad de los equipos. Esto, principalmente asociado a las ventajas de usar tecnologías autónomas, con las cuales los operadores pasan a trabajar en una sala de control, lejos de las actividades potencialmente riesgosas. Al carecer de un operador, no son necesarios los tiempos de colación ni cambios de turnos y se elimina el factor humano en la toma de decisiones, además le brindan consistencia y continuidad a la operación. Por otro lado, el principal perjuicio detectado al incorporar tecnologías autónomas sería en el diseño minero, el funcionamiento interno de estos equipos y las particularidades en su operación hacen necesario tener un diseño con mayores holguras, principalmente en términos del ancho de las rampas y de los frentes de carguío. En general y según la evidencia encontrada, el uso de este tipo de tecnologías se muestra como una alternativa factible para mejorar las operaciones mineras y enfrentar los desafíos que enfrenta la industria.