Browsing by Author "Valner, Robert"

Now showing 1 - 6 of 6

Characterization of custom built Sun sensors for ESTCube-1
(Tartu Ülikool, 2013) Valner, Robert; Vendt, Riho, juhendaja; Slavinskis, Andris, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja tehnoloogiateaduskond; Tartu Ülikool. Füüsika instituut; bakalaureusetööd; sensorid; satelliidid (tehn.)
Design of TeMoto, a software framework for dependable, adaptive, and collaborative autonomous robots
(2024-11-19) Valner, Robert; Kruusamäe, Karl, juhendaja; Aabloo, Alvo, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
Autonoomsete robotite arendamise üks suurimaid motivatsioone on võtta inimestelt üle tööd, mis on eluohtlikud, stressirohked ja füüsiliselt rasked. Samas on usaldusväärse autonoomia saavutamine ettearvamatutes ja ohtlikes rakendusvaldkondades (tulekahjud, tuumajäätmete ja tuumakriiside haldamine, ehitise rusudes töötamine, kosmosemissioonid, jne) väljakutse, mis eeldab arendatavalt süsteemilt kaht vastuolulist omadust – kõrget usaldusväärsust ja komplekssust. Seetõttu eelistatakse väljakutsuvates keskkondades kaugjuhitavaid robotisüsteeme, kus usaldusväärse soorituse tagab kvalifitseeritud operaator. Kui aga roboti kaugjuhtimine ei ole võimalik (liiga suured vahemaad, keeruline keskkond, jne), peab robot olema paratamatult kas pool- või täielikult autonoomne. Käesoleva doktoritöö eesmärkideks on: a) analüüsida tarkvara arendamise printsiipe, mis aitavad suurendada robotite autonoomia taset riskantsete ja keerukate ülesannete puhul; ning b) arendada välja tarkvara arhitektuur, mis on kooskõlas nende printsiipidega. Antud doktoritöö peamiseks väljundiks on tarkvara raamistik TeMoto, mis võimaldab arendada adaptiivseid, skaleeruvaid, robot-robot ja inim-roboti koostööle orienteeritud robotite tarkvara. TeMoto on struktuurselt kolmekihiline arhitektuur (three layer architecture), mis on kohandatud detsentraliseeritud ja hajusate mitme-roboti süsteemide jaoks, ja haldab käitusaegselt nii roboti missiooni (täitevkiht, ing. k. executive layer) kui ka tarkvara/riistvara ressursse (funktsionaalne kiht, ing. k. functional layer). Missioonide kirjeldamiseks on käesoleva töö raames arendatud välja formaat (Unified Meaning Representation Format, ehk UMRF), mis võimaldab kirjeldada kompleksseid, hierarhilisi, ja mitut robotit hõlmavaid missioone JSON-vormingus. UMRF'il baseeruvaid missioonikirjeldusi haldab C++ põhine teek TeMoto Action Engine, kus iga missiooni alamkomponent (navigeerimine, objektide manipuleerimine, jne) on dünaamiliselt laetav ja kontrollitav plugin. Ressursside haldamise kiht võimaldab dünaamiliselt kontrollida hierarhiliste ressursside elutsüklit, tagades ressursi korrektse allokeerimise/deallokeerimise ja veahalduse kanali. TeMoto on avatud lähtekoodiga ja mõeldud eeskätt töötamiseks nii ROS-i kui ROS2-ga, kuid põhitööriistu saab kasutada ka väljaspool ROS-i. Antud töö on valideeritud erinevate stsenaariumite põhjal, mis kätkevad ressursside ja ülesannete haldamist, ning inim-robot ja robot-robot koostööd. TeMoto tarkvararaamistik on pidevas arenduses, ning käesolev töö annab ülevaate TeMoto hetkeseisundist, peamistest disainipõhimõtetest, arendatud tööriistadest ja tulevikusuundadest.
Gesture Detection Software for Human-Robot Collaboration
(2020) Rybalskii, Igor; Valner, Robert; Kruusamäe, Karl
With robots becoming more complex machines with more actions available at their disposal, it becomes harder for humans to control them without prior training. I propose a gesture detection system which uses OpenPose and ROS (Robot Operating System) to control mobile robotic platforms. Output from OpenPose is normalized into a joint angle form, which is also used to describe gestures in the system. Proposed normalization method in combination with the capability to change described gestures in a separate YAML configuration file makes the whole system scalable for a developer who can add, remove or modify gestures described by angle notation. The developed system is able to detect static gestures and was tested on three sets, each consisting of 5 gestures to control a Clearpath Jackal mobile robot. In estonian: Robotid on muutumas tehniliselt aina keerukamaks ning nende abil on võimalik täita üha enam ülesandeid. Ka robotite juhtimine on inimestele muutumas väga keeruliseks. Käesolevas lõputöös luuakse kehakeele-põhine süsteem, mis kasutab tarkvarateeke OpenPose ja ROS, et juhtida mobiilset robotplatvormi. OpenPose’i väljund normeeritakse nurkade esitlusele, milles on kirjeldatud ka kasutatavad žestid. Loodud süsteem on skaleeritav, sest normeeritud kujul žeste saab robotsüsteemi arendaja vastavalt vajadusele lisada, muuta ja eemaldada YAML-tüüpi konfiguratsioonifailis. Valminud lahenduse demostreerimiseks implementeeriti kolm erinevat 5-žestilist komplekti, mille abil juhiti Clearpath Jackal mobiilset robotit.
Implementation of Robot Manager Subsystem for Temoto Software Framework
(Tartu Ülikool, 2020) Parra Gil, Fabián Ernesto; Valner, Robert; Kruusamäe, Karl; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond; Tartu Ülikool. Tehnoloogiainstituut
Robots provide an opportunity to spare humans from tasks that are repetitive, require high precision or involve hazardous environments. Robots are often composed of multiple robotic units, such as mobile manipulators that integrate object manipulation and traversal capabilities. Additionally, a group of robots, i.e., multi robot systems, can be utilized for solving a common goal. However, the more elements are added to the system, the more complicated it is to control it. TeMoto is a ROS package intended for developing human-robot collaboration and multi-robot applications where TeMoto Robot Manager (TRM), a subsystem of TeMoto, is designed to unify the control of main robotic components: manipulators, mobile bases and grippers. However the implementation of TRM was incomplete prior to this work, having no functionality for controlling mobile bases and grippers. This thesis extends the functionality of TeMoto Robot Manager by implementing the aforementioned missing features, thus facilitating the integration of compound robots and multi-robot systems. The outcome of this work is demonstrated in an object transportation scenario incorporating a heterogeneous multi-robot system that consists of two manipulators, two grippers, and a mobile base. In estonian: Robotid võimaldavad aidata inimesi ülesannetes mis on eluohtlikud, nõuavad suurt täpsust või on üksluised. Üks terviklik robot koosneb tihtipeale mitme eri funktsionaalsusega alamrobotist, millest näiteks mobiilne manipulaator on kombinatsioon mobiilsest platvormist ja objektide manipuleerimise võimekusega robotist. Roboteid saab rakendada ülesannete lahendamisel ka mitme roboti süsteemina, kuid robotite hulga suurenemisel suureneb ka nende haldamise keerukus. TeMoto on ROSi kimp, mis hõlbustab inimene-robot koostöö ja mitme roboti süsteemide arendamist. Robotite haldur on TeMoto alamsüsteem, mis aitab käsitleda mobiilseid platvorme, manipulaatoreid ja haaratseid ühtse tervikliku robotina. Käesolevale tööle eelnevalt puudus Robotite halduril mobiilsete platvormide ja haaratsite haldamise võimekused, mille väljatöötamine oli antud töö peamiseks eesmärgiks. Töö tulemusena valmis TeMoto Robotite halduri terviklik lahendus, mille funktsionaalsust demonstreeriti objekti transportimise ülesande lahendamisel, kaasates kahest manipulaatorist, kahest haaratsist ja mobiilsest platvormist koosnevat heterogeenset mitme roboti süsteemi.
Multi-Robot Motion Planning for Shared Payload Transportation
(Tartu Ülikool, 2020) Masnavi, Houman; Kruusamäe, Karl; Singh, Arun Kumar; Valner, Robert; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond; Tartu Ülikool. Tehnoloogiainstituut
Shared payload transportation has emerged as one of the key real-world applications that warrants the deployment of multiple robots. The key motivation stems from the fact that actuation and sensing abilities of multiple robots can be pooled together to transport objects that are either too big or heavy to be handled by a single robot. This thesis proposes algorithmic and software frameworks to achieve precise multi-robot coordination for object transportation. On the algorithmic side, a trajectory optimization formulation is developed which generates collision-free and smooth trajectories for the robots transporting the object. State-of-the art Gradient Descent variants are utilized for obtaining the solution. On the software side, a trajectory planner (local planner) is developed and integrated to Robot Operating System (ROS). The local planner is responsible for calculating individual velocities for any number of robots forming a rigid geometric in-plane constellation. Extensive simulation as well as real-world experiments are performed to demonstrate the validity of the developed solutions. It is demonstrated that how the proposed trajectory optimization approach outperforms off-the-shelf planners with respect to metrics like smoothness and collision avoidance. In estonian: Ühise lasti transportimine mitme roboti poolt on kujunenud üheks rakendusvaldkonnaks, kus mitme roboti samaaegne kasutamine on õigustatud. Mitme roboti andureid ja ajameid on eriti kasulik kasutada transportimaks objekte, mis on ühe roboti jaoks kas liiga suured ja/või rasked. Käesolev lõputöö pakub välja algoritmilise ja tarkvaralise raamistiku, mis võimaldab täpselt koordineerida mitme roboti koostööd ühise lasti liigutamisel. Välja on töötatud trajektooride optimeerimise algoritm, mis genereerib kokkupõrkevabad ja sujuvad ühist objekti kandvate robotite trajektoorid. Selleks on kasutatud nüüdisaegset gradientlaskumise (ingl Gradient Descent) meetodit. Tarkvara poolelt on loodud trajektoori planeerija (lokaalne planeerija) ja see on integreeritud arendusplatvormil ROS (Robot Operating System). Lokaalne planeerija arvutab individuaalsed kiirused igale robotile, mis moodustavad ühise jäiga tasapinnalise kujundi, kusjuures robotite arv kujundis ei ole piiratud. Väljatöötatud lahenduse toimimist on kontrollitud ulatuslike simulatsioonide abil aga ka viies läbi praktilisi katseid. Väljapakutud trajektoori optimeerimise lahendus ületab olemasolevaid planeerijaidd nii trajektoori sujuvuse kui ka kokkupõrgete vältimise võime osas.
Software Development for Isotonic and Isometric Electro-Chemo Measurement System
(Tartu Ülikool, 2015) Valner, Robert; Kiefer, Rudolf, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja tehnoloogiateaduskond; Tartu Ülikool. Tehnoloogiainstituut
Ionic electroactive polymers, belonging to a group of artificial muscles, are materials which have been studied in aim of creating an actuator that has characteristics of a natural muscle. Natural muscle is considered to be a highly optimized and efficient system due to its reoccurring similar structure in many organisms. The main goal in this wide research field is to investigate how artificial muscles can replace or repair for example limbs, hearts or muscles in future applications. Artificial muscles are mostly compared with electrochemical properties, efficiency in strain, stress and durability. Often a measurement setup is used that integrates devices like force sensing transducer, linear actuator and a potentiostat in order to measure muscles electrical and mechanical characteristics with a single system of devices. The main goal of this work was to develop software and a graphical user interface for carrying out isometric and isotonic measurements combined with electrochemical stimulus on ionic electroactive polymer samples. As a result of authors work a set of algorithms that automate experiment processes, simplify the use of software and refine isotonic measurement results were created, implemented and successfully tested within time span of one and a half semesters on a setup, which was provided as a hardware basis for this work.