Convenient human-computer interaction is essential to carry out many exhausting and concentration-demanding activities. One of them is cyber-situational awareness as well as dynamic and static risk analysis. A specific design method for a multimodal human-computer interface (HCI) for cyber-security events visualisation control is presented. The main role of the interface is to support security analysts and network operators in their monitoring activities. The proposed method of designing HCIs is adapted from the methodology of robot control system design. Both kinds of systems act by acquiring information from the environment, and utilise it to drive the devices influencing the environment. In the case of robots the environment is purely physical, while in the case of HCIs it encompasses both the physical ambience and part of the cyber-space. The goal of the designed system is to efficiently support a human operator in the presentation of cyberspace events such as incidents or cyber-attacks. Especially manipulation of graphical information is necessary. As monitoring is a continuous and tiring activity, control of how the data is presented should be exerted in as natural and convenient way as possible. Hence two main visualisation control modalities have been assumed for testing: static and dynamic gesture commands and voice commands, treated as supplementary to the standard interaction. The presented multimodal interface is a component of the Operational Centre, which is a part of the National Cybersecurity Platform. Creation of the interface out of embodied agents proved to be very useful in the specification phase and facilitated the interface implementation.
W pracy przedstawiono problematykę cyberbezpieczeństwa systemów robotycznych zaliczanych do szerszej klasy systemów cyber-fizycznych. Omówiono aktualne i potencjalne zagrożenia dla systemów cyber-fizycznych wynikające z cyberataków będących działaniami nieuprawiononymi, metody wykrywania tych ataków oraz ochrony lub redukcji skutków ich działania. Wyróżniono specyficzne dla systemów cyber-fizycznych rodzaje zagrożeń odróżniające je od systemów teleinformatycznych. Na podstawie analizy literatury dotyczącej cyberbezpieczeństwa systemów robotycznych wskazano otwarte problemy badawcze, które wymagają rozwiązania.
EN
Cybersecurity issues of robotic systems that belong to a wider class of cyber-physcial systems are presented. In this work review of the known and statement of the new threats for cyberphisical systems caused by cybernetic attacks is a basis for the analysis of the known methods for detection and consequences reduction of such attacks. The emphasis was placed on the, cyber-physical system specific threats, which distinguish these systems from traditional information systems. Based on the analysis of literature regarding robot systems cybersecurity, the unresolved issues of this subject are presented and discussed.
This paper presents a navigation system structure for mobile service robots in the agent-based distributed architecture. The proposed navigation system is a part of the RAPP framework. The RAPP framework is an open-source software platform to support the creation and delivery of robotic applications, which are expected to increase the versatility and utility of robots. All key navigation tasks are defined and divided into separate components. The proper allocation of navigation components, in the fouragent structure of the RAPP infrastructure, enables highdemanding computations offloading and was the main goal of this work. Navigation system components were implemented using ROS framework. Experimental results for the NAO robot executing risks detection task proved the validity of the proposed approach.
W artykule przedstawiono strukturę rozproszonego systemu nawigacji mobilnych robotów usługowych. System nawigacji jest elementem układu sterowania zaprojektowanego zgodnie z teorią agenta upostaciowionego. Opisano komponenty realizujące usługi nawigacyjne oraz ich rozmieszczenie w wieleagentowej strukturze układu sterowania. Dzięki wykorzystaniu chmury obliczeniowej możliwa jest realizacja złożonych algorytmów lokalizacji robota oraz planowania ścieżki. Proponowany system umożliwia chmurze obliczeniowej jednoczesną obsługę wielu robotów. Złożone usługi mogą być realizowane przez kilka komponentów rozproszonych w różnych agentach systemu. Dzięki ternu możliwy jest dobór algorytmów lub całych usług w zależności zarówno od typu robota, jak i od czujników w jakie jest on wyposażony. Działanie systemu zweryfikowano w zadaniu wykrywania zdarzeń w otoczeniu przy użyciu robota NAO.
EN
This paper presents a navigation system structure for mobile service robots in the agent-based distributed architecture. The proposed navigation system is a part of the RAPP framework, a cloud robotics infrastructure. The RAPP framework is an open-source software platform to support the creation and delivery of robotic applications, which are expected to increase the versatility and utility of robots. All key navigation tasks are defined and divided into separate components. The proper allocation of navigation components, in the four-agent structure of the RAPP infrastructure, enabling high-demanding computations offloading was the main goal of this work. Navigation system components were implemented using ROS framework. Experimental results for the NAO robot executing risks detection task proved the validity of the proposed approach.
Roboty społeczne współdziałają z ludźmi, a ci mogą wymagać bardzo różnorodnych usług. Trudno sobie wyobrazić pokładowy sterownik robota autonomicznego, który byłby w stanie podołać każdemu zleceniu. Sterownik pokładowy, dysponujący ograniczonymi zasobami, musi więc mieć strukturę rekonfigurowalną, umożliwiającą wymianę części oprogramowania - w zależności od zleconego zadania. W takich systemach dodatkowe oprogramowanie pobierane jest z chmury obliczeniowej i to ono przejmuje nadzór nad robotem na czas wykonania zadania, a więc w tym przypadku nie tylko następuje wymiana oprogramowania, ale również zamiana ról - sterownik nadrzędny staje się podrzędnym. Artykuł przedstawia zarówno ogólny sposób specyfikacji sterowników, jak i realizację przykładowego zadania.
EN
Social robots need to interact with people, who can demand from them very diverse services. It is difficult to imagine that an on-board computer of an autonomous robot can cope with every service that can be demanded from it. Thus, the on-board controller, having limited capabilities, must have a reconfigurable structure, enabling an exchange of a part of software depending on the required service. In such situations the tacking software is obtained from the cloud. However, this software is not only a suplement it assumes supervisory role over the system while it is executing the required service. This switch of supervisory responsibilities between the acquired software and the core software is a novelty in robot controllers. The pa per presents both the general system specification and an exemplary task it executes.
This paper addresses the problem of grasp synthesis for grasping objects considering both object pose uncertainty and object dynamics. These two factors greatly affect success or failure in a real-world robotic grasping and should be considered simultaneously. The proposed approach is based on simulation of grasping process assuming that the 3D model of the object is known. Object geometry is modelled using superquadrics. To evaluate grasp quality three different measures are utilised. The proposed grasp synthesis approach will be implemented and tested on a real robot with multi-fingered hand.
W artykule omówiono zagadnienie syntezy chwytu obiektu za pomocą wielopalczastego chwytaka przy założeniu znajomości modelu 3D obiektu oraz niepewności względnej pozycji obiektu i chwytaka. Przy wyznaczaniu chwytu jest również brana pod uwagę dynamika obiektu. Proponowane podejście polega na wykorzystaniu symulacji procesu chwytania w celu wyznaczenia zbioru domkniętych siłowo, stabilnych chwytów dla danego obiektu. Do oceny jakości chwytu są stosowane dwa kryteria metryka εGWS wyznaczająca największą siłę zakłócającą, która może być zrównoważona przez siły kontaktowe oraz miara heurystyczna określająca względną orientację chwytaka i obiektu. Celem jest opracowanie algorytmu syntezy chwytów, który będzie wyznaczał stabilne i wykonalne chwyty dla rzeczywistego robota.
EN
In this paper grasp synthesis problem considering both object pose uncertainty and object dynamics is discussed. These two factors greatly affect success or failure in real-world robotic grasping and should be considered simultaneously. The proposed approach to grasp synthesis is based on simulation. To evaluate grasp quality two measures are used, the first one describes grasp stability, the second one grasp robustness. The future work will be focused on implementation and testing the proposed grasp synthesis method on the two-arm robot Velma with two Kuka LWR arms and Barrett Hands.
Formy mocujące muszą być idealnie dopasowane do detali, które maja podpierać. Nawet mała modyfikacja kształtu w projekcie detalu powoduje, że kosztowna forma staje się bezużyteczna. Stąd duże zainteresowanie przemysłu formami rekonfigurowalnymi. Zastąpienie tradycyjnych form przez wiele robotów stanowiących ruchome podpory wymaga zaprojektowania specjalnego układu sterowania oraz dedykowanej metody programowania umożliwiającej szybką rekonfigurację takiego systemu. Układ sterowania systemu wielorobotowego został zaprojektowany na podstawie formalnej specyfikacji definiującej strukturę tego układu za pomocą agentów, których zachowanie określane jest za pomocą funkcji przejścia. W ten sposób stworzono system modularny, umożliwiający parametryzację oprogramowania ułatwiające wprowadzanie zmian przy sprawdzaniu różnych rozwiązań technicznych, co jest nieodzowne przy konstrukcji systemu prototypowego. Eksperymenty przeprowadzone w fabryce wykazały, że zaprojektowany system usztywnia detal na tyle, aby wynik obróbki mechanicznej był zadowalający. Jeżeli liczba różnych detali podlegających obróbce jest znaczna, to zaprojektowany system stanowi względnie tanią alternatywę dla wytworzenia i późniejszego magazynowania wielu form. Ponadto zaprojektowany układ sterowania może sterować zespołami robotów o różnej liczności oraz dopuszcza zmiany konstrukcyjne poszczególnych części robotów. Pierwsza część artykułu przedstawia problemy związane z konstrukcją form podpierających oraz prezentuje strukturę układu sterowania systemu wielorobotowego, natomiast część druga koncentruje się na programie planującym działania robotów.
EN
Machining fixtures must fit exactly the work piece to support it appropriately. Even slight change in the design of the work piece renders the costly fixture useless. Substitution of traditional fixtures by a programmable multi-robot system supporting the work pieces requires a specific control system and a specific programming method enabling its quick reconfiguration. The multi-robot control system has been designed following a formal approach based on the definition of the system structure in terms of agents and transition function definition of their behaviour. Thus a modular system resulted, enabling software parameterisation. This facilitated the introduction of changes brought about by testing different variants of the mechanical structure of the system. The shop-floor experiments with the system showed that the work piece is held stiffly enough for both milling and drilling operations performed by the CNC machine. If the number of diverse work piece shapes is large the reconfigurable fixture is a cost-effective alternative to the necessary multitude of traditional fixtures. Moreover, the proposed design approach enables the control system to handle a variable number of controlled robots and accommodates possible changes to the hardware of the work piece supporting robots. The first part of the paper introduces the fixturing problem and presents the control system of the designed multi-robot fixture, while the second part presents the planer deciding where and when the supports should be located.
Formy mocujące muszą być idealnie dopasowane do detali, które mają podpierać. Nawet mała modyfikacja kształtu w projekcie detalu powoduje, że kosztowna forma staje się bezużyteczna. Stąd duże zainteresowanie przemysłu formami rekonfigurowalnymi. Zastąpienie tradycyjnych form przez wiele robotów stanowiących ruchome podpory wymaga zaprojektowania specjalnego układu sterowania takim systemem oraz dedykowanej metody programowania umożliwiającej szybką rekonfigurację tego systemu. W pierwszej części artykułu przedstawiono problemy związane z konstrukcją form podpierających oraz zaprezentowano strukturę układu sterowania systemu wielorobotowego, natomiast w części drugiej skoncentrowano się na programie planującym działania poszczególnych robotów. Artykuł przedstawia sposób programowania rekonfigurowalnej formy. Programowanie w tym przypadku polega na zaplanowaniu czynności wykonywanych przez roboty podpierające. Plan układany jest automatycznie z wykorzystaniem sposobu rozwiązywania problemów wymagających spełnienia ograniczeń. Program planujący bierze pod uwagę ograniczenia fizyczne, geometryczne oraz te związane z upływem czasu. Dane wejściowe dla programu planującego są tożsame z rysunkami CAD detali oraz dane CAM sposobu ich obróbki. Na podstawie tych danych powstaje plan rozstawienia głowic, ruchów manipulatorów oraz translokacji baz mobilnych. Układ sterowania na podstawie otrzymanego planu steruje zachowaniem robotów, umożliwiając maszynie CNC wiercenie otworów bądź frezowanie. Eksperymenty przeprowadzone w fabryce wykazały, że zaprojektowany system usztywnia detal na tyle, aby wynik obróbki mechanicznej był zadowalający. Jeżeli liczba różnych detali podlegających obróbce jest znaczna, to zaprojektowany system stanowi względnie tanią alternatywę dla wytworzenia i późniejszego magazynowania wielu form.
EN
Machining fixtures must fit exactly the work piece to support it appropriately. Even slight change in the design of the work piece renders the opstly fixture useless. Substitution of traditional fixtures by a programmable multi-robot system supporting a work piece requires a specific control system and a specific programming method enabling its quick reconfiguration. The first pan of the paper introduced the fixturing problem and presented the control system of the designed multi-robot fixture, while the second pan presents the planer deciding where and when the supports should be located. A novel approach to task planning (programming) of the reconfigurable fixture system has been developed. Its solution is based on methods of solving the constraint satisfaction problem. The planner takes into account physical, geometrical, and time-related constraints. Reconfigurable fixture programming is performed by supplying CAD definition of the work piece. Out of this data the positions of the robots and the locations of the supporting heads are automatically generated. This proved to be an effective programming method. The control system on the basis of the thus obtained plan effectively controls the behaviours of the supporting robots in both drilling showed thai the generated plans cause the work piece to be held stiffly enough for both milling and drilling operations performed by the CNC machine. If the number of diverse work piece shapes is large the reconfigurable fixture is a cost-effective alternative to the necessary multitude of traditional fixtures.
W pracy przedstawiono koncepcję układu planowania (planera) dla samoadaptowalnego i rekonfigurowalnego systemu mocowań-podpór dla cienkościennych przedmiotów (blach) o dużych rozmiarach w procesie obróbczym polegającym na frezowaniu i wierceniu otworów. W proponowanym rozwiązaniu system mocowań-podpór składa się z ławy oraz ruchomych agentów - manipulatorów mobilnych. Zadaniem planera jest wygenerowanie sekwencji wykonalnych pozycji dla każdego agenta spełniających ograniczenia geometryczne i czasowe. Struktura planera ścieżki, zwanego "potrójnym CSP", składa się z trójpoziomowej hierarchii problemów przeszukiwania dyskretnych przestrzeni rozwiązań. Do rozwiązania zadania planowania ścieżki dla głowic, ruchomych baz i manipulatorów równoległych, stanowiących części mobilnych agentów-podpór, zastosowano sterowany ograniczeniami algorytm przeszukiwania z nawrotami. W pracy przedstawiono projekt i implementację planera oraz omówiono przykładowe plany wyznaczone dla operacji frezowania i wiercenia otworów.
EN
The paper presents a planner module of a self-reconfigurable fixture system needed in the machining of thin-sheet large work-parts, namely milling and hole drilling processes. The proposed system consists of a power-supplying bench and two or more mobile robotic agents. The objective is to create an action plan for the positioning and reconfiguring of two or more mobile robotic fixtures that satisfies geometric and time-related constraints. The path planner structure, called Triple-CSP, consists of three levels of constraint satisfaction search. We propose an incremental, constraint-driven backtracking search to solve three hierarchic path planning tasks: for the supporting heads, the mobile bases, and the Parallel Kinematic Machine configurations of the mobile fixtures. The paper concentrates on the planner design and implementation and shows example plans obtained for milling and hole drilling processes.
The paper focuses on specification and utilization of manipulation skills to facilitate programming of bimanual manipulation tasks. Manipulation skills are actions to reach predefined goals. They constitute an interface between low-level constraint-based task specification and high level symbolic task planning. The task of the robot can be decomposed into subtasks that can be resolved using manipulation skills. Rubik's cube solving problem is presented as an example of a 3D manipulation task using two-arm robot system with diverse sensors such as vision, force/torque, tactile sensors.
W drugiej części artykułu poświęconego konstrukcji, sterowaniu oraz planowaniu ruchów trójpalczastego chwytaka, opisano ogólną strukturę układu sterowania oraz algorytmy sterowania ruchem paliczków (członów) chwytaka.
EN
The second part of the paper devoted to the construction, control and motion planning for a three fingered gripper, describes the general structure of the control system and the algorithms for controlling the finger phalange motions.
W trzeciej części artykułu poświęconego konstrukcji, sterowaniu oraz planowaniu ruchów trójpalczastego chwytaka, opisano sposób planowania chwytów dla tego chwytaka. Przedstawiono również wyniki wstępnych eksperymentów z tym chwytakiem.
EN
The third part of the paper devoted to the construction, control and motion planning for a three fingered gripper, describes the method of planning grasps. Moreover, the results of experiments with grasping diverse objects using the designed multi-fingered gripper have been presented.
W pierwszej części artykułu poświęconego konstrukcji, sterowaniu oraz planowaniu ruchów trójpalczastego chwytaka, opisano jego budowę mechaniczną oraz układy elektroniczne sterujące silnikami powodującymi ruchy paliczków.
EN
The first part of the paper devoted to the construction, control and motion planning for a three fingered gripper, describes its mechanical design and the electronics controlling the motors propelling the finger phalanges.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
An application of advanced optimization techniques to solve the path planning problem for closed chain robot systems is proposed. The approach to path planning is formulated as a "quasi-dynamic" NonLinear Programming (NLP) problem with equality and inequality constraints in terms of the joint variables. The essence of the method is to find joint paths which satisfy the given constraints and minimize the proposed performance index. For numerical solution of the NLP problem, the IPOPT solver is used, which implements a nonlinear primal-dual interior-point method, one of the leading techniques for large-scale nonlinear optimization.
W pracy przedstawiono koncepcje układu planowania (planera) dla samoadaptowalnego i rekonfigurowalnego systemu mocowań-podpór dla cienkościennych przedmiotów (blach) o dużych rozmiarach w procesie obróbczym polegającym na frezowaniu i wierceniu otworów. Tego typu detale są powszechnie wykorzystywane w przemyśle samochodowym i lotniczym. W proponowanym rozwiązaniu system mocowań-podpór składa się z ruchomych agentów - manipulatorów mobilnych. Zadaniem planera jest wygenerowanie sekwencji wykonalnych pozycji dla każdego agenta spełniających ograniczenia geometryczne i czasowe. W niniejszej pracy omówiono strategie tworzenia planu dla pary zrobotyzowanych podpór oraz plan rozmieszczenia głowic dla obróbki dwóch wybranych części będących elementami kadłubu samolotu.
EN
A planner fur self adaptable, reconfigurable fixture system is proposed. This system is composed of mobile agents supporting thin sheet metal parts to minimize part dimensional deformation during drilling and milling operations. Compliant sheet metal parts are widely used in various manufacturing processes including automotive and aerospace industries. The main rule of the planner is tu generate the feasible plan of relocation of the mobile agents. It has to find admissible locations for the supporting heads that provide continuous support in close proximity to the tool.
This paper describes a concept of the planning system for self adaptable, reconfigurable fixtures composed of mobile locators (robotic agents) that can freely move on a bench and reposition below the supported part, without removing the part from the fixture. The main role of the planner is to generate the admissible plan of relocation of the mobile agents. A constrained nonlinear optimization problem is formulated to find the optimal locations for supporting heads.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule omówiono wykorzystanie zaawansowanych technik optymalizacji do rozwiązywania zadań planowania ścieżek ruchu dla ściśle współpracujących robotów. Zadanie planowania ścieżki jest formułowane jako problem minimalizacji warunkowej funkcjonału, a następnie jest sprowadzane do zadania programowania nieliniowego (NLP). Do numerycznego rozwiązania zadania NLP wykorzystuje się solwer IPOPT oparty na prymalno-dualnej metodzie punktu wewnętrznego dla zadań nieliniowych, będącej obecnie jedną z wiodących technik optymalizacji nieliniowej dla zadań wielkiej skali.
EN
Application of advanced optimization techniques to solve the path planning problem for tightly cooperating robots is discussed in this paper. The approach to path planning is formulated as a "quasi-dynamic" nonlinear optimization (NLP) problem with equality and inequality constraints in terms of the joint variables. The essence of the method is to find joint paths which satisfy the given constraints and minimize the proposed performance index. For numerical solution of the NLP problem the IPOPT solver is used, which implements a nonlinear primal-dual interior-point method one of the leading techniques for large-scale nonlinear optimization.
W artykule przedstawiono algorytm budowy j upraszczania map trójwymiarowych środowisk zamkniętych - wnętrz budynków - na podstawie pomiarów z dalmierza laserowego. Z pierwotnej reprezentacji środowiska w postaci chmury punktów jest tworzona mapa w postaci siatki trójkątów. Do upraszczania mapy polegającego na wyszukiwaniu powierzchni płaskich zastosowano technikę rozszerzania obszaru wykorzystującą metodę najmniejszej sumy kwadratów. Przedstawiono wyniki kolejnych etapów budowy i upraszczania mapy dla przykładowego środowiska. Omówiono wpływ sposobu określania sąsiedztwa punktu na szybkość działania algorytmów i jakość upraszczanych map.
EN
This paper presents an algorithm of simplification and improving quality of 3D maps. The growing region technique is used to obtain an approximation of planes (flat surfaces) included in the scene. The method is based on local least square fitting for estimating the normals at all sample points of a point cloud data. The effects of neighborhood size determined by using k-nearest neighbors of the point or within a ball of certain radius r are analyzed. Experiments using a mobile robot with 3D laser scanner in indoor environment show the usefulness of the proposed approach.
This paper considers the problem of simultaneous localization and mapping of a mobile robot. The kinematic approach of CuikSLAM is adopted applying constrained satisfaction and interval methods. The novelty is that we do not assume the landmark identification problem to br solved.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.