Robotic System Application Control and Progress

CPG Implementations for Robot Locomotion: Analysis and Design

The ability to efficiently move in a complex environment is a key property of animals.  It is central to their survival, i.e.  to avoid predators, to look for food, and to find mates for reproduction (Ijspeert, 2008). Nature has found different solutions for the problem of legged locomotion. For example, the vertebrate animals have a spinal column and one or two pairs of limbs that are used for walking.  Arthropoda animals are characterized by a segmented body  that  is  covered  by  a  jointed  external  skeleton  (exoskeleton),  with  paired  jointed limbs on each segment and they can have a high number of limbs  (Carbone & Ceccarelli,2005).  The biological mechanisms underlaying locomotion have therefore been extensively studied by neurobiologists, and in recent years there has been an increase in the use of computer simulations for testing and investigating models of locomotor circuits based on neurobiological observations   (Ijspeert, 2001).   However, the mechanisms generating the complex motion patterns performed by animals are still not well understood (Manoonpong,2007). Animal locomotion, for instance, requires multi-dimensional coordinated rhythmic patterns that need to be correctly tuned so as to satisfy multiple constraints: the capacity to generate forward motion, with low energy, without falling over, while adapting to possibly complex terrain (uneven ground, obstacles), and while allowing the modulation of speed and direction (Ijspeert & Crespi, 2007). In vertebrate animals, an essential building block of the locomotion controller is the Central Pattern Generator (CPG) located in the spinal cord.  The CPG is a neural circuit capable of producing coordinated patterns of rhythmic activity in open loop, i.e.   without any rhythmic inputs from sensory feedback or from higher control centers (Delcomyn, 1980; Grillner, 1985).   Interestingly, very simple input signals are sufficient to modulate the produced patterns.  Furthermore, CPG can adapt to various environments by changing the periodic rhythmic patterns. For instance, the cats and horses are able to change their locomotor patterns depending on the situation. This relevance of locomotion both for biology and for robotics has led to multiple interesting interactions between the two fields. The interactions have mainly been in one direction, with robotics taking inspiration from biology in terms of morphologies, modes of locomotion, and/or  control mechanisms.    In  particular,  many  robot structures are  directly inspired by  animal  morphologies,  from  snake  robots,  quadruped  robots,  to  humanoid  robots. Increasingly, robotics is now providing something back to biology, with robots being used     as scientific tools to test biological hypotheses  (Ijspeert, 2008). Researchers have studied the CPGs for decades and some principles have been derived to model their functionality and structure. CPGs have been proposed as a mechanism to generate an efficient control strategy for legged robots based on biological locomotion principles. Locomotion in legged robots is…

Prabhu TL

Novel Assistive Robot for Self-Feeding

Assistive robots,  with  which  users  can interact directly, have  attracted worldwide attention. They  can  assist  people with  disabilities and  older  persons in the  activities of daily  living. Assistive robots could be employed for improving quality of life as they can be adjusted according to demographic changes. There  are  several  crucial  issues  to be considered with regard to  these  robots,  such  as  customizing them  according to  the  specific  culture of the users  as well as ensuring cost-effectiveness (Mann,  2005). In Korea,  the official number of registered people with  disabilities due  to illnesses,  injuries, and  the natural aging  process  has already exceeded two million  (Employment Development Institute, 2009). More than  one-third of these disabled people are the elderly. Moreover, due to longer  life spans and  a decline  in birthrate, the elderly make  up over 10% of the population in Korea. As a result,  effective caregiving with restricted resources is an urgent problem. In  order to  achieve  efficient  caregiving for  people with  disabilities and  elderly persons, caregivers should physically interact with the people. For example, caregivers have to assist people in  performing the  routine activities of  their  daily  lives,  such  as  eating,  changing clothes,  changing their  posture, moving from  one location  to another, and  bathing. Among these  activities, eating  meals  is  one  of  the  most  essential daily  activities. In  this  regard, caregivers  must  interact  with  people  frequently  to  assist  with  food  selection,  feeding…

Prabhu TL

Target Point Manipulation Inside a Deformable Object

Target  point  manipulation inside  a deformable object  by a robotic  system  is necessary in many  medical and  industrial applications such  as breast  biopsy,  drug injection,  suturing, precise  machining of deformable objects etc. However, this is a challenging problem because of the  difficulty of imposing the  motion of the  internal target  point  by a finite  number of actuation points located  at the  boundary of the  deformable object.  In addition, there  exist several  other  important manipulative operations that  deal  with  deformable objects  such  as whole  body  manipulation  ,  shape  changing  ,  biomanipulation    and   tumor manipulation  that have  practical applications. The main  focus of this chapter is the target point manipulation inside a deformable object. For instance, a positioning operation called linking  in  the  manufacturing of seamless garments   requires manipulation of internal points of deformable objects. Mating of a flexible part in electric industry also results in the positioning of mated points on the object. In many  cases these points cannot  be manipulated directly since the points of interest in a mating part is inaccessible because of contact with a…

Prabhu TL
- Advertisement -
Ad imageAd image