Tele-operation of a humanoid robot using haptics and load sensors

Abstract

O principal objetivo desta tese é criar uma plataforma eficaz e modular para preparar o Projeto Humanoide da Universidade de Aveiro (PHUA) para o ensino tele-cinestésico. Este novo conceito de aprendizagem robótica por demonstração é neste momento a base deste projeto, onde um usuário humano tele-opera o robô em vários movimentos e tarefas de equilíbrio. Os dados recolhidos durante estas demonstrações podem ser usados em algoritmos de aprendizagem de modo a que o robô se possa mover, equilibrar e caminhar sozinho. O robô utilizado neste trabalho é uma plataforma humanoide proprietária com 27 GDL desenvolvida completamente na Universidade de Aveiro. Várias demonstrações são realizadas neste trabalho usando dados sensoriais das células de carga instaladas nos pés do robô e um dispositivo háptico para interface com o utilizador. Quatro células são colocadas em cada um dos pés dando ao robô a capacidade para sentir o chão e estimar o centro de pressão. Uma unidade de aquisição de dados foi desenvolvida para obter os sinais das células de carga. Esta unidade é capaz de ler das células e transmitir essa informação a uma frequência superior a 1000 Hz permitindo um fluxo de informação praticamente contínuo. A informação de força dos pés é então usada para gerar a realimentação de força do dispositivo que é sentida pelo utilizador como o desequilíbrio do robô. A plataforma ROS é usada para controlar os diferentes módulos de software, utilizando o próprio sistema de mensagem para comunicar entre estes, dando a este projeto várias ferramentas para posterior desenvolvimento.

The main objective of this thesis is to create an effective and modular platform to prepare the Humanoid Project of the University of Aveiro (PHUA) for tele-kinesthethic teaching. This new concept of robot learning from demonstration is now the base of this project, where a human user tele-operates the robot in various motion and balance tasks. The data gathered during this demonstrations can be used in learning algorithms so the robot can move, balance and walk on it’s own. The robot used in this work is a 27-DOF proprietary humanoid platform developed completely at the University of Aveiro. Several demonstrations are carried out using sensory data from the load cells installed in the robot’s feet and an haptic device for user interface. Four cells are placed in each foot giving the robot the ability to sense the floor and to estimate the center of pressure. A unit for data acquisition was developed to measure the load cells signals. This unit is capable of reading the cells and transmitting that information at a frequency over 1000 Hz allowing for a nearly continuous stream of information. The force information from the feet is then used to generate the force feedback in the haptic device which is felt by the human as the robot’s sense of balance. The ROS platform is used to control the different modules of software using it’s message system to communicate among them, giving this project several tools for further development.