1. |
Zawidzka E., Szklarski J. T., Kobaka J.♦, Zawidzki M., Przykłady Małej Architektury w oparciu o System Arm-Z,
POMIARY - AUTOMATYKA - ROBOTYKA. PAR, ISSN: 1427-9126, DOI: 10.14313/PAR_252/73, Vol.2, pp.73-80, 2024Streszczenie: Arm-Z to koncepcja hiperredundantnego manipulatora robotycznego opartego na sekwencji szeregowo połączonych identycznych modułów. Każdy moduł ma tylko jeden stopień swobody (1-DOF) – skręt względem poprzedniego. Moduły systemu Arm-Z mogą być masowo produkowane i łatwo wymieniane w przypadku awarii. Sterowanie Arm-Z jest stosunkowo trudne, dlatego zwykle wymaga stosowania metod inteligencji obliczeniowej. W artykule przedstawiono kilka koncepcji kinetycznych obiektów małej architektury opartych na Arm-Z: spiralną kolumnę o regulowanej wysokości, system nadążania słonecznego, kinetyczną rzeźbę bioniczną i kinetyczny zraszacz/fontannę. Prezentowane koncepcje są zasadniczo nisko-technologiczne (“low-tech”). W każdym przypadku moduł bazowy jest przymocowany do podstawy (podłoża). Dla prostoty napęd jest przykładany bezpośrednio do pierwszego modułu, a następnie przenoszony za pomocą wewnętrznych przekładni na kolejne moduły. Każdy moduł jest wyposażony w zestaw cylindrycznych i stożkowych kół zębatych z zębami prostymi o profilu spiralnym (do połączeń miedzy modułami). Słowa kluczowe: Arm-Z, hiperredundancja, manipulator, mała architektura, systemy modularne Afiliacje autorów:
Zawidzka E. | - | IPPT PAN | Szklarski J. T. | - | IPPT PAN | Kobaka J. | - | inna afiliacja | Zawidzki M. | - | IPPT PAN |
| | 70p. |
2. |
Szklarski J., Multi-Robot Coverage with Reeb Graph Clustering and Optimized Sweeping Patterns,
COMPUTER ASSISTED METHODS IN ENGINEERING AND SCIENCE, ISSN: 2299-3649, DOI: 10.24423/cames.581, Vol.29, No.4, pp.379-395, 2022Streszczenie: In order to perform mapping, inspecting, searching, painting, cleaning, and other similar tasks, mobile robots have to act according to a coverage plan. Finding a trajectory that a robot should follow requires an appropriate coverage path planning (CPP) algorithm and is a non-trivial problem, especially if a cooperating group of robots is considered. We propose that the multi-robot CPP can be solved by: decomposing the input occupancy grid map into cells, generating a corresponding Reeb graph, clustering the graph into Nr clusters, and solving the associated equality generalized traveling salesman problem in order to obtain optimal back-and-forth sweeping patterns on the clusters. This last step has been proven to be one of the most efficient ways to find trajectories for a single robot [5]. The discussed approach is motivated by a specific application: industrial cleaning of large warehouses by Nr autonomic mobile cleaners (the cleaning radius of a robot is much smaller than the area to be cleaned). The total time required for cleaning is to be minimized. By means of statistical analysis, using an extensive, realistic set of synthetic maps, it is shown that the proposed algorithm meets the criteria for applying it in the production process. Słowa kluczowe: coverage path planning,motion planning,multi-robot Afiliacje autorów:
| | 70p. |
3. |
Zawidzka E., Szklarski J., Zawidzki M., Arm-Z as a modular tracking device,
Lecture Notes in Networks and Systems, ISSN: 2367-3389, DOI: 10.1007/978-981-19-1610-6_37, Vol.448, pp.429-437, 2022Streszczenie: Arm-Z is a hyper-redundant manipulator based on a sequence of linearly joined identical modules. Each module has only one degree of freedom—a twist relative to the previous module. Arm-Z can be potentially economical, as the modules can be mass-produced. Arm-Z is also robust, as the malfunctioning module can be replaced. Moreover, if some modules malfunction, the device can still execute tasks with certain accuracy. However, the disadvantage of Arm-Z is a non-intuitive and difficult control. This paper presents a concept of a modular tracking device comprised of four identical modules. As an example, the Sun-tracking setup is used with possible application for solar energy harvesting. Słowa kluczowe: Extremely modular system, Arm-Z, Hyper-redundant manipulator, Sun-tracking Afiliacje autorów:
Zawidzka E. | - | IPPT PAN | Szklarski J. | - | IPPT PAN | Zawidzki M. | - | IPPT PAN |
| |
4. |
Zawidzka E., Szklarski J., Kiński W.♦, Zawidzki M., Prototype of the Arm-Z modular solar tracker,
Advances in Intelligent Systems and Computing, ISSN: 2194-5357, DOI: 10.1007/978-3-031-03502-9_28, Vol.1427, pp.273-282, 2022Streszczenie: Arm-Z - a hyper-redundant manipulator based on linearly joined sequence of congruent units is presented. Each unit has 1-DOF (one degree of freedom) only, namely a twist relative to the previous unit in the sequence. Arm-Z has a potential of being economical and robust. The control of Arm-Z, however, is not intuitive and difficult. This paper presents the preliminary results of designing a prototype of a modular Sun-tracking device comprised of four congruent units with possible application as a solar energy harvester or a Sun-shade. Słowa kluczowe: Extremely modular system, Arm-Z, Hyper-redundant manipulator, Rapid prototyping, Low-tech Afiliacje autorów:
Zawidzka E. | - | IPPT PAN | Szklarski J. | - | IPPT PAN | Kiński W. | - | inna afiliacja | Zawidzki M. | - | IPPT PAN |
| |
5. |
Zawidzki M., Szklarski J., Multi-objective optimization of the floor plan of a single story family house considering position and orientation,
Advances in Engineering Software, ISSN: 0965-9978, DOI: 10.1016/j.advengsoft.2019.102766, Vol.141, pp.1-16, 2020Streszczenie: Improving the architectural layout for diverse objectives using rigorous mathematical optimization methods gradually receives more attention by the researchers. Such optimization however, is usually reduced to a much simpler and relatively well-defined problem such as: facility layout optimization, quadratic assignment problem, rectangle partitioning. Nonetheless, architects are usually skeptical about such approaches since they produce solutions which lack certain architectural qualities. This paper proposes a framework where architectural functional layout (FL) is optimized for the following objectives: functionality (defined by users), insolation (calculated according to geographical conditions), outside view attractiveness (assessed on-site) and external noise (measured on-site). Incorporating the latter two and simultaneous optimization of FLs for objectives related specifically to the site: position and orientation are the novel contributions of this paper. Firstly, a set of candidate FLs is generated, next they are evaluated for optimal location and orientation on a given site. Optimality is conceived here as maximization of real-valued objective function combining: user's satisfaction level of the outside views, shielding from external noise, and insolation
preference. The importance of these factors for each type of room is assessed by the user (as weights). A case study on an existing site is presented. The view quality was arbitrarily assessed and the noise map was assessed by A-weighted equivalent sound level measurements. A general gradient-based method for finding optimal and near-optimal solutions was applied. The output of this optimization is a set of room configurations with their locations and orientations on the site returned to the user for final selection. Słowa kluczowe: architectural optimization, subjective evaluation, functional layout, acoustic comfort, coarse grid Afiliacje autorów:
Zawidzki M. | - | IPPT PAN | Szklarski J. | - | IPPT PAN |
| | 140p. |
6. |
Szklarski J., Białek Ł.♦, Szałas A.♦, Paraconsistent reasoning in cops and robber game with uncertain information: a simulation-based analysis,
International Journal of Uncertainty, Fuzziness and Knowledge-Based Systems, ISSN: 0218-4885, DOI: 10.1142/S021848851950020X, Vol.27, No.3, pp.429-455, 2019Streszczenie: We apply a non-classical four-valued logic in the process of reasoning regarding strategies for cops in a modified game of "Cops and Robber" played on a graph. We extend the game by introducing uncertainty in a form of random failures of detecting devices. This is realized by allowing that a robber can be detected in a node only with the given probability PA. Additionally, with the probability PF, cops can be given a false-positive, i.e., they are informed that the robber is located at some node, whereas it is located somewhere else. Consequently, non-zero PF introduces a measurement noise into the system. All the cops have access to information provided by the detectors and can communicate with each other, so they can coordinate the search. By adjusting the number of detectors, PA, and PF we can achieve a smooth transition between the two well-known variants of the game: "with fully visible robber" and "with invisible robber". We compare a simple probabilistic strategy for cops with the non-parametric strategy based on reasoning with a four-valued paraconsistent logic. It is shown that this novel approach leads to a good performance, as measured by the required mean catch-time. We conclude that this type of reasoning can be applied in real-world applications where there is no knowledge about the underlying source of errors which is particularly useful in robotics. Słowa kluczowe: reasoning under uncertainty, non-classical logics, four-valued logic, paraconsistent reasoning, cops and robber game, multi-robotic systems Afiliacje autorów:
Szklarski J. | - | IPPT PAN | Białek Ł. | - | Uniwersytet Warszawski (PL) | Szałas A. | - | Uniwersytet Warszawski (PL) |
| | 40p. |
7. |
Zawidzki M., Szklarski J., Effective Multi-objective Discrete Optimization of Truss-Z Layouts Using a GPU,
APPLIED SOFT COMPUTING, ISSN: 1568-4946, DOI: 10.1016/j.asoc.2018.05.042, Vol.70, pp.501-512, 2018Streszczenie: Truss-Z (TZ) is an Extremely Modular System for creating skeletal free-form ramps and ramp networks. The TZ structures are comprised of four variations of two types of basic unit subjected to rotation. The two types of units are: R and L being a mirror reflection of each other. This paper presents a novel method based on image processing, evolutionary algorithm and intensive parallelization of multi-objective optimization of TZ layouts.
The algorithm returns a sequence of modules. The result guarantees a TZ connection between two given points (regions) and minimizes the fitness function representing certain costs associated with setting up the TZ structure.
The fitness function depends on the cost of TZ structure as well as the variety of costs related to the environment where the it is to be placed. E.g.: the earthworks, vegetation removal, obstacles avoidance, etc. There are no restrictions on the fitness function definition. It can depend on any variable which can be represented by a two-dimensional map of any property of the environment.
The formulation of the presented method is suited for application of well-established image processing methods which efficiently evaluate candidate solutions on a GPU. As a result, the employed genetic algorithm efficiently probes the search space. The practical applicability of this approach is demonstrated with three case-studies:
1) simultaneous paving of a path with congruent units in a hilly environment with trees & bushes and finding the best location for a pier over an existing river;
2) constructing of a TZ connector spanning over a mountain valley with lakes (where supports can not be placed);
3) retrofitting of an existing railway station with a large wheelchair TZ ramp of over 10 m elevation while preserving trees and minimizing the earthworks. Słowa kluczowe: Truss-Z, Extremely Modular System, Retrofitting, accessibility, multi-objective, discrete, combinatorial, optimization, genetic algorithm, parallel computing, GPU, GPGPU Afiliacje autorów:
Zawidzki M. | - | IPPT PAN | Szklarski J. | - | IPPT PAN |
| | 40p. |
8. |
Zawidzki M., Szklarski J., Transformations of Arm-Z modular manipulator with Particle Swarm Optimization,
Advances in Engineering Software, ISSN: 0965-9978, DOI: 10.1016/j.advengsoft.2018.05.003, Vol.126, pp.147-160, 2018Streszczenie: A novel concept of hyper-redundant, snake-like manipulator is presented. It is based on the reconfigurable modular construction system–Arm-Z (AZ). AZ is comprised of linearly joined congruent modules with possibility of relative twist. AZ is an Extremely Modular System, i.e. it is composed of a single basic unit and allows for creating free-form shapes. Required level of usefulness and efficiency are among the most challenging design aspects of such reconfigurable systems. Here AZ is considered in the context of kinematics of robotic arms. In general, due to its highly non-linear nature, it is very difficult to find transitions between given states (configurations), especially under realistic environmental and structural constraints. As a way to control the manipulator, an implementation of Particle Swarm Optimization (PSO) for finding transitions between AZ states in realistic scenarios is proposed. Four practical examples are presented which are variations of two distinct problems: bending of a hexagonal AZ in a narrow slot (strong environmental constraints), and reaching a given point in 3D space by the tip of dodecagonal AZ (acting as a robotic arm). The problem of AZ transformation has been defined as a multi-objective optimization. The methodology is general with no restrictions to the objective function. Since the problem is strongly non-linear, in order to cover large space of potential solutions, the algorithm runs for a relatively large number of random initial swarms. This task was distributed on a computer cluster. Although the nature of AZ reconfiguration is discrete, the optimization algorithm is continuous. Słowa kluczowe: Extremely modular system, Arm-Z, Pipe-Z, Discrete optimization, Dihedral rotation, Reconfiguration, Particle Swarm Optimization, Redundant robot, Hyper-redundant manipulator Afiliacje autorów:
Zawidzki M. | - | IPPT PAN | Szklarski J. | - | IPPT PAN |
| | 30p. |
9. |
Szklarski J., Planowanie scenariusza eksploracji w grupie wzajemnie obserwujących się robotów,
PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ, SERIA: ELEKTRONIKA, ISSN: 0137-2343, Vol.1, No.195, pp.279-288, 2016Streszczenie: Jedną z zalet systemów składających się z wielu robotów mobilnych jest możliwość współdziałania jednostek w celu zwiększenia dokładności ich samolokalizacji. W artykule omówiono sytuację, w której zakłada się że roboty praktycznie nie mają dostępu do czujników pozycji bezwzględnej i swoją pozycję ustalają jedynie na podstawie czujników proprioceptywnych, wzajemnych obserwacji oraz -- opcjonalnie -- obserwacji pojedynczego znacznika, co umożliwia osadzenie pozycji w układzie globalnym. Na przykładzie problemu kooperatywnego przeszukania obszaru, poprzez przeprowadzenie symulacji, pokazano że odpowiednie zaplanowanie trajektorii pozwala w istotnym stopniu zwiększyć dokładność pozycjonowania. Słowa kluczowe: planowanie ścieżki, systemy wielorobotowe, wzajemne obserwacje Afiliacje autorów:
| |
10. |
Chechliński Ł.♦, Kogucik D.♦, Białek Ł.♦, Szklarski J., Borkowski A., Integracja Planera zadania Search and Rescue z fizycznym systemem wielorobotwym,
PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ, SERIA: ELEKTRONIKA, ISSN: 0137-2343, Vol.1, No.195, pp.235-244, 2016Streszczenie: Niniejszy artykuł opisuje prace wykonane w celu przeprowadzenia eksperymentu weryfikującego działanie Planera zadania Search and Rescue na zespole trzech robotów kołowych w budynku użyteczności publicznej. Celem zadania jest przeszukanie obiektu przez grupę robotów, odnalezienie w nim poszkodowanych oraz wezwanie pomocy w odpowiednie miejsce. Punktem centralnym systemu jest Planer wykorzystujący język logiki czterowartosciowej 4QL, który został uprzednio przetestowany na symulacjach komputerowych. Jego działanie zostanie opisane pobieżnie, głównym tematem jest metodyka wdrożenia. Aby przeprowadzić eksperyment, należało zintegrować Planer z systemem wielorobotowym. Wedle autorów jest to zadanie nietrywialne, dlatego przy jego realizacji wykorzystano paradygmaty Test-driven development (TDD), zaadaptowane odpowiednio do realiów robotyki mobilnej. Finalny eksperyment został nagrany, a wideo udostępniono w Internecie. Słowa kluczowe: logika wielowartościowa, search and rescue, systemy wielorobotowe Afiliacje autorów:
Chechliński Ł. | - | Politechnika Warszawska (PL) | Kogucik D. | - | inna afiliacja | Białek Ł. | - | Uniwersytet Warszawski (PL) | Szklarski J. | - | IPPT PAN | Borkowski A. | - | IPPT PAN |
| |
11. |
Szklarski J., Wikło M.♦, Designing of Elastoplastic Adaptive Truss Structures with the Use of Particle Swarm Optimization,
MATHEMATICAL PROBLEMS IN ENGINEERING, ISSN: 1024-123X, DOI: 10.1155/2015/652824, Vol.2015, pp.652824-1-14, 2015Streszczenie: In the paper we demonstrate how Particle Swarm Optimization (PSO) can be employed to solve the Adaptive Impact Absorption (AIA) problem. We consider a truss structure which is subjected to impact loads. Stiff bars can be replaced by elastoplastic fuses which control theirs dynamical response. The point of optimization is to maximize or minimize a given objective function by redesigning the structure. This is realized by redistributing the initial mass, finding proper fuse localizations and adjusting, in real-time, the elastoplastic limits. Comparing to the previous results, we show that PSO is capable of achieving results at least as good as gradient-based optimization, having at the same time much larger flexibility regarding the definition of the objective function. This gives significantly broader field of potential applications. In particular, we present how PSO can be used to solve the simultaneous optimization problem: mass redistribution and fuse positioning for a set of expected, various impacts. Słowa kluczowe: adaptive impact absorption, particle swarm optimization, truss structures Afiliacje autorów:
Szklarski J. | - | IPPT PAN | Wikło M. | - | inna afiliacja |
| | 20p. |
12. |
Gawron P.♦, Pawela Ł.♦, Puchała Z.♦, Szklarski J., Wybory samorządowe 2014. W poszukiwaniu anomalii statystycznych,
Studia Wyborcze, ISSN: 1898-0082, Vol.9, pp.53-77, 2015Streszczenie: W pracy przeanalizowano dane liczbowe dotyczące wyników wyborów do sejmików wojewódzkich, które odbyły się w Polsce w listopadzie 2014. Badania korelacji pomiędzy frekwencja wyborczą, odsetkiem głosów nieważnych oraz wynikami danego komitetu wyborczego, a także porównanie częstości występowania poszczególnych cyfr w wynikach wyborczych z prawem Benforda nie wykazały oczywistych anomalii statystycznych, które mogłyby dostarczyć argumentów za tezą o masowych nieprawidłowościach lub oszustwach. Z drugiej strony porównanie wyników wyborów z lat 2010 i 2014 oraz analiza modelu matematycznego symulującego zarejestrowane wyniki pozwala potwierdzić „efekt pierwszej strony”: głosowanie za pomocą broszury wyborczej mogło przynieść wymierne korzyści komitetowi wyborczemu, który w wyborach wylosował numer 1. Słowa kluczowe: wybory samorządowe, analiza statystyczna, prawo Benforda, efekt pierwszej strony Afiliacje autorów:
Gawron P. | - | Institute of Theoretical and Applied Informatics, Polish Academy of Sciences (PL) | Pawela Ł. | - | Institute of Theoretical and Applied Informatics, Polish Academy of Sciences (PL) | Puchała Z. | - | Institute of Theoretical and Applied Informatics, Polish Academy of Sciences (PL) | Szklarski J. | - | IPPT PAN |
| | 9p. |
13. |
Typiak A.♦, Gnatowski M., Szklarski J., Creating terrain maps for unmanned ground platform,
SOLID STATE PHENOMENA, ISSN: 1012-0394, DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.210.32, Vol.210, pp.32-39, 2014Streszczenie: A typical unmanned and remotely operated platform is usually equipped with cameras which give insufficient information about the nearest environment and an operator has difficulties in driving such a platform in unknown environment. In this paper, a problem of the platform nearest area map building based on additional devices is considered. The platform is equipped with SICK LMS lasers, inclinometer and radars. Combining information from the devices allows to build a map which helps an operator to drive the platform more efficiently. Słowa kluczowe: 3D Map Building, Laser Telemeter, Navigation System, Surroundings Recognition, Unmanned Ground Platform Afiliacje autorów:
Typiak A. | - | inna afiliacja | Gnatowski M. | - | IPPT PAN | Szklarski J. | - | IPPT PAN |
| | 10p. |
14. |
Białek Ł.♦, Szałas A.♦, Borkowski A., Gnatowski M., Borkowska M.M., Dunin-Kęplicz B.♦, Szklarski J., Coordinating multiple rescue robots,
PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ, SERIA: ELEKTRONIKA, ISSN: 0137-2343, Vol.1, No.194, pp.185-194, 2014Streszczenie: The paper reports initial results on modeling and simulating cooperation of rescue robots. Our aim is to investigate the efficiency of the “first simulate then act” paradigm for rescue operations undertaken by multiple mobile robots, assuming that information about the environment can be incomplete and partially inconsistent. To deal with ignorance and contradictions we adopt a non–standard logic in the inference engine. To demonstrate feasibility of our approach we present the architecture of the developed simulator and results of experiments done so far. Słowa kluczowe: four-valued logic, search and rescue, multirobotic systems Afiliacje autorów:
Białek Ł. | - | Uniwersytet Warszawski (PL) | Szałas A. | - | Uniwersytet Warszawski (PL) | Borkowski A. | - | IPPT PAN | Gnatowski M. | - | IPPT PAN | Borkowska M.M. | - | IPPT PAN | Dunin-Kęplicz B. | - | inna afiliacja | Szklarski J. | - | IPPT PAN |
| |
15. |
Szklarski J., Arlt R.♦, Nonlinear simulations explaining Ap star magnetic fields by instability remnants,
ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS, ISSN: 0004-6361, DOI: 10.1051/0004-6361/201220262, Vol.550, No.A94, pp.1-14, 2013Streszczenie: The question of the origin of magnetic fields of Ap/Bp stars is still regarded as an interesting puzzle of stellar astrophysics. We investigate the possibility that the randomness and relative complexity of these fields are remnants of a magnetic instability. In the studied scenario it is assumed a priori that the surface of an Ap star is slowed down in its early evolutionary stage more than its analogous A star. This leads to a significant differential rotation in its interior, making it possible to generate a strong toroidal magnetic field in the radiative zone. Under such circumstances the kink-type Tayler instability is likely to set in. The presented numerical simulations in a compressible, spherical domain show that the instability can produce large surface magnetic fields, even of the order of 0.01 − 1 of the internal toroidal component (depending on the setup). The resulting magnetic fields can then serve as “initial conditions” evolving into a stable magnetic configuration (however, the matter of long-term stability is not addressed here). This theory naturally supports the fact that Ap stars rotate typically slower than normal A stars (the Tayler instability is suppressed when rotation is too fast), it also qualitatively explains the dependence of the apparent obliquity of the main magnetic axis on the rotation period, as well as the existence of the minimum field threshold (no Ap stars have been observed with fields weaker than ≈ 102 G). Given that the generation of the initial differential rotation and initial poloidal fields are not discussed here, the results have a speculative nature and can be viewed as a possible step toward a full understanding of Ap star magnetism. Słowa kluczowe: magnetic field, chemically peculiar, magnetohydrodynamics (MHD), instabilities Afiliacje autorów:
Szklarski J. | - | IPPT PAN | Arlt R. | - | Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) (DE) |
| | 35p. |
16. |
Siemiątkowska B., Szklarski J., Gnatowski M., Mobile robot navigation with the use of semantic map constructed from 3D laser range scans,
CONTROL AND CYBERNETICS, ISSN: 0324-8569, Vol.40, No.2, pp.437-453, 2011Streszczenie: We describe a system allowing a mobile robot equipped with a 3D laser range finder to navigate in the indoor and outdoor environment. A global map of the environment is constructed, and the particle filter algorithm is used in order to accurately determine the position of the robot. Based on data from the laser only, the robot is able to recognize certain classes of objects like a floor, a door, a washbasin, or a wastebasket, and places like corridors or rooms. For complex objects, the recognition process is based on the Haar feature identification. When an object is detected and identified, its position is associated with the appropriate place in the global map, making it possible to give orders to the robot with the use of semantic labels, e.g., “go to the nearest wastebasket”. The obstaclefree path is generated using a Cellular Neural Network, accounting for travel costs with distance or ground quality. This path planning method is fast and in comparison with the potential field method it does not suffer from the local minima problem. We present some results of experiments performed in a real indoor environment. Słowa kluczowe: artificial intelligence, robotics, mapping Afiliacje autorów:
Siemiątkowska B. | - | IPPT PAN | Szklarski J. | - | IPPT PAN | Gnatowski M. | - | IPPT PAN |
| | 20p. |
17. |
Siemiątkowska B., Szklarski J., Gnatowski M., Borkowski A., Węclewski P.♦, A mobile robot navigation with use of CUDA parallel architecture,
JOURNAL OF AUTOMATION, MOBILE ROBOTICS AND INTELLIGENT SYSTEMS, ISSN: 1897-8649, Vol.5, No.3, pp.79-84, 2011Streszczenie: In this article we present a navigation system of a mobile robot based on parallel calculations. It is assumed that the robot is equipped with a 3D laser range scanner. The system is essentially based on a dual grid-object, where labels are attached to detected objects (such maps can be used in navigation based on semantic information). We use a classical SMPA (Sense - Model - Plan - Act) architecture for navigation, however, some steps concerning object detection, planning and localization are parallelized in order to speed up the entire process. The CUDA (Compute Unified Device Architecture) technology allows us to execute our algorithms on many processing units with use of a inexpensive graphics card which makes it possible to apply the proposed navigation system in a real time. Słowa kluczowe: navigation, neural network, parallel computing Afiliacje autorów:
Siemiątkowska B. | - | IPPT PAN | Szklarski J. | - | IPPT PAN | Gnatowski M. | - | IPPT PAN | Borkowski A. | - | IPPT PAN | Węclewski P. | - | inna afiliacja |
| | 7p. |
18. |
Siemiątkowska B., Szklarski J., Syrczyński J.♦, Węclewski P.♦, Gnatowski M., Wykorzystanie filtrów cząstkowych w procesie lokalizacji robota mobilnego,
POMIARY - AUTOMATYKA - ROBOTYKA. PAR, ISSN: 1427-9126, Vol.2, pp.344-353, 2011Streszczenie: W pracy omówiono metody określenia zmian położenia robota mobilnego w środowisku 3D. Przedstawiono dwie implementacje filtru cząsteczkowego, których celem jest przyspieszenie obliczeń. Omówiono metodę, w której zmiana położenia i orientacji odbywa się oddzielnie oraz metodę wykorzystującą procesory graficzne w algorytmie lokalizacji. Słowa kluczowe: Filtry cząsteczkowe, lokalizacja, mapowanie 3D Afiliacje autorów:
Siemiątkowska B. | - | IPPT PAN | Szklarski J. | - | IPPT PAN | Syrczyński J. | - | inna afiliacja | Węclewski P. | - | inna afiliacja | Gnatowski M. | - | IPPT PAN |
| | 5p. |
19. |
Borkowski A., Siemiątkowska B., Szklarski J., Towards Semantic Navigation in Mobile Robotics,
LECTURE NOTES IN COMPUTER SCIENCE, ISSN: 0302-9743, DOI: 10.1007/978-3-642-17322-6_30, Vol.5765, pp.719-748, 2010Streszczenie: Nowadays mobile robots find application in many areas of production, public transport, security and defense, exploration of space, etc. In order to make further progress in this domain of engineering, a significant barrier has to be broken: robots must be able to understand the meaning of surrounding world. Until now, mobile robots have only perceived geometrical features of the environment. Rapid progress in sensory devices (video cameras, laser range finders, microwave radars) and sufficient computational power available on-board makes it possible to develop robot controllers that possess certain knowledge about the area of application and which are able to reason at a semantic level.
The first part of the paper deals with mobile robots dedicated to operate inside buildings. A concept of the semantic navigation based upon hypergraphs is introduced. Then it is shown how semantic information, useful for mobile robots, can be extracted from the digital documentation of a building.
In the second part of the paper we report the latest results on extracting semantic features from the raw data supplied by laser scanners. The aim of this research is to develop a system that will enable a mobile robot to operate in a building with ability to recognise and identify objects of certain classes. Data processing techniques involved in this system include a 3D-model of the environment updated on-line, rule-based and feature-based classifiers of objects, a path planner utilizing cellular networks and other advanced tools. Experiments carried out under real-life conditions validate the proposed solutions.
Słowa kluczowe: semantic navigation, mobile robots, laser scanners Afiliacje autorów:
Borkowski A. | - | IPPT PAN | Siemiątkowska B. | - | IPPT PAN | Szklarski J. | - | IPPT PAN |
| | 13p. |
20. |
Siemiątkowska B., Szklarski J., Gnatowski M., Zychewicz A., Segmentacja danych otrzymanych z lasera 3D,
POMIARY AUTOMATYKA KONTROLA, ISSN: 0032-4140, Vol.56, No.3, pp.275-278, 2010Streszczenie: Otoczenie robota – wnętrze budynku jak i obszar znajdujący się na zewnątrz może być podzielony na fragmenty, którym następnie możemy przypisać pewne znaczenie semantyczne. Przed przystąpieniem do dokonywania klasyfikacji należy jednak dokonać filtracji i segmentacji danych pomiarowych. W poniższym artykule przedstawione zostaną wyniki segmentacji chmury punktów, którą otrzymujemy na podstawie wskazań laserowego skanera 3D. Zastosowano nowatorską technikę, w której dane pomiarowe zamieniane są na postać kartezjańską, następnie obliczane są wektory normalne do powierzchni, na której punkty leżą. Składowe wektora są normalizowane i zapisywane w reprezentacji RGB. W wyniku opisanej transformacji powstaje kolorowy obraz. Dzięki temu problem segmentacji danych w przestrzeni 3D jest sprowadzony do zadania analizy kolorowych obrazów. Umożliwia to zastosowanie znanych z wizji algorytmów: usuwania szumów, rozrostu ziarna i segmentacji. Przeprowadzone eksperymenty w pomieszczeniu zamkniętym i na zewnątrz budynku potwierdziły efektywność przyjętej metody. Słowa kluczowe: segmentacja, mapy 3D Afiliacje autorów:
Siemiątkowska B. | - | IPPT PAN | Szklarski J. | - | IPPT PAN | Gnatowski M. | - | IPPT PAN | Zychewicz A. | - | IPPT PAN |
| | 9p. |
21. |
Siemiątkowska B., Szklarski J., Gnatowski M., Zychewicz A., Budowa hybrydowej semantyczno-rastrowej reprezentacji otoczenia robota mobilnego na podstawie wskazań dalmierza laserowego 3D,
POMIARY AUTOMATYKA KONTROLA, ISSN: 0032-4140, Vol.56, No.3, pp.279-282, 2010Streszczenie: W artykule przedstawiono metodę budowy hybrydowej rastrowo-obiektowej mapy otoczenia mobilnego na podstawie wskazań skanera laserowego 3D. Chmura punktów jest zapisywana w postaci zbioru wektorów normalnych. Składowe wektora są reprezentowane jako składowe RGB. Przeprowadzana jest segmentacja obrazu, a następnie dokonuje się klasyfikacji semantycznej. W procesie klasyfikacji wykorzystuje się cechy Haara oraz systemy regułowe. Każdy wykryty obiekt jest przypisywany do pewnej komórki mapy rastrowej. Mapa utworzona w ten sposób może być następnie wykorzystana w algorytmie nawigacyjnym – ułatwia współpracę robot-człowiek oraz planowanie trasy. Metoda jest kontynuacją algorytmu opisanego w artykule pt. ”Segmentacja danych otrzymanych z dalmierza laserowego 3D”. Słowa kluczowe: nawigacja, reprezentacja środowiska Afiliacje autorów:
Siemiątkowska B. | - | IPPT PAN | Szklarski J. | - | IPPT PAN | Gnatowski M. | - | IPPT PAN | Zychewicz A. | - | IPPT PAN |
| | 9p. |
22. |
Szklarski J., Cellular Automata Model of Self-organizing Traffic Control in Urban Networks,
BULLETIN OF THE POLISH ACADEMY OF SCIENCES: TECHNICAL SCIENCES, ISSN: 0239-7528, DOI: 10.2478/v10175-010-0041-3, Vol.58, No.3, pp.435-442, 2010Streszczenie: A model of city traffic based on NagelSchreckenberg cellular automaton (CA) model is presented. Traffic control is realized at intersections with two conflicting streams each (at any time at most one stream can have „green light” assigned to it). For simple and regular lattice-like networks which are considered, it is easy to find optimal switching periods giving maximum possible flow rates. These optimal strategies are compared with a self-controlling approach proposed by Lämmer and Helbing (2008), which has not been implemented in a CA model until now. Previous work proved that generally this method gives superior results when compared to classical methods. In this paper we show that for deterministic scenario such control leads to self-organization, and that the solution always quickly converges to the optimal solution which is known in this case. Moreover, we consider also non-deterministic case, in the sense that possibility of turning with given probability is allowed. It is shown that the self-controlling strategy always gives better results than any solution based on fixed cycles with green waves.
Słowa kluczowe: cellular automata model, self-organizing traffic control, urban networks Afiliacje autorów:
| | 9p. |
23. |
Szklarski J., Gnatowski M., Siemiątkowska B., Borkowski A., System czasu rzeczywistego budowania mapy otoczenia pojazdu na podstwie danych z dalmierzy laserowych,
PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ, SERIA: ELEKTRONIKA, ISSN: 0137-2343, Vol.1, No.175, pp.665-674, 2010Streszczenie: W artykule przedstawiono system wspomagający pracę operatora zdalnie kontrolowanego pojazdu poprzez wizualizację najbliższego otoczenia jako mapy wysokośsci przeszkód. Informacje o otoczeniu zbierane są za pomocą dalmierzy laserowych 2D dokonujących pomiaru w jednej płaszczyźnie, dane dotyczące umiejscowienia i przechyłów pojazdu dostarczają inklinometr, radarowy czujnik prędkosci oraz moduł GPS. Na podstawie przemieszczania się pojazdu możliwa jest pełna rekonstrukcja środowiska, przy założeniu że jest ono całkowicie statyczne. Przedstawiono wyniki budowania mapy 2,5D dla trzech róznych środowisk: garażu podziemnego, przejazdu między budynkami i parkingu samochodowego. Słowa kluczowe: mapa otoczenia, nawigacja, dalmierze laserowe Afiliacje autorów:
Szklarski J. | - | IPPT PAN | Gnatowski M. | - | IPPT PAN | Siemiątkowska B. | - | IPPT PAN | Borkowski A. | - | IPPT PAN |
| | 2p. |
24. |
Siemiątkowska B., Szklarski J., Gnatowski M., Borkowski A., System nawigacyjny wykorzystujący informację semantyczną,
PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ, SERIA: ELEKTRONIKA, ISSN: 0137-2343, Vol.2, No.175, pp.645-654, 2010Streszczenie: W poniższej pracy przedstawiono system nawigacyjny robota mobilnego. W procesie planowania trasy wykorzystuje się semantyczną wiedzę o otoczeniu. Robot wyposażony w skaner laserowy 3D analizuje otoczenie i przypisuje obserwowanym obiektom etykiety. Cel, do którego robot ma dotrzec jest wskazywany poprzez podanie nazwy obiektu. Możemy więc wydać polecenie typu jedź do ściany, do drzwi, czy też umywalki. Zastosowano hybrydową rastrowo-obiektową reprezentację otoczenia. W procesie planowania trasy zastosowano sieci komórkowe. Słowa kluczowe: semantyczna nawigacja, roboty mobilne, sieci komórkowe Afiliacje autorów:
Siemiątkowska B. | - | IPPT PAN | Szklarski J. | - | IPPT PAN | Gnatowski M. | - | IPPT PAN | Borkowski A. | - | IPPT PAN |
| | 2p. |
25. |
Stefani F.♦, Gerbeth G.♦, Gundrum Th.♦, Hollerbach R.♦, Priede J.♦, Rüdiger G.♦, Szklarski J., Helical magnetorotational instability in a Taylor-Couette flow with strongly reduced Ekman pumping,
PHYSICAL REVIEW E, ISSN: 1539-3755, DOI: 10.1103/PhysRevE.80.066303, Vol.80, pp.66303-66321, 2009Streszczenie: The magnetorotational instability (MRI) is thought to play a key role in the formation of stars and black holes by sustaining the turbulence in hydrodynamically stable Keplerian accretion disks. In previous experiments the MRI was observed in a liquid metal Taylor-Couette flow at moderate Reynolds numbers by applying a helical magnetic field. The observation of this helical MRI (HMRI) was interfered with a significant Ekman pumping driven by solid end caps that confined the instability only to a part of the Taylor-Couette cell. This paper describes the observation of the HMRI in an improved Taylor-Couette setup with the Ekman pumping significantly reduced by using split end caps. The HMRI, which now spreads over the whole height of the cell, appears much sharper and in better agreement with numerical predictions. By analyzing various parameter dependencies we conclude that the observed HMRI represents a self-sustained global instability rather than a noise-sustained convective one. Słowa kluczowe: magnetohydrodynamics, magnetorotational instability, Taylor-Couette flow Afiliacje autorów:
Stefani F. | - | Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (DE) | Gerbeth G. | - | Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (DE) | Gundrum Th. | - | Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (DE) | Hollerbach R. | - | University of Leeds (GB) | Priede J. | - | Coventry University (GB) | Rüdiger G. | - | Astrophysikalisches Institut Potsdam (DE) | Szklarski J. | - | IPPT PAN |
| | 32p. |
26. |
Stefani F.♦, Gerbeth G.♦, Gundrum Th.♦, Szklarski J., Rüdiger G.♦, Hellerbach R.♦, Liquid metal experiments on the helical magnetorotational instability,
Magnetohydrodynamics, ISSN: 0024-998X, Vol.45, No.2, pp.135-144, 2009Streszczenie: The magnetorotational instability (MRI) plays an essential role in the formation of stars and black holes. By destabilizing hydrodynamically stable Keplerian flows, the MRI triggers turbulence and enables outward transport of angular momentum in accretion discs. We present the results of a liquid metal Taylor–Couette experiment under the influence of helical magnetic fields that show typical features of MRI at Reynolds numbers of the order 1000 and Hartmann numbers of the order 10. Particular focus is laid on an improved experiment, in which split end caps are used to minimize the Ekman pumping. Słowa kluczowe: magnetohydrodynamics, magnetorotational instability, Taylor–Couette experiment Afiliacje autorów:
Stefani F. | - | Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (DE) | Gerbeth G. | - | Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (DE) | Gundrum Th. | - | Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (DE) | Szklarski J. | - | IPPT PAN | Rüdiger G. | - | Astrophysikalisches Institut Potsdam (DE) | Hellerbach R. | - | University of Leeds (GB) |
| |