Springer Science and Business Media LLC

In this paper, a navigation and environment mapping method is presented for small exploration robots that use hopping motion. While previous research about hopping rovers mostly focuses on mobility and mechanical design, the motivation for the proposed method is to provide a fully autonomous navigation system using only a monocular camera. The method accurately estimates the hopping distance and reconstruct the 3D environment using Structure from Motion, proving that a monocular system is not only feasible, but accurate and robust at the same time. The relative scale problem of the reconstructed scene and trajectory is solved by the known gravity and parabolic motion constraints. After each hop, the error in landing position is corrected by a modified Iterative Closest Point algorithm with non-overlapping part elimination. The environmental point cloud is projected onto a 2D image, that is used to find the most suitable landing position for the next hop using protrusion based obstacle detection, and navigate the robot towards the goal direction. Both virtual environment simulations and real experiments confirm the feasibility and highlight the advantages of the presented method.

Wearable body weight support systems can assist individuals with mobility impairments in performing daily living activities with greater ease and independence. However, existing systems have limitations in terms of balancing their strength, compact size, interaction with the ground, and driving. In this paper, we present the High-Strength and Flexible Mechanism (HSFM) designed for body weight support. The HSFM utilizes a coiling truss mechanism to perform flexible transformation between a straight and spiral shape. Its complex linkages create the mechanical constraints of the structure and enhance its stiffness. Additionally, the HSFM achieved a high extension rate, effective wire-driven mechanism, and smooth shift of the grounding point. We provide a detailed description of the HSFM, including the simplest 4-linkage mechanism, its mechanical constraints, and the wire-driven mechanism. Moreover, we conducted parametric analysis and geometric calculation on the link structure. The results justified the mechanical constraints of the HSFM and ensured the high extension rate. Further, its functionality for body weight support was evaluated with the hardware and showed sufficient results in terms of strength, smooth grounding, and wire-driven. This novel mechanism has the potential to develop a wearable body weight support robot enhancing daily living activities such as sit-to-stand transfer and walking.

The Great East Japan Earthquake that occurred on March 11, 2011 resulted in the explosion of the TEPCO Fukushima 1st Nuclear Power Plant and the global dispersion of a large quantity of radioactive substances. A high radiation dose was particularly recorded in Fukushima prefecture several weeks after the accident, although the level is presently sufficiently low. However, considering that the adverse effects of low but extended exposure to radiation are yet to be negated, there is the urgent need for further decontamination. In our study, we focused on the efficient decontamination of radioactive substances in residential areas, for which we propose a high-pressure water jet system for washing road surfaces. The system differs from conventional systems of its type that were initially designed for use in the immediate environment of the nuclear reactors of the TEPCO Fukushima 1st Nuclear Power Plant. The proposed system consists of multiple washing, transporter, and server robots. The washing robots decontaminate the road surface using high-pressure water jets and are transported between washed and unwashed areas by the transporter robots. The server robots supply the water used for washing and absorb the polluted water together with ground dust. In this paper, we describe the concept of the system and present the results of decontamination experiments. Particular attention is given to the washing robot and its mechanism and control method. The results of the integration of the washing robot in an experimental system confirmed the feasibility of the proposed system.

Để kiểm soát một robot thực hiện công việc hợp tác giữa con người và robot, không chỉ vị trí mà còn lực cũng cần được kiểm soát từ góc độ tương tác giữa con người và robot. Thêm vào đó, khi một robot được sử dụng cho việc lắp ghép và xử lý, những nhiệm vụ mà thường được thực hiện bởi những con người có kinh nghiệm, việc kiểm soát lực nắm và lực tác dụng bởi các khớp có thể tạo ra những chuyển động tương tự như của con người và góp phần nâng cao tỷ lệ thành công của công việc. Trong lĩnh vực kiểm soát lực, ngoài việc kiểm soát lực trực tiếp, kiểm soát tiếp nhận và kiểm soát trở kháng là những chế độ dựa trên mối quan hệ giữa vị trí và lực, được biết đến là mạnh mẽ và an toàn. Tuy nhiên, kiểm soát tiếp nhận thường trở nên không ổn định khi robot tiếp xúc với một vật thể cứng, và hiệu suất của kiểm soát trở kháng bị suy giảm bởi ma sát. Trong nghiên cứu này, chúng tôi hướng đến việc hiện thực hóa kiểm soát lực an toàn và chính xác trong công việc hợp tác với con người. Như một bước đầu, chúng tôi đề xuất kiểm soát tiếp nhận và kiểm soát trở kháng, đây là một kết nối nối tiếp giữa kiểm soát tiếp nhận thông thường và kiểm soát trở kháng. Chúng tôi chứng minh rằng kiểm soát lực được đề xuất mạnh mẽ, ổn định và chính xác hơn so với kiểm soát trở kháng và kiểm soát tiếp nhận đơn lẻ, hoặc ít nhất cũng tương đương với chúng, khi tiếp xúc với một môi trường không xác định. Hiệu quả cơ bản và tính hữu ích thực tiễn của nó được chứng minh thông qua các mô phỏng số và kết quả thí nghiệm.

Robotic grippers that gently handle objects of various shapes are required for various applications these days. Conventional finger-shaped grippers are multifunctional and can grip various objects; however, grasping an item without slippage requires planning the positioning of the fingers at appropriate locations on the item. Hence, a ring-shaped soft gripper that coils itself around objects like a rubber band is suggested in this paper. The proposed gripper comprises a soft tube containing laminated sponges interleaved with plastic sheets. Evacuation of the air within the sponges shrinks them and decreases the diameter of the ring, thereby allowing the gripper to firmly hold objects. The gripper is therefore flexible enough to coil around objects of various shapes without gaps. Furthermore, the rigidity of the compressed sponges inside the gripper prevents wobbling of the gripped objects. The air within the gripper can be used to adjust the gripping force. The minimum diameter of the gripper after evacuating the air within the sponges is approximately one-fourth of the original diameter. Thus, the proposed gripper is expected to be used in various applications as it automatically conforms to the different shapes while simply gripping objects gently and securely.

Việc cung cấp một con số chính xác về tổng số bạch cầu và các phân nhóm cụ thể (như tế bào T và tế bào B) từ một lượng máu toàn phần nhỏ là một thách thức khá lớn do thiếu các kỹ thuật cho phép tách biệt bạch cầu khỏi một lượng máu toàn phần hạn chế. Trong một nghiên cứu trước đó, chúng tôi đã thiết kế một vi mạch sử dụng mảng cột vi để phân lập tế bào T và tế bào B từ dưới 1 microlit máu toàn phần. Do sự biến thể của tế bào về kích thước, hình thái và cường độ màu sắc, một bộ phân loại Support Vector Machine (SVM) dựa trên Histogram của Gradient Hướng (HOG) đã được đề xuất với độ chính xác trung bình là 94%, độ đặc hiệu là 99% và độ nhạy là 90%. HOG có thể tách biệt các tế bào khỏi nền với tỷ lệ chính xác cao, tuy nhiên, một số tiếng ồn có hình dạng và kích thước tương tự như các tế bào thực tế và điều này dẫn đến phân loại sai. Để giảm thiểu tình trạng này, trong nghiên cứu này, một mạng nơ-ron tích chập được đào tạo và sử dụng để phân biệt tế bào T và tế bào B với tỷ lệ chính xác là 98%, độ đặc hiệu là 99% và độ nhạy là 97%. Chúng tôi cũng đề xuất một bộ phân loại SVM dựa trên đặc trưng HOG để tuyển chọn trước các cửa sổ phát hiện nhằm tăng tốc độ phát hiện với thời gian xử lý hình ảnh dưới 10 phút. Phương pháp phát hiện và đếm tế bào trên chip được đề xuất sẽ hữu ích cho nhiều ứng dụng trong chẩn đoán và theo dõi bệnh tật.

In this study, a novel step climbing method for a five-wheeled wheelchair, composed of a manual wheelchair and an active-caster drive system, has been proposed. Because the active-caster has the same configuration as a passive caster, an arbitrary velocity can be generated by controlling its wheel and steering shafts. Thus, the motion of the proposed wheelchair can be controlled in 2DOF (two degrees of freedom) despite the single-wheel drive system. Moreover, by changing the number of points of contact between the wheelchair and the ground using a linear actuator, two types of motion can be accomplished, similar to front and rear drive modes. In addition, a novel add-on mechanism, which can perform not only the suggested step climbing method but also the previous functions of the wheelchair, has been proposed. Because the five-wheeled wheelchair has five points of contact with the ground, when the front casters hover above the ground, the wheelchair has adequate stability due to other three wheels contacting the ground to easily perform a “static wheelie” motion. Similarly, the wheelchair can also maintain its stability when the large wheels hover above the ground. The proposed method makes use of this stability to achieve the step climbing of the front casters and large wheels, whereas the drive wheel is lifted onto the step by cooperative control of the linear actuator and drive wheel. By comparing with a step climbing method that uses only the traction force of the drive wheel, the advantages of the proposed method were analyzed. Moreover, the design conditions of the proposed mechanism for realizing the suggested step climbing method were derived. Finally, a prototype was built and experimentally tested to confirm that the wheelchair user can climb over a step using the proposed method and mechanism.

The multidisciplinary nature of response robotics has brought about a diversified research community with extended expertise. Motivated by the recent accelerated rate of publications in the field, this paper analyzes the research trends, statistics, and implications of the literature from bibliometric standpoints. The aim is to study the global progress of response robotics research and identify the contemporary trends. To that end, we investigated the collaboration mapping together with the citation network to formally recognize impactful and contributing authors, publications, sources, institutions, funding agencies, and countries. We found how natural and human-made disasters contributed to forming productive regional research communities, while there are communities that only view response robotics as an application of their research. Furthermore, through an extensive discussion on the bibliometric results, we elucidated the philosophy behind research priority shifts in response robotics and presented our deliberations on future research directions.