A projected back-tracking line-search for constrained interactive inverse kinematics

Engell-Nørregård, Morten; Erleben, Kenny

doi:10.1016/j.cag.2010.12.011

Cited by 9 publications

(6 citation statements)

References 26 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…This ensures that the optimization can be terminated at any point, which is useful in practical “online” settings where patient-tailored pulses must be designed quickly. We investigated four different algorithms that are both monotone and feasible: (1) projected gradient descent algorithm with backtrack line search [35], (2) projected Levenberg-Marquardt (LM) algorithm [36], (3) interior point algorithm with backtrack line search, and (4) MATLAB ‘fmincon’ function using active-set solver. We implemented the algorithms and compared their speed in MATLAB on an Intel Xeon 3.3 GHz 4-core desktop with 8 GB memory.…”

Section: Theorymentioning

confidence: 99%

Joint Design of Excitation k-Space Trajectory and RF Pulse for Small-Tip 3D Tailored Excitation in MRI

Sun¹,

Fessler²,

Noll³

et al. 2016

IEEE Trans. Med. Imaging

View full text Add to dashboard Cite

We propose a new method for the joint design of k-space trajectory and RF pulse in 3D small-tip tailored excitation. Designing time-varying RF and gradient waveforms for a desired 3D target excitation pattern in MRI poses a non-linear, non-convex, constrained optimization problem with relatively large problem size that is difficult to solve directly. Existing joint pulse design approaches are therefore typically restricted to predefined trajectory types such as EPI or stack-of-spirals that intrinsically satisfy the gradient maximum and slew rate constraints and reduce the problem size (dimensionality) dramatically, but lead to suboptimal excitation accuracy for a given pulse duration. Here we use a 2nd-order B-spline basis that can be fitted to an arbitrary k-space trajectory, and allows the gradient constraints to be implemented efficiently. We show that this allows the joint optimization problem to be solved with quite general k-space trajectories. Starting from an arbitrary initial trajectory, we first approximate the trajectory using B-spline basis, and then optimize the corresponding coefficients. We evaluate our method in simulation using four different k-space initializations: stack-of-spirals, SPINS, KT-points, and a new method based on KT-points. In all cases, our approach leads to substantial improvement in excitation accuracy for a given pulse duration. We also validated our method for inner-volume excitation using phantom experiments. The computation is fast enough for online applications.

show abstract

Section: Theorymentioning

confidence: 99%

Joint Design of Excitation k-Space Trajectory and RF Pulse for Small-Tip 3D Tailored Excitation in MRI

Sun¹,

Fessler²,

Noll³

et al. 2016

IEEE Trans. Med. Imaging

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…where w RAHx and w RAHo are weights that adjust the relative importance of the position and orientation goals, and w RAH a a ; w RAH h a are weights that adjust the relative importance of the anthropomorphic metric for the arm and the hand, respectively. Hence, the mapping problem becomes minimize F RAH q RAH ð Þ (17) subject to the inequality constraints of joints' limits…”

Section: Deriving Humanlike Robot Hand Posturesmentioning

confidence: 99%

“…In Ref. [17], the process of manipulating the pose of an articulated figure was approached as a nonlinear, constrained optimization problem. Finally, in Ref.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Deriving Humanlike Arm Hand System Poses

Liarokapis

Bechlioulis

Artemiadis

et al. 2017

Journal of Mechanisms and Robotics

View full text Add to dashboard Cite

Robots are rapidly becoming part of our lives, coexisting, interacting, and collaborating with humans in dynamic and unstructured environments. Mapping of human to robot motion has become increasingly important, as human demonstrations are employed in order to “teach” robots how to execute tasks both efficiently and anthropomorphically. Previous mapping approaches utilized complex analytical or numerical methods for the computation of the robot inverse kinematics (IK), without considering the humanlikeness of robot motion. The scope of this work is to synthesize humanlike robot trajectories for robot arm-hand systems with arbitrary kinematics, formulating a constrained optimization scheme with minimal design complexity and specifications (only the robot forward kinematics (FK) are used). In so doing, we capture the actual human arm-hand kinematics, and we employ specific metrics of anthropomorphism, deriving humanlike poses and trajectories for various arm-hand systems (e.g., even for redundant or hyper-redundant robot arms and multifingered robot hands). The proposed mapping scheme exhibits the following characteristics: (1) it achieves an efficient execution of specific human-imposed goals in task-space, and (2) it optimizes anthropomorphism of robot poses, minimizing the structural dissimilarity/distance between the human and the robot arm-hand systems.

show abstract

“…Σε ορισμένες μελέτες προτάθηκαν συγκεκριμένες μεθοδολογίες, ώστε να περιγραφούν και να μοντελοποιηθούν οι εξαρτήσεις μεταξύ των γωνιών των ανθρώπινων αρθρώσεων, επιτυγχάνοντας έτσι ανθρωπομορφική ρομποτική κίνηση [56]. Στην γενική περίπτωση ρομποτικών συστημάτων με πολλαπλούς/πλεονάζοντες βαθμούς ελευθερίας, το πρόβλημα της αντιστοίχισης της ανθρώπινης κίνησης σε ρομποτική κίνηση, διατυπώνεται ως ένα μη γραμμικό πρόβλημα βελτιστοποίησης με περιορισμούς [24,56,57].…”

Section: αντιστοίχιση της ανθρώπινης κίνησης σε ανθρωπομορφική ρομποτική κίνησηunclassified

“…Some of them proposed also methodologies to describe and model the dependencies among the human joint angles, acquiring anthropomorphic robot motion [83]. For the general case of highly articulated figures and multi-DoF robot artifacts the human to robot motion mapping problem is typically formulated as constrained non-linear optimization problem [24,56,57].…”

Section: Mapping Human To Anthropomorphic Robot Motionmentioning

confidence: 99%

EMG based interfaces for human robot interaction in structured and dynamic environments

Λιαροκάπης¹,

Liarokapis²

View full text Add to dashboard Cite

Σε αυτή την διδακτορική διατριβή επικεντρωνόμαστε σε διεπαφές ηλεκτρομυογραφικών σημάτων οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογές αλληλεπίδρασης ανθρώπου ρομποτικών συστημάτων, τόσο σε δομημένα όσο και σε δυναμικά περιβάλλοντα.Αρχικά παρουσιάζουμε μια σειρά από προηγμένα σχήματα μηχανικής μάθησης για διεπαφές ηλεκτρομυογραφικών σημάτων, τα οποία συνδυάζουν έναν ταξινομητή με έναν παλινδρομητή, προκειμένου να κατακερματίσουν τον χώρο δράσης του ρομπότ, προσφέροντας καλύτερα αποτελέσματα αποκωδικοποίησης της ανθρώπινης κίνησης με μοντέλα εκπαιδευμένα για συγκεκριμένες διεργασίες.Όσον αφορά τις εφαρμογές αλληλεπίδρασης ανθρώπου ρομπότ, επικεντρωνόμαστε κυρίως στη έννοια και τις διαφορετικές χρήσεις του ανθρωπομορφισμού των ρομποτικών συστημάτων. Αρχικά διακρίνουμε τις διαφορετικές έννοιες του ανθρωπομορφισμού και εισάγουμε την έννοια του λειτουργικού ανθρωπομορφισμού για σχήματα αντιστοίχησης της ανθρώπινης κίνησης σε ανθρωπομορφική ρομποτική κίνηση, τηρώντας παράλληλα συγκεκριμένους περιορισμούς που θέτει ο χρήστης. Στην συνέχεια προτείνουμε μια ολοκληρωμένη μεθοδολογία για την ποσοτικοποίηση του ανθρωπομορφισμού των ρομποτικών χεριών, βασισμένη σε μεθόδους θεωρίας συνόλων και υπολογιστικής γεωμετρίας. Η συγκεκριμένη μεθοδολογία παρέχει ένα κατανοητό μετρικό του ανθρωπομορφισμού το οποίο κυμαίνεται από 0 (μη-ανθρωπομορφικά ρομποτικά συστήματα) σε 1 (ανθρωπομορφικά ρομποτικά συστήματα) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διαφορετικά είδη ρομπότ.Τέλος, αναπτύσσουμε μια σειρά από ρομποτικά χέρια, ανοιχτού υλικού και κώδικα, τα οποία είναι ελαφριά, χαμηλού κόστους, εύκολα συναρμολογούμενα, υποϋπενεργούμενα και εγγενώς υποχωρητικά.Τα συγκεκριμένα χέρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο για μελέτες ηλεκτρομυογραφικού ελέγχου (ακόμη και για οικονομικά μυοηλεκτρικά προσθετικά χέρια), όσο και για εφαρμογές αλληλεπίδρασης ανθρώπου ρομποτικών συστημάτων (για μελέτες τηλεχειρισμού ρομποτικών συστημάτων βραχίονα – χεριού), για την αρπαγή πληθώρας καθημερινών αντικειμένων σε δυναμικά περιβάλλοντα (ακόμη και υπό συνθήκες αβεβαιότητας σχετικά με τη θέση και το σχήμα των αντικειμένων).Προκειμένου να αποδείξουμε την αποδοτικότητα και λειτουργικότητα των προτεινόμενων μεθοδολογιών, εκτελέσαμε σειρά πειραμάτων με διαφορετικά ρομποτικά συστήματα, τόσο σε δυναμικά όσο και σε δομημένα περιβάλλοντα.

show abstract

A projected back-tracking line-search for constrained interactive inverse kinematics

Cited by 9 publications

References 26 publications

Joint Design of Excitation k-Space Trajectory and RF Pulse for Small-Tip 3D Tailored Excitation in MRI

Joint Design of Excitation k-Space Trajectory and RF Pulse for Small-Tip 3D Tailored Excitation in MRI

Deriving Humanlike Arm Hand System Poses

EMG based interfaces for human robot interaction in structured and dynamic environments

Contact Info

Product

Resources

About