Real-time fluid simulations under smoothed particle hydrodynamics for coupled kinematic modelling in robotic applications

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dc.contributor.advisor Barber Castaño, Ramón Ignacio
dc.contributor.advisor Legrand, Mathieu
dc.contributor.advisor Muñoz Gómez, Lourdes
dc.contributor.author Camporredondo Díaz, Gabriel
dc.date.accessioned 2021-04-19T09:57:27Z
dc.date.available 2021-04-19T09:57:27Z
dc.date.issued 2021-01
dc.date.submitted 2021-02-25
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10016/32410
dc.description.abstract Although solids and fluids can be conceived as continuum media, applications of solid and fluid dynamics differ greatly from each other in their theoretical models and their physical behavior. That is why the computer simulators of each turn to be very disparate and case-oriented. The aim of this research work, captured in this thesis book, is to find a fluid dynamics model that can be implemented in near real-time with GPU processing and that can be adapted to typically large scales found in robotic devices in action with fluid media. More specifically, the objective is to develop these fast fluid simulations, comprising different solid body dynamics, to find a viable time kinematic solution for robotics. The tested cases are: i) the case of a fluid in a closed channel flowing across a cylinder, ii) the case of a fluid flowing across a controlled profile, and iii), the case of a free surface fluid control during pouring. The implementation of the former cases settles the formulations and constraints to the latter applications. The results will allow the reader not only to sustain the implemented models but also to break down the software implementation concepts for better comprehension. A fast GPU-based fluid dynamics simulation is detailed in the main implementation. The results show that it can be used in real-time to allow robotics to perform a blind pouring task with a conventional controller and no special sensing systems nor knowledge-driven prediction models would be necessary.
dc.description.abstract Aunque los sólidos y los fluidos pueden concebirse como medios continuos, las aplicaciones de la dinámica de sólidos y fluidos difieren mucho entre sí en sus modelos teóricos y su comportamiento físico. Es por eso que los simuladores por computadora de cada uno son muy dispares y están orientados al caso de su aplicación. El objetivo de este trabajo de investigación, capturado en este libro de tesis, es encontrar un modelo de dinámica de fluidos que se pueda implementar cercano al tiempo real con procesamiento GPU y que se pueda adaptar a escalas típicamente grandes que se encuentran en dispositivos robóticos en acción con medios fluidos. Específicamente, el propósito es desarrollar estas simulaciones de fluidos rápidos, que comprenden diferentes dinámicas de cuerpos sólidos, para encontrar una solución cinemática viable para robótica. Los casos probados son: i) el caso de un fluido en canal cerrado que fluye a través de un cilindro, ii) el caso de un fluido que fluye a través de un alabe controlado, y iii), el caso del control de un fluido de superficie libre durante el vertido. La implementación de estos primeros casos establece las formulaciones y limitaciones de aplicaciones futuras. Los resultados permitirán al lector no solo sostener los modelos implementados sino también desglosar los conceptos de la implementación en software para una mejor comprensión. En la implementación principal se consigue una simulación rápida de dinámica de fluidos basada en GPU. Los resultados muestran que esta implementación se puede utilizar en tiempo real para permitir que la robótica realice una tarea de vertido ciego con un controlador convencional sin que sea necesario algún sistema de sensado especial ni algún modelo predictivo basados en el conocimiento.
dc.language.iso eng
dc.relation.ispartof http://dx.doi.org/10.21125/inted.2020.0791
dc.relation.haspart https://doi.org/10.3390/app9235007
dc.rights Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/
dc.subject.other Physics engines
dc.subject.other Smoothed particle hydrodynamics
dc.subject.other GPU fast processing
dc.subject.other Real-time robot kinematics
dc.subject.other Computational fluid dynamics
dc.subject.other Simulador físico
dc.subject.other Hidrodinámica suavizada de partículas
dc.subject.other Procesamiento rápido con GPU
dc.subject.other Cinemática robótica en tiempo real
dc.subject.other Dinámica de fluidos computacional
dc.title Real-time fluid simulations under smoothed particle hydrodynamics for coupled kinematic modelling in robotic applications
dc.type doctoralThesis
dc.subject.eciencia Ingeniería Industrial
dc.rights.accessRights openAccess
dc.description.degree Programa de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática por la Universidad Carlos III de Madrid
dc.description.responsability Presidente: Carmen Martínez Arévalo.- Secretario: Luis Santiago Garrido Bullón.- Vocal: Benjamín Hernández Arreguín
dc.contributor.departamento Universidad Carlos III de Madrid. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
dc.contributor.tutor Barber Castaño, Ramón Ignacio
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