Search

En los últimos años las redes profundas han producido un amplio impacto y configurado un nuevo panorama en la visión por computador. Los resultados obtenidos por los sistemas basados en redes convolucionales en el reconocimiento de patrones sobre información visual ha desplazado a los sistemas tradicionales. En este proyecto proponemos el uso de estas redes para mejorar la interacción entre humanos y robots mediante la interpretación de la información proporcionada por sensores visuales.

La sociedad actual tiene ante sí una diversidad amplia de retos sociales. Entre ellos, destaca la atención a la población en situación de dependencia, un fenómeno que afecta a todas las edades, no sólo a las personas mayores. Los servicios que dan solución a estos problemas están basados en el diseño y uso de robots sociales autónomos en el hogar. Esto implica la integración de diversas tecnologías, así como aportar soluciones a una diversidad de retos tecnológicos que este tipo de sistemas llevan emparejados. En este proyecto se trabajará con el robot Pepper, construido por la empresa Aldebaran Robotics, para el reconocimiento de los objetos del entorno y el desarrollo de un mapa 3D que le permita localizarlos y navegar dentro del hogar. Para la tarea del reconocimiento de objetos se hará uso de una técnica que utiliza el reconocimiento de objetos en imágenes de color mediante Deep Learning y que se apoya en la imagen de profundidad para segmentar el objeto. En cuanto a la realización del mapa 3D, se explorarán técnicas de registro visual y se estudiará el sistema de odometría del robot.

[Resumen] En este trabajo se presenta el diseño preliminar de un sensor de fuerza integrable en un dispositivo de rehabilitación y asistencia de la mano de tipo exoesqueleto. Como alternativa a las tradicionales células de carga, cuya miniaturización es económicamente costosa, se plantea el uso de un sistema óptico similar a los utilizados en micrometría. Para ello se diseña un tren de elementos ópticos que es sensible a pequeñas deformaciones del elementos estructural que los soporta, traduciendo desviaciones del orden de décimas de milímetro en variaciones milimétricas de la proyección de un haz de luz. En este artículo se plantea la integración del sensor en un exoesqueleto de mano, se detalla el modelado del sistema óptico utilizado para el dimensionamiento de los elementos y finalmente se exponen los resultados de las pruebas de concepto realizadas con un primer prototipo.

This paper presents an embedded architecture based on field programmable gate arrays technology to implement direct visual controllers. These controllers directly generate the joint torques to perform visual servoing tasks taking into account the robot dynamics. Additionally, the concept of dynamic perceptibility, which provides information about the system capability to track objects using direct visual servoing, is defined. This concept is integrated in the proposed controllers and implemented in the embedded architecture for robot and image singularity avoidance. To do this, the paper presents an optimal control framework for direct visual servoing robots which integrates the concept of dynamic perceptibility. This paper presents the formulation of the optimal framework and details the implementation of one of the derived controllers in the FPGA-based architecture. In order to evaluate the proposed architecture, the FPGA architecture is applied to two different robots. The first one is the industrial robot Mitsubishi PA10 with 7 degrees of freedom and the second one is a 4 degrees of freedom robot designed by the authors. Additionally, different experiments are described to show the system behavior when a trajectory close to a singularity is obtained.

The categorization of Asperger syndrome has suffered criticism from its origins. Hence our decision to carry out a bibliometric study with the aim to analyse how the treatment of this topic has evolved through a set of bibliometric indicators referred to variables of scientific production (authorship, research topics and areas…) during the period 1990–2014. We used different database like Medline, Inspec, Biosis Citation Index, SciELO Citation Index, Web of science, current contents connect that allowed us to obtain a study sample of 3452 papers distributed across 574 journals. The results show a gradual increase of scientific production over the last 12 years, which is larger amongst English-speaking countries. The topic under analysis was covered to a greater extent from the Behavioral Science, rather than on educational intervention. The conclusion shows that a need exists to undertake studies which implement proposals for intervention with these students.

This paper proposes the design and application of an immersive virtual reality system to improve and train the emotional skills of students with autism spectrum disorders. It has been designed for primary school students between the ages of 7–12 and all participants have a confirmed diagnosis of autism spectrum disorder. The immersive environment allows the student to train and develop different social situations in a structured, visual and continuous manner. The use of a computer vision system to automatically determine the child's emotional state is proposed. This system has been created with two goals in mind, the first to update the social situations, with the student's emotional mood taken into account, and the second to confirm, automatically, if the child's behavior is appropriate in the represented social situation. The results described in this paper show a significant improvement in the children's emotional competences, in comparison with the results obtained until now using earlier virtual reality systems.

This paper presents an image-based controller to perform the guidance of a free-floating robot manipulator. The manipulator has an eye-in-hand camera system, and is attached to a base satellite. The base is completely free and floating in space with no attitude control, and thus, freely reacting to the movements of the robot manipulator attached to it. The proposed image-based approach uses the system's kinematics and dynamics model, not only to achieve a desired location with respect to an observed object in space, but also to follow a desired trajectory with respect to the object. To do this, the paper presents an optimal control approach to guiding the free-floating satellite-mounted robot, using visual information and considering the optimization of the motor commands with respect to a specified metric along with chaos compensation. The proposed controller is applied to the visual control of a four-degree-of-freedom robot manipulator in different scenarios.

En la presente memoria se describe la red docente creada con el objetivo de llevar a cabo la coordinación docente entre distintas asignaturas del Máster Universitario en Automática y Robótica de la Universidad de Alicante. Se han creado grupos de trabajo con el propósito de coordinar la docencia teórico/práctica de asignaturas de dicho Máster para dar continuidad en la materia impartida. En concreto, se ha coordinado la docencia de las asignaturas relacionadas con distintos ámbitos de las materias de robótica y sistemas de control automático. Se han diseñado también trabajos prácticos y proyectos coordinados entre las distintas asignaturas empleando laboratorios virtuales desarrollados por el profesorado del Máster. A lo largo de la presente memoria se presentan los principales resultados obtenidos, guías docentes elaboradas, así como el procedimiento para su elaboración y las dificultades encontradas.

This paper describes a whole new framework to quickly develop dynamic visual servoing systems embedded in an FPGA. Parallel design of algorithms increases the precision of this kind of controller, while minimizing the response time. Additionally, a control framework to dynamically visual control robot arms is proposed. The direct image-based visual controllers derived from the framework allow for tracking trajectories obtaining different dynamic behaviors depending on a weighting matrix. A new method to compensate the chaos behavior of this kind of system is also included in the proposed framework. To exemplify the feasibility of the FPGA-based proposed framework, and to demonstrate the effects of the metrics, some of the derived controllers are evaluated during the tracking of image trajectories.

La Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Alicante, oferta un variado programa de formación de postgrado que se materializa en trece titulaciones de másteres (todas ellas relacionadas con la ingeniería y la arquitectura), que permiten al alumnado que finaliza sus estudios de Grado, completar su formación universitaria. En la actualidad, las titulaciones universitarias tienen que someterse a un exigente Sistema de Garantía de Calidad que es controlado y revisado de forma periódica para conseguir una mejora continuada en dichas titulaciones. Por este motivo, es necesaria la realización de diversos informes de seguimiento (que serán posteriormente evaluados) y en los cuáles se analizan diversas “evidencias” para determinar los niveles de calidad de la titulación. Una de dichas “evidencias” es la Tasa de abandono en la titulación. Para obtener unos buenos resultados, se persigue disponer de información y herramientas que contribuyan a disminuir significativamente las tasas de abandono en los estudios de másteres, hecho que repercutirá positivamente en la renovación de la acreditación del estudio de máster correspondiente. El objetivo, por tanto consistirá en realizar un diagnóstico de la situación e identificar las causas del abandono para la posterior realización de propuestas de mejora.

En el presente artículo se describe la investigación docente desarrollada con el objetivo de llevar a cabo el seguimiento y aplicación, del sistema interno de garantía de calidad de la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Alicante, al Máster Universitario en Automática y Robótica. Esta investigación es fruto de una red docente en la que han participado todos los profesores con docencia en el Máster, y en la que han trabajado coordinadamente con el objetivo de recoger los principales indicadores de calidad del Máster atendiendo a distintos criterios. Estos indicadores han servido, por un lado, para comprobar la existencia o no de deficiencias en la implantación e impartición del Título. Por otro lado, estos indicadores han servido como base para la elaboración de la documentación requerida para la reacreditación del Máster ante la ANECA. En este artículo se describe la coordinación llevada a cabo, las principales consideraciones a tener en cuenta para la implantación del sistema de garantía de calidad, así como las conclusiones extraídas de la red.

Este capítulo presenta un conjunto de descriptores basados en información de superficie para reconocer objetos asumiendo que se dispone de un modelo previo de éstos. Las superficies son representadas como nubes de puntos tridimensionales. De éstas se estudian características geométricas como la variación en dirección de los vectores normales y las curvaturas a lo largo de la nube de puntos que las definen, para así construir un descriptor matemático que identifique el tipo de objeto según su superficie. En este capítulo se proporcionan fundamentos geométricos de superficie, metodologías de filtrado para eliminación de ruido y puntos atípicos, características para describir una superficie, métricas de clasificación por distancia. Además de un conjunto de técnicas y métodos de procesamiento básicos que constituirán las etapas necesarias que se precisan implementar para identificar objetos 3D, sin la necesidad de considerar parámetros como la textura o el color.

In this work, we propose the implementation of a 3D object recognition system using Convolutional Neural Networks. For that purpose, we first analyzed the theoretical foundations of that kind of neural networks. Next, we discussed ways of representing 3D data in a compact and structured manner to feed the neural network. Those representations consist of a grid-like structure (fixed and adaptive) and a measure for the occupancy of each cell of the grid (binary, normalized point density, and surface intersection). At last, 2.5D and 3D Convolutional Neural Network architectures were implemented and tested using those volumetric representations. The experimentation included an in-depth study of their performance in synthetically simulated adverse conditions that characterize the real-world, i.e., noise and occlusions. The resulting system, the best one out of that experimentation, is able to efficiently recognize objects in three dimensions with a success rate of 85% in a common household CAD objects dataset.

En la presente memoria se describe la red docente creada con el objetivo de llevar a cabo el seguimiento y aplicación del sistema interno de garantía de calidad de la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Alicante al Máster Universitario en Automática y Robótica. En esta red han participado todos los profesores con docencia en el Máster y han trabajado coordinadamente con el objetivo de recoger los principales indicadores de calidad del Máster atendiendo a distintos criterios. Estos indicadores han servido, por un lado, para comprobar la existencia o no de deficiencias en la implantación e impartición del Título. Por otro lado, estos indicadores han servido como base para la elaboración de la documentación requerida para la reacreditación del Máster ante la ANECA. En la presente memoria se describe la coordinación llevada a cabo así como las principales conclusiones extraídas de la red así como del propio informe de reacreditación.

[Resumen] Este artículo describe el diseño de un sistema robótico multimodal enfocado a proporcionar a personas con movilidad reducida, la capacidades de interaccionar con objetos reales. Con este sistema se pretende cubrir todo el proceso de interacción, desde la selección del objeto con el que se quiere interactuar, pasando por alcanzar y agarrarlo, hasta volver a dejar el objeto. El sistema se compone de un robot diseñado para rehabilitación de miembro superior, de un exoesqueleto de mano, un sistema de seguimiento de mirada, un dispositivo de seguimiento de objetos, y un sistema de detección de intención de movimiento. Con este propósito, en este artículo se presenta la arquitectura del sistema, especificando los elementos particulares que serán utilizados en un escenario experimental para comprobar la viabilidad del sistema.

[Resumen] En este artículo se describe la formulación, implementación y experimentación de un sistema de control visual dinámico aplicado a un robot de 6 grados de libertad. Se propone una arquitectura hardware basada en FPGAs para la implementación de los controladores. Con el objetivo de limitar la latencia del controlador se ha implementado en la FPGA no sólo el controlador sino también la captura y procesamiento de la información visual. Se hace uso de las capacidades de procesamiento paralelo de la FPGA para optimizar los diferentes componentes del sistema de control visual propuesto. Finaliza el artículo con los resultados experimentales obtenidos en tareas de posicionamiento de un robot Mitsubishi PA10 de 6 grados de libertad.

The free hardware platforms have become very important in engineering education in recent years. Among these platforms, Arduino highlights, characterized by its versatility, popularity and low price. This paper describes the implementation of four laboratory experiments for Automatic Control and Robotics courses at the University of Alicante, which have been developed based on Arduino and other existing equipment. Results were evaluated taking into account the views of students, concluding that the proposed experiments have been attractive to them, and they have acquired the knowledge about hardware configuration and programming that was intended.

Este trabajo presenta el diseño, construcción y programación de un robot modular para el desarrollo tanto de competencias genéricas como específicas, en las enseñanzas de electrónica, control y programación del Master de Automática y Robótica de la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Alicante. En este trabajo se exponen los diferentes módulos propuestos, así como los objetivos de aprendizaje para cada uno de ellos. Uno de los factores más importantes a destacar en el presente estudio es el posible desarrollo de la creatividad y el aprendizaje autónomo. Para ello, se desarrollará especialmente un módulo de comunicación por bluetooth que servirá para monitorizar, cambiar y adaptar on-line diversos parámetros de control y potencia del robot. Además, dicha herramienta se ha introducido como parte de la metodología en las asignaturas del Máster de Electromecánica y Sistemas de Control Automático. En esta memoria se mostrarán los distintos resultados obtenidos durante y en la finalización de este trabajo.

Este trabajo muestra cómo se realiza la enseñanza de robótica mediante un robot modular y los resultados educativos obtenidos en el Máster Universitario en Automática y Robótica de la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Alicante. En el artículo se describen los resultados obtenidos con el uso de este robot modular tanto en competencias genéricas como específicas, en las enseñanzas de electrónica, control y programación del Máster. En este artículo se exponen los objetivos de aprendizaje para cada uno de ellos, su aplicación a la enseñanza y los resultados educativos obtenidos. En los resultados del estudio, cabe destacar que el alumno ha mostrado mayor interés y ha fomentado su aprendizaje autónomo. Para ello, el robot modular se construyó con herramientas para fomentar este tipo de enseñanza y aprendizaje, tales como comunicaciones interactivas para monitorizar, cambiar y adaptar diversos parámetros de control y potencia del robot.

En los últimos años las plataformas de hardware libre han adquirido gran relevancia en el desarrollo de prototipos y en la educación en tecnología. Una plataforma de hardware libre es básicamente un diseño de sistema un electrónico microprocesador que sus autores difunden libremente y puede ser utilizado sin tener que pagar licencias. Ente la multitud de plataformas disponibles, destaca Arduino. Se caracteriza por su bajo precio, y que el software necesario para hacer funcionar la plataforma es libre y gratuito. Todo ello hace que estos dispositivos sean fácilmente accesibles por estudiantes. Este trabajo describe la aplicación de hardware libre a experimentos de laboratorio en asignaturas de ingeniería de la UA, especialmente del máster en Automática y Robótica, en las que se controlan sistemas industriales o robóticos. Esto contrasta con los experimentos clásicos en los que se emplean sistemas caros y difícilmente accesibles por el alumno. Además, los experimentos deben ser atractivos y de aplicaciones reales, para atraer el interés del alumno, con el objetivo principal de que aprenda más y mejor en el laboratorio.

This paper presents a new framework based on optimal control to define new dynamic visual controllers to carry out the guidance of any serial link structure. The proposed general method employs optimal control to obtain the desired behaviour in the joint space based on an indicated cost function which determines how the control effort is distributed over the joints. The proposed approach allows the development of new direct visual controllers for any mechanical joint system with redundancy. Finally, authors show experimental results and verifications on a real robotic system for some derived controllers obtained from the control framework.

The current trend in the evolution of sensor systems seeks ways to provide more accuracy and resolution, while at the same time decreasing the size and power consumption. The use of Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) provides specific reprogrammable hardware technology that can be properly exploited to obtain a reconfigurable sensor system. This adaptation capability enables the implementation of complex applications using the partial reconfigurability at a very low-power consumption. For highly demanding tasks FPGAs have been favored due to the high efficiency provided by their architectural flexibility (parallelism, on-chip memory, etc.), reconfigurability and superb performance in the development of algorithms. FPGAs have improved the performance of sensor systems and have triggered a clear increase in their use in new fields of application. A new generation of smarter, reconfigurable and lower power consumption sensors is being developed in Spain based on FPGAs. In this paper, a review of these developments is presented, describing as well the FPGA technologies employed by the different research groups and providing an overview of future research within this field.

This paper presents a new dynamic visual control system for redundant robots with chaos compensation. In order to implement the visual servoing system, a new architecture is proposed that improves the system maintainability and traceability. Furthermore, high performance is obtained as a result of parallel execution of the different tasks that compose the architecture. The control component of the architecture implements a new visual servoing technique for resolving the redundancy at the acceleration level in order to guarantee the correct motion of both end-effector and joints. The controller generates the required torques for the tracking of image trajectories. However, in order to guarantee the applicability of this technique, a repetitive path tracked by the robot-end must produce a periodic joint motion. A chaos controller is integrated in the visual servoing system and the correct performance is observed in low and high velocities. Furthermore, a method to adjust the chaos controller is proposed and validated using a real three-link robot.

Tactile sensors play an important role in robotics manipulation to perform dexterous and complex tasks. This paper presents a novel control framework to perform dexterous manipulation with multi-fingered robotic hands using feedback data from tactile and visual sensors. This control framework permits the definition of new visual controllers which allow the path tracking of the object motion taking into account both the dynamics model of the robot hand and the grasping force of the fingertips under a hybrid control scheme. In addition, the proposed general method employs optimal control to obtain the desired behaviour in the joint space of the fingers based on an indicated cost function which determines how the control effort is distributed over the joints of the robotic hand. Finally, authors show experimental verifications on a real robotic manipulation system for some of the controllers derived from the control framework.

Los autores de este artículo exponen una serie de consideraciones sobre estas cuestiones y apuestan por la inclusión de la realidad virtual inmersiva como recurso no sólo tecnológico, sino eminentemente pedagógico y didáctico, que puede contribuir a reducir y a apoyar la educación del alumnado cuyo estilo cognitivo es visual, como es el caso del alumnado con TEA y síndrome de Asperger.

En este artículo se describe la metodología empleada para el desarrollo y coordinación de las asignaturas obligatorias del Máster Universitario en Automática y Robótica de la Universidad de Alicante. Se ha trabajado en adecuar las guías docentes a la metodología mediante el trabajo colaborativo de los distintos profesores coordinadores de las asignaturas con el objetivo de garantizar que todos los conceptos necesarios sean cubiertos y complementados entre las asignaturas, apoyándose en mapas conceptuales. Otro aspecto en el que se ha hecho un especial énfasis en la metodología propuesta ha sido introducir como parte de las actividades teóricas y/o prácticas el uso de laboratorios virtuales remotos. Los laboratorios virtuales sirven de apoyo a la teoría para mostrar simulaciones y resultados prácticos mediante la interacción con equipamiento real. Además, muchas de estas herramientas admiten que el alumnado pueda trabajar a distancia desde sus casas, lo que redunda en la posibilidad de autoaprendizaje e incluso la realización de prácticas a distancia.

La Tesis que se presenta es una respuesta que tiene sus orígenes en los cambios que se han ido sucediendo en los últimos años tanto en el contexto universitario como en el no universitario. Estos cambios han originado una mayor reflexión en la importancia de los procesos de enseñanza y aprendizaje y la necesidad de su adaptación a las necesidades del alumnado por su constatada y reconocida heterogeneidad y diversidad que caracteriza a cualquier contexto educativo de las diferentes etapas educativas. El profesorado universitario, abocado en la docencia y en la investigación de nuevos procesos de enseñanza y aprendizaje, está obligado a trasladar y a incardinar todo su trabajo en dar respuesta a estas demandas actuales. Desde esta perspectiva de asumir propuestas de investigación interdisciplinares y aplicativas a entornos educativos universitarios y no universitarios se considera, en la Tesis que se presenta, uno de los desafíos más complejos del sistema educativo actual: la respuesta educativa a la diversidad. Para ello, la unión de los supuestos teórico-prácticos procedentes de la pedagogía y didáctica, en el ámbito de la educación especial, y los recursos tecnológicos provenientes de la tecnología virtual y robótica van a dar respuesta a las cuestiones de investigación planteadas. Una vez realizada una revisión de la literatura e investigaciones sobre la temática de la Tesis, a continuación se describe la utilización de realidad virtual inmersiva para la mejora de las funciones ejecutivas y competencias sociales y emocionales del alumnado con síndrome de Asperger. Se hace uso de realidad virtual inmersiva debido a la versatilidad de posibilidades que presenta, el realismo y su adaptación a las necesidades del alumnado. La realidad virtual inmersiva permitirá programar tareas totalmente estructuradas, concretas con instrucciones individuales desde un entorno de aprendizaje eminentemente visual, estrategias didácticas, todas ellas, esenciales para el estilo cognitiv

Visual information is increasingly being used in a great number of applications in order to perform the guidance of joint structures. This paper proposes an image-based controller which allows the joint structure guidance when its number of degrees of freedom is greater than the required for the developed task. In this case, the controller solves the redundancy combining two different tasks: the primary task allows the correct guidance using image information, and the secondary task determines the most adequate joint structure posture solving the possible joint redundancy regarding the performed task in the image space. The method proposed to guide the joint structure also employs a smoothing Kalman filter not only to determine the moment when abrupt changes occur in the tracked trajectory, but also to estimate and compensate these changes using the proposed filter. Furthermore, a direct visual control approach is proposed which integrates the visual information provided by this smoothing Kalman filter. This last aspect permits the correct tracking when noisy measurements are obtained. All the contributions are integrated in an application which requires the tracking of the faces of Asperger children.