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Proceeding of: 2018 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), October 1-5, 2018, Madrid, Spain This paper presents a novel method for the control of the elbow joint of the humanoid robot TEO, based on a fractional order PD controller. Due to the graphical nature of the proposed method, a few basic operations are enough to tune the controller, offering very competitive results compared to classic methods. The experiments show a robust performance of the system to mass changes at the tip of the humanoid right arm. The research leading to these results has received funding from the HUMASOFT project, with reference DPI2016-75330-P, funded by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness.

A new method that relies on evolutionary computation concepts is proposed in this paper to tune the parameters of fractional order PIlambdaDmu controllers, in which the orders of the integral and derivative parts, lambda and mu, respectively, are fractional. The main advantage of the fractional order controllers is that the increase in the number of parameters in the controller allows an increase in the number of control specifications that can be met. A Differential Evolution (DE) algorithm is proposed to make the controlled system fulfill different design specifications in time and frequency domains. This method is based on the minimization of a fitness function. Experiments have been carried out in simulation and in a real DC motor platform. The results illustrate the effectiveness of this method. Publicado

A fully autonomous robot must obtain and interpret information about the environment to execute several tasks. The mobile robot mapping or SLAM problem is closely related to these abilities. It consists of interpreting the information perceived by its sensors in order to build map and localize itself in it. There are many other robot skills that depend on this task; thus, it is one of the most important problems to be solved by a truly autonomous robot. The objective of this work is to design various specific tools related to the mapping problem in order to improve the autonomy of MANFRED-2, which is a mobile robot fully developed by the Robotics Lab research group of the Systems Engineering and Automation Department of the Carlos III University of Madrid. The localization problem in mobile robotics can be defined as the search of the robot's coordinates in a known environment. If there is no information about the initial location, we are talking about global localization. In this work, we have developed an algorithm that solves this problem in a three-dimensional environment using Differential Evolution, which is a particle-based evolutionary algorithm that evolves in time to the solution that yields the cost function lowest value. The proposed method has many features that make it very robust and reliable: thresholding and discarding mechanisms, different cost functions, effective convergence criteria, and so on. The resulting global localization module has been tested in numerous experiments. The high accuracy of the method allows its application in manipulation tasks. If the environment information is given by laser readings, it is essential to correct the local errors between pairs of scans to improve the map quality, which is called registration or scan matching. We have implemented a scan matching algorithm for three-dimensional environments. It is also based on the Differential Evolution method. The high accuracy and computational effi ciency of the proposed method have been demonstrated with experimental results. The last problem addressed here consists of detecting when the robot is navigating through a known place (loop detection). After that, the accumulated error can be minimized to give consistency to the global map (loop closure). We have developed a loop detection method that compares features extracted from two different scans to obtain a loop indicator. This approach allows the introduction of very different characteristics in the descriptor. First, the surface features include the geometric forms of the scan (lines, planes, and spheres). Second, the numerical features describe other several properties (volume, average range, curvature, etc.). The algorithm has been tested with real data to demonstrate its effi ciency. All true loops are correctly detected and no false detections are appreciated when the mobile robot is covering a long trajectory. The results are similar or even better than those obtained by other research groups. In addition, it is a more versatile method because it admits a wide variety of scan properties and different weights in the comparison formula., Un robot completamente autónomo debe ser capaz de obtener e interpretar la información del entorno para ejecutar diversas tareas. El problema de mapeado o SLAM para robots móviles está estrechamente relacionado con estas habilidades. Consiste en interpretar la infomació percibida por sus sensores para construir un mapa y localizarse. Hay muchas otras tareas que dependen del mapeado, luego este es uno de los problemas más importantes para un robot móvil. El objetivo de este trabajo es el desarrollo de varias herramientas específicas relacionadas con el mapeado de entornos tridimensionales. Con ellas se mejorar a la autonomía del robot manipulador MANFRED-2, que es un robot móvil desarrollado íntegramente en el Robotics Lab del Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Universidad Carlos III de Madrid. El problema de localización para un robot móvil puede ser de nido como la búsqueda de las coordenadas del robot dentro de un entorno conocido. Si no hay información sobre la localización inicial, el problema se denomina localización global. En este trabajo se ha desarrollado un módulo que soluciona este problema para entornos tridimensionales utilizando el algoritmo Differential Evolution, el cual es un filtro evolutivo basado en part culas que evolucionan con el tiempo hacia la solución que tiene asociado un mejor valor para una función de coste dada. El algoritmo desarrollado tiene diversas características que lo hacen muy robusto y fiable: mecanismos de umbralización y descarte, diferentes funciones de coste, criterios de convergencia efectivos, etc. El módulo de localización global se ha probado en m últiples experimentos. La elevada precisión de este método permite que el robot sea utilizado en tareas de manipulación. Si la información del entorno viene dada por barridos de un láser, es muy importante que se pueda corregir el error local entre pares de barridos para mejorar la calidad del mapa. Este proceso se conoce como registro o scan matching. Hemos implementado un algoritmo que resuelve este problema en entornos tridimensionales. Est a tambi en basado en el Differential Evolution. Si se elige la función de forma adecuada es posible resolver el problema de scan matching utilizando este método. La elevada precisión y la eficiencia computacional se han demostrado en los resultados experimentales. El último problema abordado aquí consiste en detectar cuando el robot está navegando por un entorno conocido. Después de esto se podrá minimizar el error acumulado para aumentar la consistencia del mapa. La tarea de detecci on se llama usualmente detección de bucles, mientras que la minimización del error es el cierre del bucle. Se ha desarrollado un algoritmo de detección que extrae las características más importantes de dos barridos del láser para obtener un indicador que es usado como umbral para detectar si el robot está en un lugar que ha visitado previamente. Nuestro método permite tener en cuenta características muy diferentes. Primero, las caractrísticas de superficie permiten incluir las formas geométricas presentes en el barrido (líneas, planos y esferas). Segundo, las características numéricas permiten describir diversas propiedades (volumen, rango medio, curvatura, etc.). El algoritmo ha sido probado con datos reales para demostrar su eficiencia. Todos los bucles son detectados correctamente y no se aprecian falsos positivos cuando el robot está navegando por una trayectoria larga con varios bucles. Los resultados son parecidos o mejores que los que obtienen otros grupos de investigación. Además, este es un m etodo muy versátil pues admite multitud de variables y diferentes pesos en la fórmula de comparación.

This paper provides an assessment of the impact of the covered bond purchase programme (hereafter referred to as the CBPP) relative to its policy objectives. The analysis presented on the impact of the CBPP on both the primary and secondary bond markets indicates that the Programme has been an effective policy instrument. It has contributed to: (i) a decline in money market term rates, (ii) an easing of funding conditions for credit institutions and enterprises, (iii) encouraging credit institutions to maintain and expand their lending to clients, and (iv) improving market liquidity in important segments of the private debt securities market. The paper also provides an overview of the investment strategy of the the Eurosystem with regard to the CBPP portfolio. JEL Classification: E22, L63, L86, O3, O47

This report summarises the findings of the task force. It is organised as follows. Section 2 starts with a discussion of the relevance of credit risk for central banks. It is followed by a short introduction to credit risk models, parameters and systems in Section 3, focusing on models used by members of the task force. Section 4 presents the results of the simulation exercise undertaken by the task force. The lessons from these simulations as well as other conclusions are discussed in Section 5.

Los algoritmos de optimización metaheurísticos son capaces de resolver muchos problemas complejos de ingeniería cuyas soluciones no se podrían obtener de manera efectiva usando algoritmos de optimización clásicos. Un alto porcentaje de algoritmos metaheurísticos imita el comportamiento de seres vivos o fenómenos físicos para cumplir una optimización. Este tipo de patrón de optimización siempre es iterativo y tiene un tipo de memoria para recordar las mejores soluciones de las iteraciones anteriores y para proporcionar los mejores “agentes” o representantes de la colonia con una mayor probabilidad de sobrevivir y reproducirse. El algoritmo RRA (“Runner Root Algorithm”) es un algoritmo genético, una variedad de los algoritmos metaheurísticos, para resolver problemas de optimización. El algoritmo propuesto se inspira en las plantas como la planta de la fresa o la planta de araña las cuales se propagan a través de sus tallos en la naturaleza, a la vez que simultáneamente desarrollan raíces y pelos radicales para una búsqueda local de fuentes de agua y minerales El controlador BPID es el tipo de controlador propuesto en este trabajo para resolver los diferentes problemas de control. Este tipo de controlador se puede aplicar a sistemas no lineales, y está formado por un PID convencional y un compensador bilineal. La función del algoritmo RRA es encontrar los valores óptimos de las ganancias del controlador que minimicen la función coste. Este proyecto se centra en la implementación del algoritmo RRA para resolver problemas de control mediante el controlador BPID. El principal problema de este trabajo es el control del funcionamiento de un motor de corriente continua, tanto de su posición en un primer caso, como de su velocidad posteriormente. Para ello se implementa un controlador BPID optimizado mediante el algoritmo RRA desarrollado y ajustado previamente. De esta manera, los mejores resultados son aquellos que minimicen el error del controlador. Para aplicar el algoritmo a estas técnicas de control se parte de otro problema más sencillo que permita asentar las bases del funcionamiento del propio algoritmo. En este caso, se resuelve el problema de la distancia mínima al punto que permite comprender de manera gráfica dicho funcionamiento. Analizando los resultados obtenidos, se puede concluir que el algoritmo RRA es una técnica alternativa válida para la resolución de problemas de control. Metaheuristic optimization algorithms are able to solve many complex engineering problems whose solutions could not be effectively obtained using classical optimization algorithms. In fact, a high percentage of metaheuristic algorithms imitate the behavior of living beings or physical phenomena to fulfill an optimization. This type of optimization pattern is always iterative and has a type of memory to remember the best solutions of previous iterations and to provide the best "agents" or representatives of the colony with a greater probability of surviving and reproducing. The RRA ("Runner Root Algorithm") is a genetic algorithm, a variety of metaheuristic algorithms, to solve optimization problems. The proposed algorithm is inspired by plants such as the strawberry plant or the spider plant which propagate through their runners in nature, once they simultaneously develop roots and root hairs for a local search of water sources and minerals. The BPID controller is the type of controller proposed in this work to solve different control problems. This type of controller can be applied to non-linear systems, and consists of a conventional PID and a bilinear compensator. The function of the RRA algorithm is to find the optimal values of the controller gains that minimize the cost function. This project focuses on the implementation of RRA algorithm to solve control problems using the BPID controller. The main problem of this work is the control of the operation of a DC motor, both its position in a first case and its speed afterwards. For this purpose a BPID controller is implemented optimized by the RRA algorithm developed and adjusted previously. In this way, the best results are those which minimize the error of the controller. In order to apply the algorithm to these control techniques, it is necessary its application to a simpler problem that allows to comprehend the bases of the operation of the algorithm. In this case, the problem of the minimum distance to the point is solved, which allows to graphically understand its performance. Analyzing the obtained results, it is possible to conclude that the RRA algorithm is a valid alternative technique for the resolution of control problems. Ingeniería en Tecnologías Industriales

En este trabajo se va a exponer una aplicación del algoritmo Simulated Annealing. Se comenzará dando paso a los marcos de la industria actual, para entender el entorno socioeconómico del mismo. Luego se tratará de dar una base de los conocimientos actuales capaces de resolver problemas de optimización. Profundizaremos en el Simulated Annealing desde su constitución como evolución de los algoritmos basados en la combinación de los métodos de Monte Carlo y las Cadenas de Márkov. Así como en la evolución que supone al algoritmo de Metrópolis-Hastings. Una vez presentado el conocimiento previo, daremos sentido al nombre de recocido simulado (traducción al español del Simulated Annealing) estudiando cómo se forma este proceso y que influye en su resultado. Pasaremos a identificar los pasos necesarios para ejecutar el algoritmo y los iremos adaptando a nuestro programa. Así, pasará a formar parte del software de un robot que pretende resolver un problema de localización global. Dicho robot nos plantea un problema de localización en el que, mediante un sensor láser, se desea conocer su posición y orientación real. Por último, probaremos el software desarrollado en la herramienta de MATLAB en varias pruebas para intentar diagnosticar posibles problemas de ejecución. Dando una solución al problema inicial, y proponiendo posibles mejoras futuras del código. This work will present an application of the Simulated Annealing algorithm. It will begin giving way to the socioeconomic frames in the current industry. Then we will try to give a base, explaining the current knowledge capable of solving optimization problems. We will delve into the Simulated Annealing since its establishment as an evolution of algorithms based on the combination of Monte Carlo methods and Markov chains. Just as in the evolution that represents of the Metropolis-Hastings algorithm. Once submitted prior knowledge, we give meaning to the name of simulated annealing studying how this process is formed and which variables are influencing its outcome. We will identify the steps needed to make the algorithm and we will adapt them to our program. Thus, it will become part of the software of a robot that has to solve a problem of global location. Said robot, using a laser sensor, wants to know it’s position and actual orientation. Finally, we will test the software, developed in a tool called MATLAB, in several tests to try to diagnose possible implementation problems. Giving a solution to the initial problem, and proposing possible future improvements. Ingeniería Electrónica Industrial y Automática

Este trabajo consiste en la implementación del algoritmo ABC (Artificial Bee Colony) para buscar las mejores ganancias de un controlador PID Bilineal para actuadores SMA (Shape memory alloy). A continuación se realiza una breve descripción de los puntos más importantes de este trabajo. El algoritmo que voy a utilizar en este trabajo se denomina algoritmo ABC. Sus siglas traducidas al español significan colonia artificial de abejas. Como su nombre indica, su desarrollo se basa en el comportamiento de búsqueda de alimento de las abejas comunes. Es un algoritmo que se ha desarrollado recientemente y su uso no es tan común, aunque en estos últimos años muchos investigadores han empezado a utilizarlo por su precisión y fiabilidad. El controlador PID bilineal consiste en un regulador clásico PID al cual se le añade un componente bilineal. Este tipo de reguladores se usa en control de sistemas no lineales para compensar la no-linealidad de una planta. De este modo, facilita el modelado y el control de una función de transferencia no lineal de un sistema, que en el caso que aquí ocupa va a ser un actuador SMA. De acuerdo a esto, las ganancias que debe encontrar el algoritmo ABC para el controlador son: Kp, Ki, Kd (por parte del PID) y Kb (por parte del bilineal). El actuador SMA (Shape Memory Alloy) es un dispositivo compuesto por una aleación metálica de níquel y titanio que se caracteriza por la propiedad de que puede “recordar” y volver a su forma original tras una deformación. Hasta el momento es un material no muy conocido y su uso no está tan extendido, aunque se espera que en un futuro cercano esté implementado en los aparatos de los distintos sectores, como el biomédico o el aeronáutico. Los resultados experimentales muestran que se ha implementado satisfactoriamente el algoritmo y el optimizador es capaz de encontrar parámetros adecuados para el control bilineal cuando este se aplica para un modelo de planta que simula el comportamiento de actuador SMA. This work consists of the implementation of the ABC (Artificial Bee Colony) algorithm in order to optimize the parameters of a Bilinear PID controller for SMA (Shape Memory Alloy) actuators. A brief description about the most important aspects of the project is given in the following paragraphs. The algorithm that is the core of the optimization method is the ABC. It is based on the behavior of the common bees when searching for food. This technique is quite new and not very common among researchers. However, in the last years, its use has been increased due to its good performance regarding accuracy and reliability. The Bilinear PID controller is based on a classic PID regulator with a bilinear term. This type of controller is used in non-linear system to linearize the non-linear plant. After that, it is easier to model and control the linearized system. In this case, the non-linear model is a SMA actuator. The gains to be optimized by the ABC-based technique are Kp, Ki, Kd (PID) and Kb (bilinear term). The SMA actuator is a device formed by a metal alloy of nickel and titanium which is characterized by the property that it can "remember" and return to its original shape after deformation. The use of this material is not widespread, although it is expected that in the near future it will be implemented in devices of different sectors such as biomedical and aeronautics. The experimental results show that the algorithm has been successfully implemented and the optimizer computes adequate parameters for the bilinear controller when it is applied to a plant model that simulates the behavior of a SMA actuator. Ingeniería Electrónica Industrial y Automática

Este proyecto consiste en el desarrollo de un modelo sobre Simulink de diferentes sistemas térmicos ampliamente extendidos en la industria, que en su conjunto ofrecen el funcionamiento de una caldera de vapor pirotubular a leña. En concreto, bajo una estructura modular, en dicho modelo encontraremos: - Modelo de un horno con combustión de leña basado en un balance estequiométrico y energético de la reacción. - Modelo de un intercambiador de calor humos-agua en ebullición basado en el método NTU de intercambiadores de calor. - Modelo de un calderín basado en un balance másico y energético orientado a la generación de vapor. Este proyecto apunta a un acercamiento al mundo de los sistemas térmicos desde la perspectiva de la ingeniería de sistemas y control (especialmente a lo referente a combustión y generación de vapor); así como a ofrecer una herramienta sencilla, bajo una interfaz simple, que permita analizar y entender los parámetros fundamentales de dichos sistemas y sus efectos sobre las diferentes variables resultado, obteniendo resultados numéricos y gráficos cuya interpretación pueda considerarse sencilla para alguien que tenga nociones básicas de los sistemas y procesos modelados. Finalmente, cabe señalar la utilidad de dicho modelo para estudiar estrategias de control al tratarse de un sistema MIMO (Multiple Input Multiple Output), donde encontramos no-linealidad, tiempos muertos y respuestas inversas entre otras características. This project is based on the development of a model of different thermal systems which are widespread in the industry and whose joint work offers the behavior of a steam boiler with wood as fuel. Following a modular structure, this model includes: - Furnace model with wood combustion based on a stoichiometric and an energetic balance of the reaction. - Heat exchanger model with fumes and boiling water based on NTU method for heat exchangers. - Boiler model based on a mass and an energetic balance focused on steam generation. This project is an approach to thermal systems from the view of systems and control engineering (specially referred to combustion and steam generation). Besides, it provides a simple tool, with a clear interface, which allows analyzing and understanding the main parameters of these systems and their effects on the outcomes, getting graphical and numerical results whose interpretation could be easy to understand by anybody whit basic knowledges on these systems and processes. Finally, it should be noted the usefulness of this model for studying control strategies on it, because it is a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system, nonlinear, with dead times, inverse responses, as well as other features. Ingeniería Industrial

En el campo de la robótica, la búsqueda de algoritmos y métodos que permitan crear mapas robustos es uno de los temas más estudiados en los últimos años. Cada vez es mayor el interés en desarrollar robots autónomos, con el fin de emplearlos para tareas difíciles o que no pueden ser realizadas por los humanos, como por ejemplo exploraciones espaciales u operaciones de rescate. Para ello, es necesario que el robot sea capaz de enfrentarse a un entorno desconocido, y localizarse dentro de él. Así surge el problema del SLAM (Simultaneous Localization and Mapping), que consiste en que el robot sea capaz de ir construyendo un mapa de un entorno desconocido, y a la vez ubicarse dentro de él. Un aspecto muy ligado a este problema es el scan matching, objeto principal de este trabajo. Con el scan matching se busca encontrar la transformación rígida (traslación y rotación) que alinea dos barridos del entorno diferentes. Estos barridos son proporcionados por sensores como cámaras RGB. A lo largo de los años, se han ido buscando nuevas técnicas con las que poder realizar el matching. Algunas de estas técnicas son las denominadas Estrategias Evolutivas, mediante las que se busca resolver problemas de optimización basándose en los procesos de la evolución natural. En estas técnicas, se tiene una población inicial que evoluciona y varía de acuerdo al valor de coste obtenido hasta que converge a una solución. En este trabajo se ha implementado una solución al scan matching basada en el Covariance Matrix Adaptation-Evolution Strategy. Con este método se busca realizar el matching entre dos scans minimizando una función de coste. Además se utilizan las propiedades del color para seleccionar los puntos característicos de cada barrido, reduciéndose el coste computacional del método. In the robotics field, the research of new algorithms and methods that allow creating robust maps is one of the most studied issues during the last years. Interest in developing autonomous robots is growing further, in order to use them for difficult tasks or other tasks that can not be done by humans, as for example space explorations or rescue operations. To do that, it is necessary that the robot has the capacity of dealing with an unknown environment and of being located itself in the map. For that matter SLAM problem appears (Simultaneous Localization and Mapping), which consists of the fact that the robot is capable of building a map of an unknown environment, and simultaneously of locating itself inside this environment. A highly related aspect to this problem is scan matching, which is the main subject of this project. Scan matching’s purpose is finding the rigid transformation (translation and rotation) that aligns two different scans of the environment. These scans are provided by sensors such as RGB cameras. Throughout the years, researchers have been looking for new techniques that could perform the matching. Some of these methods are the so called Evolutionary Strategies, by means of which it is look to solve optimization problems based on the process of natural evolution. In these techniques, there is an initial population that evolves and changes according to the cost value obtained until it converges to a solution. In this work, a solution of the Scan Matching problem has been implemented based on the Covariance Matrix Adaptation-Evolution Strategy algorithm. With this method it is look to achieve the matching between two scans by minimizing a cost function. Color properties are also used to select featured points in the scans, reducing the computational cost of the method. Ingeniería en Tecnologías Industriales

Este proyecto final de carrera se centra en el desarrollo de una interfaz gráfica en MATLAB a través de su herramienta GUIDE, sobre la que se debe integrar el algoritmo de Evolución Diferencial para sintonizar controladores PIλDμ fraccionarios. De entre los distintos métodos de sintonía disponibles para el diseño de un controlador, se ha optado por elegir este algoritmo evolutivo porque permitirá crear una interfaz más versátil. Esto se debe a que dichos algoritmos realizan un ajuste basado en la optimización de una función objetivo, la cual mide el grado en que se cumplen varias especificaciones de diseño. Esta nueva herramienta de simulación le ofrece al usuario las funcionalidades necesarias para llevar a cabo la sintonía de controladores fraccionarios tanto en el dominio del tiempo como de la frecuencia, así como la configuración de los diversos parámetros del filtro de optimización. Finalmente, se incluirá un manual de ayuda para que el usuario pueda consultar todo lo referente a esta interfaz de sintonización fraccionaria. Tanto la interfaz como su manual de ayuda se elaborarán en inglés con vistas a que esta herramienta software pueda tener una difusión de ámbito internacional. This work focuses on the development of a graphical user interface in MATLAB through its GUIDE toolbox, on which the Differential Evolution algorithm should be integrated to tune fractional PIλDμ controllers. Among the different tuning methods available for the design of a controller, the evolutionary algorithm has been chosen because it will allow to create a more versatile method. This type of algorithm performs an adjustment based on the optimization of a target function. The flexibility of this fitness function makes it possible to meet multiple design specifications. This new simulation tool provides the user with all the functionalities to carry out the time and frequency domain tuning of fractional controllers and to configure the different parameters of the optimization filter. Finally, a help guide will be included so that the user could check the method performance regarding this fractional tuning interface. Both the interface and the help guide will be developed in English with the aim of making this software tool internationally spread and well known. Ingeniería Industrial

El presente Trabajo de Fin de Grado surge con el objetivo de implementar una solución electrónica capaz de cumplir con los requerimientos funcionales del siguiente problema: seguimiento y control del estado de un furgón encargado del transporte de mercancía que necesita unas condiciones concretas para su conservación. En nuestro caso particular se asumirá el transporte de piezas de alto valor histórico, cultural y económico, concretamente piezas de arte que requieren el traslado desde diferentes museos. Este proyecto se ha llevado a cabo con la integración del máximo número posible de elementos de hardware del portfolio de Siemens y bajo el software de programación específico de dicho producto. El concepto TIA (Totally Integrated Automation) ha estado presente durante el desarrollo del mismo para finalmente alcanzar una meta en forma de aplicación en la que se ven reflejados los resultados de este trabajo. Con la implementación de la electrónica y la ingeniería necesaria se pretenden conseguir los siguientes objetivos: Control y monitorización de la temperatura interna del furgón como método de conservación de las piezas. Éstas, por sus características, deberán encontrarse entre unos valores limitados (tanto superior como inferiormente) de temperatura que garanticen su óptima conservación. Relacionado con dicho control de temperatura habrá montado en la cámara blindada del furgón un sistema de refrigeración que se encenderá o apagará en el caso de que se superen los valores de temperatura que se han marcado como límite. Todo ello complementado con un sistema de alarma en comunicación con la persona responsable, mediante el cual se mandará una notificación vía SMS a los números de teléfono que se hayan registrado con dicho rol, con la cual se avisará del encendido o apagado de la refrigeración así como de que la temperatura de referencia ha sido sobrepasada. Conocimiento de la localización GPS del furgón en todo momento. La aplicación pretende tanto conocer la localización exacta del camión y de su contenido, como poder trazar la ruta que éste va siguiendo uniendo las diferentes coordenadas obtenidas en la lectura de la localización. Sistema innovador para preservar la seguridad de las obras de arte consistente en la apertura y cierre de unas compuertas de seguridad antirrobo que sólo podrán abrirse sincronizadas con la hora del día y en el intervalo horario en que esté prevista la entrega de las piezas. Después de estudiar una serie de alternativas, se decidió llevar a cabo la implementación de la solución mediante la innovadora tecnología que proporciona el autómata Logo!8 en conjunción con el software de programación Logo! Soft Comfort. This End-of-Degree Project is born with the goal of implementing an electronic solution able to fulfill the functional requirements of the following problem: tracking and control of a shielded van s status entrusted with special goods needed of specific conditions for their preservation. In this specific case, the goods are pieces of artwork with a high historical, cultural and economic value which are meant to be sent to a museum. This project has been realized with the integration of the highest possible number of hardware elements of the Siemens portfolio, and also with the specific programming software linked to each hardware product. The TIA concept (Totally Integrated Automation) has been taken in consideration during the development of this project and the work put in this project has materialized in an application with the essence of the TIA principles. With the electronic and engineering implementation of this project, these points have been achieved: Tracking and control of the internal temperature of the van to get the optimal conservation of the artworks. The temperature levels must stay in a narrow range, so this is a vital condition for their transport. In order to control the temperature level, a refrigeration system is implemented in the van, and with the input of the temperature sensor it turns on or off if the assigned levels (upper and lower) are exceeded. In addition to this control, the application has an alarm system in communication with the person in charge, who will be notified via SMS if the refrigerator system is turned on or off. Knowledge of the van s GPS location at all times. The application is prepared to know the exact location of the van and its content, and it s also design so the route the van is covering can be followed, using the coordinate points given by the GPS location system. An innovative system of safety gates which are only able to open in a specific time of the day when the artworks are supposed to be delivered (settled before by the person in charge) to preserve the artworks safety. After studying a number of alternatives, the implementation of the application was performed with the innovative technology granted by the PLC Logo!8 in connection with the programming software Logo! Soft Comfort. Ingeniería Electrónica Industrial y Automática

Uno de los campos en los que se está centrando la robótica los últimos años es el desarrollo de nuevos algoritmos que permitan localizar el robot en un entorno con el objetivo de mejorar su autonomía. Este problema ha llevado al desarrollo de algoritmos de SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) que buscan localizar al robot mientras se construye un mapa de su entorno y a la vez se explora el mismo usando este mapa. Un aspecto relativo a esta tarea en particular es el problema de scan matching, que es el objeto principal de este trabajo. El problema de scan matching cosiste en estimar la relación métrica (en posición y orientación) entre pares de escaneos, utilizando la información proporcionada por estos. Este es un problema muy común en robots móviles debido a que a menudo la información nos es dada por sensores extereoceptivos con información de profundidad. En este caso ha desarrollado una solución al Scan Matching o correlación de escaneos basada en algoritmo del PSO (Particle Swarm Optimization). Se utilizará además, las propiedades del color para optimizar el proceso. La utilización del color permitirá un ahorro en coste computacional. Este nuevo algoritmo se ha probado en un entorno real tridimensional con escaneos proporcionados por el sensor Kinect y se ha conseguido resolver el problema de scan matching. One of the aspects on which robotics has been focused in the last years is the development of new algorithms that allow the localization of a mobile robot in order to improve its autonomy. This problem has caused the development of new SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) algorithms that try to track the robot’s pose while building a map of the environment and exploring it at the same time using this map. A particular aspect of this task is the scan matching problem, which is the main topic of this work. The scan matching problem consists of estimating the metric relation (position and orientation) between a pair of scans using the information provided by these scans. This is a very common problem in mobile robotics because the information about the environment that is going to be represented is often given by an extereoceptive sensor with depth information. A solution for the Scan Matching problem based on PSO (Particle Swarm Optimization) has been implemented. It also uses colour features in order to improve the algorithm performance. Using colour proprieties the computational cost will be reduced. This new algorithm has been tested in a 3D real environment with scans given by the Kinect sensor and it can solve the scan matching problem. Ingeniería Electrónica Industrial y Automática

La estimación de la posición de robots ha sido una de las ramas de la robótica más estudiada en los últimos años. Es importante para la autonomía de un robot conocer el entorno y posicionarse en él. Para ello se han dado múltiples soluciones al conocido problema del Simultaneous Localization and Mapping (SLAM), que está íntimamente ligado al scan matching o alineación de pares de imágenes. Para realizar un matching entre imágenes es necesario sacar características del entorno y hacer una asociación de datos correctamente, lo cual es una compleja tarea. Gracias al desarrollo de los sensores en la actualidad se ha conseguido obtener más características del entorno que pueden resultar de gran utilidad para resolver estos problemas, como las características del color. Por otro lado el progreso y la evolución en el mundo de la inteligencia artificial, IA, ha hecho que se desarrollen potentes algoritmos aplicables a múltiples ámbitos y que aportan soluciones muy satisfactorias y eficientes. Hay una gran variedad de algoritmos, entre ellos están el Differential Evolution (DE) y el Clonal Selection Algorithm (CLONALG). Ambos son utilizados para dar soluciones a múltiples problemas computacionales, y la optimización es uno de ellos. Este problema de optimización se puede aplicar para realizar el matching o alineamiento entre imágenes. Para ello se debe utilizar una función objetivo o función de coste que se optimizará utilizando un algoritmo. En este trabajo para realizar esta función se va a emplear el CLONALG, un algoritmo evolutivo basado en el principio de selección clonal. Este algoritmo es utilizado en múltiples tareas entre las que destacan el reconocimiento de patrones o la optimización. Estimating the position of robots has been widely studied during the last decades. To improve the autonomy of a mobilerobot, it is important to obtain an accurate estimate of the robot's location. The Simultaneous Localization and Mapping problem, which is closely related to this task, has multiple solutions and it is closely linked to the scan matching technique. To perform an adequate matching between images or depth scans, it is necessary to have the proper information and it is important to remove unnecessary data, which is a complex task. In the last years, the development of new sensors has provided more detailed information (colour and depth) about images. On the other hand, the constant developments and the evolution in the artificial intelligence research field has resulted inpowerful algorithms that can be applied to multiple tasks. There are multiple methods that can provide satisfactory and efficient solutions to many optimization problems. The evolutionary methods are among them. Two examples are the Differential Evolution and the CLONALG algorithms. The scan matching task can be viewed as an optimization problem. A fitness function can be defined to estimate the quality of the matching process. If the fitness function is implemented in an adequate way, an optimization method can be applied to obtain the solution to the problem. The goal of this work is to implement a CLONALG-based scan matching algorithm. The efficiency will be demonstrated in the experimental results. Ingeniería Electrónica Industrial y Automática

En este documento se propone un nuevo método basado en conceptos de computación evolutiva para el ajuste de los parámetros de un controlador de orden fraccionario PIλ(superíndice)Dμ(superíndice) , en el cual el orden de la parte integral y derivativa, λ y μ , respectivamente, es fraccionaria. La principal ventaja de los controladores de orden fraccionario es que el incremento del número de parámetros en el controlador permite aumentar el número de especificaciones que pueden ser cumplidas. Un método basado en el algoritmo Differential Evolution es propuesto para llevar a cabo el ajuste del sistema para cumplir diferentes especificaciones de diseño tanto en el dominio temporal como en el frecuencial. Los resultados experimentales muestran que las especificaciones se han satisfecho completamente sobre la plataforma a controlar. Estos resultados son mostrados en el presente documento con el fin de ilustrar la efectividad del método que se ha implementado. Ingeniería Industrial

La localización de un robot es uno de los problemas a los que se enfrenta actualmente la robótica moderna. El algoritmo desarrollado en la Universidad Carlos III, llamado RELF-3D, intenta resolver este problema, centrándose en hacerlo cuando no hay conocimiento acerca de la posición de partida. El robot MANFRED-V2 está programado con él para encontrar su posición haciendo comparaciones con un mapa precargado de uno de los edificios del campus. Mide las distancias a las diferentes paredes que hay en su posición actual con varios escáneres láser, a continuación, se ejecuta el algoritmo RELF-3D. Este algoritmo se basa en la adaptación genética, creando poblaciones aleatorias que representan posiciones dentro del mapa y haciendo que evolucionen a una solución óptima. Sin embargo, el algoritmo necesita hacer varios cálculos para calcular las distancias, evaluar sus errores y por lo tanto se requiere una gran cantidad de tiempo. Este proyecto ha sido propuesto para encontrar una manera de resolver este problema. El objetivo es llegar a un tiempo de cálculo aceptable utilizando la computación paralela. Por lo tanto un lenguaje de programación debe ser elegido. La decisión fue utilizar las bibliotecas CUDA® de NVIDIA ™ para el lenguaje C, debido a su proximidad con el lenguaje C original y la disponibilidad de las arquitecturas CUDA® en la casi totalidad de las GPUs de esta compañía por un precio razonable. El resultado obtenido superará expectativas del lector debido a la cantidad de tiempo ahorrado mediante el uso de suficientes hilos paralelos para resolver todas las posibles distancias medidas al mismo tiempo. Varias propuestas para desarrollos futuros del algoritmo RELF-3D se hacen después de las conclusiones, así como algunas proposiciones de mejora del hardware. Locating a robot is one of the main problems faced nowadays by modern robotics. The algorithm developed in the Carlos III University called RELF-3D tries to solve this problem, focusing on doing it when there is no knowledge about the starting position. The robot MANFRED-V2 is programmed with it to find its position by making comparisons with a preloaded map of one of the buildings of the campus. The laser scan is used to measure distances to the walls, and then the algorithm RELF-3D is executed. This algorithm is based on adaptive genetics, creating randomized populations that represent positions within the map and evolving them to an optimal solution. However, the algorithm needs to make several computations to calculate the distances, evaluate its errors and hence a lot of time is required. This project has been proposed to find out a way to solve this problem. The goal is to reach an acceptable computational time using parallel computing. Therefore a programming language must be chosen. The decision was to use the CUDA® libraries from NVIDIA™ for the C language, because of its proximity to the original C language and the availability of the CUDA® architectures in almost all of this company GPUs for a reasonable price. The result obtained will surpass the reader’s expectative because of the amount of time saved by using enough parallel threads to solve all the possible distances measured at the same time. A few proposals for future developments of the RELF-3D algorithm are made after the conclusions, as well as some hardware improvements. Ingeniería Técnica en Mecánica

El objetivo de este Trabajo Fin de Grado es aplicar el Algoritmo de Selección Clonal (comúnmente conocido como CLONALG) al filtro de localización global de alta precisión para entornos 3D, también llamado RELF-3D, desarrollado por Fernando Martín, Luis Moreno, Santiago Garrido y Dolores Blanco, investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid. Una vez se desarrolle el algoritmo genético y se integre en el programa completo ya existente, se pasará a realizar pruebas para poder comparar los resultados obtenidos con el CLONALG y los obtenidos mediante el algoritmo de Evolución Diferencial, y así poder tener una base para decidir cuál de los dos métodos es más eficaz a la hora de cumplir con su propósito. En esta memoria, se comenzará con una introducción al trabajo, en la que se expondrán los objetivos del proyecto, se verá el trabajo previo y el estado del arte. En el siguiente apartado, se le proporcionará al lector una pequeña base en el campo de los algoritmos genéticos, para posteriormente explicar con mayor profundidad el método de Evolución Diferencial, comenzando por las bases teóricas y acabando con un estudio acerca del algoritmo implementado en el programa. A continuación, se llega a la parte central de este trabajo, el CLONALG. Se entrará en profundidad en el funcionamiento del algoritmo, tanto teórica como prácticamente, además de explicar las diferentes partes del código desarrollado. En este apartado también se expondrá el proceso de desarrollo de la solución, las decisiones de diseño y los problemas a los que fue necesario hacer frente para alcanzar la solución. Por último, se compararán los resultados obtenidos por ambos métodos, además de realizar un análisis de sensibilidad del CLONALG con respecto a una serie de parámetros, y se cerrará la memoria con una conclusión acerca de los resultados obtenidos en la investigación. The objective of this Final Project is to apply the Clonal Selection Algorithm (commonly known as CLONALG) to the Rejection Evolutionary Localization Filter in 3D, also called RELF-3D, developed by Fernando Martín, Luis Moreno, Santiago Garrido and Dolores White, researchers at the Carlos III University of Madrid. Once the genetic algorithm is developed and integrated into the existing full program, tests will be performed in order to compare the results obtained with CLONALG and those obtained by the algorithm Differential Evolution, so we can have a basis for deciding which of the two methods is more effective in fulfilling its purpose. In this report, we will begin with an introduction to the work, in which the project objectives will be discussed, previous work and the state of the art will be seen. In the next section, we will provide the reader a small introduction into the field of genetic algorithms to further explain in detail the method of Differential Evolution, beginning with the theoretical bases and ending with a study of the algorithm implemented in the program. Then we will reach the central part of this work, the CLONALG. It will go into depth on the performance of the algorithm, both theoretically and practically, in addition to explaining the different parts of the code developed. This section describes the development process of the solution and also expose the design decisions and the problems it was necessary to solve to reach the solution. Finally, the results obtained by both methods, in addition to an analysis of CLONALG sensitivity with respect to a number of parameters are compared, and the report will end with a conclusion about the results of the investigation. Ingeniería en Tecnologías Industriales

Este trabajo consiste en el desarrollo de un software para la captura de imágenes con la cámara de visión 3D Kinect y tras la realización de un análisis determinar figuras geométricas. Un robot, el cual se desenvuelve entre personas, debe interactuar con los objetos que le rodean y ser capaz de reconocerlos. De ahí nace la necesidad del modelado 3D de objetos. En este proyecto se trabaja con el algoritmo RANSAC para el reconocimiento de modelos geométricos y con el algoritmo k-d Tree, a través de librerías PCL en el lenguaje C++. A partir de nubes de puntos captadas con la cámara RGB y el sensor de infrarrojos de la cámara Kinect, se tratan las imágenes para obtener un objeto sobre una superficie plana. Con el algoritmo k-d Tree se acelera la búsqueda de vecinos para determinar las normales del objeto, característica necesaria para el reconocimiento de formas, que junto a los modelos geométricos y el algoritmo RANSAC, permite determinar prismas rectangulares, esferas y cilindros. El software es probado con imágenes en las que se encuentran objetos cotidianos como pelotas, cajas, latas, etc. Se determina la forma geométrica que los caracteriza y el coste computacional de la búsqueda. __________________________________________________________________________________________________________________________ This project starts with the development of a software program in order to capture images with the 3D vision camera (Kinect). An analysis to identify geometric figures is also carried out. A robot that interacts with people must interact with those objects surrounding it and be able to recognize them. The need tomodel 3D objects was born out of that reason.The RANSAC algorithm for the identification of geometric models and the k-d Tree algorithm have been used throughout the development of this project through PCL libraries in the C++ language. Pictures are manipulated from points clouds captured with the RGB camera and the infrared sensor of the Kinect camera in order to get an object on a flat surface. The k-d trees accelerate the search of the nearest neighbours, which is a necessary feature when determining the object´s normal. This feature is needed for the identification of shapes which along with geometric models and the RANSAC algorithm allows to identify rectangular prisms, spheres and cylinders. The software is tested with pictures containing everyday objects such as balls, boxes, cans, etc. The geometric shape that characterizes these objects and the computational cost of the search are determined. Ingeniería Electrónica Industrial y Automática

La búsqueda de robots o sistemas automáticos que puedan moverse por entornos por los que podemos pasar los humanos es muy importante. Para disponer de una movilidad íntegra que les permitan desempeñar trabajos e imitar las actividades de los seres humanos estos sistemas deberán disponer un software y un hardware que les permita desarrollar dichas acciones. Este trabajo está centrado en el diseño de un software que, mediante la interpretación de imágenes tomadas con la cámara Kinect de Microsoft, sea capaz de estimar los planos por los que un robot o sistema equipado con este dispositivo podría transitar sin el riesgo de colisionar con ningún objeto. Mediante la toma de nubes de puntos con el sensor Kinect, evaluaremos los puntos que estén dentro del plano formado por el suelo. Posteriormente obtendremos los puntos correspondientes a obstáculos posibles, los cuales proyectaremos y eliminaremos de la superficie del suelo obtenida anteriormente para dar con un resultado válido. Gracias a este dispositivo y al programa diseñado podremos encontrar las zonas cruzables de estancias con objetos, pudiendo incluso determinarlas en condiciones adversas como puede ser la poca/nula visibilidad. _____________________________________________________________________________________________________________________ Many mobile robots need to move freely in environments designed for human beings. These systems must have a software and hardware that allow them to execute different tasks in these environments. This work is focused on designing a program that, through the interpretation of images taken with the Microsoft Kinect camera, estimates the surfaces where a robot equipped with this device can travel without any risk of collision. First, the points that belong to the floor are extracted from the initial point cloud. After that, the possible obstacles are estimated and removed and the traversable zones are computed. The designed program allows us to find free areas without objects and can even determine this in adverse conditions such as the low or zero visibility. Ingeniería Electrónica Industrial y Automática

Este proyecto se basa en la sincronización del sensor Hokuyo UTM-30lx con un motor paso a paso que tiene acoplado. El conjunto forma un láser motorizado que realiza barridos láser en tres dimensiones y el resultado es la formación de imágenes 3D. Mediante la representación de estas se puede comprobar la buena sincronización del conjunto sensor-motor siempre que en las imágenes se representen los objetos barridos con sus correspondientes medidas. __________________________________________________ The proyect is based on the timing of Hokuyo UTM-30lx sensor with a stepper motor, which are connected. The whole make a motorized that perform laser scans in three dimensions, and the result is the formation of 3D images. By representing these we can check the good timing of the sensor-stepper motor assembly if the images represent the scans object with their correspondings measures. Ingeniería Industrial