Revista Iberoamericana de Automática e Informática - Vol 09, No 4 (2012)

Tabla de contenidos

Presentación

Nota de Redacción

Tutoriales

Sistemas de Control basados en Reset

Artículos

Algoritmos Wavenet con Aplicaciones en la Aproximación de Señales: un Estudio Comparativo
Medida de similitud basada en saliencia
Modelado de Caden as Cinemáticas mediante Matrices de Desplazamiento. Una alternativa al método de Denavit-Hartenberg
Ensamblaje automático de piezas con desviaciones dimensionales
Control de Tracción en Robots Móviles con Ruedas
Módulo Distribuido de Subasta Java sobre CORBA de Tiempo Real

Sección especial

Sección Especial sobre Visión por Computador y Modelado 3D
Detección Eficiente de Elipses en Imágenes. Aplicación al Posicionamiento 3D de un Robot Industrial
Relleno de huecos en mallas 3D completas mediante algoritmos de restauración de imagen
Creación de un modelo visual del entorno basado en imágenes omnidireccionales
Detección y Seguimiento de Personas Basado en Estereovisión y Filtro de Kalman
Detección de obstáculos y espacios transitables en entornos urbanos para sistemas de ayuda a la conducción basados en algoritmos de visión estéreo implementados en GPU
Framework Heurístico para la Implementación de Sistemas Activos de Reconocimiento de Objetos

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Nota de Redacción
(2012-10-14) Albertos, Pedro
[ES] Como indica el Presidente de CEA en la Presentación de este número, esta asociación ha decidido la creación de un premio al artículo más citado publicado en RIAI. Nos parece ésta una iniciativa muy importante para aumentar la visibilidad de nuestra revista y para animar a nuestros autores a revisar y citar los trabajos publicados, lo que indudablemente redundará en un mayor reconocimiento de nuestra actividad.
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Presentación
(2012-10-14) de Prada, César
[ES] RIAI es una revista dedicada a la promoción y difusión del trabajo científico en el ámbito de la Automática y la Informática Industrial
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Ensamblaje automático de piezas con desviaciones dimensionales
(Universitat Politècnica de València, 2012-10-14) Gámez García, Javier; Sánchez García, Alejandro; Satorres Martínez, Silvia; Gómez Ortega, Juan; Ministerio de Ciencia e Innovación; Junta de Andalucía
[ES] Dentro de la automatización del proceso de ensamblaje de piezas, de cara a obtener un producto ﬁnal que cumpla con unas expectativas dimensionales, existe una problemática asociada cuando los elementos a ensamblar presentan variaciones geométricas dimensionales apreciables. Estos errores dimensionales de los componentes pueden suponer unos sobre costes de producción al desechar el producto ﬁnal obtenido por no cumplir las especiﬁcaciones, e incluso un deterioro de la imagen de la empresa fabricante. La contribución de este trabajo consiste en el desarrollo de una nueva metodología para el ensamblaje de piezas con desviaciones dimensionales. Se propone un sistema automático que compense dinámicamente la posición de los componentes a ensamblar, es decir, que mida durante el ensamblaje las dimensiones de las piezas y ajuste las posiciones de éstas, dentro del rango de movimiento permitido, para que al ensamblarse se consiga un producto ﬁnal que cumpla las dimensiones requeridas en su conjunto.Para la validación experimental se ha desarrollado un prototipo de máquina de ensamblaje de faros de vehículo el cual ha sido implantado y validado en una línea de producción industrial. De esta forma se ha demostrado, a nivel de empresa, que la metodología propuesta presenta una mejora de su competitividad ya que reduce notablemente el número de productos ﬁnales defectuosos motivados por las desviaciones dimensionales de sus componentes.
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Módulo Distribuido de Subasta Java sobre CORBA de Tiempo Real
(Universitat Politècnica de València, 2012-10-14) Basanta Val, P.; García Valls, M.; Morillas Rodríguez, H.; Cano Romero, J.; ARTEMIS Industry Association; Ministerio de Industria, Turismo y Comercio; Ministerio de Ciencia e Innovación; European Commission
[ES] El uso de infraestructuras middleware que permitan intercomunicar diferentes nodos de un sistema puede aliviar aspectos importantes relacionados con el coste de desarrollo y mantenimiento de dichos sistemas en entornos flexibles. En este contexto el artículo presenta una arquitectura desarrollada dentro del contexto de los sistemas de subasta distribuidos que tienen ciertos requisitos de tiempo real que han de ser satisfechos. Dicha arquitectura implementa un sistema de puja doble (CDA) para un sistema de tiempo real industriales. El artículo presenta tanto la arquitectura del sistema con sus diferentes actores así como una evaluación en una plataforma real utilizando middleware de tiempo real ya existente.
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Sistemas de Control basados en Reset
(Universitat Politècnica de València, 2012-10-14) Barreiro, Antonio; Baños, Alfonso; Ministerio de Ciencia e Innovación
[ES] Un sistema de control basado en reset consta de un controlador lineal al que se ha incorporado un mecanismo de reseteo o reinicio a cero del estado. La puesta a cero del estado del controlador (o de alguna de sus coordenadas) se aplica sólo cuando se cumple cierta condición. La condición que activa o dispara el reseteo es normalmente el cruce por cero del error de seguimiento. La idea de control reseteado es antigua, se remonta al controlador de J.C. Clegg de 1958 y fue refundada en la década de los 70 por I. Horowitz, quien hizo hincapié en la capacidad de los sistemas reseteados para superar las limitaciones fundamentales que afectan a sistemas lineales con retardos o con polos o ceros en el semiplano derecho. Abandonada temporalmente, la idea fue retomada en la última década, recibiendo un nuevo impulso por parte de diferentes grupos de investigación que aportan avances en el análisis, diseño y aplicación experimental de sistemas reseteados. Este interés se enmarca en el resurgimiento actual de los sistemas híbridos: un sistema reseteado puede interpretarse como un caso particular de sistema híbrido que, a pesar de su simplicidad, permite aliviar las limitaciones fundamentales lineales. El objetivo de este trabajo es exponer, en forma de tutorial, el panorama actual en este campo. Primero se presenta una reseña histórica sobre las tres principales escuelas: la clásica, que condiciona el reseteo al cruce por cero del error; la ligada a sistemas impulsivos, donde el reseteo es de base temporal; y la enmarcada en sistemas híbridos, que usa una condición sectorial. A continuación se presenta un resumen de resultados sobre análisis (relación con limitaciones fundamentales, estabilidad) para concluir con una serie de propuestas de diseño orientadas al compensador reseteado PI+CI.
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Medida de similitud basada en saliencia
(Universitat Politècnica de València, 2012-10-14) Domínguez, Sergio
[ES] La proliferación en todos los ámbitos de la producción multimedia está dando lugar a la aparición de nuevos paradigmas de recuperación de información visual. Dentro de éstos, uno de los más significativos es el de los sistemas de recuperación de información visual, VIRS (Visual Information Retrieval Systems), en los que una de las tareas más representativas es la ordenación de una población de imágenes según su similitud con un ejemplo dado. En este trabajo se presenta una propuesta original para la evaluación de la similitud entre dos imágenes, basándose en la extensión del concepto de saliencia desde el espacio de imágenes al de características para establecer la relevancia de cada componente de dicho vector. Para ello se introducen metodologías para la cuantificación de la saliencia de valores individuales de características, para la combinación de estas cuantificaciones en procesos de comparación entre dos imágenes, y para, finalmente, establecer la mencionada ponderación de cada característica en atención a esta combinación. Se presentan igualmente los resultados de evaluar esta propuesta en una tarea de recuperación de imágenes por contenido en comparación con los obtenidos con la distancia euclídea. Esta comparación se realiza mediante la evaluación de ambos resultados por voluntarios.
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Modelado de Caden as Cinemáticas mediante Matrices de Desplazamiento. Una alternativa al método de Denavit-Hartenberg
(Universitat Politècnica de València, 2012-10-14) Barrientos, A.; Álvarez, M.; Hernández, J.D.; del Cerro, J.; Rossi, C.
[ES] En este trabajo se presenta un método para el modelado de cadenas cinemáticas de robots que salva las dificultades asociadas a la elección de los sistemas de coordenadas y obtención de los parámetros de Denavit-Hartenberg. El método propuesto parte del conocimiento de la posición y orientación del extremo del robot en su configuración de reposo, para ir obteniendo en qué se transforman éstas tras los sucesivos movimientos de sus grados de libertad en secuencia descendente, desde el más alejado al más cercano a su base. Los movimientos son calculados en base a las Matrices de Desplazamiento, que permiten conocer en que se transforma un punto cuando éste es desplazado (trasladado o rotado) con respecto a un eje que no pasa por el origen. A diferencia del método de Denavit-Hartenberg, que precisa ubicar para cada eslabón el origen y las direcciones de los vectores directores de los sistemas de referencia asociados, el método basado en las Matrices de Desplazamiento precisa solo identificar el eje de cada articulación, lo que le hace más simple e intuitivo que aquel. La obtención de las Matrices de Desplazamiento y con ellas del Modelo Cinemático Directo a partir de los ejes de la articulación, puede hacerse mediante algunas simples operaciones, fácilmente programables.
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Detección y Seguimiento de Personas Basado en Estereovisión y Filtro de Kalman
(Universitat Politècnica de València, 2012-10-14) García, Jorge; Gardel, Alfredo; Bravo, Ignacio; Lázaro, José Luis; Martínez, Miguel; Rodríguez, David; Universidad de Alcalá; Ministerio de Ciencia e Innovación
[ES] Los sistemas de conteo de personas son extensamente utilizados en aplicaciones de vigilancia. En este artículo se presenta una aplicación para realizar conteo de personas a través de un sistema de estereovisión. Este sistema obtiene tasas de conteo de las personas en movimiento que atraviesan la zona de conteo recogida por el sistema estéreo distinguiendo entrada y salida. Para realizar este conteo se precisan dos fases fundamentales: detección y seguimiento. La detección se basa en la búsqueda de las cabezas de las personas por medio de una correlación de la imagen preprocesada con distintos patrones circulares, filtrando dichas detecciones por estereovisión en función de la altura. El seguimiento se lleva a cabo mediante una algoritmo de múltiples hipótesis basado en filtro de Kalman. Por último, se realiza el conteo según el camino seguido por las trayectorias. Se ha experimentado con un conjunto de vídeos reales tomados en distintas zonas de tránsito en interiores de edificios, alcanzando tasas que oscilan entre un 87% y un 98% de acierto según la cantidad de flujo de personas que atraviesan la zona de conteo de forma simultánea. En los distintos vídeos utilizados como prueba se han reproducido todo tipo de situaciones adversas, como oclusiones, personas en grupo en diferentes sentidos, cambios de iluminación, etc.
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Detección Eficiente de Elipses en Imágenes. Aplicación al Posicionamiento 3D de un Robot Industrial
(Universitat Politècnica de València, 2012-10-14) de la Fuente López, Eusebio; Miguel Trespaderne, Felix
[ES] En este artículo se presenta un algoritmo para la detección de elipses en imágenes, cuyo objetivo es el cálculo d e la posición 3D de una característica circular en una aplicación robótica. El algoritmo emplea un procedimiento estocástico RANSAC cuya eficiencia ha sido mejorada. El muestreo aleatorio ha sido sustituido por un muestreo guiado sobre las cadenas de contorno de la imagen, que son ordenadas de acuerdo a un criterio de probabilidad de formar parte de la elipse buscada. Esta estrategia disminuye notablemente la cantidad de muestras necesarias, permitiendo que el algoritmo sea adecuado para tiempo real.
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Creación de un modelo visual del entorno basado en imágenes omnidireccionales
(Universitat Politècnica de València, 2012-10-14) Gil, A.; Valiente, D.; Reinoso, O.; Marín, J.M.; Ministerio de Ciencia e Innovación
[ES] En este artículo abordamos el problema de la construcción del mapa visual de un entorno mediante un robot móvil, ubicándose, por tanto, en el ámbito del problema de SLAM (Simultaneous Localization and Mapping). La solución presentada en este artículo se fundamenta en el uso de un conjunto de imágenes para representar el entorno. De esta manera, la estimación del mapa se plantea como el cálculo de la posición y orientación de un conjunto de vistas omnidireccionales obtenidas del entorno. La idea desarro- llada se separa de la concepción habitual de mapa visual, en la que el entorno estárepresentado mediante un conjunto de puntos tridimensionales definidos respecto de un sistema de referencia. En el caso presentado, se considera que el robot estáequipado con un único sensor visual omnidireccional que permite detectar un conjunto de puntos de interés de las imágenes que, a continuación, son representados mediante un descriptor visual. El proceso de construcción del mapa se puede resumir de la siguiente manera: cuando el robot se mueve por el entorno captura imágenes omnidireccionales y extrae un conjunto de puntos de interés de cada una de ellas. A continuación, se buscan correspondencias entre la imagen capturada y el resto de imágenes omnidireccionales existentes en el mapa. Si el nú mero de correspondencias encontradas entre la imagen actual y alguna de las imágenes del mapa es suficiente, se calcula una transformación consistente en una rotación y translación. A partir de estas medidas podemos deducir la localización del robot con respecto a las imágenes almacenadas en el mapa. Se presentan resultados obtenidos en un entorno simulado que validan la idea presentada. Además, se han obtenido resultados experimentales utilizando datos reales que demuestran la validez de la solución presentada.
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Relleno de huecos en mallas 3D completas mediante algoritmos de restauración de imagen
(Universitat Politècnica de València, 2012-10-14) Pérez Hernández, Emiliano; Salamanca Miño, Santiago; Cerrada Somolinos, Carlos; Merchán García, Pilar; Adán Oliver, Antonio; Ministerio de Ciencia e Innovación; Junta de Extremadura; Comunidad de Madrid
[ES] En este artículo se propone un método para rellenar huecos en objetos 3D. La idea principal es la de utilizar un algoritmo de restauración de imágenes para reconstruir las partes que se han de completar. Para ello es necesario hacer una transformación de los datos de la superficie 3D en datos de imagen 2D. Por tanto, el algoritmo propuesto parte de una etapa inicial de identificación de huecos. A continuación se hace la selección, para cada hueco, de una porción de malla representativa. Seguidamente se calcula el punto de vista o plano de proyección adecuado para obtener una imagen de rango de esa porción de malla. A la imagen de rango obtenida se le aplica el algoritmo de restauración de imagen. Finalmente, se aplica una transformación inversa 2D a 3D y se integra el éresultado con la malla inicial. Se trata de un algoritmo robusto, válido para diversos tipos de huecos y diferentes tamaños de los mismos.
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Algoritmos Wavenet con Aplicaciones en la Aproximación de Señales: un Estudio Comparativo
(Universitat Politècnica de València, 2012-10-14) Domínguez Mayorga, C.R.; Espejel Rivera, M.A.; Ramos Velasco, L.E.; Ramos Fernández, J.C.; Escamilla Hernández, E.
[ES] En este trabajo de investigación se aplican métodos adaptables en el diseño de algoritmos computacionales, dichos algoritmos emplean redes neuronales y series de wavelets para construir “neuroaproximadores” wavenets. Se muestra cómo las wavenets pueden combinarse con los métodos autosintonizables para obtener el seguimiento de señles complejas que están en función del tiempo. Los algoritmos obtenidos se aplican en la aproximación de señales que representan funciones algebraicas y funciones aleatorias, así como en una señal médica deun ECG. Se muestran los resultados en simulación numérica de dos arquitecturas de neuroaproximadores wavenets: el primero está basado en una wavenet, con el cual se aproximan las señales bajo estudio donde los parámetros de la red neuronal son ajustados en línea; el otro esquema emplea un filtro IIR a la salida de la red wavenet para discriminar las contribuciones de aquellas neuronas que tienen menos peso en la aproximación de la señal, lo que ayuda a reducir el tiempo de convergencia a un error mínimo deseado.
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Sección Especial sobre Visión por Computador y Modelado 3D
(Universitat Politècnica de València, 2012-10-14) Sebastián, José María
[ES] La presente sección especial está compuesta por seis trabajos que abordan tanto novedosos algoritmos como relevantes aplicaciones. Es necesario destacar que la visión 3D se encuentra en un momento de importante desarrollo, ya que la aparición de nuevos equipos (cámaras ToF, escáneres láseres…) está permitiendo el planteamiento y la resolución de nuevos problemas. Por otro lado, la creación de modelos 3D es una fase fundamental para la resolución de estos problemas. Además de las ya tradicionales aplicaciones industriales, destacan las aportaciones en el guiado y modelado de sistemas autónomos, su interacción con humanos o el reconocimiento y modelado de objetos en entornos complejos.
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Detección de obstáculos y espacios transitables en entornos urbanos para sistemas de ayuda a la conducción basados en algoritmos de visión estéreo implementados en GPU
(Universitat Politècnica de València, 2012-10-14) Musleh, B.; de la Escalera, A.; Armingol, J.M.; Ministerio de Ciencia e Innovación
[ES] Tanto los sistemas avanzados de ayuda a la conducción (ADAS) aplicados a la mejora de la seguridad vial, como los sistemas de navegación autónoma de vehículos, demandan sensores y algoritmos cada vez más complejos, capaces de obtener e interpretar información del entorno vial. En concreto, las mayores dificultades surgen a la hora de analizar la información proveniente de los entornos urbanos, debido a la diversidad de elementos con distintas características que existen en áreas urbanas. Estos sistemas requieren, cada vez más, que la interpretación de la información se realice en tiempo real para mejorar la toma de decisiones. Por otra parte, la visión estéreo es ampliamente utilizada en sistemas de modelado, dada la gran cantidad de información que proporciona, pero al mismo tiempo, los algoritmos basados en esta técnica requieren de un elevado tiempo de cómputo que dificulta su implementación en aplicaciones de tiempo real. En este trabajo se presenta un algoritmo basado en visión estéreo para la detección tanto de obstáculos como de espacios transitables en entornos urbanos y que ha sido implementado principalmente en GPU (Unidad de Procesamiento Gráfico) para reducir el tiempo de cómputo y conseguir un funcionamiento en tiempo real.
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Framework Heurístico para la Implementación de Sistemas Activos de Reconocimiento de Objetos
(Universitat Politècnica de València, 2012-10-14) González, E.; Adán, A.; Feliú, V.; Ministerio de Ciencia e Innovación; European Social Fund
[ES] Este trabajo presenta un framework para el desarrollo de sistemas activos de reconocimiento de objetos de forma libre. El framework propuesto aborda el problema de incertidumbre presente en los sistemas de reconocimiento de objetos basados en visión monocular mediante un modelo heurístico que permite usar cualquier tipo de vector de características para representar la información de las vistas. De esta manera, se pueden emplear vectores de características que estimen la pose del objeto con mayor precisión que en los tradicionales sistemas estocásticos. La estrategia empleada para el desarrollo del sistema de reconocimiento activo propuesto se basa en agrupar las vistas de los objetos de la base de datos en clusters y, a partir del estudio de la información contenida en ellos, desarrollar de manera eficiente las tareas de clasificación, selección de las posiciones del sensor y el cálculo de la evidencia. El algoritmo de clasificación emplea una máquina de soporte vectorial (SVM) dotando al sistema de reconocimiento de robustez ante pequeñas deformaciones en la apariencia de los objetos por ruido, cambios de iluminación, variaciones en el punto de vista etc. Para la estimación de las posiciones del sensor se utiliza una D-Sphere con el objetivo de reducir la incertidumbre empleando el menor número de movimientos. Además, cada cluster es modelado como una D-Sphere lo que permite de manera off-line evaluar las diferencias de apariencia, entre objetos ambiguos, según el punto de vista desde el que se les observe . Este método ha sido experimentado en un entorno real con un robot manipulador dotado de una webcam en su efector final.
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Control de Tracción en Robots Móviles con Ruedas
(Universitat Politècnica de València, 2012-10-14) Fernández, R.; Aracil, R.; Armada, M.; Comunidad de Madrid; Consejo Superior de Investigaciones Científicas
[ES] En este trabajo se presenta una solución para mejorar el rendimiento de los robots móviles con ruedas que se desplacen sobre superficies con un bajo coeficiente de fricción estática. En estas circunstancias, los robots móviles con ruedas pueden experimentar pérdidas de tracción, y por tanto, sufrir deslizamientos a lo largo de la superficie. La solución descrita propone la utilización de una configuración especial para el robot móvil, en la que todas las ruedas son accionadas de forma independiente, y una estructura de control que consta de tres partes bien diferenciadas: un controlador de seguimiento con realimentación de estado basado en el modelo cinemático del robot, una extensión de la ley de control cinemático resultante para incorporar la dinámica del robot móvil utilizando backstepping, y un algoritmo de distribución de la fuerza de tracción global, que calcula las señales de referencia adecuadas para cada una de las ruedas. Con esta estructura se consigue controlar la posición y la velocidad del robot móvil, y al mismo tiempo, distribuir la fuerza de tracción global entre las ruedas, evitando así el deslizamiento del robot. El funcionamiento de los algoritmos de control es evaluado mediante pruebas experimentales.

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