A reference control architecture for teleoperated service robots

[SPA] Las unidades de control de robots son sistemas intensivos en software, por lo que el diseño del mismo es esencial para el desarrollo y evolución del sistema global. El hardware es también un elemento primordial en estos sistemas, no sólo por su papel como plataforma de ejecución del software de control, sino porque es habitual encontrar componentes COTS o diseñados especialmente para la aplicación, que realizan parte de la funcionalidad del sistema. Por ello, hardware y software se deben poder integrar adecuadamente y combinar de distintas formas de acuerdo con el diseño del sistema. Para manejar la complejidad intrínseca de estos sistemas, se hace necesario plantear modelos de desarrollo rigurosos y arquitecturas bien definidas que se puedan reutilizar en otros productos. Disponer de tales arquitecturas facilita enormemente el desarrollo de nuevas aplicaciones fiables y de calidad, pues permite, por un lado la reutilización de modelos y componentes y por otro, ofrece un marco para el desarrollo de los mismos. De este modo se pueden reducir costes dado que se reduce el tiempo de desarrollo y se reutilizan componentes ya probados. En esta tesis se propone ACROSET como una arquitectura de referencia para el dominio de las unidades de control de robots de servicio teleoperados que define los principales subsistemas que deben o pueden aparecer en cualquier arquitectura concreta, sus responsabilidades y relaciones. En ACROSET se propone un modelo de componentes conceptual en el que se definen los componentes que pueden aparecer en cualquier sistema del dominio considerado y los patrones de interacción entre componentes al mismo nivel que éstos, gracias al uso de puertos y conectores. Una de las principales características de ACROSET es su flexibilidad tanto para la definición de arquitecturas de sistemas concretos como para la evolución de las mismas. Precisamente el éxito de la arquitectura residirá en su habilidad para adaptarse a la variabilidad entre los sistemas del dominio para el que ha sido definida. Para el nivel de abstracción que exige el manejo de tal variabilidad, las metodologías de desarrollo dirigidas por casos de uso no son apropiadas, por lo que se adopta una metodología orientada específicamente hacia el diseño de arquitecturas como el ABD (Architecture Based Design Method), que parte de requisitos funcionales y de calidad lo suficientemente amplios y abstractos como para abarcar todo el dominio. Dicha metodología se completa con el modelo de 4 vistas propuesto por Hofmeister con el fin de expresar el modelo conceptual en UML y tratar a componentes y conectores como entidades de primera clase. Se ha validado ACROSET con su instanciación para las unidades de control de diversos robots de limpieza de cascos de buques. En concreto, en esta tesis se presenta su instanciación para el prototipo GOYA y la familia de robots del proyecto EFTCoR. También se ha utilizado un robot didáctico 4U4 para probar diferentes combinaciones hardware/software a partir de ACROSET.[ENG] Robots control units are software intensive systems, so that the design of that software is essential for the development and evolution of the overall system. Hardware is also a primordial element in these systems, not only for its role as an execution platform for the control software, but because it is habitual to find COTS components or especially designed components that carry out part of the functionality of the system. For that reason, hardware and software should can be appropriately integrated and combined in different ways according to the design of the system. To deal with the intrinsic complexity of these systems is necessary to use rigorous development methods and architectural frameworks and tools that embody well defined concepts to enable effective realization of systems to meet high level goals. Such methods and architectural frameworks allow rapid development of systems and reuse of a large variety of components, with oncomitant savings in time and money. In this thesis ACROSET is proposed as reference architecture for the domain of control units for teleoperated service robots. This architecture defines the main subsystems that should or could appear in any concrete architecture, their responsibilities and relationships. ACROSET proposes a conceptual framework to define the components and their interaction patterns that could appear in any system of the considered domain. This architectural framework relies on the abstract concepts of component,port and connector. One of the main characteristics of ACROSET is its flexibility as much for the definition of architectures for concrete systems as for the evolution of the same ones. The success of the architecture depends on its ability to deal with the variability among the systems of the considered domain. Furthermore, at the level of abstraction required to manage the variability of the systems, the development methodologies directed by use cases are not appropriate. For this reason, an architecture oriented approach is adopted: the ABD (Architecture Based Design Method), which starts from functional and quality requirements wide and abstract enough to include the entire domain. Such method is completed with the 4 views proposed by Hofmeister to express the conceptual view of the architecture with UML and to treat components and connectors as first class entities. ACROSET has been validated with different instantiations for the control units of various ship hull cleaning robots. Specifically, in this thesis the instantiation of ACROSET for the GOYA prototype and the family of robots in the EFTCoR project is presented. A didactic robot (4U4) has also been used to test different hardware/software combinations.Universidad Politécnica de CartagenaPrograma de doctorado en Tecnología electrónic

Evaluación y desarrollo incremental de una arquitectura software de referencia para sistemas de teleoperación utilizando métodos formales

[SPA] Los sistemas de teleoperación cubren una amplísima gama de misiones y mecanismos, y cada uno de ellos debe satisfacer una serie de requisitos muy específicos. Este trabajo de tesis se ocupa de la evaluación y re-diseño de una Arquitectura de Referencia para sistemas de teleoperación de robots de servicios, utilizando respectivamente los métodos ATAM (Architecture Tradeoff Analysis Method) y ABD (Architecture Based Design). Entre las principales aportaciones de la tesis pueden mencionarse: - La caracterización de los atributos de calidad de los sistemas considerados. - La evaluación de una arquitectura de referencia utilizando el método ATAM. - La propuesta de una nueva descomposición funcional para los sistemas considerados. - La especificación de requisitos para un modelo de componentes aplicable a este tipo de sistemas. Las principales conclusiones del trabajo de tesis pueden resumirse en. - Deben adoptarse estrategias de diseño e implementación que permitan separar por un lado los patrones de interacción entre componentes de su funcionalidad y por otro los diferentes aspectos de dicha funcionalidad. - Es mucho más interesante definir un marco de desarrollo en el que puedan definirse diferentes arquitecturas que intentar definir una sola arquitectura para todo el dominio. [ENG]Teleoperation systems cover a wide range of missions and mechanisms, and each must satisfy a number of specific requirements. The thesis deals with the evaluation and redesign of a reference architecture for robot tele-operation systems, using respectively the methods ATAM (Architecture Tradeoff Analysis Method) and ABD (Architecture Based Design). Among the main contributions of the thesis may be included: - Characterization of quality attributes of the teleoperation systems. - Assessment of a reference architecture using the ATAM method. - A functional decomposition for the considered systems - A requirement specification for a component model applicable to teleoperation systems. The main design drivers for the development of software architectures in the teleoperation are to provide designers with strategies that separate the patterns of interaction between components from their functionality. These strategies should be the basis to define a development framework to define specific architectures aimed to fulfill the specific requirements of the different systems. It is much more interesting to develop such a framework that to attempt to define a single architecture for the entire domain.Universidad Politécnica de Cartagen

VEHÍCULOS TERRESTRES NO TRIPULADOS, SUS APLICACIONES Y TECNOLOGÍAS DE IMPLEMENTACIÓN

Unmanned ground vehicles are considered semi-autonomous or autonomous machines that perform complex operations of transport and monitoring of physical and environmental variables; to mention a few. These vehicles allow for the customization, optimization, and flexibility of the demands and challenges of innovation in multiple industry applications such as mapping, agriculture, security, mining, telemetry, military, geoscience, environmental, and logistics; therefore, we believe that consolidating the scientific information published around this topic allows readers to understand the connections between different approaches, applications, and enabling technologies to determine the direction in which they wish to take their research; and, at the same time, promotes more discussion about the fusion of mobile robotics into the internet applications of things that are emerging in today's industry. In this article, the web tool "Tree of Science" and the Systematic Review for information analysis were implemented.Los vehículos terrestres no tripulados son considerados máquinas semi autónomas o autónomas que realizan operaciones complejas de transporte y monitoreo de variables físicas y ambientales; por mencionar algunas. Estos vehículos permiten personalizar, optimizar y dar flexibilidad a las demandas y desafíos de innovación en múltiples campos de aplicación en la industria como cartografía, agricultura, seguridad, minería, telemetría, militar, geociencia, ambiental y logística; por tanto, creemos que consolidar la información científica publicada alrededor de este tema permite a los lectores comprender las conexiones entre los diferentes enfoques, aplicaciones y tecnologías habilitadoras para determinar el rumbo al cual desean llevar su investigación; y, al mismo tiempo, promover más debates sobre la fusión de la robótica móvil en las aplicaciones de internet de las cosas que están emergiendo en la industrial actual. En este artículo se implementó la herramienta web “Tree of Science” y la Revisión Sistemática para el análisis de la información

Impacto gravitatorio en la planificación y seguimiento de trayectorias en un robot cuadrúpedo

En este proyecto se ha investigado y analizado el impacto de diferentes gravedades en la planificación y seguimiento de trayectorias en un robot cuadrúpedo, en concreto, el robot Go1 de Unitree Robotics. Para ello se ha introducido el robot Go1 en el framework TOWR para planificar las trayectorias en tres distintas condiciones de gravedad: terrestre, marciana e intermedia. Una vez generadas, mediante los paquetes proporcionados por Unitree Robotics y los rosbag con las trayectorias generadas por TOWR, se ha realizado el seguimiento de dichas trayectorias en Gazebo. Tanto en la planificación como en el seguimiento se realiza una comparación entre las trayectorias y se observa cómo va afectando la reducción de la gravedad. Así mismo, también se comparan los resultados de la planificación con los del seguimiento. Además, se realizan diversas pruebas con el robot real en gravedad terrestre. Los pasos seguidos para realizar este proyecto son: 1. Estudio de TOWR e incluir el robot en dicho framework. 2. Estudio de la cinemática y dinámica del robot. 3. Generar las trayectorias. 4. Crear un archivo capaz de leer valores de un rosbag y realizar el seguimiento de la trayectoria. 5. Recopilar los datos tanto en simulación como en la realidad y comparar los resultando

Vehículo autónomo de siembra y labrado para la agricultura andina del Perú

La agricultura es una actividad milenaria realizada por diversas culturas para brindar sustento económico y alimenticio. De la misma manera que la humanidad se ha desarrollado debido a las innovaciones tecnológicas, la agricultura ha formado parte de este crecimiento. Actualmente, las industrias impulsan la agricultura de precisión, la cual emplea los avances tecnológicos para automatizar este proceso artesanal. Con ello se mejora la rentabilidad y precisión de la labor agrícola. No obstante, este tipo de agricultura está enfocada en campos de cultivo dedicados a la industria. Por ende, la región de la sierra del Perú no emplea avances tecnológicos de esta magnitud, puesto que presenta una geografía abrupta y campos de cultivo reducidos (parcelas). En este trabajo de investigación se propone desarrollar un vehículo agrícola autónomo para actividades de sembrado y labrado en campos de cultivo de la sierra peruana. El trabajo de investigación emplea la metodología de diseño mecatrónico VDI 2221, para el cual se desarrolló el estudio del estado de las tecnologías. Asimismo, se estableció los requerimientos de la propuesta solución y el diagrama de funciones de este. A partir de lo estudiado se propuso soluciones para cada función del sistema mediante una matriz morfológica, con lo cual se propusieron tres conceptos solución que fueron contrastados mediante una evaluación técnica económica para determinar el concepto solución óptimo. El desarrollo del concepto solución óptimo consta del diseño mecánico, electrónico y de control del sistema integrado. El diseño mecánico se compone de una estructura principal; un mecanismo de labrado con una herramienta para la creación de surcos en tierra suelta, un sistema de desplazamiento, dirección y suspensión del vehículo en terrenos con desniveles y pendientes máximas de 30°; y una estructura de almacenamiento de semillas con un mecanismo de siembra directa por grupos. Los mecanismos fueron validados con un factor de seguridad 1.5 como mínimo y un tiempo de recuperación en la suspensión de 3.2 s. Por una parte, el diseño electrónico se realiza la selección de sensores para la autonomía; actuadores para el impulsar los mecanismos diseñados; sistema de comunicación; periféricos de interacción y seguridad; unidades de control para el procesamiento de algoritmos, y envió y recepción de señales; y fuentes de energía con sus respectivos reguladores. A partir de ello se obtiene un vehículo capaz de tener una autonomía de funcionamiento de 2.5 h con un factor de seguridad de 1.2. Por otra parte, en el diseño de control se desarrolla un algoritmo de autonomía, el cual realiza la labor agrícola en un entorno predeterminado. Los resultados de su funcionamiento se encuentran en validación. Finalmente, la sección de costos estima el valor monetario para la creación del sistema, este valor se mantiene por debajo del costo de los modelos industriales para vehículos autónomos destinados a la agricultura de presión

Diseño y simulación de un brazo robótico remotamente controlado; para manipulación de sustancias especiales en procesos industriales.

El objetivo fundamental del proyecto fue el diseñar y simular de un brazo robótico remotamente controlado para manipulación de sustancias especiales en procesos industriales; con el fin de reducir al mínimo el riesgo para trabajadores que manipulan sustancias catalogadas como peligrosas, y así como generar mayor productividad en procesos industriales. Esto se consigue al desarrollar una propuesta de brazo robótico de 2.5 Kg de capacidad, con prestaciones industriales diversas y controlado a distancia. Para ello en función del robot seleccionado se generaron modelos matemáticos que representan la cinemática y dinámica de eslabones, mismos que se diseñaron y validaron con los softwares ANSYS, ADAMS, SOLIDWORKS y Matlab; dando como resultado el dimensionamiento de eslabones, selección de elementos complementarios, propuesta de mando, control a distancia, y costos globales que representan su implementación. Se determinó que el material idóneo tanto en resistencia mecánica y a la corrosión fue el TECATRON, además de que el aplicar soportes como arriostramientos en eslabones largos, derivó en la disminución de espesores con rangos de seguridad aceptables. Se determinó también la importancia de validar las propiedades químicas y mecánicas del material antes de fabricar los componentes. Así como el papel que desempeñan los parámetros de malla en la ejecución de simulaciones por elementos finitos.The main objective of the project was to design and simulate a remotely controlled robotic arm for handling special substances in industrial processes; in order to minimize the risk for workers who handle substances classified as dangerous, and as well as generate greater productivity in industrial processes. This is achieved by developing a proposal for a robotic arm with a capacity of 2.5 kg, with various industrial features and remote control. For this, depending on the selected robot, mathematical models were generated that represent the kinematics and dynamics of links, which were designed and validated with the ANSYS, ADAMS, SOLIDWORKS and Matlab software; resulting in the sizing of links, selection of complementary elements, command proposal, remote control, and global costs that represent their implementation. It was determined that the ideal material for both mechanical resistance and corrosion was TECATRON, in addition to the fact that applying supports such as bracing in long links, resulted in the reduction of thicknesses with acceptable safety ranges. The importance of validating the chemical and mechanical properties of the material before manufacturing the components was also determined. As well as the role that mesh parameters play in the execution of finite element simulation

Vehículo Acuático Autónomo de Superficie para el Laboratorio de Visión, Gráfica y Robótica (VGR-Lab)

Trabajo Final de Graduación (Licenciatura en Ingeniería en Mecatrónica) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Área Académica de Ingeniería en Mecatrónica, 2019El presente documento describe el diseño de la estructura, diseño electrónico y programación de un vehículo acuático autónomo de superficie para el laboratorio de Visión, Gráfica y Robótica ubicado en el edificio Sherman Health Sciences en el Campus de la Universidad de York, Toronto, Canadá. El Proyecto surge debido al interés en investigación en robótica marina en oceanografía, batimetría, control de aguas, mediciones de salinidad. Surge también debido a la necesidad de contar con un vehículo de superficie autónomo propio el cual sea capaz de navegar a distintas velocidades, brindar datos sobre su ubicación y orientación y además poder realizar mapeos de profundidad. Mediante el uso de un vehículo de superficie autónomo, se puede aumentar la productividad en investigaciones y reducir los accidentes marinos y equivocaciones en muestreos por errores humanos. El Proyecto toma en cuenta el diseño mecánico de la estructura, tomando en cuenta la selección del tipo de casco y se realiza el análisis en los componentes críticos de la estructura de acuerdo con la carga a la que se encuentran sometidos. Para el diseño eléctrico y la programación se mencionan los componentes necesarios para un correcto desempeño de este, tales como sensores y motores y las pruebas de validación realizadas para la programación.This document describes the design of the structure, electronics design and programming of an autonomous aquatic surface vessel for the Laboratory of Vision, Graphics and Robotics located in the Sherman Health Sciences building on the campus of the University of York, Toronto, Canada. The project arises due to the interest on research in marine robotics in oceanography, bathymetry, water control, salinity measurements. It arises also due to the need to have a surface vehicle owned by the Lab, capable of navigating at different speeds, providing information about its location, orientation and being able to make depth maps. By using an autonomous surface vehicle, you can increase productivity in researches and reduce marine accidents and mistakes in sampling due to human errors. The project considers the mechanical design of the structure, taking into account the selection of the hull and the analysis of the critical components in the structure according to the load they undergo. For the electrical design and the programming, the necessary components for a correct performance are mentioned, such as sensors and motors and the validation tests carried out for the programming

Robótica y responsabilidad civil: reflexiones en torno al fundamento del deber de reparar

246 páginasEl papel de las Nuevas Tecnologías en la actualidad, en el particular caso de la robótica, plantea desafíos insalvables a la institución de la Responsabilidad Civil. En desarrollo de esta idea, la obra examina y describe las propuestas regulatorias y opiniones judiciales foráneas que han pretendido adecuar las premisas dogmáticas de la Responsabilidad a los daños antijurídicos que podrían acaecer en el marco de este escenario novedoso; enseguida, el discurso de la obra se dirige a procurar una adecuación ele los principales regímenes de responsabilidad previstos en el sistema jurídico colombiano a los daños antijurídicos precitados. Tanto más los regímenes de responsabilidad objetiva que aquél justificado exclusivamente sobre la culpa del agente del daño, son idóneos para adecuarse a la mayoría de casos objeto de la investigación, salvo aquellos que involucran dispositivos equipados con inteligencia artificial, que cuentan con indepenclencia mayor. La obra culmina aspirando a que, debido a dicha particularidad, la reparación del daño sufrido por las víctimas de dispositivos inteligentes artificialmente sea asumida por fondos de compensación, arguyendo razones filosóficas.The role of New Technologies nowadays, in the particular case of robotics, poses an overwhelrning challenge to the institution of Liability. Following, this paper examines and describes the regulatory proposals and judicial opinions for which the dogmatíc prernises of liability for unlawful damages that may occur within the frarnework of this novel scenario have been pretended to be adequate; The cliscourse of the paper addresses to adapt the main regimes of liability in the Colornbian legal system towards the afore mentionecl unlawful damages. Both, the strict liability and the liability based on fault, are suitable for rnost of the cases scrutinized in the investigation, except far those related to artificial intelligence. This text culminates aspiring that, due to this particularity, the compensation of the damage suffered by the victims of Al devices should be assurned by a compensation fund, based on philosophical reasons.PregradoAbogado(a

Obtención de mapas de profundidad densos mediante visión activa por movimiento controlado de una cámara : Aplicación a tareas de reconocimiento

En este trabajo se presenta una aproximación novedosa al problema de obtención de información tridimensional de una escena a partir de distintas vistas de la misma. El montaje sobre el que se ha realizado la validación experimental de los algoritmos desarrollados es del tipo hand-eye por ser un tipo de montaje suficientemente contrastado en la literatura y con claras aplicaciones industriales. Entre ellas están las de prototipado rápido, agarre o construcción de entornos virtuales para teleoperación. No obstante, los algoritmos obtenidos son fácilmente realizables sobre otro tipo de sistemas tales como robots móviles. En este caso las aplicaciones en navegación visual y levantamiento de mapas de entornos desconocidos son claramente identificables. La consecución del objetivo final ha supuesto la investigación y la obtención de resultados reseñables en distintas áreas. Ha sido necesario el desarrollo de un proceso de calibración del sistema en el que se hacen aportaciones a la calibración de cámaras con fuerte distorsión radial. La estructura tridimensional de los objetos de la escena se ha obtenido de manera incremental. La investigación en este campo ha dado como fruto la evolución de un método clásico (MCE) de obtención de distancias por estereoscopía y el desarrollo de otro novedoso (RRD). La determinación de la posición de la siguiente reconstrucción incremental ha hecho necesario el estudio de las diferentes estrategias presentes en la literatura para la solución del problema de determinación de la siguiente mejor vista (NBV). Como resultado se presenta el desarrollo de un nuevo algoritmo NBV especialmente adaptado al empleo de cámaras como elemento de toma de datos. El trabajo concluye presentando los resultados obtenidos al utilizar los resultados obtenidos en un sistema de reconocimiento tridimensional de objetos. Este tipo de aplicación se ha elegido por su gran exigencia en la calidad de los datos de entrada y la clara aplicación práctica de un sistema de este tipo