Diseño Mecánico y Análisis Cinemático del Robot Humanoide AXIS

Este artículo presenta el desarrollo y la implementación del robot humanoide AXIS: una plataforma antropomórfica bípeda basada en el modelo biomecánico humano, el cual consiste de 4 extremidades y 20 grados de libertad (GDL). AXIS está construido enteramente de aluminio por lo que es ligero y compacto además de ser fuerte y robusto. AXIS incorpora algoritmos de inteligencia artificial que le brindan un alto grado de autonomía para realizar tareas humanas simples como caminar, girar, agacharse, acostarse y levantarse. Además, AXIS es capaz de realizar seguimiento y reconocimiento de objetos usando una videocámara en su cabeza. La principal motivación detrás de este proyecto es la creación de una plataforma propia de investigación y desarrollo en robótica humanoide: desde el estudio de la marcha bípeda y movimientos que imitan la locomoción humana hasta técnicas avanzadas de control. Este artículo se concentra en el diseño mecánico y el análisis cinemático del prototipo AXIS. En particular se simulan los espacios de trabajo y se determinan los límites de movimiento de las articulaciones con el fin de establecer un control adecuado de movimiento y evitar colisiones

SISTEMA AUTOMÁTICO DE INSPECCIÓN DE COMPONENTES MEDIANTE VISIÓN POR COMPUTADORA

ResumenEn este artículo se presenta el diseño, implementación y evaluación de un sistema de inspección de interruptores eléctricos basado en técnicas de visión por computadora. El sistema comprende dos elementos principales: una plataforma giratoria y un módulo de adquisición de imágenes digitales. El movimiento rotativo de alta precisión de la plataforma permite que dos cámaras RGB obtengan imágenes de las distintas caras de la pieza. Algoritmos morfológicos y de segmentación se aplican a las imágenes para buscar en tiempo real un sinnúmero de defectos en los interruptores. La evaluación del prototipo muestra una tasa de detección de defectos del 100% en las piezas analizadas lo que demuestra su eficiencia y pertinencia para mejorar las inspecciones visuales dentro de los procesos de manufactura de una empresa del ramo de sensores electrónicos.Palabras Claves: Detección de defectos, inspección automática, interruptores eléctricos, procesamiento digital de imágenes, visión por computadora. AUTOMATIC SYSTEM FOR INSPECTION OF COMPONENTS VIA COMPUTER VISIONAbstractThis paper presents the design, development, and experimental evaluation of an automatic inspection system for circuit breakers based on computer vision. The system basically consists of a turntable where circuit breakers are placed. Its rotating motion allows two high-resolution RGB cameras to obtain images of the different sides of the pieces. Morphological and segmentation algorithms are then applied to the images to detect in real-time flaws in the circuit breakers. An experimental evaluation of the prototype system shows a 100% detection rate which demonstrates its efficiency and pertinence to improve the visual inspections procedures inside the manufacturing processes of a company devoted to electronic sensors.Keywords: Automatic inspection, circuit breakers, computer vision, digital image processing, fault detection

APROXIMACIÓN AL RECONOCIMIENTO DE EMOCIONES FACIALES BASADO EN POSICIÓN DE PUNTOS DE INTERÉS

ResumenCon las técnicas actuales de reconocimiento facial, es posible descubrir automáticamente las emociones de una persona a través de una imagen de su rostro. Este estudio se vale de una aplicación en línea para detectar algunos puntos de interés en imágenes de rostros que expresan alguna emoción y compara sus posiciones con las de una expresión considerada neutral. Se busca establecer una relación entre el resultado obtenido y el propuesto por la herramienta FACS de Paul Ekman para determinar la viabilidad de un algoritmo de reconocimiento de emociones, así como posibles pautas para su desarrollo.Palabras Claves: Face++, FACS, reconocimiento de emociones, reconocimiento facial. APPROACH TO THE RECOGNITION OF FACIAL EMOTIONS BASED ON POSITION OF POINTS OF INTERESTAbstractWith the current facial recognition techniques, it is possible to automatically determine an individual's emotions through a digital image of his face. The present study employs an online API to detect certain landmarks in images of faces affected by some emotion and compares their positions with those of a neutral expression. We seek to establish a relationship between the obtained results and the one proposed by Paul Ekman's FACS tool to determine the viability of an emotion recognition algorithm, as well as some possible guidelines for its development.Keywords: Emotion recognition, Face++, face recognition, FACS

DISEÑO Y PROTOTIPADO DE UN ROBOT MÓVIL AUTÓNOMO Y TELE-OPERADO (DESIGN AND PROTOTYPING OF AN AUTONOMOUS AND TELE-OPERATED MOBILE ROBOT)

Resumen En este artículo se presenta el diseño, modelado y prototipado de un robot móvil con aplicaciones potenciales en exploración de zonas accidentadas o de difícil acceso, reconocimiento, seguridad, defensa, rescate, entre otras. El sistema mecánico está basado en la configuración diferencial de robots móviles. El prototipo utiliza dos motores eléctricos de alta potencia que le permiten sortear obstáculos y navegar en terrenos difíciles con buena precisión y a una velocidad máxima de 20 km/h. El sistema de control está basado en un sistema embebido y dos sensores principales: una cámara RGB y un arreglo de sensores ultrasónicos que habilitan la navegación autónoma. Adicionalmente el robot propuesto puede ser tele-operado utilizando un casco de realidad virtual y un dispositivo háptico kinestésico mientras que la transmisión de video y el intercambio de datos se realizan por un módulo de comunicación de radiofrecuencia (RF). Palabras Clave: Navegación autónoma, robot móvil, sensado ultrasónico, tele-operación, vehículo diferencial, visión por computadora. Abstract This paper presents the design, modeling, and prototyping of a mobile robot with potential applications in the fields of exploration, reconnaissance, security, defense, rescue, among others. The mechanical system is based on the differential drive structure driven by two high-power electrical motors that allow the prototype to negotiate obstacles and navigate rough terrain with a high degree of accuracy at a maximum speed of 20 km/h. The control system is based on an embedded micro-controller architecture and two main sensors: a color camera and an array of ultrasonic sensors, which enable autonomous navigation of the robot. In addition, the robot can also be tele-operated using a virtual reality helmet and a kinesthetic haptic device while video and data exchange are provided by a RF communication link. Keywords: Autonomous navigation, differential vehicle, machine vision, mobile robot, tele-operation, ultrasonic sensing

FOOD PRODUCT ACCEPTANCE AND PREFERENCE PREDECTION THROUGH AUTOMATED FACIAL EXPRESSION ANALYSIS (MEDICIÓN DE ACEPTACIÓN Y PREFERENCIA DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS MEDIANTE ANÁLISIS AUTOMATIZADO DE EXPRESIONES FACIALES)

ResumenSe presenta un sistema para determinar la aceptación y las preferencias de usuarios en productos alimenticios a través del reconocimiento de emociones. Los cambios en expresiones faciales de 80 sujetos mientras probaban cinco distintos productos alimenticios fueron capturados con el sensor Microsoft Kinect. Las expresiones faciales se contrastaron con las evaluaciones sensoriales de los consumidores. Para el reconocimiento de expresiones faciales en cada cuadro del video, se entrenó una red neuronal y se utilizaron diferentes técnicas de aprendizaje supervisado (como máquinas de soporte vectorial, perceptrón multicapa y árboles de regresión) para determinar que sabores podrían ser aceptados y rechazados por el consumidor.  Se decidió utilizar la red neuronal, y al observar la matriz de confusión se obtiene un porcentaje de reconocimiento adecuado para las siguientes emociones: neutral 94%, sorpesa 98%, felicidad 99% y disgusto 94%. La aplicación industrial es relevante en el sector de Investigación y Desarrollo de la industria de alimentos.Palabras Claves: aceptación de consumidores, análisis sensorial, aprendizaje de máquina, expresiones faciales, Kinect, visualización.AbstractThis paper presents a system for determining consumer acceptance and preferences of food products through emotion recognition. Changes in facial expressions of 80 test subjects while tasting five different food samples were captured using the Microsoft Kinect sensor. The expressions were compared to the consumers’ sensory evaluations. To determine the facial expressions in every video frame, a neural network was trained and different supervised learning techniques (such as support vector machines, multilayer perceptron and regression trees) were used to predict which of the different tastes could be accepted or rejected. A neuronal net was used, when observing the confusion matrix a percentage of adequate recognition was obtained for the following emotions: neutral (94%), surprise (98%), happiness (99%) and disgust (94%). The industrial application of the proposed system is relevant for the Food Industry Research and Development (R&D) by allowing the sampling of a product by potential consumers and analyzing their emotions before launching into market.Keywords: consumer’s acceptance, sensory analysis, facial expressions, Kinect, machine learning, visualization

MODELO MATEMÁTICO Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE UN VEHÍCULO DE GUIADO AUTOMÁTICO PARA LA INDUSTRIA 4.0 (MATHEMATICAL MODEL AND STRUCTURAL ANALYSIS OF AN AUTOMATED GUIDED VEHICLE FOR INDUSTRY 4.0)

Resumen Este artículo presenta el diseño e implementación de un vehículo de guiado automático (AGV) destinado al transporte de materiales y herramientas en entornos industriales. Nuestra propuesta de AGV presenta un diseño innovador inspirado en las culturas prehispánicas de México. La implementación del prototipo fue realizada con materiales de alta resistencia y procesos de manufactura digital. Un análisis por elementos finitos (FEA) muestra que el AGV es capaz de transportar cargas de 700 kg sin sufrir ningún daño estructural y que los casos críticos donde se contemplan colisiones solo causarían daños mínimos. A su vez, el trabajo introduce un modelo matemático para entender las ecuaciones que definen la dinámica del AGV. Dicho modelo permite simular su movimiento y puede ser utilizado para mejorar la productividad, incrementar el nivel de automatización y reducir los costos de transportación de materiales en la industria 4.0. Palabras Clave: Análisis por elementos finitos (FEA), modelado, simulación, transporte de materiales, vehículo de guiado automático (AGV). Abstract This paper presents the design and implementation of an Automated Guided Vehicle (AGV) devoted to transport materials and tools in industrial facilities. An innovative design inspired in the pre-Hispanic cultures of Mexico is proposed for the AGV. The implementation of a prototype was conducted with highly resistant materials and automated manufacturing processes. A finite element analysis (FEA) shows that the AGV is capable of transporting 700 kg loads without suffering any structural damage and that critical cases involving collisions might cause only minimal harm. A mathematic model is introduced to better understand the equations governing its dynamics. Such model allows the simulation of the AGV’s motion and can be used to improve productivity, increase automation, and reduce transportation costs in smart factories. Keywords: Automated Guided Vehicle (AGV), finite element analysis (FEA), material transportation, modeling, simulation

5to. Congreso Internacional de Ciencia, Tecnología e Innovación para la Sociedad. Memoria académica

El V Congreso Internacional de Ciencia, Tecnología e Innovación para la Sociedad, CITIS 2019, realizado del 6 al 8 de febrero de 2019 y organizado por la Universidad Politécnica Salesiana, ofreció a la comunidad académica nacional e internacional una plataforma de comunicación unificada, dirigida a cubrir los problemas teóricos y prácticos de mayor impacto en la sociedad moderna desde la ingeniería. En esta edición, dedicada a los 25 años de vida de la UPS, los ejes temáticos estuvieron relacionados con la aplicación de la ciencia, el desarrollo tecnológico y la innovación en cinco pilares fundamentales de nuestra sociedad: la industria, la movilidad, la sostenibilidad ambiental, la información y las telecomunicaciones. El comité científico estuvo conformado formado por 48 investigadores procedentes de diez países: España, Reino Unido, Italia, Bélgica, México, Venezuela, Colombia, Brasil, Estados Unidos y Ecuador. Fueron recibidas un centenar de contribuciones, de las cuales 39 fueron aprobadas en forma de ponencias y 15 en formato poster. Estas contribuciones fueron presentadas de forma oral ante toda la comunidad académica que se dio cita en el Congreso, quienes desde el aula magna, el auditorio y la sala de usos múltiples de la Universidad Politécnica Salesiana, cumplieron respetuosamente la responsabilidad de representar a toda la sociedad en la revisión, aceptación y validación del conocimiento nuevo que fue presentado en cada exposición por los investigadores. Paralelo a las sesiones técnicas, el Congreso contó con espacios de presentación de posters científicos y cinco workshops en temáticas de vanguardia que cautivaron la atención de nuestros docentes y estudiantes. También en el marco del evento se impartieron un total de ocho conferencias magistrales en temas tan actuales como la gestión del conocimiento en la universidad-ecosistema, los retos y oportunidades de la industria 4.0, los avances de la investigación básica y aplicada en mecatrónica para el estudio de robots de nueva generación, la optimización en ingeniería con técnicas multi-objetivo, el desarrollo de las redes avanzadas en Latinoamérica y los mundos, la contaminación del aire debido al tránsito vehicular, el radón y los riesgos que representa este gas radiactivo para la salud humana, entre otros

An Alternative Method for Shaking Force Balancing of the 3RRR PPM through Acceleration Control of the Center of Mass

The problem of shaking force balancing of robotic manipulators, which allows the elimination or substantial reduction of the variable force transmitted to the fixed frame, has been traditionally solved by optimal mass redistribution of the moving links. The resulting configurations have been achieved by adding counterweights, by adding auxiliary structures or, by modifying the form of the links from the early design phase. This leads to an increase in the mass of the elements of the mechanism, which in turn leads to an increment of the torque transmitted to the base (the shaking moment) and of the driving torque. Thus, a balancing method that avoids the increment in mass is very desirable. In this article, the reduction of the shaking force of robotic manipulators is proposed by the optimal trajectory planning of the common center of mass of the system, which is carried out by “bang-bang” profile. This allows a considerable reduction in shaking forces without requiring counterweights, additional structures, or changes in form. The method, already presented in the literature, is resumed in this case using a direct and easy to automate modeling technique based on fully Cartesian coordinates. This permits to express the common center of mass, the shaking force, and the shaking moment of the manipulator as simple analytic expressions. The suggested modeling procedure and balancing technique are illustrated through the balancing of the 3RRR planar parallel manipulator (PPM). Results from computer simulations are reported

Complete Balancing of the Six-Bar Mechanism Using Fully Cartesian Coordinates and Multiobjective Differential Evolution Optimization

The high-speed operation of unbalanced machines may cause vibrations that lead to noise, wear, and fatigue that will eventually limit their efficiency and operating life. To restrain such vibrations, a complete balancing must be performed. This paper presents the complete balancing optimization of a six-bar mechanism with the use of counterweights. A novel method based on fully Cartesian coordinates (FCC) is proposed to represent such a balanced mechanism. A multiobjective optimization problem was solved using the Differential Evolution (DE) algorithm to minimize the shaking force (ShF) and the shaking moment (ShM) and thus balance the system. The Pareto front is used to determine the best solutions according to three optimization criteria: only the ShF, only the ShM, and both the ShF and ShM. The dimensions of the counterweights are further fine-tuned with an analysis of their partial derivatives, volumes, and area–thickness relations. Numerical results show that the ShF and ShM can be reduced by 76.82% and 77.21%, respectively, when importance is given to either of them and by 45.69% and 46.81%, respectively, when equal importance is given to both. A comparison of these results with others previously reported in the literature shows that the use of FCC in conjunction with DE is a suitable methodology for the complete balancing of mechanisms

Compilación de Proyectos de Investigación desde el año 2003 al 2012

Listado de Proyectos de investigación de UPIICSA desde 2003 a 201