3D point cloud registration based on a purpose-designed similarity measure

This article introduces a novel approach for finding a rigid transformation that coarsely aligns two 3D point clouds. The algorithm performs an iterative comparison between 2D descriptors by using a purpose-designed similarity measure in order to find correspondences between two 3D point clouds sensed from different positions of a free-form object. The descriptors (named with the acronym CIRCON) represent an ordered set of radial contours that are extracted around an interest-point within the point cloud. The search for correspondences is done iteratively, following a cell distribution that allows the algorithm to converge toward a candidate point. Using a single correspondence an initial estimation of the Euclidean transformation is computed and later refined by means of a multiresolution approach. This coarse alignment algorithm can be used for 3D modeling and object manipulation tasks such as "Bin Picking" when free-form objects are partially occluded or present symmetries

Working together: a review on safe human-robot collaboration in industrial environments

After many years of rigid conventional procedures of production, industrial manufacturing is going through a process of change toward flexible and intelligent manufacturing, the so-called Industry 4.0. In this paper, human-robot collaboration has an important role in smart factories since it contributes to the achievement of higher productivity and greater efficiency. However, this evolution means breaking with the established safety procedures as the separation of workspaces between robot and human is removed. These changes are reflected in safety standards related to industrial robotics since the last decade, and have led to the development of a wide field of research focusing on the prevention of human-robot impacts and/or the minimization of related risks or their consequences. This paper presents a review of the main safety systems that have been proposed and applied in industrial robotic environments that contribute to the achievement of safe collaborative human-robot work. Additionally, a review is provided of the current regulations along with new concepts that have been introduced in them. The discussion presented in this paper includes multidisciplinary approaches, such as techniques for estimation and the evaluation of injuries in human-robot collisions, mechanical and software devices designed to minimize the consequences of human-robot impact, impact detection systems, and strategies to prevent collisions or minimize their consequences when they occur

Sistema de visión ultrasónica para invidentes

Consiste en unas gafas en cuyas patillas van alojados unos pequeños sensores de ultrasonidos, que van conectados a una unidad autónoma que procesa la información de estos sensores y proporciona una señal, bien de presión, acústica o vibratoria, a la persona invidente que las lleva advirtiendo de la presencia y orientación de cualquier cuerpo u objeto situado en un entorno cercano, incluyendo estructuras tipo andamio que resultan muy peligrosas para estas personas.Solicitud: 009901199 (27.05.1999)Nº Pub. de Solicitud: ES2158786A1 (01.09.2001)Nº de Patente: ES2158786B1 (16.03.2002

Aplicación de inteligencia artificial en sistemas automatizados de producción

“Soy un gigante tan gigante que puedo grabar una rosa en la uña de un niño recién nacido”. Para solucionar el problema el personaje de García Lorca puede emplear diferentes métodos o múltiples paradigmas, como haría un sistema de inteligencia artificial. La inteligencia artificial es “simplemente” la transferencia de la inteligencia a las máquinas, es decir que el computador haga cosas inteligentes. Sin embargo la inteligencia humana es una función tan compleja que los científicos están solo empezando a comprender. Como los sistemas de inteligencia artificial, el personaje seguramente posee un conocimiento concreto de hechos y factores que afectan al problema y un conocimiento abstracto de reglas e ideas para solucionarlo, y su éxito depende de la habilidad de aplicar este conocimiento a cualquier situación, y de aprender continuamente de nuevas experiencias. Las reglas que relacionan todos los hechos conocidos están expresadas por relaciones condicionales y de la misma manera que el ser humano, puede procesar un gran número de impresiones sensoriales que le llegan al mismo tiempo y que son irrelevantes al problema. Mediante un sofisticado proceso de selección debe eliminar los caminos de razonamiento que no son vitales para resolver el problema concreto. El objetivo final se alcanza cumpliendo una serie de metas intermedias, ya que sin objetivos que lograr no existe razón para pensar, es decir, “no hacemos cosas porque pensamos sino que pensamos porque hay cosas que tenemos que hacer”. Las técnicas de inteligencia artificial son capaces tanto de sustituir elementos tradicionales de control como de realizar tareas que hasta el momento era imposible abordar sin la presencia del operador humano. Se presentan a continuación una serie de aplicaciones en las que el Grupo de Ingeniería de Control de la Universidad de Cantabria ha empleado herramientas de inteligencia artificial para aplicaciones de automatización y control de sistemas complejos

Improved underwater stereo reconstruction by turbidity characterization

[Resumen] Este trabajo se centra en realizar un completo análisis de imágenes de objetos característicos en entornos subacuáticos con diferentes grados de turbidez, con el objetivo de mejorar la calidad de las imágenes que faciliten el posterior reconocimiento de objetos y cálculo de su posición respecto al vehículo subacuático mediante técnicas de visión estereoscópica. Para ello, se ha analizado el comportamiento de un conjunto de evaluadores de la calidad mediante una batería de imágenes tomadas con distintos niveles de turbidez para posteriormente poder determinar la influencia de las técnicas de filtrado en la correspondencia estéreo. De esta manera, se puede obtener una reconstrucción más densa de los objetos que permita determinar con mayor precisión la posición de estos con referencia al vehículo subacuático y servir tanto de ayuda al operador humano como para la generación de trayectorias de navegación autónoma.[Abstract] This work focuses on performing a complete image analysis of characteristic objects in underwater environments with different degrees of turbidity, with the aim of improving the quality of the images to facilitate the subsequent recognition of objects and calculation of their position with respect to the underwater vehicle using stereoscopic vision techniques. For this purpose, the behavior of a set of quality evaluators has been analyzed using a battery of images taken with different levels of turbidity in order to determine the influence of filtering techniques on the stereo correspondence. In this way, a denser reconstruction of the objects can be obtained, allowing to determine their position with reference to the underwater vehicle with greater precision and to serve both as an aid to the human operator and for the generation of autonomous navigation trajectories.Ministerio de Ciencia e Innovación; TED2021-132158B-I0

Educación en automática e industria 4.0 mediante la aplicación de tecnologías 3D

[Resumen] El presente trabajo se centra en la utilización de tecnologías 3D, y más concretamente de sistemas de gestión de ciclo de vida del producto (sistemas PLM) de tipo industrial, como plataformas de enseñanza virtual colaborativa para la formación en automática de estudiantes de las titulaciones universitarias de grado y/o máster con contenidos en automática y, especialmente, para las titulaciones relacionadas con la ingeniería industrial. Se muestra como los modernos sistemas PLM no solo permiten desarrollar competencias vinculadas al trabajo en grupo colaborativo y concurrente, si no que, además, permiten diseñar y experiencias prácticas formativas vinculadas con los contenidos propios de las asignaturas de ingeniería de sistemas y automática, al tiempo que se está formando al alumno un entorno cada vez más empleado en ingeniería y que es pieza clave en la industria del futuro (IoF) o industria 4.0 (I4.0)

Application of the Unscented Kalman Filter for the Filtering of the Signals in a Remotely Operated Underwater Vehicle

[Resumen] En este documento se presenta la aplicación de la teoría de filtrado Unscented Kalman para el filtrado de las señales de un vehículo subacuático teleoperado(ROV). Para ello, se emplea el modelo no lineal del ROV y se establecen como perturbaciones efectos de las olas de primer orden y ruido de los sensores. Estas perturbaciones se han incorporado a la salida de las señales de los movimientos a controlar. Se emplea el UKF que está especialmente indicado para sistemas no lineales y, por tanto, es adecuado para su implementación en este tipo de vehículos. El modelo utilizado es no lineal con aumento de estados correspondientes a las olas de primer orden. A partir del análisis de los resultados de las simulaciones se puede concluir que el filtro implementado es adecuado y se obtiene una señal de salida de la modelo adecuada para la realimentación al sistema de control.[Abstract] This document presents the application of a Unscented Kalman(UKF) filter for filtering signals from a remotely operated underwater vehicle ( ROV). For this, the nonlinear model of the ROV is used and are set as disturbances the first-order wave effects and noise from sensors. These disturbances have been incorporated at the output of the signals of the movements to be controlled. The UKF is used, which is specially indicated for nonlinear systems and, therefore, it is suitable for implementation in this type of vehicles. The model used is non-linear with increasing of states corresponding to the waves of first order. From the analysis of the results from the simulations it can be concluded that the implemented filter is adequate and the output signal of the model is suitable for feedback on to the control system.https://doi.org/10.17979/spudc.978849749841

Parameter Estimation of a Nonlinear Maneuvering Model of a Remote Operated Vehicle on Basin Trials

[Resumen] En este trabajo, se aplican técnicas de inferencia indirecta para la estimación de parámetros de un modelo de maniobra no lineal de un vehículo subacuático teleoperado (ROV). Para ello, se dispone de datos de diferentes ensayos, que se llevaron a cabo con el citado ROV en las instalaciones del Canal de Experiencias Hidrodinámicas del Pardo CEHIPAR, Madrid. El modelo obtenido se valida mediante métodos gráficos y estadísticos y las propiedades estadísticas de los parámetros estimados se evalúan mediante un estudio de Monte Carlo.[Abstract] In this work, indirect inference techniques are applied to estimate the parameters of a nonlinear maneuvering model of a remote operated vehicle (ROV). For this purpose, data from different tests are available, which were carried out with the ROV in the facilities of the Canal de Experiencias Hidrodinámicas del Pardo CEHIPAR, Madrid. The model obtained is validated by means of graphical and statistical methods and the statistical properties of the estimated parameters are evaluated by means of a Monte Carlo study.Gobierno de Cantabria; VP45Este proyecto ha sido financiado por la Consejería de Universidades, Igualdad, Cultura y Deporte del Gobierno de Cantabria a través del proyecto ControlFond (Control de Vehículos Subacuáticos No Tripulados para Supervisión de Estructuras para Obras Marítimas Fondeadas). (Code: VP45).https://doi.org/10.17979/spudc.978849749804

Gain scheduling model predictive control for dynamic positioning of floating caissons at different draughts

This article presents a model predictive control for dynamic positioning (DP) of floating caisson at different draughts. This article focuses on the maneuvres related to the control of the spatial situation of the caisson in connexion with the final caisson reference point and the process of descending to the seabed desired location. Different models of the caisson in order to perform realistic simulations and to test the robustness of the controller are considered. A gain scheduling model predictive control (GSMPC) has been implemented, with parameter switch among four model predictive control (MPC) controllers. In this way, a specific MPC for the dynamics of each draught will be used in each caisson model corresponding to a draught. Furthermore, a Kalman filter has been implemented to remove the disturbances. Finally, in the simulations results it is compared the performance of the proposed controller with a clasic one and also it is checked how the proposed controller is able to position the system in all draughts with stability and accurate dynamic control of the system.The Spanish FEDER/Ministry of Science, Innovation and Universities–State Research Agency has partially supported through the SAFE Project (Desarrollo de un Sistema Autónomo para el Fondeo de Estructuras para Obras Marítimas), Grant Agreement: Proyecto RTC-2017-6603-4 financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033 y FEDER “Una manera de hacer Europa”. The Regional Ministry of Universities, Equality, Culture and Sports of the Government of Cantabria has provided partial support through the ControlFond project (Control De Vehículos Subacuáticos No Tripulados Para Supervisión De Estructuras Para Obras Marítimas Fondeadas). The authors would like to thank FCC Construcción S.A. as a collaborator in the development of the SAFE Project, specially Victor Florez Casillas and Nuria Cotallo Aguado (Technical Direction/Hydraulic and Maritime Works) and Alvaro de Toro Mingo (Machinery Direction). Raul Guanche also acknowledges financial support from the Ramon y Cajal Program (RYC-2017-23260) of the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities. Ayuda RYC-2017- 23260 financiada por MCIN/AEI/10.13039/501100011033 y FSE “El FSE invierte en tu futuro”