La presente tesis doctoral aborda el modelado cinemático y control de robots móviles con ruedas. En concreto se profundiza en los siguientes temas: - Se plantea el modelado de una rueda genérica que incluye todos los tipos comunes: fija, orientable centrada, orientable descentrada (castor) y sueca (también denominada universal, Mecanum ó Ilon). - Se describe un procedimiento eficiente para generar modelos cinemáticos, basado en el concepto de espacio nulo, el cual se aplica posteriormente a un gran número de tipos de robots móviles. Todos estos modelos son caracterizados en cuanto a su precisión o transmisión de errores (isotropía). - Se deduce un novedoso planteamiento geométrico que establece la singularidad de cualquier modelo cinemático de cualquier robot con ruedas. Este planteamiento se aplica a todos los tipos de robots anteriores. - Se desarrolla el modelado dinámico del robot para, a través de tres sucesivas aproximaciones y de la caracterización de las fricciones en las ruedas, llegar a un modelado cinemático con deslizamiento. - Se plantea un esquema de control del robot con tres bucles de control anidados (dinámico, cinemático y de planificación) que es conceptualmente similar a los empleados en robots manipuladores. En particular se profundiza en el bucle cinemático de nivel medio e indirectamente en el de planificación, al caracterizar las referencias que puede seguir cada tipo de robot sin error. - Se presentan experiencias de comprobación de los algoritmos de modelado con deslizamiento y de control del robot, realizadas sobre una plataforma eléctrica industrial (carretilla industrial). - Finalmente se desarrollan dos soluciones para las aplicaciones de aparcamiento en paralelo, con pre-planificación y caracterización geométrica, y de seguimiento de línea por visión. / Gracia Calandin, LI. (2006). Modelado cinemático y control de robots móviles con ruedas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1840 / Palancia

Sistemas de Control Basados en Red es el término que se emplea para referirse a un tipo especial de sistemas de control, que se caracterizan por la utilización un medio de comunicación compartido para la transferencia de información entre el controlador y la planta controlada. Esto significa que, a diferencia de un sistema de control discreto convencional, en este tipo de sistemas el mismo medio de comunicación es empleado para establecer varios bucles de control e incluso para otro tipo de tareas no relacionadas con el control. El hecho de utilizar un enlace de uso no exclusivo para cerrar el bucle de realimentación presenta una serie de inconvenientes que tendrán una influencia negativa en la evolución temporal de la variable de interés. El primero de los inconvenientes característicos de este tipo de sistemas es que el hecho de compartir el enlace reduce el ancho de banda disponible, tanto más cuanto mayor sea el número de dispositivos compitiendo por la utilización del mismo. Esta limitación puede determinar la cota inferior del periodo de muestreo empleado en un bucle discreto convencional y, por lo tanto, supondrá un límite para las prestaciones. Al no estar siempre disponible el medio de comunicación, puede no ser posible transmitir toda la cantidad de información que sería deseable, ya que hay que repartir la capacidad del enlace entre todos los dispositivos compitiendo por su uso. En un sistema de control convencional esta limitación obligaría a aumentar el periodo de muestreo hasta que se pueda garantizar que es posible transmitir toda la información, lo cual en la mayoría de los casos supondrá situarse en el caso peor. El segundo inconveniente que impone el medio compartido es la presencia de retrasos de acceso aleatorios debidos a la naturaleza estocástica del tráfico de información en el enlace. El retraso aparece en el acceso al recurso compartido y, en función de la relación entre el retraso y la frecuencia de la señal discreta a transmitir, es posi / Casanova Calvo, VF. (2005). Sistemas de control basados en red. Modelado y diseño de estructuras de control [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1864 / Palancia

Esta tesis aborda el diagnóstico de fallos en sistemas industriales por técnicas de Inteligencia Artificial, tratando en particular el razonamiento borroso y posibilístico. Inicialmente, se presentan los problemas a resolver en el diagnóstico de sistemas y después se plantean estrategias para abordarlos a partir de diferentes técnicas de Inteligencia Artificial, en donde destacamos los métodos relacionales borrosos que serán la base para nuestra aportación principal. También se han estudiado los sistemas expertos basados en lógica borrosa y que usan tablas de decisión, los sistemas expertos que combinan lógica borrosa con probabilidad y los sistemas de diagnóstico basados en redes Bayesianas. Se experimenta con varias técnicas de diagnóstico descritas en el estado del arte, haciendo combinaciones entre ellas. Una vez experimentadas y evaluadas las anteriores técnicas, vistos los inconvenientes que surgían, se decidió implementar una nueva metodología que diera una mejor solución al problema del diagnóstico. Esta metodología es el diagnóstico posibilístico borroso visto como un problema de optimización lineal. La metodología convierte los enunciados lingüísticos, que componen una base de reglas de un sistema experto borroso, en un conjunto de ecuaciones lineales a través de técnicas relacionales. Luego, estas ecuaciones se utilizan con algoritmos de programación lineal. Algunas modificaciones requieren programación cuadrática. Los resultados obtenidos en esta última aportación en una aplicación de análisis de aceites fueron satisfactorios, presentando al usuario una salida de diagnóstico fácil de interpretar, suficientemente exacta y teniendo en cuenta la incertidumbre en reglas y medidas. / Ramírez Valenzuela, JC. (2007). Diagnóstico de fallos en sistemas industriales basado en razonamiento borroso y posibilístico [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1922 / Palancia

[EN] The primary handling of food with robots calls for the development of new manipulation devices, especially when products are easily damaged and have a wide range of shapes and textures. These difficulties are even greater in the agricultural industry because the quality of the products is also checked during the manual handling process. This PhD dissertation provides solutions to these issues and helps to further introduce robotics into the handling of food. Several methods for handling food are included and analyzed, and specific solutions are proposed and then validated with prototypes. The research focuses on devices capable of adapting themselves to the shapes of the products without increasing the complexity of the mechanism. After analyzing several different solutions, the method chosen involves the use of under-actuated mechanisms, compliant mechanisms and fingers with pads filled with granular fluids. These fluids can behave as quasi-liquids or quasi-solids due to the jamming transition, which provides a soft initial grasp and can support high stresses during fast movements performed by the robot. The additive manufacturing process provides an opportunity to develop robot grippers that are lighter, simpler, more flexible and cheaper. By using this process elastic mechanisms are manufactured in a single part, which are equivalent to mechanisms with several rigid parts connected by joints. Laser sintering is employed to produce pneumatic actuators, with different types of motions, based on the elastic properties of the materials used in this manufacturing process. As a result, the systems can be simplified to achieve grippers, with several fingers, that are produced as a single part. In order to estimate the freshness and quality of agricultural products while they are being grasped, accelerometers are added to the fingers of several grippers. Accelerometers are economical and act as intrinsic tactile sensors. They can be easily embedded, thereby reducing the risk of getting damaged due to contact with the product, and allow each of the grasping phases to be identified. To achieve good performance of the accelerometers, a specific process is defined for the robot gripper, which touches the products a few times. In addition, several gripper prototypes are manufactured with diverse under-actuated mechanisms, jamming systems, and a new program that processes the signals from the accelerometers using different procedures in order to obtain parameters that can be used to estimate the quality of products. These parameters are correlated with data from destructive tests that are commonly used as a reference. The best performance of the accelerometers is achieved when the finger employs a granular fluid, a correlation coefficient of 0.937 being accomplished for the ripeness of mangoes and 0.872 for the firmness of eggplants. / [ES] La manipulación primaria de alimentos con robots precisa del desarrollo de nuevos sistemas de manipulación especialmente cuando los productos son sensibles al daño y presentan una amplia variabilidad de formas y texturas. En el sector agroalimentario las dificultades son aún mayores ya que la manipulación manual sirve además para inspeccionar los productos durante el proceso. Está tesis aporta soluciones a estos problemas facilitando la incorporación de la robótica. En la tesis se recopilan y analizan diversas soluciones para poder manipular alimentos proponiendo soluciones concretas que luego son validadas con prototipos. La investigación se centra en aquellos sistemas que son capaces de auto adaptarse a las formas de los productos sin incrementar la complejidad del mecanismo. Tras analizar diversas técnicas se propone el uso de mecanismos infra-actuados, mecanismos flexibles y dedos con fluidos granulares que, al estar encerrados dentro de una membrana, se comportan como cuasi-líquidos o cuasi-sólidos gracias a la transición jamming, permitiendo un agarre inicial suave y la posibilidad de transmitir esfuerzos elevados durante los movimientos del robot. En la búsqueda de garras más ligeras, sencillas, flexibles y económicas se aprovecha la oportunidad que brinda la tecnología de fabricación aditiva de material. Gracias a este proceso se fabrican mecanismos flexibles realizados en una única pieza y que equivalen a mecanismos de garras realizados con varias piezas rígidas unidos por articulaciones. Mediante el sinterizado por láser, se fabrican actuadores neumáticos, con diversos tipos de movimiento, basados en la flexibilidad del material empleado en su fabricación. En conjunto se simplifican los sistemas llegando a realizar garras flexibles de varios dedos fabricadas en una única pieza. Para evaluar la calidad y frescura de los productos agroalimentarios durante el agarre se emplean acelerómetros localizados en los dedos de varias garras. Los acelerómetros son económicos y se comportan como sensores táctiles intrínsecos, están fuera del contacto directo con el producto evitando desgastes por contacto y permiten identificar las distintas fases de agarre. Para lograr esto se desarrolla un proceso específico del robot con la garra, que palpa varias veces el producto. Se fabrican diversos tipos de garra con distintas tecnologías de mecanismos infra-actuados y sistemas jamming y se programa un algoritmo original de procesado de señal que con diversas técnicas es capaz de extraer parámetros de los acelerómetros que sirven para evaluar la calidad de los productos. Estos parámetros son correlacionados con los datos de ensayos destructivos que son habitualmente empleados como referencia. Las mejores capacidades se consiguen empleando garras con jamming lográndose coeficientes de correlación de 0.937 en índices de madurez con mangos y 0.872 en firmeza de berenjenas. / [CAT] La manipulació primària d'aliments amb robots precisa del desenvolupament de nous sistemes de manipulació especialment quan els productes són sensibles al dany i presenten una àmplia variabilitat de formes i textures. En el sector agroalimentari les dificultats són encara més grans ja que la manipulació manual serveix a més per a inspeccionar els productes durant el procés. Aquesta tesi aporta solucions a aquests problemes facilitant la incorporació de la robòtica. En la tesi es recopilen i analitzen diverses solucions per a poder manipular aliments proposant solucions concretes que després són validades amb prototips. La investigació es centra en aquells sistemes que són capaços d'auto adaptar-se a la forma dels productes sense incrementar la complexitat del mecanisme. Després d'analitzar diverses tècniques es proposa l'ús de mecanismes infra-actuats, mecanismes flexibles i dits amb fluids granulars que, tancats dins d'una membrana, es comporten com quasi-líquids o quasi-sòlids gràcies a la transició jamming, permetent una prensió inicial suau i la possibilitat de transmetre esforços elevats durant els moviments del robot. En la recerca d'urpes més lleugeres, senzilles, flexibles i econòmiques s'aprofita l'oportunitat que brinda la tecnologia de fabricació additiva de material. Gràcies a aquest procés es fabriquen mecanismes flexibles realitzats en una única peça i que equivalen a mecanismes d'urpes realitzats amb diverses peces rígides unides per articulacions. Mitjançant el sinteritzat per làser, es fabriquen actuadors pneumàtics, amb diversos tipus de moviment, basats en la flexibilitat del material emprat en la seva fabricació. En conjunt es simplifiquen els sistemes arribant a realitzar urpes flexibles de diversos dits fabricades en una única peça. Per a avaluar la qualitat i frescor dels productes agroalimentaris durant la manipulació s'empren acceleròmetres localitzats en els dits de diverses urpes. Els acceleròmetres són econòmics i es comporten com a sensors tàctils intrínsecs, sense estar en contacte directe amb el producte evitant desgastos per aquest motiu, i permeten identificar les diferents fases d'prensió. Per aconseguir això es desenvolupa un procés específic del robot amb l'urpa, que palpa diverses vegades el producte. Es fabriquen diversos tipus d'urpa amb diferents tecnologies de mecanismes infra-actuats i sistemes jamming i es programa un algoritme original de processat de senyal que, amb diverses tècniques, és capaç d'extreure paràmetres dels acceleròmetres que serveixen per a avaluar la qualitat dels productes. Aquests paràmetres són correlacionats amb les dades d'assajos destructius que són habitualment emprats com a referència. Les millors capacitats s'aconsegueixen emprant urpes amb jamming assolint-se coeficients de correlació de 0,937 en índexs de maduresa amb mangos i 0,872 en fermesa d'albergínies. / Blanes Campos, C. (2016). Garras con sensores táctiles intrínsecos para manipular alimentos con robots [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/68481 / TESIS

The present thesis deals with the study of vision techniques for the detection of human pose based on the analysis of a single image, as well as the tracking of these poses along a sequence of images. It is proposed to model the human pose by four kinematic chains that model the four articulated extremities. These kinematic chains and head remain attached to the body. The four kinematic chains are composed by three keypoints. Therefore, the model initially has a total of $14$ parts. In this thesis it is proposed to modify the technique called Deformable Parts Model (DPM), adding the depth channel. Initially, the DPM model was defined over three RGB channel images. While in this thesis it is proposed to work on images of four RGBD channels, so the proposed extension is called 4D-DPM. The experiments performed with 4D-DPM demonstrate an improvement in the accuracy of pose detection with respect to the initial DPM model, at the cost of increasing its computational cost when treating an additional channel. On the other hand, it is defined to reduce the previous computational cost by simplifying the model that defines the human pose. The idea is to reduce the number of variables to be detected with the 4D-DPM model, so that the suppressed variables can be calculated from the detected variables using inverse kinematics models based on dual quaternions. In addition, it is proposed to use a particle filter models to continue improving the accuracy of detection of human poses along a sequence of images. Considering the problem of detection and monitoring of human body pose along a video sequence, this thesis proposes the use of the following method. 1. Camara calibration. RGBD image processing. Subtraction of the image background with the MSER method. 2. 4D-DPM: method used to detect the keypoints (variables of the pose model) within an image. 3. Particle filters: this type of filter is designed to track the keypoints over time and correct the data obtained by the sensor. 4. Inverse kinematic modeling: the control of kinematic chains is performed with the help of dual cuaternions in order to obtain the complete pose model of the human body. The overall contribution of this thesis is the proposal of the previous method that, combining the previous methods, is able to improve the accuracy in the detection and the follow up of the human body pose in a video sequence, also reducing its computational cost . This is possible due to the combination of the 4D-DPM method with the use of inverse kinematics techniques. The original DPM method should detect $14$ point of interest on an RGB image to estimate the human pose. However, the proposed method, where a point of interest for each limb is removed, must detect $10$ point of interest on an RGBD image. Subsequently, the eliminated $4$ point of interest are calculated by using inverse kinematics methods from the calculated $10$ point of interest. To solve the problem of inverse kinematics a dual quaternions methods is proposed for each of the $4$ kinematic chains that model the extremities of the skeleton of the human body. The particle filter is applied over the time sequence of the 10 points of interest of the posture model detected through the 4D-DPM method. To design these particle filters it is proposed to add the following restrictions to weight the particles generated: 1. Restrictions on joint limits. 2. Softness restrictions. 3. Collision detection. 4. Projection of poly-spheres / La presente tesis trata sobre el estudio de técnicas de visión para la detección de la postura del esqueleto del cuerpo humano basada en el análisis de una sola imagen, además del seguimiento de estas posturas a lo largo de una secuencia de imágenes. Se propone modelar la postura del esqueleto cuerpo humano mediante cuatro cadenas cinemáticas que modelan las cuatro extremidades articuladas. Estas cadenas cinemáticas y la cabeza permanecen unidas al cuerpo. Las cuatro cadenas cinemáticas se componen de tres puntos de interés. Por lo tanto, el modelo inicialmente dispone de un total de 14 puntos de interés. En esta tesis se propone modificar la técnica denominada Deformable Parts Model (DPM), añadiendo el canal de profundidad denominado ``Depth''. Inicialmente el modelo DPM se definió sobre imágenes de tres canales RGB. Mientras que en esta tesis se propone trabajar sobre imágenes de cuatro canales RGBD, por ello a la ampliación propuesta se le denomina 4D-DPM. Por otra parte, se propone reducir el coste computacional anterior simplificando el modelo que define la postura del cuerpo humano. La idea es reducir el número de variables a detectar con el modelo 4D-DPM, de tal manera que las variables suprimidas se puedan calcular a partir de las variables detectadas, utilizando modelos de cinemática inversa basados en cuaterniones duales. Los experimentos realizados demuestran que la combinación de estas dos técnicas permite, reduciendo el coste computacional del método original DPM, mejorar la precisión de la detección de postura debido a la información extra del canal de profundidad. Adicionalmente, se propone utilizar modelos de filtros de partículas para continuar mejorando la precisión de la detección de las posturas humanas a lo largo de una secuencia de imágenes. Atendiendo al problema de detección y seguimiento de las postura del esqueleto del cuerpo humano a lo largo de una secuencia de vídeo, esta tesis propone el uso del siguiente método. 1. Calibración de cámaras. Procesamiento de imágenes RGBD. Sustracción del fondo de la imagen con el método MSER. 2. 4D-DPM: método utilizado para detectar los puntos de interés (variables del modelo de postura) dentro de una imagen. 3. Filtros de partículas: se diseña este tipo de filtros para realizar el seguimiento de los puntos de interés a lo largo del tiempo y corregir los datos obtenidos por el sensor. 4. Modelado cinemático inverso: se realiza el control de cadenas cinemáticas con la ayuda de cuaterniones duales con el fin de obtener el modelo completo de la postura del esqueleto del cuerpo humano. La contribución global de esta tesis es la propuesta del método anterior que, combinando los métodos anteriores, es capaz de mejorar la precisión en la detección y el seguimiento de la postura del esqueleto del cuerpo humano en una secuencia de vídeo, reduciendo además su coste computacional. El método original DPM debe detectar 14 puntos de interés sobre una imagen RGB para estimar la postura de un cuerpo humano. Sin embargo, el método propuesto debe detectar 10 puntos de interés sobre una imagen RGBD. Posteriormente, los 4 puntos de interés eliminados se calculan mediante la utilización de métodos de cinemática inversa a partir de los 10 puntos de interés calculados. Para resolver el problema de la cinemática inversa se propone utilizar cuaterniones duales para cada una de las 4 cadenas cinemáticas que modelan las extremidades del esqueleto del cuerpo humano. El filtro de partículas se aplica sobre la secuencia temporal de los 10 puntos de interés del modelo de postura detectados a través del método 4D-DPM. Para diseñar estos filtros de partículas se propone añadir las siguientes restricciones, explicadas en la memoria, para ponderar las partículas generadas: 1. Restricciones en los límites de articulaciones. 2. Restricciones de suavidad. 3. Detección de colisiones. 4. Proyección de las poli-esferas. / La present tesi tracta sobre l'estudi de tècniques de visió per a la detecció de la postura de l'esquelet del cos humà basada en l'anàlisi d'una sola imatge, a més del seguiment d'estes postures al llarg d'una seqüència d'imatges. Es proposa modelar la postura de l'esquelet del cos humà per mitjà de quatre cadenes cinemàtiques que modelen les quatre extremitats articulades. Estes cadenes cinemàtiques i el cap romanen unides al cos. Les quatre cadenes cinemàtiques es componen de tres punts d'interés. Per tant, el model inicialment disposa d'un total de $14$ punts d'interés. En esta tesi es proposa modificar la tècnica denominada Deformable Parts Model (DPM) , afegint el canal de profunditat denominat ``Depth''. Inicialment el model DPM es va definir sobre imatges de tres canals RGB. Mentres que en esta tesi es proposa treballar sobre imatges de quatre canals RGBD, per això a l'ampliació proposada se la denomina 4D-DPM. D'altra banda, es proposa reduir el cost computacional anterior simplificant el model que definix la postura del cos humà. La idea és reduir el nombre de variables a detectar amb el model 4D-DPM, de tal manera que les variables suprimides es puguen calcular a partir de les variables detectades, utilitzant models de cinemàtica inversa basats en quaternions duals. Els experiments realitzats demostren que la combinació d'estes dos tècniques permet, reduint el cost computacional del mètode original DPM, millorar la precisió de la detecció de la postura degut a la informació extra del canal de profunditat. Addicionalment, es proposa utilitzar models de filtres de partícules per a continuar millorant la precisió de la detecció de les postures humanes al llarg d'una seqüència d'imatges. Atenent al problema de detecció i seguiment de les postura de l'esquelet del cos humà al llarg d'una seqüència de vídeo, esta tesi proposa l'ús del següent mètode. 1. Calibratge de càmeres. Processament d'imatges RGBD. Sostracció del fons de la imatge amb el mètode MSER. 2. 4D-DPM: mètode utilitzat per a detectar els punts d'interés (variables del model de postura) dins d'una imatge. 3. Filtres de partícules: es dissenya este tipus de filtres per a realitzar el seguiment dels punts d'interés al llarg del temps i corregir les dades obtingudes pel sensor. 4. Modelatge cinemàtic invers: es realitza el control de cadenes cinemàtiques amb l'ajuda de quaternions duals a fi d'obtindre el model complet de l'esquelet del cos humà. La contribució global d'esta tesi és la proposta del mètode anterior que, combinant els mètodes anteriors, és capaç de millorar la precisió en la detecció i el seguiment de la postura de l'esquelet del cos humà en una seqüència de vídeo, reduint a més el seu cost computacional. Açò és possible a causa de la combinació del mètode 4D-DPM amb la utilització de tècniques de cinemàtica inversa. El mètode original DPM ha de detectar 14 punts d'interés sobre una imatge RGB per a estimar la postura d'un cos humà. No obstant això, el mètode proposat ha de detectar 10 punts d'interés sobre una imatge RGBD. Posteriorment, els 4 punts d'interés eliminats es calculen per mitjà de la utilització de mètodes de cinemàtica inversa a partir dels 10 punts d'interés calculats. Per a resoldre el problema de la cinemàtica inversa es proposa utilitzar quaternions duals per a cada una de les 4 cadenes cinemàtiques que modelen les extremitats de l'esquelet del cos humà. El filtre de partícules s'aplica sobre la seqüència temporal dels 10 punts d'interés del model de postura detectats a través del mètode 4D-DPM. Per a dissenyar estos filtres de partícules es proposa afegir les següents restriccions per a ponderar les partícules generades: 1. Restriccions en els límits d'articulacions. 2. Restriccions de suavitat. 3. Detecció de col·lisions. 4. Projecció de les poli-esferes. / Martínez Bertí, E. (2017). SEGUIMIENTO DE PERSONAS APLICANDO RESTRICCIONES CINEMÁTICAS BASADAS EN MODELOS DE CUERPOS RÍGIDOS ARTICULADOS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86159 / TESIS

In this thesis, using techniques related to component-based software engineering, a variety of advanced controllers for a parallel robot of 3 degrees of freedom have been developed in a modular way. A novel and a complete application based on all of the above has been implemented as well. Initially, a state of the art is developed both in the software component development and advanced control for parallel manipulators. Subsequently, a methodology for the development of dynamic controllers is presented, as well as more advanced controllers such as adaptive or hybrid. Finally, a complete application for the rehabilitation of lower limbs is developed. Through the previous proposed methodologies, it has been able to discuss problems regarding the implementation of controllers for robotic systems, being the main contributions of the Thesis: - Development of modular controllers. Through an appropriate design of the controllers, the possibility of implementing them in a modular way, following a series of guidelines related to the development of software based on components, is exhibited. Thanks to this, all the advantages that this entails (in real use case) such as reusability, robustness, dynamism and cost are demonstrated. - Design and implementation of advanced dynamic controllers. Based on the development of modular controllers, several controllers have been designed, implemented and verified experimentally in which the dynamics of the system affects the main control loop. In addition, a novel adaptive control has been implemented, able to approximate parameters that affect the dynamics of the system (which are unknown or variants in time) dynamically. - Design and implementation of hybrid controllers. By integrating a force sensor into the robotic system, a new hybrid force / position controller has been developed. This controller allows the modification, at run time, of the position reference, by including the force sensor in the control loop. - Application of the technologies developed for the creation of a complete and new application. From the numerous controllers developed and the integration between different frameworks, an application to perform numerous rehabilitation exercises is presented. Also, by means of the frameworks integration, the application can be done in remotely in a controlled way. / En la presente Tesis se emplean técnicas de la ingeniería del software basada en componentes, con el objetivo de desarrollar controladores avanzados para un robot paralelo de 3 grados de libertad, así como crear una novedosa aplicación partiendo de todo lo anterior. Inicialmente, se realiza un estado del arte tanto en el desarrollo de componentes software como en controladores avanzados para manipuladores paralelos. Posteriormente, se presenta la metodología utilizada para el desarrollo de controladores dinámicos, así como controladores más avanzados como los adaptativos o híbridos. Finalmente, se desarrolla una aplicación completa para la rehabilitación de miembros inferiores. Mediante las anteriores metodologías propuestas, se han podido tratar problemas referentes a la implementación de controladores para sistemas robóticos, siendo las siguientes las principales aportaciones de la Tesis: - Desarrollo de controladores modulares. Mediante un apropiado diseño de los controladores, se exhibe la posibilidad de implementarlos de forma modular, siguiendo una serie de pautas relacionadas con el desarrollo de software basado en componentes. Gracias a ello, se demuestran todas las ventajas que ello conlleva (en un caso de uso real) tales como la reusabilidad, robustez, dinamismo y coste. - Diseño e implementación de controladores dinámicos avanzados. Basándose en el desarrollo de controladores modulares, se han diseñado, implementado y comprobado experimentalmente diversos controladores en los que la dinámica del sistema afecta al bucle de control principal. Además, se ha implementado un novedoso control adaptativo, capaz de aproximar parámetros que afectan a la dinámica del sistema (los cuales son desconocidos o variantes en el tiempo) de forma dinámica. - Diseño e implementación de controladores híbridos. Mediante la integración de un sensor de fuerza en el sistema robótico, se ha conseguido desarrollar un novedoso controlador híbrido fuerza/posición. Este controlador permite la modificación, en tiempo de ejecución, de la referencia de posición, mediante la inclusión del sensor de fuerza en el bucle de control. -Aplicación de las tecnologías desarrolladas para la creación de una aplicación novedosa completa. A partir de los numerosos controladores desarrollados y la integración entre diferentes frameworks, se presenta una aplicación capaz de realizar numerosos ejercicios de rehabilitación, optando a la posibilidad de realizar los mismos de una manera controlada de forma teleoperada. / En la present Tesi s'empren tècniques de l'enginyeria del software basada en components, amb l'objectiu de desenvolupar controladors avançats per a un robot paral·lel de 3 graus de llibertat, així com la creació d'una nova aplicació partint de l'anterior. Inicialment, es realitza un estat de l'art tant en el desenvolupament de components programari com a controladors avançats per a manipuladors paral·lels. Posteriorment, es presenta la metodologia utilitzada per al desenvolupament de controladors dinàmics, així com controladors més avançats com els adaptatius o híbrids. Finalment, es desenvolupa una aplicació completa per a la rehabilitació de membres inferiors. Mitjançant les anteriors metodologies proposades, s'han pogut tractar problemes referents a la implementació de controladors per a sistemes robòtics, sent les següent les principals aportacions de la Tesi: - Desenvolupament de controladors modulars. Mitjançant un apropiat disseny dels controladors, s'exhibeix la possibilitat d'implementar-de forma modular, seguint una sèrie de pautes relacionades amb el desenvolupament de software basat en components. Gràcies a això, es demostren tots els avantatges que això comporta (en un cas d'ús real) com ara la reusabilitat, robustesa, dinamisme i cost. - Disseny i implementació de controladors dinàmics avançats. Basant-se en el desenvolupament de controladors modulars, s'han dissenyat, implementat i comprovat experimentalment, diversos controladors en què la dinàmica del sistema afecta el bucle de control principal. A més, s'ha implementat un nou control adaptatiu, capaç d'aproximar paràmetres que afecten la dinàmica del sistema (els quals són desconeguts o variants en el temps) de manera dinàmica. - Disseny i implementació de controladors híbrids. Mitjançant la integració d'un sensor de força en el sistema robòtic, s'ha aconseguit desenvolupar un nou controlador híbrid força / posició. Aquest controlador permet la modificació, en temps d'execució, de la referència, mitjançant la inclusió del sensor de força en el bucle de control. - Aplicació de les tecnologies desenvolupades per a la creació d'una aplicació innovadora completa. A partir dels nombrosos controladors desenvolupats i la integració entre diferents frameworks, es presenta una aplicació capaç de realitzar nombrosos exercicis de rehabilitació, optant a la possibilitat de realitzar els mateixos d'una manera controlada de forma teleoperada. / Cazalilla Morenas, JI. (2017). Diseño e implementación de un sistema de control de robots mediante la ingeniería del software basada en componentes. Aplicación a un robot paralelo de 3DOF [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86222 / TESIS

Una de las mayores dificultades en el diseño de un sistema de control es sin duda la presencia de retardos, máxime si el sistema que se pretende controlar es inestable en bucle abierto y/o de fase no mínima. Los retardos temporales pueden ser intrínsecos a los procesos a controlar, véase por ejemplo los procesos químicos, biológicos, columnas de destilación, procesos con intercambios térmicos, etc, o bien introducirse en el sistema de control por el propio diseño del mismo (tiempo de cómputo del algoritmo de control, sistemas distribuidos, control remoto, redes de comunicaciones, retardos introducidos por los sensores y/o actuadores, etc.). El Predictor de Smith, así como sus múltiples extensiones, y la técnica de Asignación Finita del Espectro, pueden considerarse como las estrategias de control más extendidas para el control de sistemas lineales sometidos a retardos de actuación y/o medida. Tanto el Predictor de Smith, como la técnica de Asignación Finita del Espectro, tienen en común que realizan una compensación del retardo en base a una predicción de la salida, o del estado, a partir de un modelo del sistema considerado. Si el proceso a controlar es inestable, los esquemas de control resultantes no cumplen la condición de estabilidad interna y por tanto serán inestables. Con objeto de poder aplicar estas técnicas al control de sistemas inestables con retardos temporales, se han propuesto diferentes modificaciones del esquema original del Predictor de Smith, denominadas genéricamente Compensadores de Tiempo Muerto (DTC), así como diferentes intentos de buscar una implementación numéricamente estable de la técnica de Asignación Finita del Espectro. Destacar sin embargo, que todas estas modificaciones han consistido en soluciones parciales del problema planteado, tanto en lo concerniente a la utilización de DTC para el control de sistemas inestables de fase mínima o no mínima, como en lo concerniente a la implementación numéricamente estable de la integral d / García Gil, PJ. (2007). Sistemas dinámicos con retardos temporales: contribución al desarrollo de predictores robustos para el control de sistemas inestables [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/79431 / Palancia

[ES] Aquesta tesi presenta els resultats de la feina de recerca dut a terme sobre el modelatge i el disseny de controladors per a micro-aeronaus no tripulades mitjançant tècniques d'optimització multi-objectiu. Dos principals camps d'estudi estan presents al llarg d'ella. D'una banda, l'estudi de com modelar i controlar plataformes aèries de petita envergadura. I, de l'altra, l'estudi sobre l'ús de tècniques heurístiques d'optimització multi-objectiu per aplicar en el procés de parametrització de models i controladors en micro-aeronaus no tripulades. S'obtenen com a resultat principal una sèrie d'eines que permeten prescindir d'experiments en túnels de vent o de sensòrica d'alt cost, passant directament a la utilització de dades de vol experimental a la identificació paramètrica de models dinàmics. A més, es demostra com la utilització d'eines d'optimització multi-objectiu en diferents fases de desenvolupament de controladors ajuda a augmentar el coneixement sobre la plataforma a controlar i augmenta la fiabilitat i robustesa dels controladors desenvolupats, disminuint el risc de passar de les fases prèvies de el disseny a la validació en vol real. / [CA] Esta tesis presenta los resultados del trabajo de investigación llevado a cabo sobre el modelado y el diseño de controladores para micro-aeronaves no tripuladas mediante técnicas de optimización multi-objetivo. Dos principales campos de estudio están presentes a lo largo de ella. Por un lado, el estudio de cómo modelar y controlar plataformas aéreas de pequeña envergadura. Y, por otro, el estudio sobre el empleo de técnicas heurísticas de optimización multi-objetivo para aplicar en el proceso de parametrización de modelos y controladores en micro-aeronaves no tripuladas. Se obtienen como resultado principal una serie de herramientas que permiten prescindir de experimentos en túneles de viento o de sensórica de alto coste, pasando directamente a la utilización de datos de vuelo experimental en la identificación paramétrica de modelos dinámicos. Además, se demuestra como la utilización de herramientas de optimización multi-objetivo en diferentes fases del desarrollo de controladores ayuda a aumentar el conocimiento sobre la plataforma a controlar y aumenta la fiabilidad y robustez de los controladores desarrollados, disminuyendo el riesgo de pasar de las fases previas del diseño a la validación en vuelo real. / [EN] This thesis presents the results of the research work carried out on the modelling and design of controllers for micro-unmanned aerial vehicles by means of multi-objective optimization techniques. Two main fields of study are present throughout it. On one hand, the study of how to model and control small aerial platforms. And, on the other, the study on the use of heuristic multi-objective optimization techniques to apply in the process of models and controllers parameterization in micro-unmanned aerial vehicles. The main result is a series of tools that make it possible manage without wind tunnel experiments or high-cost air-data sensors, going directly to the use of experimental flight data in the parametric identification of dynamic models. In addition, a demonstration is given on how the use of multi-objective optimization tools in different phases of controller development helps to increase knowledge about the platform to be controlled and increases the reliability and robustness of the controllers developed, reducing the risk of hoping from the initial design phases to validation in real flight. / Velasco Carrau, J. (2020). Unmanned Aerial Vehicles Modelling and Control Design. A Multi-Objective Optimization Approach [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/156034 / TESIS

This thesis is devoted toMultiobjective Optimization Design (MOOD) procedures for controller tuning applications, by means of EvolutionaryMultiobjective Optimization (EMO).With such purpose, developments on tools, procedures and guidelines to facilitate this process have been realized. This thesis is divided in four parts. The first part, namely Fundamentals, is devoted on the one hand, to cover the theorical background required for this Thesis; on the other hand, it provides a state of the art review on current applications of MOOD for controller tuning. The second part, Preliminary contributions on controller tuning, states early contributions using the MOOD procedure for controller tuning, identifying gaps on methodologies and tools used in this procedure. The contribution within this part is to identify the gaps between the three fundamental steps of theMOOD procedure: problemdefinition, search and decisionmaking. These gaps are the basis for the developments presented in parts III and IV. The third part, Contributions on MOOD tools, is devoted to improve the tools used in Part II. Although applications on the scope of this thesis are related to controller tuning, such improvements can also be used in other engineering fields. The first contribution regards the decision making process, where tools and guidelines for design concepts comparison in m-dimensional Pareto fronts are stated. The second contribution focuses on amending the gap between search process and decisionmaking. With this in mind, a mechanism for preference inclusion within the evolutionary process is developed. With this it is possible to calculate pertinent approximations of the Pareto front; furthermore, it allows to deal efficiently with many-objective and constrained optimization instances. Finally, in the fourth part, Final contributions on controller tuning, a stochastic sampling procedure for proportional-integral-derivative (PID) controllers is proposed, to guarantee that (1) any sampled controller will stabilize the closed loop and (2) any stabilizing controller could be sampled. Afterwards, two control engineering benchmarks are solved using this sampling strategy, the MOOD guidelines highlighted trough this Thesis for multivariable controller tuning and the tools developed in Part III. / Reynoso Meza, G. (2014). Controller Tuning by Means of Evolutionary Multiobjective Optimization: a Holistic Multiobjective Optimization Design Procedure [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/38248 / Alfresco

[EN] The identification process of the parameters of a nominal model and its uncertainty, when it is used for Robust Control, is known as Parametric Robust Identification (RI). A possible approach to RI, which is appropriate when noise statistical properties unknown and/or model error invalidate statistical approaches, is the deterministic one (Set Membership Estimation). This deterministic approach assumes that identification error (IE), differences between the simulated outputs of the model and the measured outputs of the process, although unknown, will be bounded. Therefore, the objective is to estimate the parameters set of a model which keeps the identification error bounded by a certain norm and bound. This set is known as the feasible parameter set (FPS). For linear in their parameters models, the FPS is, if it exists, a convex polytope. In nonlinear models, the polytope can be non-convex even disjoint. In this thesis a RI methodology, which permits to estimate any kind of FPS in nonlinear models when IE is bounded by several norms simultaneously, is presented. This methodology converts the RI problem into a multimodal optimization problem with optimal global infinities, which constitute the FPS. For its optimization a specific evolutionary algorithm e-GA has been developed, to characterize the FPS by means of a discrete set of models FPS^* adequately distributed along the FPS. The methodology comes accompanied by a procedure that makes easy the determination of bounds, associated to the norms of the IE, in order to guarantee an FPS\neq\emptyset. For that, the Pareto Front information, which is obtained by means of minimization norms of the IE in a multobjective context is used. To solve the multobjective problem an evolutionary algorithm e-MOGA has been developed. In addition, a nominal model of restricted interpolated projection which belongs to the FPS is proposed. It is optimal in both identification and estimation errors in the parameter space. The RI of three nonlinear models, with real data, is presented as application examples of the proposed methodology: a thermal process, a model which shows the blockage that produces a given drug on the ionic currents of a cardiac cell and a greenhouse climate model (temperature and humidity) with roses hydroponic crop. / [ES] Al proceso de identificación de los parámetros de un modelo nominal y su incertidumbre para su utilización en Control Robusto se le conoce como Identificación Robusta Paramétrica (IR). Un posible enfoque para abordar la IR, que resulta apropiado cuando el desconocimiento de las propiedades estadísticas del ruido y/o la dinámica no modelada invalidan los enfoques estocásticos, es el determinístico (Set Membership Estimation). Este enfoque asume que el error de identificación (EI), diferencia entre las salidas medidas de proceso y las simuladas del modelo, aunque es desconocido, está acotado. De ahí que, bajo este enfoque, se persiga la determinación del conjunto de parámetros que consiguen mantener el EI acotado para una determinada norma y cota. Dicho conjunto es conocido como el conjunto de parámetros factibles (FPS). Cuando el modelo es lineal respecto de sus parámetros, el FPS, si existe, es un politopo convexo. En modelos no lineales dicho politopo puede ser no convexo e incluso inconexo. En esta tesis se presenta una metodología de IR que permite determinar FPS, de cualquier tipo, en modelos no lineales cualesquiera, acotando el EI simultáneamente mediante varias normas. La metodología transforma el problema de IR en un problema de optimización multimodal con infinitos óptimos globales, los cuales constituyen el FPS. Para su optimización se ha desarrollado un algoritmo evolutivo (EA) específico e-GA, que caracteriza el FPS mediante un conjunto discreto de modelos FPS* adecuadamente distribuido a lo largo del FPS. La metodología viene acompañada de un procedimiento que facilita la determinación de las cotas, asociadas a las normas que acotan el EI, para asegurar que FPS no se aun conjutno vacío. Para ello, se utiliza la información que genera el frente de Pareto resultante de la minimización simultánea de las normas mediante una optimización multiobjetivo.Para resolver este problema de optimización se ha desarrollado el algoritmo evolutivo e-MOGA. Adicionalmente, se propone como modelo nominal un modelo de proyección interpolada restringida que, pertenenciendo al FPS, resulta óptimo respecto del error de identificación y respecto del error de estimación en el espacio de parámetros. Como ejemplos de aplicación de la metodología propuesta se presenta la IR, con datos reales, de los parámetros de tres modelos no lineales: un sistema térmico, un modelo que refleja el bloqueo que produce un determinado fármaco sobre las corrientes iónicas de una célula cardíaca y el modelo climático de un invernadero (temperatura y humedad) con cultivo hidropónico de rosas. / [CA] Al procés d'identificació dels paràmetres d'un model nominal i la seua incertesa per a la seua utilització en Control Robust se'l coneix com a Identificació Robusta Paramètrica (IR). Un possible enfocament per a abordar l'IR, que resulta apropiat quan el desconeixement de les propietats estadístiques del soroll i/o la dinàmica no modelada invaliden els enfocaments estocàstics, és el determinístic (Set Membership Estimation). Aquest enfocament assumeix que l'error d'identificació (EI), diferència entre les eixides mesurades del procés i les simulades del model, encara que és desconegut, està acotat. Davall aquest enfocament, es persegueix la determinació del conjunt de paràmetres que aconsegueixen mantenir l'EI acotat per a una determinada norma i cota. Dit conjunt és conegut com el conjunt de paràmetres factibles (FPS). Quan el model és lineal respecte dels seus paràmetres, el FPS, si existeix, és un politop convex. En models no lineals dit politop pot ser no convex i fins i tot inconnex. En aquesta tesi es presenta una metodologia d'IR que permet determinar FPS, de qualsevol tipus, en models no lineals qualsevol, acotant l'EI simultàniament mitjançant diverses normes. La metodologia transforma el problema d'IR en un problema d'optimització multimodal amb infinits òptims globals, els quals constitueixen el FPS. Per a la seua optimització s'ha desenvolupat un algoritme evolutiu (EA) específic e-GA, que caracteritza el FPS mitjançant un conjunt discret de models FPS^* adequadament distribuït al llarg del FPS. La metodologia ve acompanyada d'un procediment que facilita la determinació de les cotes, associades a les normes que acoten l'EI, per a assegurar que FPS\neq\emptyset. Per a això, s'utilitza la informació que genera el front de Pareto resultant de la minimització simultània de les normes mitjançant una optimització multiobjetiu. Per a la resoldre, el problema multiobjectiu s'ha desenvolupat l'algoritme evolutiu e-MOGA. Addicionalment, es proposa com a model nominal un model de projecció interpolada restringida que, pertanyent al FPS, resulta òptim respecte de l'error d'identificació i respecte de l'error de estimació en l'espai de paràmetres. Com a exemples d'aplicació de la metodologia proposada es presenta l'IR, amb dades reals, dels paràmetres de tres models no lineals: un sistema tèrmic, un model que reflecteix el bloqueig que produeix un determinat fàrmac sobre els corrents iònics d'una cèl·lula cardíaca i el model climàtic d'un hivernacle (temperatura i humitat) amb cultiu hidropònic de roses. / Herrero Durá, JM. (2006). Identificación Robusta de Sistemas no Lineales mediante Algoritmos Evolutivos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/131396