This thesis presents several new techniques for developing safe and flexible human-robot interaction tasks where human operators cooperate with robotic manipulators. The contributions of this thesis are divided in two fields: the development of safety strategies which modify the normal behavior of the robotic manipulator when the human operator is near the robot and the development of dexterous manipulation tasks for in-hand manipulation of objects with a multi-fingered robotic hand installed at the end-effector of a robotic manipulator. / Valencian Government by the research project "Infraestructura 05/053". Spanish Ministry of Education and Science by the pre-doctoral grant AP2005-1458 and the research projects DPI2005-06222 and DPI2008-02647, which constitute the research framework of this thesis.

No description available.

En la presente tesis se describen los trabajos desarrollados para obtener un sistema completo de navegación autónoma para robots terrestres con cinemática Ackermann operando en entornos exteriores no estructurados y dinámicos. Los trabajos aquí descritos abarcan las principales áreas de la robótica móvil terrestre, incluyendo localización, detección y seguimiento de obstáculos dinámicos, análisis del terreno, planificación y control, e incluso la creación de plataformas robóticas de investigación a partir de máquinas convencionales. A lo largo de la tesis se mantiene un especial énfasis en la modularidad y escalabilidad del sistema y en lograr la capacidad de navegación en ausencia de mapas (sin renunciar a las ventajas de poder integrar otro tipo de planteamientos en caso necesario), lo cual es especialmente interesante en entornos exteriores de grandes dimensiones, o en los que la escasez de landmarks dificulta la localización mediante técnicas de SLAM. En general, la tesis se articula en torno a la complementariedad de la percepción local basada en sensores LiDAR tridimensionales -capaces de generar una ingente cantidad de información geométrica de gran precisión del entorno en el que se encuentra el robot- con la capacidad de los sistemas de posicionamiento basado en satélite de proporcionar información de localización con un error acotado en cualquier punto del planeta. En concreto, se puede decir que la presente tesis narra el camino realizado desde el nacimiento de la idea abstracta (el diseño de un sistema de navegación), hasta la obtención de un sistema completamente autónomo, capaz de operar en la red peatonal de un campus universitario. / Esta tesis ha sido financiada por la ayuda para la Formación del Profesorado Universitario con código FPU15/04446 del Ministerio de Educación, Cultura y Deporte.

Esta Tesis Doctoral presenta un sistema automatizado de inspección no destructiva de materiales usando ultrasonidos para la detección de heterogeneidades en piezas metálicas, en concreto, de acero al carbono de tipo S275JR. Para ello, se han utilizado guías lineales que se han automatizado con motores paso a paso cuyos movimientos se controlan desde el computador, mediante una aplicación gráfica diseñada específicamente para este trabajo. Una vez detectados los defectos, se permite una posterior clasificación de los defectos según morfología, posición y tamaño con programas que utilizan algoritmos basados en Reconocimiento de Patrones. Tras su ejecución se obtienen los informes de resultados indicando la estimación de los datos buscados. / This Thesis presents an automated system to the inspection of materials using ultrasounds to the detection of heterogeneities in metallic pieces, in particular, carbon steel S275JR. For that, it used linear guides that have been automated with stepper motors, whose movements are controlled from the computer using a graphic application designed specifically to this research. When defects are detected, it allows the later classification of defects according to their morphology, size and position with programs that use algorithms based on Pattern Recognition. After execution of the programs, results reports provide an optimal estimation of expected data.

En este trabajo de Tesis Doctoral se presenta una contribución al estudio de las modificaciones sufridas en los patrones de radiación ultrasónicos mediante el uso de elementos mecánicos acoplados al sensor, de tipo bocinas, y de distintas características físicas y geométricas, con el fin de conseguir que el nuevo patrón de radiación sea más adecuado para una determinada aplicación, y teniendo en cuenta las condiciones ambientales en las que se desarrolla la misma. / This Doctoral Thesis presents a contribution in the study of the modifications suffer by the radiation patterns due to the use of mechanical elements with different dimensions and characteristics, in order to obtain a new radiation pattern more suitable for a given application, which is developed in a determinated environmental conditions and they must be taken into account.

Recientemente, con la aparición de nuevos sensores visuales de bajo coste capaces de adquirir y reconstruir datos 3D, y de los desarrollos de nuevos métodos, algoritmos y sistemas de percepción basados en información visual 3D, se ha producido una revolución en el desarrollo de aplicaciones robóticas, tales como el reconocimiento de objetos para la interacción de los robots con su entorno en tareas de agarre y manipulado inteligente. Para realizar estas tareas, los robots son dotados con diferentes sensores (como pueden ser cámaras, sensores de presión, fuerza, etc.) que les permitan extraer la información necesaria del entorno de trabajo. En esta tesis serán usados sensores de visión 3D, basados en RGBD. La detección y el reconocimiento de objetos en entornos de trabajo utilizando información tridimensional es un campo de estudio en el que se centran actualmente numerosas investigaciones. Sin embargo, no se ha llegado a resolver por completo el problema del reconocimiento de objetos, en especial cuando el robot se enfrenta a situaciones donde las escenas son complejas. También se debe tener en cuenta temas como el rendimiento de los procesos, ya que cuando se desean desarrollar aplicaciones de manipulado robótico se requieren tiempos de respuesta elevados. Como será discutido durante la tesis, la estructura utilizada para representar los datos e información 3D serán las nubes de puntos. Existen diferentes métodos que permiten extraer la información necesaria de ellas con el fin de reconocer y recuperar la pose de los objetos que contienen. Principalmente hay dos grandes tipos de aproximaciones, las que se basan en información local de las variaciones de la superficie y las que se basan en las características globales de la superficie. El primer grupo ha alcanzado una relativa madurez y esto ha conducido a sistemas de reconocimiento robustos. Sin embargo, presentan inconvenientes como tiempos de computación elevados cuando se trabaja con nubes de puntos densas para representar objetos, o de los elevados requisitos de memoria. El segundo grupo, basado en la extracción global de características, representan la geometría de una superficie con una única firma o histograma (en ocasiones la mezcla de ambos). De este modo se consiguen métodos de descripción con un rendimiento mucho más eficiente. Esta tesis discute cual de las dos aproximaciones es más idónea en tareas de manipulación robótica, para ello se realiza un amplio estudio a nivel teórico-práctico, del cual se presentará un nuevo método de descripción basado en información geométrica global. Por otro lado, se hace especialmente difícil el problema de la manipulación robótica cuando los objetos a manipular tienen propiedades de elasticidad. Como segundo objetivo de esta tesis es presentar un sistema de percepción visual para tareas de manipulación robótica de objetos elásticos. La percepción visual es idónea en tareas de agarre complejas o de manipulación inteligente para ayudar al control de robots cuando otros sistemas sensoriales, como pueden ser los sistemas de percepción táctil o de fuerza, no son capaces de obtener información útil. El sistema visual que se presenta, sirve como soporte de ayuda a otros sistemas de percepción basados en tacto, para llevar a cabo tareas de manipulación de objetos con propiedades de elasticidad. Por un lado, el sistema propuesto presenta una aproximación visual cuyo objetivo es supervisar la interacción entre el objeto manipulado y la herramienta robótica, ya sea pinza o mano, con la que se realiza la manipulación del objeto. Esta aproximación es de gran utilidad en ausencia de información procedente de otro tipo de sensores (p.e. fuerza o táctil) o cuando ésta es pobre o presenta inconsistencias. Por otro lado, el método de supervisión, también, está concebido para medir cambios en la geometría de la superficie del objeto manipulado y por lo tanto, éste es capaz de detectar y localizar deformaciones en la superficie causadas por presiones inadecuadas aplicadas por los dedos de la pinza o mano robótica. Todo los métodos y sistemas propuestos en la presente tesis han sido probados utilizando bases de datos públicas, además los experimentos desarrollados se han realizado empleando distintas plataformas robóticas, pero en todas ellas se emplea como herramienta de manipulación una mano antropomórfica de varios dedos. Es de destacar, que además de utilizar bases de datos de objetos públicas, también se ha desarrollado una base de datos de objetos simples con formas geométricas ambiguas. En el último capítulo de esta tesis se utiliza, un conjunto de objetos para realizar las pruebas en las cuales los elementos a manipular tienen distinta geometría y están fabricados con distintos materiales; esto permite mostrar el comportamiento de la estrategia presentada cuando los objetos tienen distintas propiedades de rigidez, elasticidad y flexibilidad.