El siguiente trabajo presenta la aplicación de la metodología VDI 2206 para el diseño de un sistema buffer para incrementar la capacidad de almacenamiento de un Robotino de la marca Festo teniendo en cuenta su aplicación dentro del laboratorio de automatización en el pabellón O. Para realizar el objetivo planteado, se realizó la búsqueda de información o estado del arte del problema. Posteriormente se planteó la lista de exigencias que debe cumplir el diseño conceptual del sistema. Se procede a abstraer el sistema como una caja negra, de la cual se aprecian solamente las entradas y salidas tanto en materia, información y energía. Luego, se realiza la estructura de funciones, en el cual el sistema es separado en diferentes subsistemas, los cuales son disgregados en funciones específicas las cuales pertenecen cada una a un subsistema. Se describen las relaciones entre dichas funciones al mostrar como la materia, información y energía “viaja” entre ellas. Una vez descrita la estructura de funciones, se plantea la matriz morfológica en la cual se muestra diferentes posibilidades para cada una de las funciones de la estructura de funciones. Realizando diferentes combinaciones de dichas posibilidades se obtiene tres diferentes conceptos de solución, los cuales son evaluados para determinar el concepto de solución óptimo.

Over the last few years autonomous driving had an increasingly strong impact on the automotive industry. This created an increased need for artificial intelligence algo- rithms which allow for computers to make human-like decisions. However, a compro- mise between the computational power drawn by these algorithms and their subsequent performance must be found to fulfil production requirements. In this thesis incremental deep learning strategies are used for the control of a mobile robot such as a four wheel steering vehicle. This strategy is similar to the human approach of learning. In many small steps the vehicle learns to achieve a specific goal. The usage of incremental training leads to growing knowledge-base within the system. It also provides the opportunity to use older training achievements to improve the system, when more training data is available. To demonstrate the capabilities of such an algorithm, two different models have been formulated. First, a more simple model with counter wheel steering, and second, a more complex, nonlinear model with independent steering. These two models are trained incrementally to follow different types of trajectories. Therefore an algorithm was established to generate useful initial points. The incremental steps allow the robot to be positioned further and further away from the desired trajectory in the environ- ment. Afterwards, the effects of different trajectory types on model behaviour are investigated by over one thousand simulation runs. To do this, path planning for straight lines and circles are introduced. This work demonstrates that even simulations with simple network structures can have high performance. / Tesis

Como tema central de la tesis se propone una arquitectura denominada SC-Agent para el control de robots móviles. Esta arquitectura es híbrida y distribuida, los niveles deliberativo y reactivo están compuestos por agentes software que pueden moverse entre los nodos del sistema con el objetivo de reducir los requerimientos de comunicación en el acceso a los datos. La arquitectura aporta un nuevo nivel semántico donde se especifican los componentes de la misma pero no su ubicación física. Un agente podrá decidir su ubicación óptima en función de índices de medida no convencionales basados en la antigüedad de los datos que reciba. La arquitectura también permite mediante el uso de los agentes móviles aplicar técnicas de delegación de código para realizar el control de los robots minimizando los problemas relacionados con la latencia de la red. Dicho control se basa en separar el tiempo necesario de las comunicaciones del tiempo necesario de procesamiento. En primer lugar se realiza el envío del código de control necesario a los nodos del robot y en segundo lugar se realiza la ejecución del mismo de forma local. Al ejecutarse localmente dicho código, en lugar de hacerse de forma remota, se facilita el complimiento de las restricciones de tiempo real estricto. El diseño de esta arquitectura se sustenta sobre un sistema de comunicaciones basado en una estructura de pizarra distribuida de objetos. El sistema de comunicaciones permite la interacción entre los distintos agentes de la arquitectura mediante una interfaz común para el acceso a los objetos de la pizarra. Los agentes podrán transmitir mensajes o enviar información al resto de agentes mediante la escritura y lectura de los objetos de la pizarra. Los datos o valores de dichos objetos están caracterizados temporalmente por el sistema a través de su antigüedad. El sistema de comunicaciones emplea un bus de tiempo real estricto para conectar los nodos que forman parte del nivel deliberativo. El bus de tiempo real estr / Posadas Yagüe, JL. (2003). Arquitectura para el control de robots móviles mediante delegación de código y agentes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/55245

[EN] In recent years, within the field of mobile robotics, distributed architectures are becoming the fundamental pillar on which to develop modular, scalable and reusable algorithms that offer flexible solutions that can be applied easily and quickly to any platform with minimal changes in the software. Thus avoiding to reinvent the wheel facing the same problem again and again with each different type of robot on which it wants to work. Within this type of architecture, the multi-agent systems have the ability to orient their programming to modular behaviors and offer a well defined communication management. The ability for a group of robots to communicate with each other with some ease, gives new information to the agents that the sensoring hardware may sometimes not be able to detect, and that can be used to propose new or complementary solutions to the already defined within the area. This is exactly the reason and the challenge faced by this work, applied to mobile robots with limited resources. The first contribution of this thesis lies in the development of a control middleware which allows the use of two important distributed frameworks: JADE oriented multi-agent software development and ROS oriented distributed robotic software. The middleware was integrated into the set of robots available for testing and it was used as the basis of the architecture of most simulated and practical experiments that are presented. Once the established and detailed the hardware and software used, the new algorithms developed for local and global localization of mobile robots with limited resources, based on filters of sensory fusion and geometric correspondences are established. In addition, the benefits are evaluated using the principles of control and sampling based on events and taking as a starting point the cascade algorithms based on time. Based on these localization algorithms, navigation and coordination methodologies are described for groups of cooperative robots, where the communications between agents are the basis of success and where satisfactory results are observed both individually by robot and globally on the set Of robots. When working on a scenario shared by various mobile robots navigating, one of the most critical issues is to get the robots do not collide with each other. For this reason, another of the most important contributions of this work has been the development of an algorithm of detection and avoidance of collisions based on the consensus and agreement between robots through the point-to-point communications between them. For cases when a robot collided with just another robot, and for cases where multiple collisions occurred at the same time. Finally, the conclusions and the possible lines of work on which to continue researching and developing from the results obtained in this thesis are presented. / [ES] En los últimos años, dentro del campo de la robótica móvil, las arquitecturas distribuidas se están convirtiendo en el pilar fundamental sobre el cual desarrollar algoritmos modulares, escalables y reaprovechables que ofrezcan soluciones flexibles aplicables fácil y rápidamente a cualquier plataforma con unos cambios mínimos en el software, evitando de este modo reinventar la rueda enfrentándose al mismo problema una y otra vez con cada tipo distinto de robot sobre el que se desea trabajar. Dentro de este tipo de arquitectura los sistemas multi-agente permiten orientar su programación hacia comportamientos modulares y ofrecen una gestión de comunicaciones bien definida. La habilidad de que un grupo de robots pueda comunicarse entre sí con cierta facilidad, otorga información nueva a los agentes que el hardware de sensorización puede en ocasiones no ser capaz de detectar, y que puede ser utilizada para proponer nuevas soluciones alternativas o complementarias a las ya definidas dentro del área. Este es exactamente el motivo y el reto al que se enfrenta este trabajo, aplicado a robots móviles de recursos limitados. La primera aportación de esta tesis radica en el desarrollo de un middleware de control el cual permite el uso de dos importantes frameworks distribuidos: JADE orientado al desarrollo software multi-agente y ROS orientado a software robótico distribuido. El middleware se integró en el conjunto de robots disponibles para pruebas y se utiliza como base de la arquitectura de la mayoría de experimentos simulados y prácticos que se presentan. Establecido y detallado el hardware y el software a utilizar, se establecen los nuevos algoritmos desarrollados para la localización local y global de robots móviles de recursos limitados, basados en filtros de fusión sensorial y en correspondencias geométricas. Además se evalúan las prestaciones utilizando los principios de control y muestreo basados en eventos y tomando como punto de partida los algoritmos en cascada basados en el tiempo. Partiendo de dichos algoritmos de localización, se describen metodologías de navegación y coordinación de grupos de robots cooperativos, donde las comunicaciones entre agentes son la base del éxito y donde se observan resultados satisfactorios tanto a nivel individual por robot, como a nivel global sobre el conjunto de robots. Cuando se trabaja sobre un escenario compartido por diversos robots móviles navegando, una de las problemáticas más críticas es conseguir que los robots no choquen entre ellos. Por este motivo, otra de las aportaciones más importantes de este trabajo ha sido el desarrollo de un algoritmo de detección y evasión de colisiones basado también en el consenso y el acuerdo entre robots a través de las comunicaciones punto a punto entre ellos, el cual se ha definido tanto para situaciones donde un robot colisionaba sólo con otro robot, como para casos en los que ocurrían múltiples colisiones al mismo tiempo. Finalmente se exponen las conclusiones y las posibles líneas de trabajo sobre las que seguir investigando y desarrollando a partir de los resultados obtenidos en la presente tesis. / [CAT] En els últims anys, dins del camp de la robòtica mòbil, les arquitectures distribuïdes s'estan convertint en el pilar fonamental sobre el qual desenvolupar algorismes modulars, escalables i reaprovechables que oferisquen solucions flexibles aplicables fàcil i ràpidament a qualsevol plataforma amb uns canvis mínims en el programari, evitant d'aquesta manera reinventar la roda enfrontant-se al mateix problema una vegada i una altra amb cada tipus diferent de robot sobre el qual es desitja treballar. Dins d'aquest tipus d'arquitectura els sistemes multi-agent permeten orientar la seua programació cap a comportaments modulars i ofereixen una gestió de comunicacions ben definida. L'habilitat de que un grup de robots puga comunicar-se entre si amb certa facilitat, atorga informació nova als agents que el hardware de sensorització pot en ocasions no ser capaç de detectar, i que pot ser utilitzada per a proposar noves solucions alternatives o complementàries a les ja definides dins de l'àrea. Aquest és exactament el motiu i el repte al que s'enfronta aquest treball, aplicat a robots mòbils de recursos limitats. La primera aportació d'aquesta tesi radica en el desenvolupament d'un middleware de control el qual permet l'ús de dos importants frameworks distribuïts: JADE orientat al desenvolupament de la programació multi-agent i ROS orientat a la programació robòtica distribuïda. El middleware es va integrar en el conjunt de robots disponibles per a proves i s'utilitza com a base de l'arquitectura de la majoria d'experiments simulats i pràctics que es presenten. Establit i detallat el hardware i el software a utilitzar, s'estableixen els nous algorismes desenvolupats per a la localització local i global de robots mòbils de recursos limitats, basats en filtres de fusió sensorial i en correspondències geomètriques. A més s'avaluen les prestacions utilitzant els principis de control i mostreig basats en esdeveniments i prenent com a punt de partida els algorismes en cascada basats en el temps. Partint d'aquests algorismes de localització, es descriuen metodologies de navegació i coordinació de grups de robots cooperatius, on les comunicacions entre agents són la base de l'èxit i on s'observen resultats satisfactoris tant a nivell individual per robot, com a nivell global sobre el conjunt de robots. A més, quan es treballa sobre un escenari compartit per diversos robots mòbils navegant, una de les problemàtiques més crítiques és aconseguir que els robots no xoquen entre ells. Per aquest motiu, una altra de les aportacions més importants d'aquest treball ha sigut el desenvolupament d'un algorisme de detecció i evasió de col·lisions basat també en el consens i l'acord entre robots a través de les comunicacions punt a punt entre ells, el qual s'ha definit tant per a situacions on un robot col·lisionava només amb un altre robot, com per a casos en els quals ocorrien múltiples col·lisions al mateix temps. Finalment s'exposen les conclusions i les possibles línies de treball sobre les quals seguir investigant i desenvolupant a partir dels resultats obtinguts en la present tesi. / Soriano Vigueras, Á. (2017). Integración de sistemas multi-agente en plataformas embebidas heterogéneas con recursos limitados para tareas de localización y coordinación en detección y evasión de colisiones en robótica móvil [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86174

La minería constituye el 10% del PBI del Perú; sin embargo, producto de sus actividades, el aire y el suelo aledaños se ven afectados. Este impacto en el medio ambiente provoca perjuicios en las comunidades contiguas al sobrepasarse los límites permitidos para la salud. Actualmente, el Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental (OEFA) es el encargado de la supervisión y sanción de infracciones ambientales. No obstante, sus mecanismos no son suficientes, debido a que no permiten un monitoreo a tiempo completo del impacto que produce la actividad minera. Frente a ello, se realizó un estudio para el diseño de un robot móvil autónomo capaz de medir los contaminantes del aire y del suelo, de acuerdo a los estándares planteados por el Ministerio del Ambiente (MINAM), de modo que se pueda acceder a esta información desde una estación remota. La investigación muestra la viabilidad del diseño dado el alto poder fotovoltaico de la zona sur del Perú. La persistencia de datos es garantizada mediante el diseño de una arquitectura en la nube. Asimismo, como resultado del presente trabajo, se muestra el diseño preliminar óptimo (en base a la metodología VDI 2206) que cumple con todos los requerimientos planteados.

El presente trabajo de tesis tiene como principal objetivo desarrollar el algoritmo de control de un robot móvil, el cual se desplazará por una planta industrial en busca de fallas en equipos críticos como son los motores y las bombas. Los motores y las bombas son componentes básicos y fundamentales para los procesos industriales, por lo tanto, es importante mantenerlos en óptimas condiciones con el fin de evitar paradas imprevistas, sobrecostos, y pérdidas de calidad y eficiencia del proceso. En muchos casos, los trabajos de mantenimiento implican medir la vibración de los equipos en lugares confinados o de difícil acceso y debido a que, en la actualidad, se debe velar por la seguridad y bienestar del personal, se propone utilizar un robot móvil para esta tarea. Por lo tanto, se propone diseñar e implementar un sistema de diagnóstico de fallas utilizando mediciones de vibración en conjunto con técnicas de Inteligencia Artificial para un robot móvil. Para lograr el objetivo propuesto, primero se estudian los componentes industriales de interés, resaltando las fallas más comunes y la normativa correspondiente para la clasificación de su condición. Seguidamente, se presentan las estrategias de mantenimiento existentes para su evaluación, resaltando las ventajas y desventajas de cada una, y se introducen los robots móviles como alternativa, teniendo como ejemplos casos reales en donde estos son importantes para realizar trabajos de búsqueda y rescate, en condiciones inaccesibles y peligrosas para las personas. Luego se presentan los algoritmos utilizados en el análisis vibracional, resaltando la Transformada de Hilbert Huang, la cual descompone las señales en Funciones de Modo Intrínseco, señales ortogonales entre sí, que describirán la vibración en función del tiempo y la frecuencia. Las Funciones de Modo Intrínseco serán las entradas a nuestra Red Neuronal Convolucional, una metodología de Aprendizaje Profundo e Inteligencia Artificial para entrenar un modelo que nos ayudará a diagnosticar el tipo de falla. Posteriormente, se proponen los algoritmos a implementar con Python, Keras y TensorFlow y se ponen a prueba con la base de datos de mediciones de vibración MAFAULDA. Finalmente se presentan los parámetros del diseño del robot móvil mencionando el hardware a utilizar y la metodología de medición, y se realiza una comparación de tiempos de procesamiento con una PC para pruebas y la NVIDIA Jetson Nano. / Tesis

La presente tesis tiene como objetivo diseñar un sistema de control y planeamiento de trayectoria coordinado para múltiples robots móviles no holonómicos en mapas con presencia de obstáculos variados. En esta se simula el control y planeamiento en modelos matemáticos de tipo bicicleta. El sistema implementado consiste de tres partes, las cuales son el planeamiento de caminos, el generador de trayectorias y el control de seguimiento de trayectorias. El planeamiento de caminos se dividió en tres partes. En la primera parte se desarrolló el planeador local para un robot no holonómico, modificando el algoritmo Hybrid A*, de manera que utilice las ecuaciones movimiento circular del móvil en vez de las cinemáticas. Este algoritmo permite al robot encontrar los caminos que lo llevan de una configuración de posición y orientación inicial a una final en mapas con obstáculos variados. En la segunda parte se agregó al planeador local el planeamiento en el tiempo, combinando a este con el algoritmo de planeamiento de caminos en intervalos seguros (SIPP), el cual permite al robot evadir obstáculos en el tiempo. Finalmente, en la tercera parte se desarrolló el planeador global usando el algoritmo de búsqueda basada en conflictos (CBS), el cual resuelve los conflictos que se presentan entre los caminos de los móviles, imponiendo restricciones en el tiempo en el movimiento de cada uno de ellos. Por otro lado, el generador de trayectorias es desarrollado en una única parte, en la cual, se plantea la función de costo a optimizar, se calcula todos los gradientes y se plantea utilizar el algoritmo de descenso de gradiente de forma desacoplada para la optimización de trayectoria de cada móvil. Mientras que el desarrollo del sistema de control de seguimiento de trayectoria se dividió en dos partes. En la primera se linealiza el modelo matemático por extensión dinámica para sistemas flatness diferencial y en la segunda parte se desarrolla el controlador LQR de cada móvil que permite seguir las trayectorias de referencia deseadas. Al término de la tesis se logra el planeamiento, generación de trayectoria y el control de seguimiento de trayectoria de hasta 10 móviles no holonómicos en mapas con obstáculos variados, evitando la colisión con los obstáculos del entorno y la colisión con otros móviles durante el planeamiento y la optimización de trayectoria. Así mismo, se verifica que el planeador es capaz de resolver conflictos en entornos propensos al atasco como mapas tipo T o H.

El objetivo principal de esta tesis fue el desarrollar un sistema de navegación autónomo para la aplicación en robots móviles, para ello se uso el enfoque reactivo por presentar una aproximación más real al problema del planeamiento. El sistema de navegación se dividió en dos partes para fines del diseño; en la primera se desarrolló e implementó un controlador para el planeamiento de la trayectoria mediante el uso de controladores neuro-difusos y el uso de cuadrículas de certeza; mientras que en la segunda parte, se afrontó el problema de la localización del robot en un entorno desconocido, para lo cual se hizo uso de la fusión de sensores odométricos, inerciales y de redes inalámbricas. Para este propósito se diseño e implementó el controlador para diferentes plataformas de simulación, además se implementó el mismo en un robot Pioneer P3-AT, lográndose resultados interesantes que permiten apreciar este algoritmo como una alternativa atractiva en la navegación autónoma de los robots móviles, el método presentado representa un híbrido entre los métodos de navegación por fusión de conductas y los métodos basados en campo de fuerzas por lo cual permite aprovechar las ventajas de ambos métodos. Para la localización se implementó la fusión de sensores presentes en los celulares modernos y sensores de velocidad o encoders, la fusión de sensores se implementó en dos instancias, la primera para la estimación precisa de la orientación por medio de filtros de Kalman y la segunda en donde se realiza la estimación de las coordenadas de la posición con el uso de filtros de Kalman para sistemas no lineales. / Tesis

La robótica en la actualidad busca incrementar los lazos entre robots y seres humanos, de forma que realizar las tareas en conjunto sea más amigable y no se requiera de un extenso periodo de adaptación. Ello, en ocasiones se ve perjudicado por la operación manual constante que requiere un robot debido a que un individuo emplea su tiempo para manipular el robot y no se genera la independencia anhelada en este campo. Por lo descrito, surge como alternativa de solución los robots autónomos que emplean visión artificial y algoritmos de Inteligencia Artificial (IA) para el cumplimiento de tareas. Este trabajo de tesis, se centra en el diseño y desarrollo de un robot móvil utilizando visión artificial para identificar botellas de plástico en las playas del litoral limeño. Se emplea una RCNN para el procesamiento de imágenes y esta red es entrenada por imágenes de autoría propia, las cuales se realizaron en las playas mencionadas, hasta obtener un óptimo reconocimiento de las botellas y las personas. Asimismo, se generaron propuestas de diseño de los dominios mecánico, electrónico y de control, de tal forma que el proyecto resultante abarque de forma integral el funcionamiento esperado. Se realizaron pruebas de simulación al sistema de control y visión artificial y se obtuvo que, efectivamente consta de una alternativa de solución robusta, pues reconoce las botellas de plástico y se acerca hacia ellas, esquivando obstáculos y consiguiendo su objetivo. Se realizaron simulaciones donde se obtuvieron parámetros que confirman lo designado en el diseño. Esta tesis, también tiene un impacto significativo en el medio ambiente, pues se trata de un robot eco amigable que trabaja para el beneficio de las playas, de tal forma que se inspiren futuros trabajos de investigación que tengan por consigna impulsar la sostenibilidad.

The aim of this master thesis is to design a control system based on model predictive control (MPC) with sensor data fusion for obstacle avoidance. Since the amount of obtained data is larger due to multiple sensors, the required sampling time has to be larger enough in comparison with the calculation time of the optimal problem. Then it is proposed a simplification of the mobile robot model in order to reduce this optimization time. The sensor data fusion technique uses the range information of a laser scanner and the data of a mono-camera acquired from image processing techniques. In image processing different detection algorithms are proposed such as shape and color detection. Therefore an estimation of the obstacles dimension and distance is explained obtaining accurate results. Finally a data fusion for obstacle determination is developed in order to use this information in the optimization control problem as a path constraint. The obtained results show the mobile robot behavior in trajectories tracking and obstacle avoidance problems by comparing two different sampling times. It is concluded that the mobile robot reaches the final desired position while avoiding the detected obstacles along the trajectory. / Ziel dieser Masterarbeit ist, einen Steuerungsentwurf auf Basis der modellprädiktiven Regelung (MPC) mit Sensordatenfusion und zur Hindernisvermeidung. Da die Menge der erhaltenen Daten aufgrund mehrerer Sensoren größer ist, muss die erforderliche Abtastzeit im Vergleich zur Rechenzeit des optimalen Problems größer sein. In der Arbeit wird eine Vereinfachung des mobilen Robotermodells vorgeschlagen, um diese Optimierungszeit zu reduzieren. Die Sensordaten-Fusionstechnik verwendet die Bereichsinformation eines Laserscanners und die Daten einer Monokamera, die durch Bildverarbeitungstechniken gewonnen werden. Bei der Bildverarbeitung werden verschiedene Erfassungsalgorithmen vorgeschlagen, wie z. B. Muster- und Farbdetektion. Eine Schätzung der Hindernisdimension und -distanz wird erklärt, um genaue Ergebnisse zu erzielen. Schließlich wird eine Datenfusion zur Hindernisbestimmung entwickelt, um diese Information im Optimalsteuerungsproblem als Pfadbeschränkung zu nutzen. Die erzielten Ergebnisse zeigen das Verhalten des mobilen Roboters bei Trajektorienverfolgungsund Hindernisvermeidungsproblemen, indem zwei verschiedene Abtastzeiten verglichen werden. Es wird gefolgert, dass der mobile Roboter die endgültige gewünschte Position erreicht, während die erkannten Hindernisse entlang der Trajektorie vermieden werden. / Tesis