El siguiente trabajo presenta el diseño conceptual de un robot móvil para optimizar el proceso de Picking en el almacén de una empresa. Este proceso es uno de los más importantes en un almacén, ya que representa el inicio del flujo de suministro de productos a los clientes por parte de la empresa. El problema de este proceso está relacionado con el tiempo que toma implementarlo, ello representa un cuello de botella dentro del flujo de procesos del almacén. Para lograr el objetivo general del trabajo se desarrolló un estudio del estado del arte actual para reconocer el estado de la tecnología relacionada con los robots utilizados en los almacenes, siguiendo la metodología del diseño según la norma VDI 2221. En el diseño conceptual se especificó los requerimientos del sistema, realizó la abstracción del sistema, determinó las funciones de cada dominio, se obtuvieron soluciones mediante el uso de la matriz morfológica por cada dominio, evaluó los conceptos de solución mediante un análisis técnico-económico y finalmente, se obtuvo un concepto de solución mejorado que cumpla con los requerimientos planteados. El concepto de solución óptimo mejorado tiene las características necesarias para realizar las funciones definidas para optimizar el proceso de Picking en el almacén. Dicha solución se puede dividir en tres subsistemas: el subsistema para el desplazamiento del robot, el subsistema para la extracción de productos y el subsistema para el registro y programación de pedidos. La solución cuenta con un sistema hidráulico para el accionamiento de la sujeción de productos, dos sensores LiDAR y una cámara de profundidad para la detección del entorno. Finalmente, el control de los componentes del sistema se realiza con un microcontrolador y un microprocesador.

El presente trabajo desarrolla un algoritmo de planeamiento de trayectoria basado en Optimización por Colonia de Hormigas, en conjunto con un controlador óptimo, para el desplazamiento de un barco robot. Se presenta el modelo matemático estándar usado para vehículos marinos desarrollado por Thor Fossen. Asimismo se presentan las principales ideas detrás del marco metaheurístico desarrollado por Marco Dorigo, llamado Optimización por Colonia de hormigas. El problema a resolver consiste en encontrar el camino más corto entre dos puntos dentro de un entorno (mapa) con obstáculos. Ambos algoritmos, tanto el de planeamiento de trayectoria como el de control óptimo, se implementaron en el entorno MatLab. Para poner a prueba el funcionamiento conjunto de estos dos algoritmos se usaron seis mapas distintos que buscan explorar el comportamiento de ambos algoritmos ante diversas variaciones de un caso base de comparación. El tiempo de convergencia de los algoritmos y los parámetros que ajustan sus desempeños fueron analizados. / Tesis

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La presente investigación evalúa las causas de la contaminación del humedal “Los Pantanos de Villa”, además de obtener las características únicas del entorno para poder ofrecer una solución tecnológica con el fin de sustituir a la intervención humana y de maquinaria pesada en la limpieza de humedales. El objetivo principal es elaborar el diseño preliminar de un vehículo de limpieza teleoperado. Se utiliza la metodología VDI2206 de diseño mecatrónico, la cual involucra realizar un estudio del estado del arte de las tecnologías relacionadas a la limpieza de reservas de agua, proponer las funciones que realiza el sistema, diseñar tres conceptos de solución y seleccionar la solución óptima a partir de un análisis técnico-económico. Se desarrolla el sistema de manera preliminar estableciendo dimensiones generales, diagrama de módulos electrónicos y diagrama de operaciones del sistema. La solución consiste en un vehículo flotante modelo catamarán propulsado por dos motores sin escobillas, el vehículo recolecta residuos sólidos flotantes empleando una red de polietileno, comportándose el vehículo similar a una embarcación pesquera. El vehículo es controlado de manera remota usando módulos transceptores para la intercomunicación de datos y módulos FPV para la transmisión de video. Finalmente, se concluye que la presente solución, un vehículo marino a pequeña escala, cumple con los requerimientos principales de recolección, capacidad de desplazamiento y funcionamiento a radiocontrol. La solución propuesta es innovadora porque emplea únicamente energía eléctrica, cuenta con una capacidad de almacenamiento superior a otros equipos investigados y se caracteriza por poder monitorear el entorno empleando tecnologías de transmisión de video a distancia.

Los edificios a partir de los 5 pisos requieren tener ascensor [1], sin embargo, en Lima, la capital del Perú, hay lugares en donde esto no se ha cumplido, tales como: unidad vecinal de Mirones en el Cercado de Lima, unidades vecinales de Matute y Manzanilla en la Victoria, residencial San Felipe en Jesús María, multifamiliares en Surco Viejo y Ate; también en la Ciudad Satélite Santa Rosa de Callao, entre muchos otros. Es más, en otros departamentos del Perú, se encuentra esta misma situación de edificios sin ascensores. Esto significa, que la población que resulta más afectada para cargar sus víveres, compras u otros son las personas con discapacidad, de tercera edad, embarazadas y menores de edad. De un modo u otro, esto se volverá gran problema con el pasar del tiempo para todas las personas que viven en estos edificios por el factor de edad. La solución conceptual realizada es un robot móvil autónomo, el cual realiza 2 tareas fundamentales: trasladarse por pasillos y superar las escaleras. Las tareas son ejecutadas de manera independientes, por un lado, la traslación es realizada con ruedas omnidireccionales para poder evitar obstáculos y realizar giros; por otro lado, como se delimitó el problema a escaleras de tramos rectos, se hace uso de marcos-estrellas para subir y bajar las escaleras. La solución conceptual presentada del robot es personalizada a cada edificio, pues el robot se dirige al departamento que corresponde por medio de un mapa que utiliza de su edificio. Para este trabajo, se siguió la metodología de diseño mecatrónico realizada por la Pontificia Universidad Católica del Perú y la Universidad Federal de Santa Catarina [UFSC-PUCP]. De acuerdo con la metodología, las secciones a encontrar en este documento fueron organizadas en antecedentes, estado del arte, diseño conceptual y diseño integrador. La primera, describe el problema y todo lo relacionado a él. La segunda, analiza y compara tanto productos como tecnologías existentes. La tercera, recolecta los requerimientos del público objetivo, disgrega el problema en partes y obtiene pequeñas soluciones para que posteriormente se puedan integrar en una idea de solución. La última sección, contiene la ingeniería de detalle del concepto de solución final, características técnicas del robot y modo de funcionamiento. Finalmente, el robot propuesto es adecuado para las personas con discapacidad, de tercera edad, embarazadas y menores de edad; pues considera la ergonomía y así previene posibles lesiones músculo-esqueléticas.

Aquesta tesi proposa l'ús d'un seguit de tècniques pel control a alt nivell d'un robot autònom i també per l'aprenentatge automàtic de comportaments. L'objectiu principal de la tesis fou el de dotar d'intel·ligència als robots autònoms que han d'acomplir unes missions determinades en entorns desconeguts i no estructurats. Una de les premisses tingudes en compte en tots els passos d'aquesta tesis va ser la selecció d'aquelles tècniques que poguessin ésser aplicades en temps real, i demostrar-ne el seu funcionament amb experiments reals. El camp d'aplicació de tots els experiments es la robòtica submarina.En una primera part, la tesis es centra en el disseny d'una arquitectura de control que ha de permetre l'assoliment d'una missió prèviament definida. En particular, la tesis proposa l'ús de les arquitectures de control basades en comportaments per a l'assoliment de cada una de les tasques que composen la totalitat de la missió. Una arquitectura d'aquest tipus està formada per un conjunt independent de comportaments, els quals representen diferents intencions del robot (ex.: "anar a una posició", "evitar obstacles",...). Es presenta una recerca bibliogràfica sobre aquest camp i alhora es mostren els resultats d'aplicar quatre de les arquitectures basades en comportaments més representatives a una tasca concreta. De l'anàlisi dels resultats se'n deriva que un dels factors que més influeixen en el rendiment d'aquestes arquitectures, és la metodologia emprada per coordinar les respostes dels comportaments. Per una banda, la coordinació competitiva és aquella en que només un dels comportaments controla el robot. Per altra banda, en la coordinació cooperativa el control del robot és realitza a partir d'una fusió de totes les respostes dels comportaments actius. La tesis, proposa un esquema híbrid d'arquitectura capaç de beneficiar-se dels principals avantatges d'ambdues metodologies.En una segona part, la tesis proposa la utilització de l'aprenentatge per reforç per aprendre l'estructura interna dels comportaments. Aquest tipus d'aprenentatge és adequat per entorns desconeguts i el procés d'aprenentatge es realitza al mateix temps que el robot està explorant l'entorn. La tesis presenta també un estat de l'art d'aquest camp, en el que es detallen els principals problemes que apareixen en utilitzar els algoritmes d'aprenentatge per reforç en aplicacions reals, com la robòtica. El problema de la generalització és un dels que més influeix i consisteix en permetre l'ús de variables continues sense augmentar substancialment el temps de convergència. Després de descriure breument les principals metodologies per generalitzar, la tesis proposa l'ús d'una xarxa neural combinada amb l'algoritme d'aprenentatge per reforç Q_learning. Aquesta combinació proporciona una gran capacitat de generalització i una molt bona disposició per aprendre en tasques de robòtica amb exigències de temps real. No obstant, les xarxes neurals són aproximadors de funcions no-locals, el que significa que en treballar amb un conjunt de dades no homogeni es produeix una interferència: aprendre en un subconjunt de l'espai significa desaprendre en la resta de l'espai. El problema de la interferència afecta de manera directa en robòtica, ja que l'exploració de l'espai es realitza sempre localment. L'algoritme proposat en la tesi té en compte aquest problema i manté una base de dades representativa de totes les zones explorades. Així doncs, totes les mostres de la base de dades s'utilitzen per actualitzar la xarxa neural, i per tant, l'aprenentatge és homogeni.Finalment, la tesi presenta els resultats obtinguts amb la arquitectura de control basada en comportaments i l'algoritme d'aprenentatge per reforç. Els experiments es realitzen amb el robot URIS, desenvolupat a la Universitat de Girona, i el comportament après és el seguiment d'un objecte mitjançant visió per computador. La tesi detalla tots els dispositius desenvolupats pels experiments així com les característiques del propi robot submarí. Els resultats obtinguts demostren la idoneïtat de les propostes en permetre l'aprenentatge del comportament en temps real. En un segon apartat de resultats es demostra la capacitat de generalització de l'algoritme d'aprenentatge mitjançant el "benchmark" del "cotxe i la muntanya". Els resultats obtinguts en aquest problema milloren els resultats d'altres metodologies, demostrant la millor capacitat de generalització de les xarxes neurals.

Uno de los aspectos esenciales en la robótica móvil es la obtención y procesamiento de la información relativa a la localización del robot en el espacio de movimiento, con el fin utilizarla para generar los movimientos deseados del robot. Para esto se busca utilizar la mayor cantidad posible de fuentes de información con el fin de corregir los errores de posición asociados a la presencia de ruido en las mediciones del robot. La fusión de esta información es tema central de la tesis en la cual se exponen distintos algoritmos de fusión, desarrollados específicamente para robots móviles con recursos de computación limitados. Utilizando modelos dinámicos en conjunto con técnicas de fusión basadas en filtro de Kalman se realiza una estimación local de la posición utilizando sensores inerciales. Esta estimación se fusiona mediante un filtro de Kalman con información de un sensor global y una corrección basada en eventos. Esta combinación de filtros en cascada con corrección basada en eventos es el principal aporte de la presente tesis. Esta solución al problema de localización permite una precisión similar pero un coste computacional menor a esquemas más complejos de fusión, lo que permite su implementación en robots de recursos limitados. El esquema propuesto se extiende para permitir la localización cooperativa de grupos de robots, modificando la actualización por eventos para incorporar la fusión de la posición de distintos robots cercanos entre si. Para esto se determina la posición entre los robots y se utiliza un sistema de comunicación y gestión basada en agentes. Este método permite realizar una fusión sensorial inteligente, tomando en cuenta únicamente la información de posición más fiable para actualizar al grupo de robots, lo que nuevamente reduce el costo computacional de la solución sin repercusiones considerables en la precisión de la localización. Los algoritmos propuestos son probados extensivamente mediante simulación y en distintas plataformas, principalmente en el LEGO NXT. Se presentan además ejecuciones de tiempo extendido que comprueban la estabilidad y robustez del método en largas distancias. / Marin Paniagua, LJ. (2014). Localización de robots móviles de recursos limitados basada en fusión sensorial por eventos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/38902 / TESIS

Este trabajo analiza la idoneidad de dos de los principales métodos de asignación de tareas en entornos con restricciones temporales. Se pondrá de manifiesto que ambos tipos de mecanismos presentan carencias para tratar tareas con deadlines, especialmente cuando los robots han de formar coaliciones. Uno de los aspectos a los que esta tesis dedica mayor atención es la predicción del tiempo de ejecución, que depende, entre otros factores, de la interferencia física entre robots. Este fenómeno no se ha tenido en cuenta en los mecanismos actuales de asignación basados en subastas. Así, esta tesis presenta el primer mecanismo de subastas para la creación de coaliciones que tiene en cuenta la interferencia entre robots. Para ello, se ha desarrollado un modelo de predicción del tiempo de ejecución y un nuevo paradigma llamado subasta doble. Además, se han propuesto nuevos mecanismos basados en swarm

Recent advancements in telecommunications have brought new tools about in the field of robotics, with offloading emerging as one of the most significant developments. Hence, computationally expensive tasks are performed on a server in the cloud instead of on the mobile robot, reducing processing costs in robots and enhancing their efficiency. However, one of the major challenges of offloading robot control is to maintain functional safety even when the connection with the server is interrupted. To mitigate these connectivity losses, an optimization-based method has been developed to compute an environment-dependent contingency plan. This plan is sent from the cloud to the robot together with the corresponding control command. The planner takes into account the current map, based on all sensor data collected up to the time of optimization, and the nominal trajectory to provide a sequence of safe control commands. Assuming that in the absence of connectivity, all detected objects will move at a constant speed. Therefore, the contingency plan would be executed on the robot only when connectivity to the cloud is lost, without making use of subsequent sensor data in the robot’s on-board processor. Thus, through the proposed method, it is possible to maximize the movement time of the mobile robot in case of loss of connectivity with the cloud controller without compromising any safety constraints. In this context, two different approaches have been designed based on the possibility of deviating from the nominal trajectory. In the first, called “path following”, the mobile robot is constrained to stay on the reference path, but can vary its speed, performing a safety brake when there is a risk of collision. In contrast, in “trajectory following”, deviation is allowed by trying to prolong the point at which the velocity is reduced. The evaluation shows that the optimal approach depends on the application for which the mobile robot will be used. Furthermore, these approaches do not overload the network bandwidth, since contingency plans can be optimized by parameterizing the velocity sequences or by reducing the sending rate through event-triggered sending. / De senaste framstegen inom telekommunikation har introducerat nya verktyg inom robotikens område, där offloading är en av de mest relevanta. Således utförs beäkningsintensiva uppgifter på en server i molnet istället för på den mobila roboten, vilket minskar bearbetningskostnaderna för roboter och ökar deras effektivitet. En av de största utmaningarna med att offloada robotstyrning är dock att bibehålla funktionell säkerhet även när anslutningen till fjärrservern bryts. För att hantera sådana avbrott, har vi utvecklat en optimeringsbaserad metod för att beräkna en reservplan, anpassad till miljön runt roboten. Denna plan skickas från molnet till roboten tillsammans med varje styrkommando. Planeraren beaktar den aktuella kartan, baserad på all sensordata som samlats in fram till nu, och den nominella banan och beräknar en säker reservplan i form av en sekvens av styrkommandon. För säkerhets skull antar planeraren att i händelse av ett avbrott, kommer alla hinder i kartan att närma sig roboten med en konstant hastighet. Det gör det säkert att exekvera reservplanen om anslutningen till molnet går förlorad, utan att använda efterföljande sensordata för att uppdatera kartan. Den föreslagna metoden gör det alltså möjligt att maximera tiden som den mobila roboten kan fortsätta köra vid förlust av anslutning till molnservern, utan att göra avkall på säkerheten. I detta projekt har vi utformat två olika planeringsmetoder, som skiljer sig vad gäller möjligheten att avvika från den nominella banan. I den första, kallad “path following”, tillåts inte roboten att avvika från referensbanan och utför därför en säkerhetsbromsning när det finns risk för kollision. I den andra, kallad “trajectory following”, tillåts roboten avvika från referensbanan, genom att försöka fördröja det ögonblick då roboten behöver bromsa. Utvärderingen visar att vilken metod som är bäst, beror på tillämpningen som den mobila roboten används för. Dessutom överbelastar dessa tillvägagångssätt inte nätverksbandbredden, eftersom beredskapsplaner kan optimeras genom att parameterisera hastighetssekvenser eller genom att minska överföringshastigheten. / Los recientes avances en las telecomunicaciones han traído consigo nuevas herramientas en la robótica, siendo el offloading una de los desarrollos más significativos. Así, las tareas computacionalmente más costosas se realizan en un servidor en la nube en lugar de en el robot móvil, reduciendo los costos de procesamiento en el robot y mejorando su eficiencia. Sin embargo, uno de los mayores desafíos del offloading de control de robots es mantener la seguridad funcional incluso cuando la conexión con el servidor se interrumpe. Con el fin de mitigar las pérdidas de conectividad, se ha desarrollado un método basado en optimizacion que calcula un plan de contingencia dependiente del entorno. Este plan se envía desde la nube al robot junto con el comando de control correspondiente. El planificador tiene en cuenta el mapa del entorno actual, basado en todos los datos del sensor recopilados hasta el momento de la optimización, y la trayectoria nominal para proporcionar una secuencia de comandos de control seguros. En este sentido, el planificador asume que, en ausencia de conectividad, todos los objetos detectados se aproximarán al robot a una velocidad constante. Este plan de contingencia se ejecutaría en el robot solo cuando se pierde la conectividad con la nube, sin hacer uso de datos de sensor posteriores en el procesador a bordo del robot. Por lo tanto, mediante el método propuesto, se logra maximizar el tiempo de movimiento del robot móvil en caso de pérdida de conectividad con el controlador en la nube sin sacrificar las restricciones de seguridad. En este contexto, dos enfoques distintos según la posibilidad de desviarse o no de la trayectoria nominal han sido diseñados. En el primero, denominado “path following”, no se permite que se desvíe de la referencia, aplicando un frenado de seguridad cuando existe riesgo de colisión. En cambio, en “trajectory following”, se permite la desviación para tratar de prolongar el momento en el que se reduce la velocidad. La evaluación muestra que el enfoque óptimo depende de la aplicación para la cual se utilizará el robot móvil. Además, estos enfoques no sobrecargan el ancho de banda de la red, ya que los planes de contingencia pueden optimizarse parametrizando las secuencias de velocidad o reduciendo la velocidad de envío.