1. Robótica Industrial
E. U. Politécnica de la
Universidad de Sevilla
Área de Arquitectura y Tecnología de Computadores
1

2. TEMA 1.
Introducción a la Robótica
2

3. ¿Qué es un robot?
• Robot: término acuñado por Karel Capek en Rossum’s Universal
Robots (1921).
• “Robota”, palabra eslava que significa “trabajo de manera forzada”.
• Una máquina programable (computador) con capacidad de
movimiento y de acción.
• Diccionario RAE: Máquina o ingenio electrónico programable, capaz
de manipular objetos y realizar operaciones antes reservadas sólo a
las personas.
• Tipos de robots:
– En función del medio:
• Terrestres (vehículos, robots con patas, manipuladores industriales)
• Aéreos (dirigibles)
• Acuáticos (nadadores, submarinos)
• Híbridos (trepadores)
– En función del control del movimiento:
• Autónomos
• Teleoperados.
– Otras clasificaciones (más adelante)
3

4. ¿Para qué sirven los robots?
• Reproducir ciertas capacidades de los
organismos vivos.
• Robots móviles: exploración, transporte.
• Robots fijos: asistencia médica,
automatización de procesos industriales.
• Otros: control de prótesis, entretenimiento.
4

5. Revisando la historia (i)
esculturas animadas
egipcias (2000 a.C)
Reloj, Piazza San Marco, Italia (s. XV)
5

6. Revisando la historia (ii)
Relojes, cajas
de música
(s. XVII-XVIII).
6

7. Revisando la historia (iii)
Autómatas (siglo XVIII).
Mecanismos coordinados. Mecanismos especializados.
Ej. bailarinas, acróbatas. Ej. dibujantes, músicos, escritores.
7

8. Revisando la historia (iv)
La cibernética (años 50)
• Tortugas de Grey Walter
(1950's).
– Burden Neurological Institute
(UK)
– 8 tortugas
– Un foto-tubo como ojo
– Comportamientos tropistas:
• Baile alrededor de una luz
– Recarga al detectar descarga
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9. Revisando la historia (v)
• La electrónica (años 60)
– Johns Hopkins University
(USA)
– Transistores
– Centrado con sonar
– Brazo de recarga
– Células fotoeléctricas
(enchufes negros)
– Tarea: patrullar pasillos
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10. Revisando la historia (vi)
• Los ordenadores (años 70)
Shakey
– Stanford University (USA)
– Ordenador externo planificación
– Ordenador interno control
– Cámara de TV
– Encuentra objetos regulares
– Entorno altamente controlado
– Tarea: planificar movimientos
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11. Revisando la historia (vii)
• Los ordenadores
empotrados (años 80)
– Stanford University (USA)
– Dos cámaras de TV
– Reconstrucción 3D
limitada
– Ordenador empotrado
– Entorno estructurado:
• Reconoce objetos regulares
– Tarea: navegación
– Muy lento (30 m  5 h)
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12. Revisando la historia (viii)
• Navegación en entornos
reales
• Spirit, Opportunity
– “Cuerpo”: Protege los “órganos
vitales”
– “Cerebros”: Ordenadores para
procesar la información
– Controles de temperatura:
Calentadores internos, capa de
aislamiento, etc.
– Un “cuello y cabeza”: Un poste
para las cámaras que dan al robot
una vista a escala humana
– “Ojos” y otros sentidos: cámaras
e instrumentos que dan
información del entorno
– Brazo: Extensión del alcance
– Ruedas y “piernas”: Dotan de
movilidad
– Energía: Baterías y paneles
solares
– Comunicaciones: Antenas para
“hablar” y “escuchar”
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13. Revisando la historia (ix)
• El futuro
– 2005 manejo de mapas 3D
– 2010 Robots controlados
con técnicas de IA
– 2020 Robots de propósito
general
– 2030 Primates robóticos
– Nanotecnología
– Interacción con humanos
– Aprendizaje, adaptación,
reconfiguración
13

14. Esquema general de un robot
14

15. Clasificación de robots (i)
• Robots manipuladores
– Robot Institute of America: un robot industrial es un
manipulador programable multifuncional diseñado para
mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos
especiales, mediante movimientos variados,
programados para la ejecución de distintas tareas.
– Funcionamiento repetitivo. Precisos, rápidos y de alta
repetibilidad, con percepción limitada.
– Morfología
• Sistema mecánico: articulaciones.
• Actuadores: motores.
• Sensores: comunicación, percepción (visión, etc.).
• Sistema de control: servocontrol, generación de trayectorias,
planificación.
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16. Clasificación de robots (ii)
• Robots móviles y de servicios
– Incremento de autonomía: Sistema de navegación
automática (planificación percepción y control)
– Generalmente son robots autónomos (perciben,
modelan el entorno, planifican y actúan con mínima ó
nula intervención humana).
• Telerrobots
– Teleoperados. El hombre realiza su percepción,
planificación y manipulación.
16

17. TEMA 2.
Morfología del Robot Manipulador
17

18. Índice: Morfología del Robot
Manipulador
• Estructura mecánica de un robot
– Elementos y enlaces. Grados de libertad
– Tipos de articulaciones
– Configuraciones básicas
– Elementos finales
– Volumen de trabajo
• Transmisiones y reductoras
• Actuadores:
– Eléctricos
– Hidráulicos
– Neumáticos
• Modelos físicos
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19. Estructura mecánica de un robot (i)
• Un robot manipulador está típicamente formado por una serie de
elementos (segmentos, eslabones o links) unidos mediante
articulaciones (joints) que permiten un movimiento relativo entre cada
dos eslabones consecutivos. Este movimiento es producido por los
actuadores. El último elemento se denomina“elemento terminal” (pinza,
herramienta...)
• El movimiento de la articulación puede ser:
– De desplazamiento
– De giro
– Combinación de ambos
• Grado De Libertad (GDL) “Degree Of Freedom” (DOF):
– Cada uno de los movimientos independientes que puede realizar cada
articulación con respecto a la anterior. El número de GDL del robot viene
dado por la suma de los GDL de las articulaciones que lo componen.
– Los grados de libertad equivalen al número de parámetros independientes
que fijan la situación del elemento terminal.
• Variables de estado:
– Parámetros que definen la configuración (posición, orientación, etc) del
elemento terminal 19

20. Estructura mecánica de un robot (ii)
• Tipos de articulaciones:
20

21. Estructura mecánica de un robot (iii)
• Empleo de diferentes combinaciones de articulaciones en
un robot, implica:
– Diferentes configuraciones
– Tener en cuenta las característica específicas del robot a la hora del
diseño y construcción del mismo, y del diseño de las aplicaciones.
21

22. Estructura mecánica de un robot (iv)
• Elementos terminales
– Son los encargados de interaccionar directamente con el
entorno del robot.
– Pueden ser tanto elementos de aprehensión como
herramientas.
– Normalmente son diseñados específicamente para cada tipo de
trabajo.
• Volumen de trabajo
– Volumen espacial al que puede llegar el extremo del robot.
– Volumen determinado por:
• el tamaño, forma y tipo de los segmentos que integran el robot.
• Las limitaciones de movimiento impuestas por el sistema de control
• Nunca deberá utilizarse el elemento terminal para la obtención del
espacio de trabajo. Las razones son:
– El elemento terminal es un añadido al robot
– Si variase se tendría que calcular de nuevo el espacio de trabajo
22

23. Transmisiones y reductoras:
• Transmisiones: elementos encargados de
transmitir el movimiento desde los actuadores
hasta las articulaciones.
• Reductoras o engranajes: elementos
encargados de adaptar el par y la velocidad de
la salida del actuador a los valores adecuados
para el movimiento de los elementos del robot.
Generalmente se reduce la velocidad del
actuador (de ahí el nombre).
23

24. Actuadores
• Los actuadores generan el movimiento de los elementos
del robot
• La mayoría de los actuadores simples controlan
únicamente 1 GDL (izq-der, arriba-abajo)
• Un cuerpo libre en el espacio en general se representa
mediante 6 variables de estado:
– 3 de traslación (x,y,z)
– 3 de orientación (P.ej. Los ángulos de Euler).
• No siempre Nº GDL = Nº Variables estado.
– Para la representación de la posición de un automóvil se usan 3
variables de estado: 2 de traslación (x,y) y 1 de orientación.
– Sin embargo, sólo tiene 2 GDL: acelerador (adelante y atrás) y
dirección (volante).
– Luego hay movimientos imposibles (movimiento lateral).
– Aunque maniobrando pueda adquirir cualquier configuración.
24

25. Holonomía y redundancia
• Cuando el número de GDL es igual al número de variables de estado,
el robot es holónomo.
• Si el número es menor, el robot es no-holónomo (ej. Coche).
• Si el número es mayor es redundante. Ejemplo, un brazo humano
– Tiene 7 GDL: 3 en el hombro, 1 en el codo y 3 en la muñeca (no
contamos los dedos)
– Un objeto en el espacio sólo tiene 6 variables de estado.
– Eso hace que haya varias formas de colocar la mano de la misma forma.
– Aunque la redundancia dé más “riqueza” al movimiento, complica la
manipulación. Actualmente resolver la redundancia está en plena
investigación.
• Un robot no-holónomo posee ligaduras, que típicamente se deben a
un contacto de un elemento con el mundo.
• Normalmente un robot móvil tiene ligaduras: la condición de rodadura
ideal de las ruedas en contacto con el suelo (no pueden patinar).
Ciertos robots móviles son omnidireccionales: en la práctica son
holónomos.
25

26. Actuadores eléctricos (i)
• Interacción entre dos campos magnéticos (uno de ellos
al menos, generado eléctricamente) provoca movimiento.
• Los motores de corriente continua (DC) son los más
utilizados en la actualidad debido a su facilidad de
control, mayor potencia/peso, rendimiento, precio, etc.
– Controlados por inducido (usado en robótica)
– Controlados por excitación
• La velocidad de giro es (en iguales condiciones de
carga) proporcional al voltaje.
• Eficientes para girar con poco par y gran velocidad:
añadiendo una reductora se consigue más par aunque
menos velocidad.
26

27. Actuadores eléctricos (ii):
Inducido
R L
θ
ea eb τ J
i B
Inductor
if
27

28. Actuadores eléctricos (iii)
• Motores paso-a-paso
– Normalmente, no han sido considerados dentro de los accionamientos
industriales.
• Pares muy pequeños.
• Pasos entre posiciones consecutivas eran grandes.
• Actualmente, han mejorado considerablemente estos dos aspectos.
– Existen 3 tipos de motores paso-a-paso
• De imanes permanentes.
• De reluctancia variable.
• Híbridos.
– Ventajas
• Gran capacidad para asegurar un posicionamiento simple y exacto. El control
se realiza en bucle abierto sin necesidad de sensores de realimentación.
• Pueden girar de forma continua, con velocidad variable.
• Motores muy ligeros, fiables y fáciles de controlar.
– Desventajas
• Funcionamiento a bajas velocidades no es suave (discretizado por los pasos).
• Existe el riesgo de pérdida de alguna posición por trabajar en bucle abierto
• Tienden a sobrecalentarse trabajando a velocidades elevadas
• Presentan un límite en el tamaño que pueden alcanzar. 28

29. Actuadores eléctricos (iv)
29

30. Actuadores hidráulicos (i)
• Ejercen presiones aplicando el principio de la prensa
hidráulica de Pascal.
• Fluido que circula por tuberías a presión.
• Útil para levantar grandes cargas.
• Se controlan con servoválvulas que controlan el flujo que
circula.
• Servoválvula: Motor eléctrico de baja velocidad y alto
torque.
• El flujo mueve un pistón (lineal).
• El movimiento lineal puede pasarse a rotacional con una
biela.
• Problemas: Complejos, peligrosos (inflamables), difícil
mantenimiento (fugas).
30

31. Actuadores hidráulicos (ii)
31

32. Actuadores neumáticos (i)
• Fluido compresible: generalmente aire.
• Suelen mover pistones lineales.
• Se controlan con válvulas neumáticas.
• Son muy seguros y robustos.
• Poca exactitud en la posición final: típicamente
para todo/nada.
• Pinza de sólo dos posiciones: abierta/cerrada.
• Difíciles de controlar:
– Aire es demasiado compresible.
– Presión del compresor inexacta.
32

33. Actuadores neumáticos (ii)
33

34. Tabla resumen
Neumático Hidráulico Eléctrico
Energía • Aire a presión (5-10 •Aceite mineral (50-100 bar) •Corriente eléctrica
bar)
Opciones •Cilindros •Cilindros •Corriente continua
•Motor de paletas •Motor de paletas •Corriente alterna
•Motor de pistón •Motor de pistones axiales •Motor paso a paso
Ventajas •Baratos •Rápidos •Precisos
•Rápidos •Alta relación potencia-peso •Fiables
•Sencillos •Autolubricantes •Fácil control
•Robustos •Alta capacidad de carga •Sencilla instalación
•Estabilidad frente a cargas •Silenciosos
estáticas
Desventajas •Dificultad de control •Difícil mantenimiento •Potencia limitada
continuo •Instalación especial (filtros,
•Instalación espacial eliminación aire)
(compresor, filtros) •Frecuentes fugas
•Ruidosos •Caros
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35. Modelo eléctrico: motor DC
• Esquema de funcionamiento de un motor DC controlado por
inducido:
– La intensidad del inductor es constante.
– Tensión del inducido utilizada para controlar la velocidad
• En los controlados por excitación se actúa al contrario
R L Inducido
θ
ea eb τ J
i B
Inductor
if
35

36. Control de motores DC
• A más intensidad más par. Típicamente: T = Kp * I
• Sistemas digitales lo modulan con PWM (Modulación de la anchura
del pulso, “Pulse Width Modulation”):
• Voltaje proporcional a la componente de continua (el motor
actúa de filtro paso de baja; sólo “ve” la continua) y ésta
proporcional al “duty cycle” porcentaje de actividad
• Periodo no importa: se escoge una frecuencia alta para evitar
sonidos audibles.
media
media
36

37. Modelo dinámico de un motor DC
controlado por inducido
• Para el control del motor se incluyen las etapas de potencia y
control, utilizándose realimentación de intensidad y velocidad.
37

38. Modelo físico: motor DC (iii)
–Ecuaciones del motor (todas las variables son en transformada de Laplace).
 s +a
eb = k bθ G1 = k ≈ k1
s +b
( Ls + R )i + eb = e a G2 = k 2
τ = k pi L ≈0
θ = τ −τ p J , B : Inercia y rozamiento viscoso equivalentes
Js + B vistos a la salida del eje del rotor
38

39. TEMA 3.
Sensores
39

40. Índice: Sensores
• Introducción
• Clasificación de los sensores
– Sensores internos
• Posición y orientación
• Velocidad
• Aceleración
– Sensores externos
• Proximidad
• Fuerza-par
• Táctiles
• Visión artificial
• Tratamiento de imágenes
• Integración de sensores
40

41. Introducción (i)
• Los sensores son los dispositivos que permiten a un robot percibir
su entorno.
• Un sensor es un transductor que convierte algún fenómeno físico
en señales eléctricas que el micro-procesador del robot puede leer.
• La misma propiedad física puede medirse por varios sensores.
• En general son limitados e inexactos.
• La sensorización de un robot implica diversas disciplinas:
– Electrónica: Un sensor de colisión (detectar si pasa o no corriente)
– Procesamiento de señales: Un micrófono (separar la voz del ruido)
– Informática: Una cámara devuelve un imagen (reconocer los objetos
que la forman)
• Un diseñador de robots generalmente no puede crear nuevos
sensores.
– Nuestro trabajo consistirá en integrar los sensores existentes
– Esta integración debe hacerse sin perder de vista la tarea a realizar.
41

42. Introducción (ii)
• Algunas definiciones que debemos conocer:
– Sensibilidad: Es una medida del grado de variación
de la señal enviada conforme el fenómeno medido ha
cambiado.
– Precisión: Diferencia entre el valor real y el medido.
– Repetitividad: Diferencia entre sucesivas medidas
de la misma entrada.
– Resolución: Incremento mínimo observable en la
entrada.
– Rango: Diferencia entre el máximo y mínimo valor
medible.
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43. Clasificación de los sensores
• Vamos a clasificar los sensores en dos grandes grupos:
– Sensores internos: Nos da información sobre el propio robot.
• Posición y orientación
• Velocidad
• Aceleración
– Sensores externos: Nos da información sobre el entorno del
robot.
• Proximidad
• Tacto
• Fuerza
• Visión
• Otra clasificación:
– Sensores pasivos: Miden señales del entorno.
– Sensores activos: Producen un estímulo y miden su interacción
en el entorno.
• El sensor consta de un emisor y un receptor.
• Necesitan más energía y en general más complejidad.
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44. Sensores internos (i)
• Posición y orientación
– Indican en que posición se encuentra un elemento del robot.
– Potenciómetros.
• Un contacto que se mueve sobre una espiral.
• Dan bajas prestaciones (mucho ruido, poca precisión, etc.)
• No se suelen usar salvo en contadas ocasiones (robots educacionales, ejes
de poca importancia)
– Encoders (Codificadores angulares de posición)
• Diodo LED (emisor) más fototransistor (receptor)
• Miden el número de grados que gira algo (motor).
• Marcar el elemento que gira (p.e. haciendo agujeros a un disco)
– Resolución: número de agujeros
• Otra técnica: pintar sectores blancos y negros y medir reflexión
– Se obtiene una onda que puede procesarse
• ¿Cómo detectar el cambio de dirección?: dos canales.
• Ruido de los efectores (las ruedas patinan y deslizan)
– Resolvers y sincros
44

45. Sensores internos (ii)
• Funcionamiento de un codificador óptico incremental
45

46. Sensores internos (iii): usados
normalmente en campo abierto
– Brújulas: proporcionan información absoluta sobre la orientación
de un vehículo
• Una aguja imantada se alínea hacia el norte magnético
• Existen diversos tipos de brújulas
– Magnéticas
– Electrónicas (dispositivos de estado sólido)
– Inclinómetros: ayudan a determinar si el robot está inclinado.
– Giroscopios: determinan la velocidad de rotación y la distancia
rotada.
– GPS (Global Positioning System)
• sistema de orientación/navegación desarrollado y administrado por el
US DOD (Departament of Defense).
• La información enviada por al menos 4 satélites (señales codificadas),
son procesadas por un receptor GPS para calcular su posición (3D),
velocidad y tiempo.
• Principales usos: navegación aérea y marítima, seguridad vehículos
terrestres.
46

47. Sensores internos (iv)
• Velocidad
– Miden la velocidad (generalmente angular)
– Eléctricos:
• Dinamo (Una bobina que gira perpendicularmente a un campo
magnético)
• Se genera tensión proporcional a la velocidad de giro
• Varios nombres: tacogenerador, tacómetro, tacodinamo, etc
– Ópticos:
• Usan los sensores de posición, derivando para calcular la velocidad
• Aceleración
– Usan la inercia: un muelle que se estira
– Cada vez se usan más (uso clásico: aviones)
– La integral numérica es mucho más exacta que la derivada
– Problema de oscilación (falsas medidas)
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48. Sensores externos (i)
• Proximidad
– Son usados para determinar la presencia de
objetos cercanos. Existen muchos tipos:
• Ultrasonidos
• Magnéticos
• Inductivos
• Micro-ondas
• Ópticos
• Capacitivos
48

49. Sensores externos (ii)
– Ultrasonidos
• Uno de los sensores más utilizados en robots móviles.
• Sensor activo de reflexión (el emisor y el receptor se colocan
juntos y detectan la reflexión de los objetos)
• Se emiten ultrasonidos (20-200 KHz) y se capta en un
micrófono el reflejo. La diferencia entre ambas señales
indica la distancia al objeto.
• Ultrasonidos viajan aprox. 35 cm/ms.
• Propiedades estándar:
– Rango de 10 m (aprox.)
– 30 grados de amplitud
– Devuelven distancia al objeto más próximo
– Combinables en arrays con desfases entre ellos (más precisos)
49

50. Sensores externos (iii)
• Desventajas:
– La posición real del objeto es desconocida (cualquier
posición del cono a distancia d).
– Cuanto menor sea el ángulo, mayor es la probabilidad
de perderse y producir falsas medidas de gran longitud.
– Cuanto mayor es el ángulo, más probabilidad de que se
detecte un objeto no deseado.
– Las superficies pulidas agravan el problema (las rugosas
producen reflejos que llegan antes).
– En resumen: las medidas de objetos lejanos pueden ser
muy erróneas.
– Ejemplo: un robot que se acerca a una pared con muy
poco ángulo puede “no verla”.
– ¿Qué ocurre cuando varios robots usan ultrasonidos?.
50

51. Sensores externos (iv)
• Ópticos
– Muy utilizados en aplicaciones industriales
– Sensor activo de reflexión (existen tambien de barrera, pero
estos no pueden ser considerados de proximidad)
– Se emite luz y se captan los rebotes mediante fotodiodos o
fototransistores (las fotoresistencias son más lentas)
– Se utilizan para:
• Detectar la presencia de objetos
• Medir la distancia a los objetos
• Detección de características: encontrar una marca, seguir una
línea, etc.
• Lectura de códigos de barras
– Existen distintos tipos de sensores, en función del tipo de luz
con la que trabaja:
• Luz en el espectro visible
• Infrarrojos
• Láser
51

52. Sensores externos (v)
– Luz en el espectro visible
• La reflexión depende del color y de las características del material.
• En principio, los colores claros reflejan más que los más oscuros:
– Es más difícil (menos fiable) detectar objetos oscuros.
– Los objetos claros “parecen” estar más cerca y los oscuros más lejos
de lo que realmente están.
• La luz ambiente es una fuente de ruido:
– Calibrar: restar la luz ambiente (p.e. leer en modo pasivo).
– La luz ambiente cambia: es necesario calibrar cada cierto tiempo
– Infrarrojos
• Quizá son los sensores de no-contacto más extendidos
• Utiliza la parte del espectro del infrarrojo
• Para distinguir la reflexión del infrarrojo ambiente se suele modular
(100 Hz usualmente)
• Se usan profusamente porque hay menos interferencias, son
fácilmente modulables y no son visibles.
• Problema: objetos que no reflejan el IR, tiene un rango máximo
entre 50 y 75 cm.
• La distancia aproximada se calcula por el ángulo de la luz reflejada
52

53. Sensores externos (vi)
– Láser
• Para medir grandes distancias, se utiliza el mismo principio que los
anteriores sensores cuando trabaja en modo TOF (Time of Flight).
• Para medir distancias menores, trabajan estudiando el desplazamiento
de fase (luz modulada).
• Son de una gran precisión.
• Normalmente, estos sensores funcionan mediante un barrido del
emisor. El receptor recoge los ecos de las distintas posiciones del
barrido, obteniendo el contorno de la escena.
• Gran inconveniente: precio.
53

54. Sensores externos (vii)
• Fuerza y par
– Galgas extensiométricas: se relacionan las deformaciones
producidas por la aplicación de fuerzas con las variaciones de
resistencia eléctrica.
• Táctiles
– Sensor sencillo, pasivo.
– Comunes como fin de carrera.
– Principio básico: Circuito abierto/cerrado (pasa corriente, no
pasa)
– Necesitan poco procesamiento a nivel electrónico
– Usos variados:
• Contacto: el robot choca con algo.
• Límite: un dispositivo ha alcanzado el máximo de su rango (ej.
Pinza abierta)
• Contador: cada vez que se abre/cierra (ej. Contador de vueltas)
54

55. Sensores externos (viii)
• Visión artificial
– Uso de cámaras como sensores
– Imitan los ojos (que son mucho más sofisticados).
– Principio: Luz reflejada en los objetos pasa a través
de una lente (iris) en un “plano de imagen” (retina)
formando una imagen que puede ser procesada.
– Ese procesamiento suele ser muy costoso
computacionalmente. Aunque hoy día es abordable
con los nuevos microprocesadores.
– Campo tan complejo que tradicionalmente se ha
considerado como un campo de la informática (como
la IA).
55

56. Visión artificial (i)
• Funcionamiento biológico
– La luz reflejada en los objetos incide en la retina
produciendo el plano de imagen.
– La retina tiene muchas terminaciones nerviosas
fotosensibles: conos y bastones.
– Llamaremos imagen a la proyección del plano sobre
las terminaciones.
– Terminaciones unidas a nervios que realizan el
procesamiento previo (visión preliminar).
– Los nervios pasan la información al cerebro que
realiza el procesamiento de alto nivel.
– La mayor parte del cerebro humano se dedica al
procesamiento de la visión.
56

57. Visión artificial (ii)
• Visión artificial digital
– En vez de terminaciones se usan cámaras CCD (Charge Coupled
Devices)
• El receptor CCD es un mosaico de diodos sensibles a la luz: cuanto más
brillante es la luz recibida, más elevada es su carga eléctrica.
• Este mosaico es sensible a la luz, pero insensible a los colores.
• Para recuperar los colores de una imagen, antes de que la luz llegue al diodo
se le obliga a pasar por filtros de los colores.
– El plano se suele dividir en partes iguales (píxeles, contracción de los
términos ingleses “picture element”) típicamente en forma rectangular
– Número típico de pixeles: 800x600, 1752x1168, hasta 4096x4096.
– El valor de cada píxel es proporcional a cantidad de luz reflejada por la
parte de la superficie del objeto que se proyecta sobre ese píxel.
– Depende:
• Material del objeto.
• Posición de las luces en la escena.
• Reflejo de otros objetos en la escena.
– El valor de cada píxel depende de la reflexión especular (reflejada
directamente) y la reflexión difusa (absorbida y reemitida por el objeto).
57

58. Tratamiento de imágenes (i)
• Visión preliminar: detección de bordes
• ¿Qué es un borde? Cambio brusco en la intensidad.
• Aproximación preliminar:
– Definir como curva y buscar áreas donde la derivada sea grande
– Produce puntos espúreos: ruido
– No permite distinguir sombras de bordes de objetos físicos
• Eliminar ruido: convolución elimina los puntos aislados
• La convolución aplica un “filtro matemático” a la imagen
(de hecho para detectar bordes se convolucionan varios
filtros en varias direcciones).
58

59. Tratamiento de imágenes (ii)
• Una vez determinados los bordes se trata de
distinguir “cosas”
– Visión basada en modelos:
• Segmentación: proceso de dividir la imagen en partes que
corresponden a objetos.
• Comparar con las posibles combinaciones de bordes con
modelos previos (muchos ángulos, escalas). Proceso muy
costoso.
– Visión basada en movimiento:
• Los objetos físicos responden a leyes físicas conocidas.
• Saber cuanto movemos la cámara entre dos imágenes
consecutivas en relación a la escena.
• Saber que nada se mueve en la escena entre las dos
imágenes.
• Permite restar las dos imágenes para encontra objetos.
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60. Tratamiento de imágenes (iii)
• Visión binocular:
– La visión humana es estereoscópica: detecta las distancias
aproximadas comparando y procesando la visión de los dos ojos
– Carnívoros: ojos en la misma dirección. Herbívoros: ojos
opuestos.
– Tener dos cámaras, conociendo la diferencia entre ellas
– Tomar dos imágenes a la vez.
– Restar una de la otra
• Uso de texturas
– Una misma textura tiene la misma intensidad.
– Asumir que texturas uniformes corresponden al mismo objeto.
• Conclusiones:
– Es difícil reconocer objetos nuevos.
– El movimiento nos ayuda a distinguir: carnívoros.
60

61. Tratamiento de imágenes (iv)
• Visión en tiempo real
– Simplificar el problema de la visión artificial para uso p.e. en
robótica industrial (entorno prefijado).
– Técnicas:
• Usar el color: buscar sólo por determinado color.
• Usar geometrías simples (piezas, herramientas, etc.)
• Reducir la imagen: Usar una línea en vez de una matriz (linear
CCD).
• Cámaras simplificadas: cámaras IR para detectar personas.
• Uso de información del entorno: uso de las líneas de una carretera.
– Aplicación: conducción automática.
– Se pueden construir robots sin visión, como siempre depende
de la tarea. El abaratamiento de CPU está extendiendo el uso
de la visión artificial.
61

62. Integración de sensores
• Fusión de información sensores
• Diferentes sensores devuelven diferentes
tipos de información
• No es precisamente sencillo fusionar
sensores: campo de investigación actual
(ej. Neuronal)
• Suele requerir gran capacidad de
procesamiento de información
• Puede llevar a conclusiones peligrosas
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