Sección especial sobre visión por computador y modelado 3D

La presente sección especial está dedicada a la Visión por Computador y Modelado 3D, y está compuesta por seis trabajos que abordan tanto novedosos algoritmos como relevantes aplicaciones. Es necesario destacar que la visión 3D se encuentra en un momento de importante desarrollo, ya que la aparición de nuevos equipos (cámaras ToF, escáneres láseres...) está permitiendo el planteamiento y la resolución de nuevos problemas. Por otro lado, la creación de modelos 3D es una fase fundamental para la resolución de estos problemas. Además de las ya tradicionales aplicaciones industriales, destacan las aportaciones en el guiado y modelado de sistemas autónomos, su interacción con humanos o el reconocimiento y modelado de objetos en entornos complejos.

Visual Servoing for the Robotenis System: a Strategy for a 3 DOF Parallel Robot to Hit a Ping-Pong Ball

This article describes a new visual servo control and strategies that are used to carry out dynamic tasks by the Robotenis platform. This platform is basically a parallel robot that is equipped with an acquisition and processing system of visual information, its main feature is that it has a completely open architecture control, and planned in order to design, implement, test and compare control strategies and algorithms (visual and actuated joint controllers). Following sections describe a new visual control strategy specially designed to track and intercept objects in 3D space. The results are compared with a controller shown in previous woks, where the end effector of the robot keeps a constant distance from the tracked object. In this work, the controller is specially designed in order to allow changes in the tracking reference. Changes in the tracking reference can be used to grip an object that is under movement, or as in this case, hitting a hanging Ping-Pong ball. Lyapunov stability is taken into account in the controller design.

A method for Kinematic Calibration of a Parallel Robot by using one camera in hand and a spherical object

The main purpose of robot calibration is the correction of the possible errors in the robot parameters. This paper presents a method for a kinematic calibration of a parallel robot that is equipped with one camera in hand. In order to preserve the mechanical configuration of the robot, the camera is utilized to acquire incremental positions of the end effector from a spherical object that is fixed in the word reference frame. The positions of the end effector are related to incremental positions of resolvers of the motors of the robot, and a kinematic model of the robot is used to find a new group of parameters which minimizes errors in the kinematic equations. Additionally, properties of the spherical object and intrinsic camera parameters are utilized to model the projection of the object in the image and improving spatial measurements. Finally, the robotic system is designed to carry out tracking tasks and the calibration of the robot is validated by means of integrating the errors of the visual controller.

Prácticas de Topografía con el Observatorio Robotizado Montegancedo

En el programa formativo del actual Ingeniero Técnico en Topografía está presente la Astronomía Geodésica o de Posición con el fin de que el futuro profesional conozca los elementos de astronomía necesarios para poder calcular coordenadas latitud y longitud de puntos sobre la superficie terrestre, así como el acimut de direcciones a otros puntos a partir de observaciones a las estrellas. Aunque los métodos astronómicos se van sustituyendo por los métodos por observaciones a satélites (GNSS), ciertos conocimientos astronómicos son necesarios para poder comprender tanto los sistemas de referencias celestes y terrestres, como las observaciones geodésicas y geofísicas. Dentro de este programa formativo juegan un papel fundamental la realización de prácticas en las que el alumno vea y desarrolle sus habilidades para calcular parámetros astronómicos, resultado de su propia observación. En la ETSI de Topografía se viene realizando prácticas de observación a la estrella polar, con el fin de calcular el acimut de una dirección. También observaciones al Sol con el mismo objetivo. La utilización de equipos ópticos clásicos en esta observación entraña cierto riesgo al colocar el ojo sobre el ocular cuando se tiene enfocado el Sol. En prevención de fatales accidentes estas observaciones al Sol fueron retiradas del programa formativo. Recientemente, y gracias a la utilización de un telescopio robotizado, el observatorio Montegancedo (http://om.fi.upm.es), y con registro de imágenes, se ha podido rescatar este tipo de prácticas de observaciones al Sol en la formación de los ingenieros técnicos topográficos (ITT) de la Escuela. Se muestran en este artículo los objetivos perseguidos en esta experiencia, los métodos y materiales utilizados para la misma así como una serie de impresiones finales que se han encontrado en la realización de estas experiencias prácticas.

An Inexpensive Method for Kinematic Calibration of a Parallel Robot by Using One Hand-Held Camera as Main Sensor

This paper presents a novel method for the calibration of a parallel robot, which allows a more accurate configuration instead of a configuration based on nominal parameters. It is used, as the main sensor with one camera installed in the robot hand that determines the relative position of the robot with respect to a spherical object fixed in the working area of the robot. The positions of the end effector are related to the incremental positions of resolvers of the robot motors. A kinematic model of the robot is used to find a new group of parameters, which minimizes errors in the kinematic equations. Additionally, properties of the spherical object and intrinsic camera parameters are utilized to model the projection of the object in the image and thereby improve spatial measurements. Finally, several working tests, static and tracking tests are executed in order to verify how the robotic system behaviour improves by using calibrated parameters against nominal parameters. In order to emphasize that, this proposed new method uses neither external nor expensive sensor. That is why new robots are useful in teaching and research activities.

Sistema de visión tridimensional recursivo utilizando múltiples vistas de una cámara para control servovisual de robots móviless

Este trabajo presenta un sistema de visión tridimensional utilizando múltiples vistas de una única cámara, para su utilización en el control servovisual de robots móviles. Mediante el sistema de visión propuesto se determinan las dimensiones físicas de un objeto en el espacio de trabajo del robot. Esto permite extender el uso de un controlador, previamente propuesto por los autores, para logar que un robot móvil se posicione respecto de un objeto de dimensiones desconocidas.

Memoria sobre Essviks Sulfitfabrik

A propuesta de la Escuela Especial de Ingenieros de Montes fuí designado por la "Comisión Internacional de Intercambio de Estudiantes Técnicos" para verificar prácticas durante dos meses en la fábrica de Essviks Sulfitfabrik de Essvik (Suecia)

Manuales técnicos para la elaboración de huertos de patio sostenible y transformación de la producción en San Jose de Cusmapa (Nicaragua)

El proyecto ha sido realizado dentro del Programa de Proyectos Fin de Carrera para el Desarrollo (PFCD), correspondiente a la IV Convocatoria. Se realizó en el marco del proyecto financiado por la Universidad Politécnica de Madrid,“Reducción de la vulnerabilidad alimentaria de las familias rurales de San José de Cusmapa”. Con el título de “Manuales técnicos para la elaboración dehuertos de patio sostenibles y trasformación de la producción”, elproyecto está formado por tres documentos, la memoria y sus anejos, presupuesto y manuales técnicos diseñados. Este proyecto no sólo tiene el carácter académico de Proyecto Fin de Carrera, sino también, educativo y humano. Es una herramienta para el desarrollo humano, que mediante la educación agronómica (uno de los objetivos específicos), trata de mejorar los índices de desarrollo (objetivo general). Durante el periodo de nueve meses(octubre 2010 a junio 2011) se realizó el trabajo de campo, mediante la recogida de información, aprendizaje de técnicas, ensayos, y otras experiencias vividas. Con los objetivos y el análisis de la situación actual se realizaron tres manuales técnicos, resultado final del proyecto. El primero,recoge las técnicas de elaboración de un huerto y los cultivos que se pueden sembrar. El segundo, está centrado en el control y prevención de plagas y enfermedades. El tercero se divide en dos bloques, el primero de conservación y trasformación de alimentos, de forma casera, y el segundo bloque la importancia de la dieta y la nutrición. Los manuales han sido diseñados para que estén al alcance de las personas que lo necesiten y de las cuales, muchas de ellas, han colaborado en su realización. El compromiso no solo es académico, sino también humano y emocional. El trabajo diario, los ensayos,los errores y aciertos, la convivencia con los beneficiarios y el aprendizaje continuo, me han permitido obtener una educación profesional y social, ayudándome a desarrollarme como persona.

Hacia una metodología en la enseñanza de las rocas y de los minerales industriales

El mercado de las rocas industriales desde el punto de vista económico se ha desarrollado de manera espectacular en los últimos tiempos. Eso es especialmente cierto en lo que se refiere a las rocas ornamentales, si bien los materiales pétreos utilizados en la construcción han experimentado también un importante ascenso.

Arquitectura cognitiva basada en el gradiente sensorial y su aplicación a la robótica móvil

El objetivo de esta tesis es el desarrollo de un sistema completo de navegación, aprendizaje y planificación para un robot móvil. Dentro de los innumerables problemas que este gran objetivo plantea, hemos dedicado especial atención al problema del conocimiento autónomo del mundo. Nuestra mayor preocupación ha sido la de establecer mecanismos que permitan, a partir de información sensorial cruda, el desarrollo incremental de un modelo topológico del entorno en el que se mueve el robot. Estos mecanismos se apoyan invariablemente en un nuevo concepto propuesto en esta tesis: el gradiente sensorial. El gradiente sensorial es un dispositivo matemático que funciona como un detector de sucesos interesantes para el sistema. Una vez detectado uno de estos sucesos, el robot puede identificar su situación en un mapa topológico y actuar en consecuencia. Hemos denominado a estas situaciones especiales lugares sensorialmente relevantes, ya que (a) captan la atención del sistema y (b) pueden ser identificadas utilizando la información sensorial. Para explotar convenientemente los modelos construidos, hemos desarrollado un algoritmo capaz de elaborar planes internalizados, estableciendo una red de sugerencias en los lugares sensorialmente relevantes, de modo que el robot encuentra en estos puntos una dirección recomendada de navegación. Finalmente, hemos implementado un sistema de navegación robusto con habilidades para interpretar y adecuar los planes internalizados a las circunstancias concretas del momento. Nuestro sistema de navegación está basado en la teoría de campos de potencial artificial, a la que hemos incorporado la posibilidad de añadir cargas ficticias como ayuda a la evitación de mínimos locales. Como aportación adicional de esta tesis al campo genérico de la ciencia cognitiva, todos estos elementos se integran en una arquitectura centrada en la memoria, lo que pretende resaltar la importancia de ésta en los procesos cognitivos de los seres vivos y aporta un giro conceptual al punto de vista tradicional, centrado en los procesos. The general objective of this thesis is the development of a global navigation system endowed with planning and learning features for a mobile robot. Within this general objective we have devoted a special effort to the autonomous learning problem. Our main concern has been to establish the necessary mechanisms for the incremental development of a topological model of the robot’s environment using the sensory information. These mechanisms are based on a new concept proposed in the thesis: the sensory gradient. The sensory gradient is a mathematical device which works like a detector of “interesting” environment’s events. Once a particular event has been detected the robot can identify its situation in the topological map and to react accordingly. We have called these special situations relevant sensory places because (a) they capture the system’s attention and (b) they can be identified using the sensory information. To conveniently exploit the built-in models we have developed an algorithm able to make internalized plans, establishing a suggestion network in the sensory relevant places in such way that the robot can find at those places a recommended navigation direction. It has been also developed a robust navigation system able to navigate by means of interpreting and adapting the internalized plans to the concrete circumstances at each instant, i.e. a reactive navigation system. This reactive system is based on the artificial potential field approach with the additional feature introduced in the thesis of what we call fictitious charges as an aid to avoid local minima. As a general contribution of the thesis to the cognitive science field all the above described elements are integrated in a memory-based architecture, emphasizing the important role played by the memory in the cognitive processes of living beings and giving a conceptual turn in the usual process-based approach.

Bovedas Encamonadas: Origen, Evolucion, Geometria y Construccion entre los Siglos XVII y XVIII en el Virreinato de Perú

Desde la creación del Virreinato del Perú, en el siglo XVI, los arcos, bóvedas y cúpulas se acostumbraban a levantar con piedra y fábrica. Sin embargo estas tierras eran sacudidas periodicamente por terremotos, produciendo el colapso de la mayoría de estas edificaciones. Para el siglo XVII los alarifes ya habían experimentado diversas maneras de levantar bóvedas, sin haberse encontrado una respuesta razonable en términos de tiempo, economía y estabilidad frente a los sismos. En medio de este panorama se produjo la introducción de las bóvedas encamonadas a mediados del siglo XVII, consolidandose en el resto de la centuria hasta el punto de terminar convirtiéndose en un recurso tradicional y de estimada elaboración dentro de la arquitectura virreinal peruana. Las bóvedas encamonadas se realizaban con tablas de madera (camones) que se solapaban entre sí para formar arcos (cerchas), los cuales definían la forma que tendrían las bóvedas, y eran estabilizados lateralmente mediante correas. Sobre los arcos y correas se colocaba un cerramiento que podía ser un entablado, unos listones de madera o simplemente un tendido a base de cañas. En la mayoría de casos se finalizaba con un recubrimiento aislante de barro por el extradós y otro decorativo de yeso por el intradós. Precisamente estas bóvedas constituyen el objeto de la presente tesis, específicamente en su devenir histórico entre los siglos XVII y XVIII en el ámbito territorial del Virreinato del Perú, partiendo del examen de los tratados de arquitectura coetáneos y del estudio de las bóvedas de madera en España, para finalizar con el análisis de las características geométricas y constructivas que lograron definir en ellas los alarifes peruanos. Since the creation of the Viceroyalty of Peru, in the sixteenth century, arches, vaults and domes were accustomed to build with stone and masonry. However, these lands were periodically shaken by earthquakes, causing the collapse of most of these buildings. For the seventeenth century the master masons had already experienced several ways to build vaults, without having found a reasonable response in terms of time, economy and stability against earthquakes. Into this context the master carpenters introduced the wooden vaults since seventeenth century, and this constructive system was consolidated around the rest of the century to the end point of becoming a traditional and estimated resource of the Peruvian colonial architecture. The wooden vaults were made with timber planks (camones) that overlapped each other to form arches (cerchas), which defined the shape of the vaults, and were stabilized laterally by purlins. Above the arches and purlins placed planks, wooden strips or just cane. In most cases ended with a mud plaster insulating the extrados and a decorative gypsum plaster on the intrados. Precisely these vaults are the subject of this thesis, specifically in its historical way between the seventeenth and eighteenth centuries in the territory of the Viceroyalty of Peru. Since an examination of the architectural treatises and the Spanish wooden vaults, and concluding with the analysis of the geometric and constructive system that Peruvian builders were able to define on them.

La cigüeña negra, Ciconia nigra, en concentraciones postnupciales y migratorias ibéricas : fenología, actividad y estructura de edades

Las concentraciones migratorias y postnupciales de cigüeña negra han sido objeto de estudio en 22 localidades de las provincias de Ciudad Real, Cáceres y Badajoz (centro y oeste de España). Entre 2003 y 2006 se visitaron periódicamente distintos tipos de humedales con presencia habitual de la especie durante los pasos migratorios, desde el 21 de julio hasta el 10 de octubre. En 174 de las 339 visitas realizadas se detectó la presencia de cigüeña negra. El número promedio registrado de ejemplares por bando resultó de 11,3 ejemplares. Las fechas en que se contabilizaron más individuos, tanto en valores absolutos como relativos, correspondieron al período del 11 al 20 de septiembre. La mayor parte de los ejemplares datados (69,1%) resultaron adultos (plumaje de más de 3 años de edad), seguidos por jóvenes del año (20,2%) e inmaduros-subadultos (10,6%, 2-3 años de edad). A lo largo de todo el período migratorio se mantuvo constante la proporción de edades, salvo en el mes de octubre, cuando se incrementó la presencia aves juveniles. Durante las horas centrales del día se registró el mayor número relativo de aves sedimentadas en los humedales estudiados. Entre las 13:00 h y las 16:00 h (GMT + 2h) se censó el 62,7% de las cigüeñas negras presentes. Alrededor de la mitad de los individuos (52,5%) emplearon las áreas de concentración estudiadas para descansar y sestear.

Procesamiento y almacenamiento distribuido de imágenes basados en grafos: Aplicación para recuperación de información en imágenes muy grandes

El almacenamiento y tratamiento de señales digitales es un campo muy importante de la informática. Dichas señales contienen información valiosa que ha de ser extrada y transformada para poder ser utilizada. En la presente tesis doctoral se han creado métodos para almacenar, procesar y recuperar información de las regiones contenidas en una imagen, en especial en imágenes de gran tamaño. Como base del trabajo se ha diseñado una estructura de datos de tipo grafo para poder almacenar todas las regiones contenidas en una imagen. En esta estructura de datos se pueden guardar tanto los descriptores de bajo nivel de las regiones como las relaciones estructurales entre las distintas regiones de la imagen. En los sistemas de almacenamiento de imágenes es una práctica habitual distribuir las imágenes para mejorar el rendimiento. Más allá de este tipo de distribución, una característica distintiva y novedosa de la estructura de datos creada en la presente investigación es que puede funcionar de forma distribuida de manera que una imagen grande puede ser dividida en varias subimagenes, y dichas sub-imágenes pueden ser almacenadas de forma separada en varios servidores. También se han adaptado algunos métodos y algoritmos pertenecientes a la Morfología Matemática para trabajar directamente sobre la estructura de datos distribuida. De esta manera, se pueden procesar todas las sub-imágenes de una misma imagen sin necesidad de reconstruir la imagen inicial. Finalmente, haciendo uso de la estructura de datos y de los métodos desarrollados se ha creado un prototipo de sistema multi-agente capaz de almacenar y procesar imágenes grandes. Este prototipo permite realizar consultas para recuperar información perteneciente a regiones de una imagen almacenada en el sistema sin necesidad de volver a ser procesada. En la experimentación realizada, resumida en los resultados presentados, se muestra que la división y distribución de una imagen en varias sub-imágenes reduce los tiempos de almacenamiento, procesamiento y recuperación de la información.

Caracterización Dinámica de Partículas Magnéticas y su Uso en Aplicaciones Biomédicas

El uso de las partículas magnéticas ha venido a más durante los últimos 10 años. Lo anterior ha estado condicionado por factores como la amplia investigación en materiales a nivel atómico, los retos propuestos por las diferentes áreas de investigación donde los niveles nanométricos cobran importancia, la inherente innovación tecnológica que pueden aportar a la industria dichas escalas y finalmente, el impacto socioeconómico que pueden tener estos avances tecnológicos. Sin embargo, la traslación a la industria de los avances tecnológicos se ha visto limitada por la falta de estrategias, ya que el 88% del conocimiento se queda en Universidades y Centros de Investigación y el resto, 12%, pasa a la industria o es obtenido en ella. En este trabajo de investigación se ha tratado de completar el círculo de idea, conceptualización, generación de conocimiento, prototipo, prueba in vitro y prueba in vivo; todo ello para dejar el menor espacio posible entre Investigación e Industria. Se ha fabricado un recinto que permite la observación del comportamiento de las partículas magnéticas cuando están inmersas en un medio con viscosidad controlada y con una fuente magnética estática. De la observación experimental se han encontrado fenómenos magnéticos como la aglomeración y la autoorganización, que han sido aprovechados, no solo para ofrecer una solución alternativa a la corrección del desprendimiento de retina, sino también para promover las mejoras de métodos de separación y/o filtrado celular, ayuda en correcciones ortopédicas o en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades degenerativas. Particularizando en la corrección del desprendimiento de retina, se ha desarrollado y patentado un Dispositivo Ocular cuya función es la de tapón del agujero retiniano, ayudando en la cicatrización de la retina. Dicho dispositivo ha sido evaluado en conejos albinos neozelandeses obteniéndose un éxito en la reaplicación de la retina del 80% y resultando su toxicidad en condición difusa tras evaluación anatomopatológica. Así mismo, el ferrofluido diseñado y fabricado se ha localizado en la zona de interacción magnética siempre y su disposición ha sido en el mayor de los casos en forma de placa pero también se han formado anillos; lo anterior no ha afectado en ningún sentido el éxito en la reaplicación de la retina. Por otro lado, no se han encontrado indicios de siderosis en la zona de interacción magnética, sus alrededores o el resto del globo ocular; ni las células han presentado apoptosis inducida por los materiales introducidos en el ojo. Sin embargo, se ha encontrado una fuerte necrosis inducida por la presión ejercida sobre la retina por el dispositivo ocular, evidenciando la necesidad de un mejor control de dicha presión. Tras la caracterización de los copos y la presión que éstos ejercen, se ha podido identificar que el dispositivo ocular se puede sintonizar para inducir una presión entre 0.5 y 2.5 mmHg; por tanto se puede vislumbrar que es posible minimizar la muerte celular causada en las células retinianas. Finalmente, tras la experimentación con conejos se ha observado que el dispositivo ocular resuelve los problemas inducidos por las siliconas o los gases e inclusive aporta ventajas competitivas de alto valor añadido como: no requerir de posiciones incómodas en el post-operatorio, no modifica las propiedades ópticas del ojo ya que no es necesario dejar silicona o gases en el interior del ojo, se pueden sellar múltiples agujeros retinianos, corrección de desprendimiento de retina inferior sin complicaciones asociadas, etc.; en definitiva mejora la calidad de vida domiciliaria del paciente además de solventar los problemas inducidos por las soluciones actuales. The using of magnetic particles has become more important during last 10 years. This event has been conditioned by several factors like a wide researching on materials at atomic level, the challenges proposed by different research areas where nanometric levels became important, the inherent technological innovation to the industry and finally, the socioeconomic impact of these kinds of technologies. However, the nanotechnological advances have not been well addressed to the industry since 88% of the acknowledge keeps on Universities and Research Centers, and the remaining 12% goes through the industry or is obtained in it. In this research work, we have tried to complete the entire process about idea, concept, acknowledge generation, prototyping and in vitro and in vivo testing; all to leave as little space as possible between Research and Industry. We have built an experimental hall which allows us the observation of magnetic particles' behavior when are immersing in a controlled viscous medium and under a static magnetic field. The experimental observation has been useful to identify and use two magnetic phenomena: agglomeration and self-organization; no only for retinal detachment, but also to improve cellular separation and/or filtered methods, orthopedic solutions or the diagnostic and treatment of degenerative diseases. Particularizing on retinal detachment, we have developed and patented an Ocular Device which its function is acting like a tampon of the retinal hole for helping with the scarring retina. The device has been evaluated in animals and the results show that we can achieve a success of 80% before rabbit’s death and non cell apoptosis, only necrosis, over the retina attached by the ocular device after anatomopathological evaluation. Also we have identified a diffuse toxicity after anatomopathological evaluation, so more experimenting must be proposed. Otherwise, the ferrofluid has been localized where the magnetic interaction area is located and its deposition has been in most cases plaque shape like but rings have also been observed; this has not affected in any way the successful reattachment of the retina. On the other hand, we have not found any evidence of siderosis in the magnetic interaction zone, near of or some other place of the ocular globe; and we did not find any apoptosis induced by the materials inserted within the eye. However full necrosis, exactly on the magnetic interaction zone, has been found and induced by the pressure exerted over the retina by the ocular device, evidencing the needing of its better control. After flakes’ characterization and its pressure exerted, we identified that the ocular device can be tuned in order to induce a pressure between 0.5 and 2.5 mmHg; therefore we can perceive that death caused to the retinal cells can be minimized. Finally, the experimentation has shown that the ocular device solves all problems induced by silicone or gases an even contributes with some other competitive advantages of high added value like: no uncomfortable postoperative positions, it does not modify any optical property of the eye because there is no needing of leaving silicone or gases inside the eye, many holes can be sealed, the inferior retinal detachment can be solve without any complications, etc.; definitively the ocular device improves patients’ quality of life.

Presencia de Phellinus pini en masas de pino silvestre en la Sierra de Guadarrama: influencia de factores estacionales y selvícolas

Los objetivos de este trabajo son analizar la relación entre factores estacionales y selvícolas y la presencia de P. pini en la masa de origen natural de pino silvestre localizada en la Sierra de Guadarrama, y realizar una evaluación de la capacidad de predecir las situaciones más vulnerables al ataque. Según el modelo, la probabilidad de presencia de P. pini disminuye de forma lineal con la altitud. La variación en la orientación apenas influye en la probabilidad de presencia de pies chamosos excepto en las zonas de solana pura en las que la probabilidad aumenta ligeramente. Tanto la densidad como el área basimétrica influyen positivamente en la probabilidad de presencia de P. pini. El efecto de ambas variables es de forma sigmoide, con valores máximos de probabilidad de presencia a partir de 35m2/ha y por debajo de 500 pies/ha. La evaluación interna (usando bootstrap) de la capacidad predictiva del modelo es aceptable para la discriminación (área bajo la curva ROC de 0.71) y muy buena para la calibración (pendiente= 0.95; constante= -0.04). A la espera de una validación del modelo con una muestra independiente, los resultados sugieren que el riesgo de daños por P. pini se puede pronosticar de forma fiable con el modelo desarrollado.