A survey on coverage path planning for robotics

Coverage Path Planning (CPP) is the task of determining a path that passes over all points of an area or volume of interest while avoiding obstacles. This task is integral to many robotic applications, such as vacuum cleaning robots, painter robots, autonomous underwater vehicles creating image mosaics, demining robots, lawn mowers, automated harvesters, window cleaners and inspection of complex structures, just to name a few. A considerable body of research has addressed the CPP problem. However, no updated surveys on CPP reflecting recent advances in the field have been presented in the past ten years. In this paper, we present a review of the most successful CPP methods, focusing on the achievements made in the past decade. Furthermore, we discuss reported field applications of the described CPP methods. This work aims to become a starting point for researchers who are initiating their endeavors in CPP. Likewise, this work aims to present a comprehensive review of the recent breakthroughs in the field, providing links to the most interesting and successful works

Manipulador robótico con visión artificial

En los tiempos que corren la robótica forma uno de los pilares más importantes en la industria y una gran noticia para los ingenieros es la referente a las ventas de estos, ya que en 2013, unos 179.000 robots industriales se vendieron en todo el mundo, de nuevo un máximo histórico y un 12% más que en 2012 según datos de la IFR (International Federation of Robotics). Junto a esta noticia, la robótica colaborativa entra en juego en el momento que los robots y los seres humanos deben compartir el lugar de trabajo sin que nos veamos excluidos por las maquinas, por lo tanto lo que se intenta es que los robots mejoren la calidad del trabajo al hacerse cargo de los trabajos peligrosos, tediosos y sucios que no son posibles o seguros para los seres humanos. Otro concepto muy importante y directamente relacionado con lo anterior que está muy en boga y se escucha desde hace relativamente poco tiempo es el de la fabrica del futuro o “Factory Of The Future” la cual intenta que los operarios y los robots encuentren la sintonía en el entorno laboral y que los robots se consideren como maquinaria colaborativa y no como sustitutiva, considerándose como uno de los grandes nichos productivos en plena expansión. Dejando a un lado estos conceptos técnicos que nunca debemos olvidar si nuestra carrera profesional va enfocada en este ámbito industrial, el tema central de este proyecto está basado, como no podía ser de otro modo, en la robótica, que junto con la visión artificial, el resultado de esta fusión, ha dado un manipulador robótico al que se le ha dotado de cierta “inteligencia”. Se ha planteado un sencillo pero posible proceso de producción el cual es capaz de almacenar piezas de diferente forma y color de una forma autónoma solamente guiado por la imagen capturada con una webcam integrada en el equipo. El sistema consiste en una estructura soporte delimitada por una zona de trabajo en la cual se superponen unas piezas diseñadas al efecto las cuales deben ser almacenadas en su lugar correspondiente por el manipulador robótico. Dicho manipulador de cinemática paralela está basado en la tecnología de cables, comandado por cuatro motores que le dan tres grados de libertad (±X, ±Y, ±Z) donde el efector se encuentra suspendido sobre la zona de trabajo moviéndose de forma que es capaz de identificar las características de las piezas en situación, color y forma para ser almacenadas de una forma ordenada según unas premisas iníciales.

Simulació del comportament d'uns individus en un entorn i desenvolupament d'un videojoc educatiu de programació

Aquest projecte tracta la implementació d’una aplicació capaç de simular el comportament d’uns individus que segueixen el seu propi algorisme en un entorn que planteja certes dificultat per a la supervivència: hi ha obstacles i fonts que proveeixen energia que els individus necessiten per existir. S’han desenvolupat les eines necessàries perquè l’usuari pugui visualitzar, recollir dades i interactuar amb l’entorn d’una forma còmoda i intuïtiva. Sobre aquesta base, s’ha implementat un videojoc que planteja reptes a l’usuari que es poden resoldre a través de l’edició dels algorismes d’un o més individus, és a dir, a través de la programació. D’aquesta manera s’introdueix a l’usuari en els principis de l’algorismia d’una forma lúdica i molt visual.

Robotics adoption among the elderly

Editorial material

Shout and Act: an Algorithm for Digital Objects Preservation Inspired from Rescue Robots

We adapt the Shout and Act algorithm to Digital Objects Preservation where agents explore file systems looking for digital objects to be preserved (victims). When they find something they “shout” so that agent mates can hear it. The louder the shout, the urgent or most important the finding is. Louder shouts can also refer to closeness. We perform several experiments to show that this system works very scalably, showing that heterogeneous teams of agents outperform homogeneous ones over a wide range of tasks complexity. The target at-risk documents are MS Office documents (including an RTF file) with Excel content or in Excel format. Thus, an interesting conclusion from the experiments is that fewer heterogeneous (varying skills) agents can equal the performance of many homogeneous (combined super-skilled) agents, implying significant performance increases with lower overall cost growth. Our results impact the design of Digital Objects Preservation teams: a properly designed combination of heterogeneous teams is cheaper and more scalable when confronted with uncertain maps of digital objects that need to be preserved. A cost pyramid is proposed for engineers to use for modeling the most effective agent combinations

Image Segmentation Using Information Bottleneck Method

In image processing, segmentation algorithms constitute one of the main focuses of research. In this paper, new image segmentation algorithms based on a hard version of the information bottleneck method are presented. The objective of this method is to extract a compact representation of a variable, considered the input, with minimal loss of mutual information with respect to another variable, considered the output. First, we introduce a split-and-merge algorithm based on the definition of an information channel between a set of regions (input) of the image and the intensity histogram bins (output). From this channel, the maximization of the mutual information gain is used to optimize the image partitioning. Then, the merging process of the regions obtained in the previous phase is carried out by minimizing the loss of mutual information. From the inversion of the above channel, we also present a new histogram clustering algorithm based on the minimization of the mutual information loss, where now the input variable represents the histogram bins and the output is given by the set of regions obtained from the above split-and-merge algorithm. Finally, we introduce two new clustering algorithms which show how the information bottleneck method can be applied to the registration channel obtained when two multimodal images are correctly aligned. Different experiments on 2-D and 3-D images show the behavior of the proposed algorithms

View-dependent information theory quality measures for pixel sampling and scene discretization in flatland

In this paper, we present view-dependent information theory quality measures for pixel sampling and scene discretization in flatland. The measures are based on a definition for the mutual information of a line, and have a purely geometrical basis. Several algorithms exploiting them are presented and compare well with an existing one based on depth differences

Point sampling with uniformly distributed lines

In this paper we address the problem of extracting representative point samples from polygonal models. The goal of such a sampling algorithm is to find points that are evenly distributed. We propose star-discrepancy as a measure for sampling quality and propose new sampling methods based on global line distributions. We investigate several line generation algorithms including an efficient hardware-based sampling method. Our method contributes to the area of point-based graphics by extracting points that are more evenly distributed than by sampling with current algorithms

Ambient intelligence application based on environmental measurements performed with an assistant mobile robot

This paper proposes the use of an autonomous assistant mobile robot in order to monitor the environmental conditions of a large indoor area and develop an ambient intelligence application. The mobile robot uses single high performance embedded sensors in order to collect and geo-reference environmental information such as ambient temperature, air velocity and orientation and gas concentration. The data collected with the assistant mobile robot is analyzed in order to detect unusual measurements or discrepancies and develop focused corrective ambient actions. This paper shows an example of the measurements performed in a research facility which have enabled the detection and location of an uncomfortable temperature profile inside an office of the research facility. The ambient intelligent application has been developed by performing some localized ambient measurements that have been analyzed in order to propose some ambient actuations to correct the uncomfortable temperature profile.

Els robots s'inspiren en les taràntules

La robòtica està experimentant un gran auge, amb el disseny de màquines cada cop més sofisticades i complexes pel que fa a les funcions que poden dur a terme i a la capacitat d'interacció amb les persones. Molta inspiració ve de la natura. Un dels reptes actuals és optimitzar els sistemes que controlen el moviment de les extremitats perquè permetin ajustar la velocitat i la coordinació de manera precisa i ràpida. Anna N. Ahn i els seus col·laboradors, dels departaments de biologia i d'enginyeria del Pitzer College i del Harvey Mudd College de Claremont, als EUA, han proposat un sistema de control basat en el moviment de les extremitats de les aranyes. Concretament, han estudiat la locomoció hidràulica de les taràntules, que es veu afectada per la temperatura, segons han publicat a The Journal of Experimental Biology.

Escacs, un sistema intel·ligent

Des dels inicis dels ordinadors com a màquines programables, l’home ha intentat dotar-los de certa intel•ligència per tal de pensar o raonar el més semblant possible als humans. Un d’aquests intents ha sigut fer que la màquina sigui capaç de pensar de tal manera que estudiï jugades i guanyi partides d’escacs. En l’actualitat amb els actuals sistemes multi tasca, orientat a objectes i accés a memòria i gràcies al potent hardware del que disposem, comptem amb una gran varietat de programes que es dediquen a jugar a escacs. Però no hi ha només programes petits, hi ha fins i tot màquines senceres dedicades a calcular i estudiar jugades per tal de guanyar als millors jugadors del món. L’objectiu del meu treball és dur a terme un estudi i implementació d’un d’aquests programes, per això es divideix en dues parts. La part teòrica o de l’estudi, consta d’un estudi dels sistemes d’intel•ligència artificial que es dediquen a jugar a escacs, estudi i cerca d’una funció d’avaluació vàlida i estudi dels algorismes de cerca. La part pràctica del treball es basa en la implementació d’un sistema intel•ligent capaç de jugar a escacs amb certa lògica. Aquesta implementació es porta a terme amb l’ajuda de les llibreries SDL, utilitzant l’algorisme minimax amb poda alfa-beta i codi c++. Com a conclusió del projecte m’agradaria remarcar que l’estudi realitzat m’ha deixat veure que crear un joc d’escacs no era tan fàcil com jo pensava però m’ha aportat la satisfacció d’aplicar tot el que he après durant la carrera i de descobrir moltes altres coses noves.

Anàlisi d'imatges estereoscòpiques utilitzant mètodes de baixa càrrega computacional

Mitjançant imatges estereoscòpiques es poden detectar la posició respecte de la càmera dels objectes que apareixen en una escena. A partir de les diferències entre les imatges captades pels dos objectius es pot determinar la profunditat dels objectes. Existeixen diversitat de tècniques de visió artificial que permeten calcular la localització dels objectes, habitualment amb l’objectiu de reconstruir l’escena en 3D. Aquestes tècniques necessiten una gran càrrega computacional, ja que utilitzen mètodes de comparació bidimensionals, i per tant, no es poden utilitzar per aplicacions en temps real. En aquest treball proposem un nou mètode d’anàlisi de les imatges estereoscòpiques que ens permeti obtenir la profunditat dels objectes d’una escena amb uns resultats acceptables. Aquest nou mètode es basa en transformar la informació bidimensional de la imatge en una informació unidimensional per tal de poder fer la comparació de les imatges amb un baix cost computacional, i dels resultats de la comparació extreure’n la profunditat dels objectes dins l’escena. Això ha de permetre, per exemple, que aquest mètode es pugui implementar en un dispositiu autònom i li permeti realitzar operacions de guiatge a través d’espais interiors i exteriors.

Optimització de la tècnica del miralls màgics a partir de mesures de teoria de la informació

La visualització científica estudia i defineix algorismes i estructures de dades que permeten fer comprensibles conjunts de dades a través d’imatges. En el cas de les aplicacions mèdiques les dades que cal interpretar provenen de diferents dispositius de captació i es representen en un model de vòxels. La utilitat d’aquest model de vòxels depèn de poder-lo veure des del punt de vista ideal, és a dir el que aporti més informació. D’altra banda, existeix la tècnica dels Miralls Màgics que permet veure el model de vòxels des de diferents punts de vista alhora i mostrant diferents valors de propietat a cada mirall. En aquest projecte implementarem un algorisme que permetrà determinar el punt de vista ideal per visualitzar un model de vòxels així com també els punts de vista ideals per als miralls per tal d’aconseguir el màxim d’informació possible del model de vòxels. Aquest algorisme es basa en la teoria de la informació per saber quina és la millor visualització. L’algorisme també permetrà determinar l’assignació de colors òptima per al model de vòxels