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

Robotics adoption among the elderly

Editorial material

Consumers' behavior and the Bertrand paradox: an ACE approach

We analyze the classical Bertrand model when consumers exhibit some strategic behavior in deciding from which seller they will buy. We use two related but different tools. Both consider a probabilistic learning (or evolutionary) mechanism, and in the two of them consumers' behavior in uences the competition between the sellers. The results obtained show that, in general, developing some sort of loyalty is a good strategy for the buyers as it works in their best interest. First, we consider a learning procedure described by a deterministic dynamic system and, using strong simplifying assumptions, we can produce a description of the process behavior. Second, we use nite automata to represent the strategies played by the agents and an adaptive process based on genetic algorithms to simulate the stochastic process of learning. By doing so we can relax some of the strong assumptions used in the rst approach and still obtain the same basic results. It is suggested that the limitations of the rst approach (analytical) provide a good motivation for the second approach (Agent-Based). Indeed, although both approaches address the same problem, the use of Agent-Based computational techniques allows us to relax hypothesis and overcome the limitations of the analytical approach.

Generalized backward doubly stochastic differential equations and SPDEs with nonlinear Neumann boundary conditions

In this paper, a new class of generalized backward doubly stochastic differential equations is investigated. This class involves an integral with respect to an adapted continuous increasing process. A probabilistic representation for viscosity solutions of semi-linear stochastic partial differential equations with a Neumann boundary condition is given.

Object recognition for autonomous objects: comparison of two approaches

Report for the scientific sojourn at the Swiss Federal Institute of Technology Zurich, Switzerland, between September and December 2007. In order to make robots useful assistants for our everyday life, the ability to learn and recognize objects is of essential importance. However, object recognition in real scenes is one of the most challenging problems in computer vision, as it is necessary to deal with difficulties. Furthermore, in mobile robotics a new challenge is added to the list: computational complexity. In a dynamic world, information about the objects in the scene can become obsolete before it is ready to be used if the detection algorithm is not fast enough. Two recent object recognition techniques have achieved notable results: the constellation approach proposed by Lowe and the bag of words approach proposed by Nistér and Stewénius. The Lowe constellation approach is the one currently being used in the robot localization project of the COGNIRON project. This report is divided in two main sections. The first section is devoted to briefly review the currently used object recognition system, the Lowe approach, and bring to light the drawbacks found for object recognition in the context of indoor mobile robot navigation. Additionally the proposed improvements for the algorithm are described. In the second section the alternative bag of words method is reviewed, as well as several experiments conducted to evaluate its performance with our own object databases. Furthermore, some modifications to the original algorithm to make it suitable for object detection in unsegmented images are proposed.

ETIKETAGGER: herramienta para el etiquetaje de secuencias de imágenes

La adaptación del reconocimiento de objetos sobre la robótica móvil requiere un enfoque y nuevas aplicaciones que optimicen el entrenamiento de los robots para obtener resultados satisfactorios. Es conocido que el proceso de entrenamiento es largo y tedioso, donde la intervención humana es absolutamente necesaria para supervisar el comportamiento del robot y la dirección hacia los objetivos. Es por esta razón que se ha desarrollado una herramienta que reduce notablemente el esfuerzo humano que se debe hacer para esta supervisión, automatizando el proceso necesario para obtener una evaluación de resultados, y minimizando el tiempo que se malgasta debido a errores humanos o falta de infraestructuras.

Estudi de comportaments socials amb eixams de robots reconfigurables

Els eixams de robots distribuïts representen tot un món de possibilitats al camp de la microrobòtica, però existeixen pocs estudis que n'analitzin els comportaments socials i les interaccions entre robots autònoms distribuïts. Aquests comportaments han de permetre assolir de la manera més efectiva possible un bon resultat. Prenent com a base l'objectiu esmentat, aquest treball detalla diferents polítiques de cerca i de reconfiguració dels robots i estudia els seus comportaments per tal de determinar quins d'ells són més útils per solucionar un problema concret amb les plagues d'erugues i corcs als camps de cigroneres.

Iniciación del alumno al campo de la investigación en una asignatura multidisciplinar orientada a la robótica

La asignatura de libre elección en la que se realizó la experiencia que se indica pretende ser un trampolín de iniciación para aquellos alumnos de la Universidad Europea de Madrid que tengan inquietud por descubrir el mundo de la robótica. Con una clase de alumnos procedentes de muchas titulaciones distintas, Licenciado en Odontología, Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Ingeniero Industrial, Ingeniero Informático, Ingeniero en Telecomunicaciones, Técnicos en Obras Públicas y alumnos internacionales, el reto de hacer de la asignatura algo interesante para ellos implicaba saber adaptarse a distintos niveles tanto disciplinar (varias carreras) como académico (los alumnos eran tanto de los primeros cursos como de los últimos). Basándose en el uso del portafolio y el aprendizaje basado en problemas se fueron inculcando los conocimientos básicos necesarios para desarrollar lo que sería el final de la asignatura. Este objetivo final es el que hizo que los alumnos vieran de cerca la labor de un investigador y un grupo de trabajo multidisciplinar. El reto consistió en que debían hacer una solicitud 'ficticia' de un proyecto PROFIT. Los PROFIT constituyen programas de ayuda y fomento a la investigación técnica convocados por el Ministeriode Industria, Turismo y Comercio. Las plantillas son accesibles desde Internet y de esta forma los alumnos pudieron realizar una memoria clara y precisa de sus proyectos. Además, como elemento final de evaluación se invitó a dos profesores expertos en robótica de otra universidad al día de la presentación en el que los alumnos entregaban la memoria y defendían sus trabajos. Tres profesores en total, dos de otra universidad y el profesor de la asignatura asistieron a su defensa y pusieron de manera independiente los trabajos en orden según sus preferencias, al ser 5 grupos la nota debía ponerse entre 10, 9, 8, 7 y 6. La media de la decisión de los tres profesores configuró la nota final.

Utilització del robot mòbil com a eina d'aprenentatge en ensenyaments tècnics

En aquest Projecte de Millora de la Qualitat Docent es descriu el disseny, la construcció i la utilització d’un robot mòbil com a eina docent en titulacions d’Enginyeria. El robot mòbil té com a element de control un PC portàtil convencional per tal de facilitar el procés d’aprenentatge de l’alumnat estigui centrat en l’objectiu de les pràctiques i no en el funcionament i control del robot. A més a més, el robot disposa d’un elevat nombre de sensors i actuadors per tal d’oferir un elevat grau d’interdisciplinaritat.

Sistema integral d’anàlisi i avaluació d’un format general d’assignatura específic dels estudis de les arts

En el període 2006-2008, l'equip investigador de l'Observatori sobre la Didàctica de les Arts (ODAS) s'ha concentrat en la innovació i la investigació en el camp de la didàctica aplicada als estudis universitaris de les arts. Des del punt de vista propi de la investigació-acció, la finalitat ha estat la de plantejar i explorar una revisió integral de l'organització del treball a peu d'aula que fos extensible a d'altres assignatures i matèries. Així, prenent com a eix l'aprenentatge dels estudiants, les accions escomeses es fonamentaren en sis premisses: integració —de sessions de treball i activitats d'aprenentatge—, diversitat —d'escenaris, recursos i materials didàctics—, equilibri —entre coneixements i habilitats específiques i transversals—, modularitat —de les parts constitutives de la innovació proposada—, aplicabilitat —a d'altres assignatures i matèries— i progressió en la seva posada en marxa. I sobre aquestes bases, hom va establir cinc línies de treball: l'organització del treball a l'aula i del treball guiat de l'estudiant en diferents tipus de sessions, l'organització del treball autònom de l'alumne des dels pressupòsits d'una avaluació continuada, la incorporació de les TIC com autèntics recursos d'ensenyament-aprenentatge, la col·laboració amb d'altres unitats de la Universitat de Barcelona que tinguessin entre els seus objectius l'impuls de l'aprenentatge, i el seguiment del procés d'implantació de la iniciativa didàctica i l'anàlisi regular dels seus resultats. Pel que fa a aquest darrer punt, en aquest primer període, hom ha prioritzat l'estudi de les dades quantitatives i quasi-quantitatives derivades del judici dels alumnes que participaren en la nova proposta didàctica. En conseqüència, la investigació va acomplir una primera funció diagnòstica de la innovació docent duta a terme, i es va enquadrar en la categoria dels estudis descriptius transversals a través d'enquestes amb mostres probabilístiques.

Estudi de comportaments socials d'aixams robòtics amb aplicació a la neteja d'espais no estructurats

La intel·ligència d’eixams és una branca de la intel·ligència artificial que està agafant molta força en els últims temps, especialment en el camp de la robòtica. En aquest projecte estudiarem el comportament social sorgit de les interaccions entre un nombre determinat de robots autònoms en el camp de la neteja de grans superfícies. Un cop triat un escenari i un robot que s’ajustin als requeriments del projecte, realitzarem una sèrie de simulacions a partir de diferents polítiques de cerca que ens permetran avaluar el comportament dels robots per unes condicions inicials de distribució dels robots i zones a netejar. A partir dels resultats obtinguts serem capaços de determinar quina configuració genera millors resultats.

Simultaneous Nash bargaining with consistent beliefs

We propose and analyze a new solution concept, the R solution, for three-person, transferable utility, cooperative games. In the spirit of the Nash Bargaining Solution, our concept is founded on the predicted outcomes of simultaneous, two-party negotiations that would be the alternative to the grand coalition. These possibly probabilistic predictions are based on consistent beliefs. We analyze the properties of the R solution and compare it with the Shapley value and other concepts. The R solution exists and is unique. It belongs to the bargaining set and to the core whenever the latter is not empty. In fact, when the grand coalition can simply execute one of the three possible bilateral trades, the R solution is the most egalitarian selection of the bargaining set. Finally, we discuss how the R solution changes important conclusions of several well known Industrial Organization models.

A parameter-free approach for solving combinatorial optimization problems through biased randomization of efficient heuristics

This paper discusses the use of probabilistic or randomized algorithms for solving combinatorial optimization problems. Our approach employs non-uniform probability distributions to add a biased random behavior to classical heuristics so a large set of alternative good solutions can be quickly obtained in a natural way and without complex conguration processes. This procedure is especially useful in problems where properties such as non-smoothness or non-convexity lead to a highly irregular solution space, for which the traditional optimization methods, both of exact and approximate nature, may fail to reach their full potential. The results obtained are promising enough to suggest that randomizing classical heuristics is a powerful method that can be successfully applied in a variety of cases.

Sound Texture Modelling

In the PhD thesis “Sound Texture Modeling” we deal with statistical modelling or textural sounds like water, wind, rain, etc. For synthesis and classification. Our initial model is based on a wavelet tree signal decomposition and the modeling of the resulting sequence by means of a parametric probabilistic model, that can be situated within the family of models trainable via expectation maximization (hidden Markov tree model ). Our model is able to capture key characteristics of the source textures (water, rain, fire, applause, crowd chatter ), and faithfully reproduces some of the sound classes. In terms of a more general taxonomy of natural events proposed by Graver, we worked on models for natural event classification and segmentation. While the event labels comprise physical interactions between materials that do not have textural propierties in their enterity, those segmentation models can help in identifying textural portions of an audio recording useful for analysis and resynthesis. Following our work on concatenative synthesis of musical instruments, we have developed a pattern-based synthesis system, that allows to sonically explore a database of units by means of their representation in a perceptual feature space. Concatenative syntyhesis with “molecules” built from sparse atomic representations also allows capture low-level correlations in perceptual audio features, while facilitating the manipulation of textural sounds based on their physical and perceptual properties. We have approached the problem of sound texture modelling for synthesis from different directions, namely a low-level signal-theoretic point of view through a wavelet transform, and a more high-level point of view driven by perceptual audio features in the concatenative synthesis setting. The developed framework provides unified approach to the high-quality resynthesis of natural texture sounds. Our research is embedded within the Metaverse 1 European project (2008-2011), where our models are contributting as low level building blocks within a semi-automated soundscape generation system.

Experimentació amb eina d'àudio i vídeo a la carta i arxiu multidocumental en entorn web

L'objectiu d'aquest pràcticum és treballar amb una eina d'edició i catalogació remota de vídeos accessible via internet. L'eina ha estat desenvolupada per l'empresa Vision Robotics. La memòria reflecteix les experiències viscudes a través del treball amb aquesta eina i analitza les possibilitats de millora, les potencialitats de l'eina a més d'afegir unes reflexions finals de l'eina en general.