Métodes d'aprenentatge per reforç basats en la política i la seva aplicació a la robótica

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Robot Locomotion Group del Massachusetts Institute of Technology, Estats Units, entre març i agost del 2006. Es descriu la feina portada a terme en el camp de l'aprenentatge per reforç (RL), una metodologia molt utilitzada en aprenentatge artificial. En RL, un agent intenta maximitzar un valor escalar (càstig o premi) obtingut com a resultat de la seva interacció amb l'entorn. L'objectiu d'un sistema basat en RL és el de trobar una política d'actuació òptima que relaciona l'estat de l'entorn amb una acció determinada que maximitzi la suma de reforços futurs. El principal avantatge és que no utilitza cap base de dades conegudes, així que l'agent no rep informació sobre quina decisió triar, com succeeix en molts tipus d'aprenentatge, sinó que ha de triar per descobrir aquelles accions que tenen un valor més alt, sent molt adient en robòtica aplicada. Els principals desavantatges són uns temps de convergència sovint elevats i la manca de generalització quan tractem variables contínues. Principalment, el treball s’ha centrat en l'estudi de noves i més complexes metodologies basades en RL que combinessin dos tipus d'algorismes: els basats en funcions de valor i els representats únicament per una política d'actuació. Posteriorment s'analitzà la seva aplicabilitat en aplicacions robòtiques reals. En tots els estudis i les simulacions s’ha utilitzat un braç robòtic dissenyat i contruït al laboratori. El tipus de robot, anomenat Acrobot, és un banc de proves molt utilitzat en els camps de teoria de control i aprenentatge.

Análisis de prestaciones de sistemas de comunicaciones inalámbricas en aplicaciones de robótica: sistema software

Una característica importante de la robótica es la comunicación entre sistema base y robot que puede establecerse de forma remota. Ello representa la base del proyecto que se describe a continuación, el cual se descompone de dos partes, una por cada miembro del proyecto: sistema software y sistema hardware. En el sistema software analizaremos las diferentes tecnologías inalámbricas (características, funcionamiento, seguridad, etc.), se realizará una comparativa de los diferentes módulos de comunicación y finalmente decidiremos aquellos que nos interesa para la implementación en Radiofrecuencia (RF) y Bluetooth. En este sistema también estudiaremos la interfaz gráfica que se utilizará, así como los programas creados en este entorno para realizar las implementaciones. En el sistema hardware trataremos de realizar el control de dos periféricos de forma independiente, un servomotor y un sonar, que nos servirán como ejemplo para analizar una posible comunicación entre varios robots y un PC. Por lo tanto, en este apartado analizaremos a fondo los diferentes componentes que harán posible tanto la comunicación, vía RF y Bluetooth, como el control de los diferentes dispositivos.

Análisis de prestaciones de sistemas de comunicaciones inalámbricas en aplicaciones de robótica: sistema hardware

Una característica importante de la robótica es la comunicación entre sistema base y robot que puede establecerse de forma remota. Ello representa la base del proyecto que se describe a continuación, el cual se descompone de dos partes, una por cada miembro del proyecto: Sistema software y sistema hardware. En el sistema software analizaremos las diferentes tecnologías inalámbricas (características, funcionamiento, seguridad, etc.), se realizará una comparativa de los diferentes módulos de comunicación y finalmente decidiremos aquellos que nos interesa para la implementación en Radiofrecuencia (RF) y Bluetooth. En este sistema también estudiaremos la interfaz gráfica que se utilizará, así como los programas creados en este entorno para realizar las implementaciones. En el sistema hardware trataremos de realizar el control de dos periféricos de forma independiente, un servomotor y un sonar, que nos servirán como ejemplo para analizar una posible comunicación entre varios robots y un PC. Por lo tanto, en este apartado analizaremos a fondo los diferentes componentes que harán posible tanto la comunicación, vía RF y Bluetooth, como el control de los diferentes dispositivos.

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.

Implementación de movimientos suaves en robots industriales mediante splines cúbicos: aplicación a un laboratorio remoto de robótica

La solución a los problemas de disponibilidad horaria para la realización de sesiones prácticas por parte de los estudiantes se encuentra en los laboratorios remotos, que permiten a estos interactuar con los elementos instalados en los laboratorios sin necesidad de estar presentes físicamente. Este proyecto pretende crear un laboratorio remoto para la asignatura “Robótica y Automatización Industrial” impartida en la ETSE, UAB, en el cual los estudiantes puedan ejecutar trayectorias de tipo spline cúbico en un brazo robot y observar a través de vídeo en tiempo real los movimientos del robot desde cualquier lugar con conexión a Internet.

Diseño y puesta en marcha de un laboratorio remoto de robótica

Este proyecto surge de la iniciativa de mejorar la calidad docente de las prácticas en la asignatura Robótica y Automatización Industrial impartida en la ETSE (Escola Tècnica Superior d’Enginyeria) de la UAB, mediante un sistema innovador. El objetivo es sustituir las actuales prácticas, basadas en la realización de simulaciones en entorno MATLAB para verificar las ecuaciones que gobiernan a los robots manipuladores, por un entorno de prácticas más atractivo consistente en un robot manipulador real, que podrá ser programado para la realización de tareas de PPO (Pick and Place Operation).

Estudio prospectivo comparando la gastrectomía tubular laparoscópica y la gastrectomía robótica para el tratamiento de la obesidad mórbida

La cirurgia de l’obesitat suposa una eina dins de l’arsenal terapèutic dels pacients afectes d’obesitat mòrbida. La gastrectomia vertical s’ha popularitzat com a tècnica i les noves tecnologies com la laparoscòpia s’utilitzen de forma habitual. Més recentment la robòtica s’utilitza en diferents àmbits i també s’està implementant en la cirurgia de l’obesitat. A fi de compara la gastrectomia vertical realitzada mitjançant laparoscòpia o robòtica es planteja el següent estudi. S’han comparat els pacients intervinguts de gastrectomia vertical laparoscòpica i robòtica en termes de complicacions intraoperatòries, morbimortalitat i resultats en el seguiment dels pacients. Els resultats són satisfactoris en el sentit que es demostra que la tecnologia robòtica aporta els mateixos resultats en termes de complicacions intra y perioperatòries. Tanmateix es demostra que l’evolució ponderal dels pacients intervinguts de gastrectomia vertical amb tecnologia robòtica es igual a aquells intervinguts de manera tradicional. Així, es conclou que la tecnologia robòtica es una eina en ple desenvolupament que ha demostrat ser eficient, segura y eficaç per al tractament de la Obesitat Mòrbida mitjançant la Gastrectomia vertical.

Disseny i desenvolupament d'una plataforma robòtica educativa

La finalitat del projecte, com el nom indica, tracta de dissenyar i desenvolupar una plataforma robòtica educativa, que pugui ser controlada des d'un entorn amigable i accessible des del major nombre de situacions possible, evitant en la mesura del que sigui possible, dependre d'un sistema operatiu concret. Així mateix es busca desenvolupar un projecte que sigui fàcilment reproduïble amb el mínim cost econòmic.

Disseny i implementació d'un sistema de navegació inercial i la seva aplicació a la robòtica mòbil

La UdG desposa de diversos robots mòbils per a finalitats docents i de recerca que utilitzen sistemes de localització incremental mitjançant bàsicament encoders incrementals. Actualment, en el mercat de l’automoció s’ha desenvolupat una sèrie de dispositius electrònics tals com brúixoles electròniques, acceleròmetres, giroscòpics, etc. L’objectiu és dissenyar i construir un sistema de navegació inercial format per un acceleròmetre, un giroscòpic, una brúixola i un microcontrolador encarregat de governar les ordres. El llenguatge utilitzat serà l’assemblador, ja que es pretén una execució molt eficient de les rutines creades. Les dades obtingudes es transmetran a l’ordinador per mitjà del protocol RS-232 i un programa en C emmagatzemarà les dades en un document de text. Aquestes dades seran tractades amb l’entorn MATLAB per tal d’interpretar-les i representar-les gràficament. Per analitzar el funcionament del sistema s’utilitzarà la plataforma PRIM

Disseny i implementació d'un conjunt de perifèrics de comunicació per a la seva incorporació en nous dissenys hardware del grup de robòtica i visió per computador

El grupo de robòtica i Visió fabricó la tarjeta gráfica MAGCL para el tratamiento de imágenes en tiempo real, en la que se incluyó un conector IDC20 proveniente de parte del bus de datos, de la FPGA que contiene, destinado a futuras aplicaciones. Con este proyecto se quiere aprovechar este conector para la comunicación de la placa con un PC, y se desarrollarán los puertos de comunicación serie RS232 y USB, Universal Serial Bus.El objetivo de este proyecto es establecer la comunicación de la tarjeta gráfica con un PC a través de estos dos tipos de puerto. Una vez conseguida la comunicación, quedan una serie de librerías hardware que pueden ayudar en la realización de futuros proyectos. La placa posee una FPGA (field programable gate array) destinada al desarrollo, pero programando esas librerías sobre otros componentes, se pueden utilizar estos puertos de forma permanente o exclusiva

Utilización de herramientas de simulación en la robótica industrial

Análisis de herramienta de simulación utilizada en el entorno industrial y estudio de las ventajas de la programación "offline" en un entorno productivo. Programación de una célula de trabajo industrial y ampliación posterior de la misma utilizando la herramienta de simulación industrial.

Processat de vídeo aplicat a la robòtica

Aquest projecte consisteix en acoblar una càmera web uEye en una de les extremitats d'un robot industrial (ABB Irc5). Aquest robot, es mourà en cas què es detecti una cara a través de la webcam. L'objectiu és intentar que la cara es situï sempre al mig de la imatge captada per la càmera. Podem dividir les tasques d'aquest projecte amb 4 fases diferents. A continuació expliquem les diferents etapes. La Càmera uEye s'encarrega de capturar imatges i passar-les a un PC utilitzant Python. La funció de Detecció de Cares ens indica la posició i dimensions de la cara. Tot seguit, la funció LabJack s'encarrega de canviar els valors digitals de les 5 senyals mitjançant programació amb Python. Per últim el Robot ABB interpreta el valor d'aquestes 5 senyals i es desplaça mitjançant petits increments amb l'objectiu de situar la cara al mig de la imatge capturada.

A programming environment having three levels of complexity for mobile robotics = Entorno de programación con tres niveles de complejidad para robótica móvil

This paper presents a programming environment for supporting learning in STEM, particularly mobile robotic learning. It was designed to maintain progressive learning for people with and without previous knowledge of programming and/or robotics. The environment was multi platform and built with open source tools. Perception, mobility, communication, navigation and collaborative behaviour functionalities can be programmed for different mobile robots. A learner is able to programme robots using different programming languages and editor interfaces: graphic programming interface (basic level), XML-based meta language (intermediate level) or ANSI C language (advanced level). The environment supports programme translation transparently into different languages for learners or explicitly on learners’ demand. Learners can access proposed challenges and learning interfaces by examples. The environment was designed to allow characteristics such as extensibility, adaptive interfaces, persistence and low software/hardware coupling. Functionality tests were performed to prove programming environment specifications. UV BOT mobile robots were used in these tests

Processat de vídeo aplicat a la robòtica

Aquest projecte consisteix en acoblar una càmera web uEye en una de les extremitats d'un robot industrial (ABB Irc5). Aquest robot, es mourà en cas què es detecti una cara a través de la webcam. L'objectiu és intentar que la cara es situï sempre al mig de la imatge captada per la càmera. Podem dividir les tasques d'aquest projecte amb 4 fases diferents. A continuació expliquem les diferents etapes. La Càmera uEye s'encarrega de capturar imatges i passar-les a un PC utilitzant Python. La funció de Detecció de Cares ens indica la posició i dimensions de la cara. Tot seguit, la funció LabJack s'encarrega de canviar els valors digitals de les 5 senyals mitjançant programació amb Python. Per últim el Robot ABB interpreta el valor d'aquestes 5 senyals i es desplaça mitjançant petits increments amb l'objectiu de situar la cara al mig de la imatge capturada.