Desarrollo de tecnologías de telemanipulación con alto grado de escalado orientadas a la interacción hombre-robot en entornos nucleares

Esta tesis se centra en desarrollo de tecnologías para la interacción hombre-robot en entornos nucleares de fusión. La problemática principal del sector de fusión nuclear radica en las condiciones ambientales tan extremas que hay en el interior del reactor, y la necesidad de que los equipos cumplan requisitos muy restrictivos para poder aguantar esos niveles de radiación, magnetismo, ultravacío, temperatura... Como no es viable la ejecución de tareas directamente por parte de humanos, habrá que utilizar dispositivos de manipulación remota para llevar a cabo los procesos de operación y mantenimiento. En las instalaciones de ITER es obligatorio tener un entorno controlado de extrema seguridad, que necesita de estándares validados. La definición y uso de protocolos es indispensable para regir su buen funcionamiento. Si nos centramos en la telemanipulación con algo grado de escalado, surge la necesidad de definir protocolos para sistemas abiertos que permitan la interacción entre equipos y dispositivos de diversa índole. En este contexto se plantea la definición del Protocolo de Teleoperación que permita la interconexión entre dispositivos maestros y esclavos de distinta tipología, pudiéndose comunicar bilateralmente entre sí y utilizar distintos algoritmos de control según la tarea a desempeñar. Este protocolo y su interconectividad se han puesto a prueba en la Plataforma Abierta de Teleoperación (P.A.T.) que se ha desarrollado e integrado en la ETSII UPM como una herramienta que permita probar, validar y realizar experimentos de telerrobótica. Actualmente, este Protocolo de Teleoperación se ha propuesto a través de AENOR al grupo ISO de Telerobotics como una solución válida al problema existente y se encuentra bajo revisión. Con el diseño de dicho protocolo se ha conseguido enlazar maestro y esclavo, sin embargo con los niveles de radiación tan altos que hay en ITER la electrónica del controlador no puede entrar dentro del tokamak. Por ello se propone que a través de una mínima electrónica convenientemente protegida se puedan multiplexar las señales de control que van a través del cableado umbilical desde el controlador hasta la base del robot. En este ejercicio teórico se demuestra la utilidad y viabilidad de utilizar este tipo de solución para reducir el volumen y peso del cableado umbilical en cifras aproximadas de un 90%, para ello hay que desarrollar una electrónica específica y con certificación RadHard para soportar los enormes niveles de radiación de ITER. Para este manipulador de tipo genérico y con ayuda de la Plataforma Abierta de Teleoperación, se ha desarrollado un algoritmo que mediante un sensor de fuerza/par y una IMU colocados en la muñeca del robot, y convenientemente protegidos ante la radiación, permiten calcular las fuerzas e inercias que produce la carga, esto es necesario para poder transmitirle al operador unas fuerzas escaladas, y que pueda sentir la carga que manipula, y no otras fuerzas que puedan influir en el esclavo remoto, como ocurre con otras técnicas de estimación de fuerzas. Como el blindaje de los sensores no debe ser grande ni pesado, habrá que destinar este tipo de tecnología a las tareas de mantenimiento de las paradas programadas de ITER, que es cuando los niveles de radiación están en sus valores mínimos. Por otro lado para que el operador sienta lo más fielmente posible la fuerza de carga se ha desarrollado una electrónica que mediante el control en corriente de los motores permita realizar un control en fuerza a partir de la caracterización de los motores del maestro. Además para aumentar la percepción del operador se han realizado unos experimentos que demuestran que al aplicar estímulos multimodales (visuales, auditivos y hápticos) aumenta su inmersión y el rendimiento en la consecución de la tarea puesto que influyen directamente en su capacidad de respuesta. Finalmente, y en referencia a la realimentación visual del operador, en ITER se trabaja con cámaras situadas en localizaciones estratégicas, si bien el humano cuando manipula objetos hace uso de su visión binocular cambiando constantemente el punto de vista adecuándose a las necesidades visuales de cada momento durante el desarrollo de la tarea. Por ello, se ha realizado una reconstrucción tridimensional del espacio de la tarea a partir de una cámara-sensor RGB-D, lo cual nos permite obtener un punto de vista binocular virtual móvil a partir de una cámara situada en un punto fijo que se puede proyectar en un dispositivo de visualización 3D para que el operador pueda variar el punto de vista estereoscópico según sus preferencias. La correcta integración de estas tecnologías para la interacción hombre-robot en la P.A.T. ha permitido validar mediante pruebas y experimentos para verificar su utilidad en la aplicación práctica de la telemanipulación con alto grado de escalado en entornos nucleares de fusión. Abstract This thesis focuses on developing technologies for human-robot interaction in nuclear fusion environments. The main problem of nuclear fusion sector resides in such extreme environmental conditions existing in the hot-cell, leading to very restrictive requirements for equipment in order to deal with these high levels of radiation, magnetism, ultravacuum, temperature... Since it is not feasible to carry out tasks directly by humans, we must use remote handling devices for accomplishing operation and maintenance processes. In ITER facilities it is mandatory to have a controlled environment of extreme safety and security with validated standards. The definition and use of protocols is essential to govern its operation. Focusing on Remote Handling with some degree of escalation, protocols must be defined for open systems to allow interaction among different kind of equipment and several multifunctional devices. In this context, a Teleoperation Protocol definition enables interconnection between master and slave devices from different typologies, being able to communicate bilaterally one each other and using different control algorithms depending on the task to perform. This protocol and its interconnectivity have been tested in the Teleoperation Open Platform (T.O.P.) that has been developed and integrated in the ETSII UPM as a tool to test, validate and conduct experiments in Telerobotics. Currently, this protocol has been proposed for Teleoperation through AENOR to the ISO Telerobotics group as a valid solution to the existing problem, and it is under review. Master and slave connection has been achieved with this protocol design, however with such high radiation levels in ITER, the controller electronics cannot enter inside the tokamak. Therefore it is proposed a multiplexed electronic board, that through suitable and RadHard protection processes, to transmit control signals through an umbilical cable from the controller to the robot base. In this theoretical exercise the utility and feasibility of using this type of solution reduce the volume and weight of the umbilical wiring approximate 90% less, although it is necessary to develop specific electronic hardware and validate in RadHard qualifications in order to handle huge levels of ITER radiation. Using generic manipulators does not allow to implement regular sensors for force feedback in ITER conditions. In this line of research, an algorithm to calculate the forces and inertia produced by the load has been developed using a force/torque sensor and IMU, both conveniently protected against radiation and placed on the robot wrist. Scaled forces should be transmitted to the operator, feeling load forces but not other undesirable forces in slave system as those resulting from other force estimation techniques. Since shielding of the sensors should not be large and heavy, it will be necessary to allocate this type of technology for programmed maintenance periods of ITER, when radiation levels are at their lowest levels. Moreover, the operator perception needs to feel load forces as accurate as possible, so some current control electronics were developed to perform a force control of master joint motors going through a correct motor characterization. In addition to increase the perception of the operator, some experiments were conducted to demonstrate applying multimodal stimuli (visual, auditory and haptic) increases immersion and performance in achieving the task since it is directly correlated with response time. Finally, referring to the visual feedback to the operator in ITER, it is usual to work with 2D cameras in strategic locations, while humans use binocular vision in direct object manipulation, constantly changing the point of view adapting it to the visual needs for performing manipulation during task procedures. In this line a three-dimensional reconstruction of non-structured scenarios has been developed using RGB-D sensor instead of cameras in the remote environment. Thus a mobile virtual binocular point of view could be generated from a camera at a fixed point, projecting stereoscopic images in 3D display device according to operator preferences. The successful integration of these technologies for human-robot interaction in the T.O.P., and validating them through tests and experiments, verify its usefulness in practical application of high scaling remote handling at nuclear fusion environments.

Análisis de un brazo robótico con Gazebo y ROS para tareas de inspección remota en el CERN

Con el devenir de los tiempos e incentivado por el desarrollo tecnológico, la cantidad y complejidad de los experimentos realizados en el conocido laboratorio de física de partículas, C.E.R.N, ha alcanzado límites insospechados. Además, su evolución se acentúa y motiva con cada nuevo descubrimiento. Prueba de estas ansias por desvelar las entrañas y secretos del universo se encuentra en el choque de 13 TeV que tuvo lugar el pasado mes de mayo. Con él, no sólo se marcaban inequívocamente las expectativas del complejo para este nuevo ciclo de funcionamiento, sino que además se daba el pistoletazo de salida a la carrera que culminaría con el descubrimiento de los pentaquarks. A nivel ingenieril, esta mejora de las capacidades del complejo implica un exponencial endurecimiento de las exigencias impuestas a los sistemas empleados. Por consiguiente y de forma inevitable, las condiciones del interior del acelerador migran hacia baremos cada vez más drásticos. Tanto es así que los niveles de radiación alcanzados actualmente limitan notablemente el acceso de personal al acelerador; lo que se traduce en un incremento de los tiempos de mantenimiento y reparación. Actualmente estos retardos tratan de ser mitigados mediante el uso de robots móviles operados remotamente. De entre ellos, llama la atención aquél conocido bajo el acrónimo T.I.M (Train for RP Survey and visual inspection in LHC). Este tren, constituido por 5 vagones, se desplaza a lo largo del acelerador de partículas midiendo los niveles de radiación y oxígeno al tiempo que proporciona realimentación visual. En el presente proyecto se propone la mejora de las tareas de inspección y mantenimiento mediante la integración de un manipulador robótico de 6 grados de libertad en uno de los vagones del citado tren. De este modo, se consigue un sistema capaz de trasladarse a cualquier punto del acelerador, en un tiempo record, y realizar una gran cantidad de tareas de mantenimiento que comprenden desde simples inspecciones visuales a complejas labores como puede ser desatornillado o extracción de componentes dañados. Por otro lado, se plantea un segundo desarrollo sobre el que sustentar el diseño propuesto: “Construcción de un simulador robótico de alta fiabilidad, basado en ROS y Gazebo”. Adicionalmente, esta herramienta Software atiende a otros fines complementarios: sirve de trampolín para futuros desarrollos encauzados a la mejora del sistema mecánico; entrega una herramienta de bajo coste con la que analizar la integración de nuevos hitos en robótica y, por último, permite evaluar la adopción de un nuevo paradigma de programación en el que ROS se encuentre inmerso.

Análisis, funcionamiento y evolución del mercado gasista español y de las existencias mínimas de seguridad

En el presente trabajo, se ha realizado un análisis de la evolución del mercado gasista en España en los últimos años atendiendo a distintos marcos; comercial, operativo y legal. El pasado 22 de mayo de 2015 se publicó en el Boletín Oficial del Estado una modificación del artículo 58 de la Ley de Hidrocarburos 34-1998, en la que se autoriza al gobierno mediante la Corporación de Reservas de Productos Petrolíferos a ser la entidad que tenga por objeto la constitución, mantenimiento y gestión de las existencias de carácter estratégico de gas natural. En áreas del cumplimiento de dicho artículo, se ha hecho una simulación, de la compra e inyección de gas natural por parte de la corporación y se ha hecho una estimación de los costes totales que tendría la operación.

Resolución numérica con Matlab de Problemas de Ingeniería Biomédica

El objetivo de este Trabajo de Fin de Grado es diseñar e implementar un conjunto completo de prácticas que cubran los contenidos matemáticos de las prácticas actualmente disponibles aplicándolos a la resolución de problemas específicos de la ingeniería biomédica. Estas prácticas se implementan en Matlab, del que la UPM dispone la licencia de campus. Las prácticas van precedidas de un planteamiento de cada problema biomédico. Este planteamiento incluye la deducción del modelo matemático que representa el problema en cuestión, salvo que sea excesivamente complicado (en comparación con el nivel exigible en el GIB), en cuyo caso se realizará una introducción teórica del proceso físico-químico a estudiar. Lo que se busca es que los problemas sean representativos de los temas estudiados a lo largo del grado en otras asignaturas. Las prácticas incluyen además un código Matlab ya escrito (total o parcialmente) o simplemente las instrucciones para la escritura del código por parte del alumno. Lo que se pretende con estas prácticas es reforzar el aprendizaje del alumno, tanto en sus aspectos de planteamiento/modelización de problemas, como en los de resolución, presentación escrita/gráfica de resultados y análisis de los mismos. Para lograr los objetivos expuestos se ha realizado en primer lugar una exhaustiva revisión bibliográfica sobre el tema, seguido del diseño de las prácticas, su implementación en Matlab y la prueba de los códigos. Una vez verificado su correcto funcionamiento, se redactó una guía del alumno, que contiene tanto el planteamiento teórico de la práctica como las instrucciones para su realización, y una guía del profesor, que incluye las soluciones de las prácticas y, en su caso, los problemas más habituales esperados en la resolución de las mismas. Se pretende con esta guía del profesor disponer de un manual que pueda ser fácilmente utilizado por posibles monitores de prácticas que ayuden al docente en su labor durante las sesiones de laboratorio de la asignatura.

El ritmo de prueba en natación

Comencé varios meses atrás con este estudio. Lo encaminé hacia la natación porque es aquello que más me gusta y de lo que más entiendo. Como estoy especializándome en alto rendimiento, me decidí por realizar el ritmo de prueba en el estilo libre en nadadores de alto rendimiento, donde escogí a los ocho finalistas de cada prueba de los JJOO 2000 y los JJOO de 2004, con el objetivo de contrastar la información planteada por Fernando Navarro años atrás y observar si se sigue utilizando, y de esa forma, extrapolarlo a un nivel más bajo para que se empiece a utilizar años antes de comenzar la edad de rendimiento de los deportistas. Comencé a recoger datos de forma cuantitativa para poder realizar datos promedios de ambos géneros y JJOO para poder analizar los resultados. Cuando obtuve esos datos, contrasté la información con el método que se sigue actualmente de Fernando Navarro. Como conclusión, he de decir que los resultados se aproximan más a uno de los planteamientos de Fernando Navarro, el método uniforme, aunque después cada nadador varíe ligeramente el planteamiento según sus características individuales.

Adaptación de GNU Radio a procesadores KeyStone II 66AK2xxx

En el presente proyecto se ha procedido a implantar la herramienta de procesado software GNU Radio en la tarjeta EVMK2H, que es un módulo de evaluación fabricado por Texas Instruments que incorpora un System on Chip (SoC) 66AK2H14 de la familia Keystone II, el cual dispone de 4 núcleos ARM y 8 núcleos DSP. Previamente a la instalación de GNU Radio, hubo que configurar la tarjeta, así como instalar el software necesario. De igual manera, se realizó una primera aproximación para comprender el funcionamiento de los sistemas de comunicación entre núcleos de que hace uso la tarjeta, y de los que se hizo uso posteriormente en el proyecto. Tras el portado de GNU Radio se ha comprobado el correcto funcionamiento del mecanismo de comunicación entre núcleos ARM y DSP con un par de aplicaciones de prueba. ABSTRACT. In the present project it was performed the implementation of the software processing toolkit GNU Radio into the EVMK2H board, which is an evaluation module from Texas Instruments that includes a 66AK2H14 System on Chip (SoC) from the Keystone II family, that provides 4 ARM cores and 8 DSP cores. Before installing GNU Radio, it was necessary to configure the board, and as well installing other needed software. Also, a first approach was performed to understand the way the communication system between cores included in the board works, which was used later in the project. After porting GNU Radio, some test applications have been written to test the correct operation of the communication mechanism between ARM and DSP cores.

Contribuciones de la atención y el funcionamiento ejecutivo a la memoria episódica en jóvenes con consumo intensivo de alcohol

La ingesta de bebidas alcohólicas se convierte en un problema social ya que su aceptación cultural fomenta su uso generalizado, frecuente y sin control; de esta forma, se desencadenan efectos adversos de distinta índole producidos por un consumo de tipo desmedido. La tendencia actual indica que el inicio del consumo de alcohol se da a edad temprana, normalmente durante la adolescencia. El estilo de consumo juvenil se caracteriza por la ingesta de grandes cantidades de alcohol en un plazo corto de tiempo, generalmente en fin de semana, que alterna periodos de embriaguez con abstinencia entre los episodios de consumo. Este consumo intensivo de alcohol (CIA) constituye un riesgo para la salud de los jóvenes, quienes se encuentran en una importante etapa de neuromaduración, lo que les predispone a sufrir variaciones estructurales y funcionales en su sistema nervioso. En estas edades algunas capacidades como la memoria episódica y las funciones ejecutivas están en un estado de especialización y los circuitos neurofuncionales que les sustentan pueden ser vulnerables a factores perjudiciales como el consumo intensivo de alcohol. Nuestro objetivo principal es conocer el efecto del consumo intensivo de alcohol (CIA) en jóvenes sobre el rendimiento en memora episódica, atención y funciones ejecutivas así como en qué medida afecta a la relación entre estos procesos. Para llevar a cabo nuestro trabajo, contamos con la participación de estudiantes de primer curso de universidad. El nivel de consumo se determino mediante el cálculo de la concentración más alta de alcohol en sangre (BAC) estimada en un único episodio de consumo. La muestra final contó con 161 sujetos, 76 CIA (40 varones y 36 mujeres) y 85 No CIA (38 varones y 47 mujeres) que fueron convocados a una evaluación neuropsicológica. El objetivo general de nuestro trabajo lo hemos concretado en cinco objetivos específicos que enumeramos a continuación junto con los resultados obtenidos en cada uno de ellos...

Generación automática de tests en DomJudge

Los jueces online están cobrando cada día más importancia, especialmente en el ámbito de la enseñanza. Su funciona-miento es simple, un juez/profesor sube un problema de programación con un enunciado y unos casos de prueba (entradas y salidas esperadas) al juez online. El alumno/concursante deberá subir el código que considera como solución al problema. Si el código del alumno devuelve las mismas salidas que las que se encuentran en los casos de prueba para las correspondientes entradas en los test-cases dada las mismas entradas, el código se considera correcto. En la Facultad de Informática de la Universidad Complutense de Madrid ha aparecido un juez virtual que cada vez está siendo más usado por los docentes como complemento a la hora de evaluar. Este juez online es DomJudge. DomJudge es un juez online desarrollado en la universidad de Utrecht con el fin de ser un juez virtual de concursos de programación. Su código es libre y se puede descargar y modificar, lo que lo hace ideal si se quiere adaptar su funcionamiento. Es bien sabido que generar casos de prueba de calidad es una tarea muy compleja. Existen diversas técnicas que ayudan a la generación automática de tests. Por ejemplo, la ejecución simbólica permite generar tests garantizando que todos los caminos de ejecución del programa son ejercitados hasta una cierta profundidad. El objetivo de este proyecto es hacer uso de estas técnicas de testing para generar casos de prueba de forma automática. Para que la autoevaluación realizada por estos jueces sea efectiva, los profesores deben proporcionar casos de prueba de calidad que son ejecutados automáticamente cuando los alumnos suben sus soluciones. Escribir estos casos de prueba resulta costoso y complejo, y es en este punto, donde el uso de jPET podría resultar muy útil. Los casos de prueba generados por jPET podrían servir como punto de partida a la hora de generar un conjunto de casos de prueba de calidad. Un aspecto muy interesante en este sentido, es que no es necesario que los programas de los alumnos uti licen el lenguaje Java. Lo único que sería necesario es que el profesor proporcione una solución escrita en Java. A partir de esta se podrían generar los casos de prueba iniciales. Si se diese el caso de que las soluciones de los alumnos viniesen escritas en Java, se podrían plantear enfoques más interesantes en los cuales los tests se forman a partir de ambas soluciones. La del alumno, para generarlos datos de entrada, y la del profesor, para chequear que las salidas para esas entradas son las correctas. Por eso hemos llevado a cabo no solo una traducción automática del xml generado por JPET en ficheros in y out. Sino una total integración con el sistema DomJudge para poder generar los casos de prueba sin intermediarios. Gracias a esta integración podemos facilitar el trabajo de los profesores a la hora de crear problemas en jueces online y conseguimos una generación automática de tests en DomJudge.

Influencia anglosajona en la prueba del Arbitraje Internacional: Discovery

El objeto de este estudio es conocer las semejanzas que existen entre los sistemas jurídicos del common law y civil law. Nos centraremos en el mecanismo probatorio del discovery, un mecanismo propio del Derecho americano y expondremos si tiene cabida en Estados pertenecientes al civil law, en concreto en España. En segundo lugar, se hará una exposición sobre la regulación de este incidente, tanto en Derecho americano como en Derecho británico al igual de la influencia que ha tenido las nuevas tecnologías. Asimismo, veremos qué ocurre cuando la información que se requiere está en poder de un tercero ajeno a la controversia ¿Es posible requerirle? ¿Y si se encuentra en el extranjero? Finalmente, expondremos cómo funciona el discovery en un arbitraje internacional mediante el Schedule of Document Production, también denominado Redfern Schedule.

Hiperactividad en niñas. Comportamientos y funcionamiento académico y social en la adolescencia.(Estudio longitudinal de 9 años de seguimiento)

La literatura sugiere que el Trastorno por déficit de atención (TDAH) es un trastorno frecuente en psiquiatría del niño y del adolescente con inicio en la infancia temprana. Es mucho más frecuente en niños que en niñas y las proporciones por géneros varían de 9:1 en muestras clínicas a 3:1 en comunitarias. El predominio de los síntomas de inatención puede llevar a una tasa alta de niñas con TDAH infradetectadas y a tasas bajas de derivaciones clínicas. Aunque los síntomas de TDAH pueden remitir en la adolescencia, la persistencia de hiperactividad se ha documentado consistentemente en estudios de seguimiento. Se ha informado de la discapacidad que produce en ambos géneros en la adolescencia incluso en aquellos sujetos cuyos síntomas remiten y llegan a estar por debajo del umbral de los criterios diagnósticos. Las niñas con TDAH comparadas con las controles, presentan alteración en el ajuste escolar e interpersonal en la adolescencia. Los datos disponibles en niñas son predominantemente sobre los resultados basados de historias clínicas. En una muestra comunitaria grande de niños con hiperactividad se encontró que la hiperactividad infantil predecía la persistencia de síntomas en la adolescencia usando informes de los padres. Un seguimiento de niñas usando una metodología similar, encontró que la hiperactividad infantil no predecía su persistencia en la adolescencia basándose en los informes de las propias adolescentes. En el seguimiento, ambos, niños y niñas, tenían resultados psicosociales adversos. Estos hallazgos pueden reflejar las diferencias de la fuente de información en cuyo caso otras fuentes de información (por ejemplo los padres) son necesarios para calificar los resultados...

Prueba de concepto de expansión de consultas basada en ontologías de dominio financiero

Este trabajo presenta el uso de una ontología en el dominio financiero para la expansión de consultas con el fin de mejorar los resultados de un sistema de recuperación de información (RI) financiera. Este sistema está compuesto por una ontología y un índice de Lucene que permite recuperación de conceptos identificados mediante procesamiento de lenguaje natural. Se ha llevado a cabo una evaluación con un conjunto limitado de consultas y los resultados indican que la ambigüedad sigue siendo un problema al expandir la consulta. En ocasiones, la elección de las entidades adecuadas a la hora de expandir las consultas (filtrando por sector, empresa, etc.) permite resolver esa ambigüedad.

El viaje como actitud y aptitud: prueba para el aspirante a arquitecto

La formación de los arquitectos atiende, o pretende hacerlo, tanto a la componente técnica y científica de la profesión como a la componente creativa o, si se desea, artística. Pero sea cual fuere la proporción en que ambas se dan cita, existe una realidad previa que los actuales planes de estudios de arquitectura eluden: es la existencia o no de la vocación de arquitecto unida a las aptitutes que el aspirante a estudiante de arquitectura debería reunir. Para profundizar en esta cuestión, que es básica y principal no sólo para dirimir con conocimiento de causa aquello que se quiere estudiar sino también y además para conocerse a uno mismo, se propone que los planes de estudio de arquitecto contemplen un tiempo anterior al ingreso en las Escuelas en el que el alumno viaje y acuse recibo de la arquitectura de calidad que en su periplo descubra, conozca y reconozca. Esta especie de viaje iniciático le será útil no sólo para acreditarse como persona dotada y sensible para el oficio de arquitecto sino también y además para cultivarse y salir al encuentro de otras realidades enriquecedoras y distintas de las que hasta el momento han conformado su mundo y su vida.

Is video-case an efficient tool to complement the practical learning in real contexts? Effects on satisfaction and performance in Social Work Degree students

Este documento es un artículo inédito que ha sido aceptado para su publicación. Como un servicio a sus autores y lectores, Alternativas. Cuadernos de trabajo social proporciona online esta edición preliminar. El manuscrito puede sufrir alteraciones tras la edición y corrección de pruebas, antes de su publicación definitiva. Los posibles cambios no afectarán en ningún caso a la información contenida en esta hoja, ni a lo esencial del contenido del artículo.