Event-based visual servoing

Traditional visual servoing systems have been widely studied in the last years. These systems control the position of the camera attached to the robot end-effector guiding it from any position to the desired one. These controllers can be improved by using the event-based control paradigm. The system proposed in this paper is based on the idea of activating the visual controller only when something significant has occurred in the system (e.g. when any visual feature can be loosen because it is going outside the frame). Different event triggers have been defined in the image space in order to activate or deactivate the visual controller. The tests implemented to validate the proposal have proved that this new scheme avoids visual features to go out of the image whereas the system complexity is reduced considerably. Events can be used in the future to change different parameters of the visual servoing systems.

Guidance of robot arms using depth data from RGB-D camera

Image Based Visual Servoing (IBVS) is a robotic control scheme based on vision. This scheme uses only the visual information obtained from a camera to guide a robot from any robot pose to a desired one. However, IBVS requires the estimation of different parameters that cannot be obtained directly from the image. These parameters range from the intrinsic camera parameters (which can be obtained from a previous camera calibration), to the measured distance on the optical axis between the camera and visual features, it is the depth. This paper presents a comparative study of the performance of D-IBVS estimating the depth from three different ways using a low cost RGB-D sensor like Kinect. The visual servoing system has been developed over ROS (Robot Operating System), which is a meta-operating system for robots. The experiments prove that the computation of the depth value for each visual feature improves the system performance.

Event-based visual servoing with features’ prediction

Event-based visual servoing is a recently presented approach that performs the positioning of a robot using visual information only when it is required. From the basis of the classical image-based visual servoing control law, the scheme proposed in this paper can reduce the processing time at each loop iteration in some specific conditions. The proposed control method enters in action when an event deactivates the classical image-based controller (i.e. when there is no image available to perform the tracking of the visual features). A virtual camera is then moved through a straight line path towards the desired position. The virtual path used to guide the robot improves the behavior of the previous event-based visual servoing proposal.

A Survey on FPGA-Based Sensor Systems: Towards Intelligent and Reconfigurable Low-Power Sensors for Computer Vision, Control and Signal Processing

The current trend in the evolution of sensor systems seeks ways to provide more accuracy and resolution, while at the same time decreasing the size and power consumption. The use of Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) provides specific reprogrammable hardware technology that can be properly exploited to obtain a reconfigurable sensor system. This adaptation capability enables the implementation of complex applications using the partial reconfigurability at a very low-power consumption. For highly demanding tasks FPGAs have been favored due to the high efficiency provided by their architectural flexibility (parallelism, on-chip memory, etc.), reconfigurability and superb performance in the development of algorithms. FPGAs have improved the performance of sensor systems and have triggered a clear increase in their use in new fields of application. A new generation of smarter, reconfigurable and lower power consumption sensors is being developed in Spain based on FPGAs. In this paper, a review of these developments is presented, describing as well the FPGA technologies employed by the different research groups and providing an overview of future research within this field.

Calibración de cámaras de tiempo de vuelo: ajuste adaptativo del tiempo de integración y análisis de la frecuencia de modulación

La percepción de profundidad se hace imprescindible en muchas tareas de manipulación, control visual y navegación de robots. Las cámaras de tiempo de vuelo (ToF: Time of Flight) generan imágenes de rango que proporcionan medidas de profundidad en tiempo real. No obstante, el parámetro distancia que calculan estas cámaras es fuertemente dependiente del tiempo de integración que se configura en el sensor y de la frecuencia de modulación empleada por el sistema de iluminación que integran. En este artículo, se presenta una metodología para el ajuste adaptativo del tiempo de integración y un análisis experimental del comportamiento de una cámara ToF cuando se modifica la frecuencia de modulación. Este método ha sido probado con éxito en algoritmos de control visual con arquitectura ‘eye-in-hand’ donde el sistema sensorial está compuesto por una cámara ToF. Además, la misma metodología puede ser aplicada en otros escenarios de trabajo.

Dynamic visual servo control of a 4-axis joint tool to track image trajectories during machining complex shapes

A large part of the new generation of computer numerical control systems has adopted an architecture based on robotic systems. This architecture improves the implementation of many manufacturing processes in terms of flexibility, efficiency, accuracy and velocity. This paper presents a 4-axis robot tool based on a joint structure whose primary use is to perform complex machining shapes in some non-contact processes. A new dynamic visual controller is proposed in order to control the 4-axis joint structure, where image information is used in the control loop to guide the robot tool in the machining task. In addition, this controller eliminates the chaotic joint behavior which appears during tracking of the quasi-repetitive trajectories required in machining processes. Moreover, this robot tool can be coupled to a manipulator robot in order to form a multi-robot platform for complex manufacturing tasks. Therefore, the robot tool could perform a machining task using a piece grasped from the workspace by a manipulator robot. This manipulator robot could be guided by using visual information given by the robot tool, thereby obtaining an intelligent multi-robot platform controlled by only one camera.

Web-based OERs in Computer Networks

Learning and teaching processes are continually changing. Therefore, design of learning technologies has gained interest in educators and educational institutions from secondary school to higher education. This paper describes the successfully use in education of social learning technologies and virtual laboratories designed by the authors, as well as videos developed by the students. These tools, combined with other open educational resources based on a blended-learning methodology, have been employed to teach the subject of Computer Networks. We have verified not only that the application of OERs into the learning process leads to a significantly improvement of the assessments, but also that the combination of several OERs enhances their effectiveness. These results are supported by, firstly, a study of both students’ opinion and students’ behaviour over five academic years, and, secondly, a correlation analysis between the use of OERs and the grades obtained by students.

Metodología docente para la incorporación de laboratorios virtuales en el plan de estudios del master universitario en automática y robótica

En este artículo se describe la metodología empleada para el desarrollo y coordinación de las asignaturas obligatorias del Máster Universitario en Automática y Robótica de la Universidad de Alicante. Se ha trabajado en adecuar las guías docentes a la metodología mediante el trabajo colaborativo de los distintos profesores coordinadores de las asignaturas con el objetivo de garantizar que todos los conceptos necesarios sean cubiertos y complementados entre las asignaturas, apoyándose en mapas conceptuales. Otro aspecto en el que se ha hecho un especial énfasis en la metodología propuesta ha sido introducir como parte de las actividades teóricas y/o prácticas el uso de laboratorios virtuales remotos. Los laboratorios virtuales sirven de apoyo a la teoría para mostrar simulaciones y resultados prácticos mediante la interacción con equipamiento real. Además, muchas de estas herramientas admiten que el alumnado pueda trabajar a distancia desde sus casas, lo que redunda en la posibilidad de autoaprendizaje e incluso la realización de prácticas a distancia.

ABPgame+ o cómo hacer del último curso de ingeniería una primera experiencia profesional

Algunos de los aspectos clave en el desarrollo profesional de un ingeniero son su capacidad para trabajar en equipo, para integrar diferentes puntos de vista y para desarrollar grandes proyectos con un alto nivel de incertidumbre. Los planes de estudio de las titulaciones que preparan a estos futuros ingenieros no pueden permanecer ajenos a estas necesidades y deben plantear situaciones lo más cercanas posible a la realidad que se encontrarán nuestros egresados en su vida laboral. Estas razones, nos han llevado a plantear una experiencia innovadora en una titulación de nueva implantación como es el Grado en Ingeniería Multimedia. Hemos elegido, para ello, la metodología del Aprendizaje Basado en Proyectos (ABP), aplicada al itinerario de Creación y Entretenimiento Digital en cuarto curso, donde los estudiantes, agrupados en equipos, desarrollan un único gran proyecto durante el año, que es un videojuego. Queremos destacar dos consecuencias de esta experiencia: primero, el papel fundamental de la asignatura Proyectos Multimedia, sirviendo de apoyo al resto de asignaturas al llevar el peso de la gestión de los equipos y del seguimiento del proyecto. Y después, que los estudiantes pueden obtener un producto terminado al final del curso que les permita inaugurar su portafolio profesional.

Recursos didácticos online para el aprendizaje Redes de Computadores en el grado de Informática

En este trabajo se analiza el uso que se hace de un conjunto de recursos multimedia incluidos en un curso en línea de acceso libre y gratuito sobre Redes de Computadores. Este estudio se lleva a cabo a partir de la interacción que un grupo de estudiantes de ingenierías tienen con estos recursos durante su proceso de aprendizaje. Estos recursos educacionales se basan en una aproximación Web 2.0 y por si solos forman parte de una metodología docente fundamentada en el autoaprendizaje a distancia. Entre estos recursos destaca el uso de un blogs, OCW, videos y simulaciones. Estos recursos educativos ‘open-free’ han sido diseñados como elementos que facilitan la aplicación de una metodología de enseñanza a distancia basada en muchos casos en el auto-aprendizaje y en potenciar el aprendizaje autónomo. Además, la percepción que se tiene sobre estos recursos juega un papel relevante en la aceptación de estos por parte del estudiante. Cualquier nuevo recurso educativo que se diseñe, además de didáctico, tiene que ser atractivo y de un uso sencillo e interactivo para el estudiante. El trabajo que aquí se presenta, busca analizar la usabilidad de estos recursos por parte del estudiante para desarrollar futuras mejoras.

Computer Networks Virtualization with GNS3: Evaluating a solution to optimize resources and achieve a distance learning

Designing educational resources allow students to modify their learning process. In particular, on-line and downloadable educational resources have been successfully used in engineering education the last years [1]. Usually, these resources are free and accessible from web. In addition, they are designed and developed by lecturers and used by their students. But, they are rarely developed by students in order to be used by other students. In this work-in-progress, lecturers and students are working together to implement educational resources, which can be used by students to improve the learning process of computer networks subject in engineering studies. In particular, network topologies to model LAN (Local Area Network) and MAN (Metropolitan Area Network) are virtualized in order to simulate the behavior of the links and nodes when they are interconnected with different physical and logical design.

Active Visual Features Based on Events to Guide Robot Manipulators in Tracking Tasks

Traditional visual servoing systems do not deal with the topic of moving objects tracking. When these systems are employed to track a moving object, depending on the object velocity, visual features can go out of the image, causing the fail of the tracking task. This occurs specially when the object and the robot are both stopped and then the object starts the movement. In this work, we have employed a retina camera based on Address Event Representation (AER) in order to use events as input in the visual servoing system. The events launched by the camera indicate a pixel movement. Event visual information is processed only at the moment it occurs, reducing the response time of visual servoing systems when they are used to track moving objects.

Experiencias sobre el uso de la plataforma Arduino en prácticas de Automatización y Robótica

En los últimos años las plataformas de hardware libre han adquirido gran relevancia en el desarrollo de prototipos y en la educación en tecnología. Una plataforma de hardware libre es básicamente un diseño de sistema un electrónico microprocesador que sus autores difunden libremente y puede ser utilizado sin tener que pagar licencias. Ente la multitud de plataformas disponibles, destaca Arduino. Se caracteriza por su bajo precio, y que el software necesario para hacer funcionar la plataforma es libre y gratuito. Todo ello hace que estos dispositivos sean fácilmente accesibles por estudiantes. Este trabajo describe la aplicación de hardware libre a experimentos de laboratorio en asignaturas de ingeniería de la UA, especialmente del máster en Automática y Robótica, en las que se controlan sistemas industriales o robóticos. Esto contrasta con los experimentos clásicos en los que se emplean sistemas caros y difícilmente accesibles por el alumno. Además, los experimentos deben ser atractivos y de aplicaciones reales, para atraer el interés del alumno, con el objetivo principal de que aprenda más y mejor en el laboratorio.

Virtualización de Redes de Computadores con GNS3: Evaluación de soluciones para el aprendizaje a distancia

El diseño de los recursos educativos permite a los estudiantes modificar su proceso de aprendizaje. En particular, los recursos educativos on-line descargables han sido utilizados con éxito en la educación en ingeniería en los últimos años. Por lo general, estos recursos son gratuitos y accesibles desde la web. Además, son diseñados y desarrollados por profesores y usados por sus estudiantes. Pero, rara vez se desarrollan por los estudiantes con el fin de ser utilizados por otros estudiantes. En este artículo, profesores y estudiantes trabajan juntos para implementar recursos educativos de libre distribución, que puedan ser utilizados por los estudiantes para mejorar el proceso de aprendizaje de redes de computadores en los estudios de ingeniería. En particular, se virtualizan topologías de red para modelar redes LAN (Local Area Network) y MAN (Metropolitan Area Network) con el fin de simular el comportamiento de los enlaces y nodos cuando están interconectados con diferente diseño físico y lógico. Para ello, usando el software de libre distribución GNS3, y teniendo como base la configuración de la red del laboratorio L24 de la EPS, se construye un entorno virtual que simula las posibilidades reales de este laboratorio.

Diseño de itinerarios de aprendizaje sobre Moodle para asignaturas de redes de computadores basados en virtualización mediante software libre

El diseño de recursos educacionales y materiales didácticos vía on-line permite mejorar el aprendizaje autónomo y a distancia (o no presencial). El proceso de convergencia Europea del Espacio de Educación Superior determina que el empleo de este tipo de recursos dota al estudiante de más flexibilidad, aunque la metodología de educación dominante sea la tradicional (es decir, las clases presenciales). Los recursos educacionales on-line juegan un rol importante en este contexto. En trabajos previos se ha experimentado diseñando cursos con ayuda de un LCMS (Learning Content Management System) como el Moodle corporativo de la UA, incorporando documentos SCORM para diseñar lecciones de autoevaluación, con laboratorios virtuales y otras herramientas de simulación de diseño propio (KIVANS, applets KIVANS+EJS). En esta nueva red se pretende generar nuevos recursos didácticos basados en software libre. Ninguno de los laboratorios virtuales desarrollados hasta ahora permiten a los alumnos poner en práctica los desarrollos de las clases presenciales a distancia. Para ello, usando el software de libre distribución GNS3, y teniendo como base la configuración de la red del laboratorio L24 de la EPS, se pretende construir un entorno virtual que simule las posibilidades reales de este laboratorio.