Rob

1
Robótica Industrial

• E. U. Politécnica de la Universidad de Sevilla
• Área de Arquitectura y Tecnología de Computadores

2
TEMA 1.Introducción a la Robótica
3
Qué es un robot?

• Robot término acuñado por Karel Capek en
  Rossums Universal Robots (1921).
• Robota, palabra eslava que significa trabajo
  de manera forzada.
• Una máquina programable (computador) con
  capacidad de movimiento y de acción.
• Diccionario RAE Máquina o ingenio electrónico
  programable, capaz de manipular objetos y
  realizar operaciones antes reservadas sólo a las
  personas.
• Tipos de robots
• En función del medio
• Terrestres (vehículos, robots con patas,
  manipuladores industriales)
• Aéreos (dirigibles)
• Acuáticos (nadadores, submarinos)
• Híbridos (trepadores)
• En función del control del movimiento
• Autónomos
• Teleoperados.
• Otras clasificaciones (más adelante)

4
Para qué sirven los robots?

• Reproducir ciertas capacidades de los organismos
  vivos.
• Robots móviles exploración, transporte.
• Robots fijos asistencia médica, automatización
  de procesos industriales.
• Otros control de prótesis, entretenimiento.

5
Revisando la historia (i)
esculturas animadas egipcias (2000 a.C)
Reloj, Piazza San Marco, Italia (s. XV)
6
Revisando la historia (ii)
Relojes, cajas de música (s. XVII-XVIII).
7
Revisando la historia (iii)
Autómatas (siglo XVIII).
Mecanismos coordinados. Ej. bailarinas,
acróbatas.
Mecanismos especializados. Ej. dibujantes,
músicos, escritores.
8
Revisando la historia (iv)

• La cibernética (años 50)
• Tortugas de Grey Walter (1950's).
• Burden Neurological Institute (UK)
• 8 tortugas
• Un foto-tubo como ojo
• Comportamientos tropistas
• Baile alrededor de una luz
• Recarga al detectar descarga

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Revisando la historia (v)

• La electrónica (años 60)
• Johns Hopkins University (USA)
• Transistores
• Centrado con sonar
• Brazo de recarga
• Células fotoeléctricas (enchufes negros)
• Tarea patrullar pasillos

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Revisando la historia (vi)

• Los ordenadores (años 70)
• Shakey
• Stanford University (USA)
• Ordenador externo planificación
• Ordenador interno control
• Cámara de TV
• Encuentra objetos regulares
• Entorno altamente controlado
• Tarea planificar movimientos

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Revisando la historia (vii)

• Los ordenadores empotrados (años 80)
• Stanford University (USA)
• Dos cámaras de TV
• Reconstrucción 3D limitada
• Ordenador empotrado
• Entorno estructurado
• Reconoce objetos regulares
• Tarea navegación
• Muy lento (30 m ? 5 h)

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Revisando la historia (viii)

• Navegación en entornos reales
• Spirit, Opportunity
• Cuerpo Protege los órganos vitales
• Cerebros Ordenadores para procesar la
  información
• Controles de temperatura Calentadores internos,
  capa de aislamiento, etc.
• Un cuello y cabeza Un poste para las cámaras
  que dan al robot una vista a escala humana
• Ojos y otros sentidos cámaras e instrumentos
  que dan información del entorno
• Brazo Extensión del alcance
• Ruedas y piernas Dotan de movilidad
• Energía Baterías y paneles solares
• Comunicaciones Antenas para hablar y
  escuchar

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Revisando la historia (ix)

• El futuro
• 2005 manejo de mapas 3D
• 2010 Robots controlados con técnicas de IA
• 2020 Robots de propósito general
• 2030 Primates robóticos
• Nanotecnología
• Interacción con humanos
• Aprendizaje, adaptación, reconfiguración

14
Esquema general de un robot
15
Clasificación de robots (i)

• Robots manipuladores
• Robot Institute of America un robot industrial
  es un manipulador programable multifuncional
  diseñado para mover materiales, piezas,
  herramientas o dispositivos especiales, mediante
  movimientos variados, programados para la
  ejecución de distintas tareas.
• Funcionamiento repetitivo. Precisos, rápidos y de
  alta repetibilidad, con percepción limitada.
• Morfología
• Sistema mecánico articulaciones.
• Actuadores motores.
• Sensores comunicación, percepción (visión,
  etc.).
• Sistema de control servocontrol, generación de
  trayectorias, planificación.

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Clasificación de robots (ii)

• Robots móviles y de servicios
• Incremento de autonomía Sistema de navegación
  automática (planificación percepción y control)
• Generalmente son robots autónomos (perciben,
  modelan el entorno, planifican y actúan con
  mínima ó nula intervención humana).
• Telerrobots
• Teleoperados. El hombre realiza su percepción,
  planificación y manipulación.

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TEMA 2.Morfología del Robot Manipulador
18
Índice Morfología del Robot Manipulador

• Estructura mecánica de un robot
• Elementos y enlaces. Grados de libertad
• Tipos de articulaciones
• Configuraciones básicas
• Elementos finales
• Volumen de trabajo
• Transmisiones y reductoras
• Actuadores
• Eléctricos
• Hidráulicos
• Neumáticos
• Modelos físicos

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Estructura mecánica de un robot (i)

• Un robot manipulador está típicamente formado por
  una serie de elementos (segmentos, eslabones o
  links) unidos mediante articulaciones (joints)
  que permiten un movimiento relativo entre cada
  dos eslabones consecutivos. Este movimiento es
  producido por los actuadores. El último elemento
  se denominaelemento terminal (pinza,
  herramienta...)
• El movimiento de la articulación puede ser
• De desplazamiento
• De giro
• Combinación de ambos
• Grado De Libertad (GDL) Degree Of Freedom
  (DOF)
• Cada uno de los movimientos independientes que
  puede realizar cada articulación con respecto a
  la anterior. El número de GDL del robot viene
  dado por la suma de los GDL de las articulaciones
  que lo componen.
• Los grados de libertad equivalen al número de
  parámetros independientes que fijan la situación
  del elemento terminal.
• Variables de estado
• Parámetros que definen la configuración
  (posición, orientación, etc) del elemento terminal

20
Estructura mecánica de un robot (ii)

• Tipos de articulaciones

21
Estructura mecánica de un robot (iii)

• Empleo de diferentes combinaciones de
  articulaciones en un robot, implica
• Diferentes configuraciones
• Tener en cuenta las característica específicas
  del robot a la hora del diseño y construcción del
  mismo, y del diseño de las aplicaciones.

22
Estructura mecánica de un robot (iv)

• Elementos terminales
• Son los encargados de interaccionar directamente
  con el entorno del robot.
• Pueden ser tanto elementos de aprehensión como
  herramientas.
• Normalmente son diseñados específicamente para
  cada tipo de trabajo.
• Volumen de trabajo
• Volumen espacial al que puede llegar el extremo
  del robot.
• Volumen determinado por
• el tamaño, forma y tipo de los segmentos que
  integran el robot.
• Las limitaciones de movimiento impuestas por el
  sistema de control
• Nunca deberá utilizarse el elemento terminal para
  la obtención del espacio de trabajo. Las razones
  son
• El elemento terminal es un añadido al robot
• Si variase se tendría que calcular de nuevo el
  espacio de trabajo

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Transmisiones y reductoras

• Transmisiones elementos encargados de transmitir
  el movimiento desde los actuadores hasta las
  articulaciones.
• Reductoras o engranajes elementos encargados de
  adaptar el par y la velocidad de la salida del
  actuador a los valores adecuados para el
  movimiento de los elementos del robot.
  Generalmente se reduce la velocidad del actuador
  (de ahí el nombre).

24
Actuadores

• Los actuadores generan el movimiento de los
  elementos del robot
• La mayoría de los actuadores simples controlan
  únicamente 1 GDL (izq-der, arriba-abajo)
• Un cuerpo libre en el espacio en general se
  representa mediante 6 variables de estado
• 3 de traslación (x,y,z)
• 3 de orientación (P.ej. Los ángulos de Euler).
• No siempre Nº GDL Nº Variables estado.
• Para la representación de la posición de un
  automóvil se usan 3 variables de estado 2 de
  traslación (x,y) y 1 de orientación.
• Sin embargo, sólo tiene 2 GDL acelerador
  (adelante y atrás) y dirección (volante).
• Luego hay movimientos imposibles (movimiento
  lateral).
• Aunque maniobrando pueda adquirir cualquier
  configuración.

25
Holonomía y redundancia

• Cuando el número de GDL es igual al número de
  variables de estado, el robot es holónomo.
• Si el número es menor, el robot es no-holónomo
  (ej. Coche).
• Si el número es mayor es redundante. Ejemplo, un
  brazo humano
• Tiene 7 GDL 3 en el hombro, 1 en el codo y 3 en
  la muñeca (no contamos los dedos)
• Un objeto en el espacio sólo tiene 6 variables de
  estado.
• Eso hace que haya varias formas de colocar la
  mano de la misma forma.
• Aunque la redundancia dé más riqueza al
  movimiento, complica la manipulación. Actualmente
  resolver la redundancia está en plena
  investigación.
• Un robot no-holónomo posee ligaduras, que
  típicamente se deben a un contacto de un elemento
  con el mundo.
• Normalmente un robot móvil tiene ligaduras la
  condición de rodadura ideal de las ruedas en
  contacto con el suelo (no pueden patinar).
  Ciertos robots móviles son omnidireccionales en
  la práctica son holónomos.

26
Actuadores eléctricos (i)

• Interacción entre dos campos magnéticos (uno de
  ellos al menos, generado eléctricamente) provoca
  movimiento.
• Los motores de corriente continua (DC) son los
  más utilizados en la actualidad debido a su
  facilidad de control, mayor potencia/peso,
  rendimiento, precio, etc.
• Controlados por inducido (usado en robótica)
• Controlados por excitación
• La velocidad de giro es (en iguales condiciones
  de carga) proporcional al voltaje.
• Eficientes para girar con poco par y gran
  velocidad añadiendo una reductora se consigue
  más par aunque menos velocidad.

27
Actuadores eléctricos (ii)
28
Actuadores eléctricos (iii)

• Motores paso-a-paso
• Normalmente, no han sido considerados dentro de
  los accionamientos industriales.
• Pares muy pequeños.
• Pasos entre posiciones consecutivas eran grandes.
• Actualmente, han mejorado considerablemente estos
  dos aspectos.
• Existen 3 tipos de motores paso-a-paso
• De imanes permanentes.
• De reluctancia variable.
• Híbridos.
• Ventajas
• Gran capacidad para asegurar un posicionamiento
  simple y exacto. El control se realiza en bucle
  abierto sin necesidad de sensores de
  realimentación.
• Pueden girar de forma continua, con velocidad
  variable.
• Motores muy ligeros, fiables y fáciles de
  controlar.
• Desventajas
• Funcionamiento a bajas velocidades no es suave
  (discretizado por los pasos).
• Existe el riesgo de pérdida de alguna posición
  por trabajar en bucle abierto
• Tienden a sobrecalentarse trabajando a
  velocidades elevadas
• Presentan un límite en el tamaño que pueden
  alcanzar.

29
Actuadores eléctricos (iv)
30
Actuadores hidráulicos (i)

• Ejercen presiones aplicando el principio de la
  prensa hidráulica de Pascal.
• Fluido que circula por tuberías a presión.
• Útil para levantar grandes cargas.
• Se controlan con servoválvulas que controlan el
  flujo que circula.
• Servoválvula Motor eléctrico de baja velocidad y
  alto torque.
• El flujo mueve un pistón (lineal).
• El movimiento lineal puede pasarse a rotacional
  con una biela.
• Problemas Complejos, peligrosos (inflamables),
  difícil mantenimiento (fugas).

31
Actuadores hidráulicos (ii)
32
Actuadores neumáticos (i)

• Fluido compresible generalmente aire.
• Suelen mover pistones lineales.
• Se controlan con válvulas neumáticas.
• Son muy seguros y robustos.
• Poca exactitud en la posición final típicamente
  para todo/nada.
• Pinza de sólo dos posiciones abierta/cerrada.
• Difíciles de controlar
• Aire es demasiado compresible.
• Presión del compresor inexacta.

33
Actuadores neumáticos (ii)
34
Tabla resumen
Neumático Hidráulico Eléctrico
Energía Aire a presión (5-10 bar) Aceite mineral (50-100 bar) Corriente eléctrica
Opciones Cilindros Motor de paletas Motor de pistón Cilindros Motor de paletas Motor de pistones axiales Corriente continua Corriente alterna Motor paso a paso
Ventajas Baratos Rápidos Sencillos Robustos Rápidos Alta relación potencia-peso Autolubricantes Alta capacidad de carga Estabilidad frente a cargas estáticas Precisos Fiables Fácil control Sencilla instalación Silenciosos
Desventajas Dificultad de control continuo Instalación espacial (compresor, filtros) Ruidosos Difícil mantenimiento Instalación especial (filtros, eliminación aire) Frecuentes fugas Caros Potencia limitada
35
Modelo eléctrico motor DC

• Esquema de funcionamiento de un motor DC
  controlado por inducido
• La intensidad del inductor es constante.
• Tensión del inducido utilizada para controlar la
  velocidad
• En los controlados por excitación se actúa al
  contrario

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Control de motores DC

• A más intensidad más par. Típicamente T Kp
  I
• Sistemas digitales lo modulan con PWM
  (Modulación de la anchura del pulso, Pulse Width
  Modulation)
• Voltaje proporcional a la componente de continua
  (el motor actúa de filtro paso de baja sólo ve
  la continua) y ésta proporcional al duty cycle
  porcentaje de actividad
• Periodo no importa se escoge una frecuencia
  alta para evitar sonidos audibles.

37
Modelo dinámico de un motor DC controlado por
inducido

• Para el control del motor se incluyen las etapas
  de potencia y control, utilizándose
  realimentación de intensidad y velocidad.

38
Modelo físico motor DC (iii)

• Ecuaciones del motor (todas las variables son en
  transformada de Laplace).

Inercia y rozamiento viscoso equivalentes vistos
a la salida del eje del rotor
39
TEMA 3.Sensores
40
Índice Sensores

• Introducción
• Clasificación de los sensores
• Sensores internos
• Posición y orientación
• Velocidad
• Aceleración
• Sensores externos
• Proximidad
• Fuerza-par
• Táctiles
• Visión artificial
• Tratamiento de imágenes
• Integración de sensores

41
Introducción (i)

• Los sensores son los dispositivos que permiten a
  un robot percibir su entorno.
• Un sensor es un transductor que convierte algún
  fenómeno físico en señales eléctricas que el
  micro-procesador del robot puede leer.
• La misma propiedad física puede medirse por
  varios sensores.
• En general son limitados e inexactos.
• La sensorización de un robot implica diversas
  disciplinas
• Electrónica Un sensor de colisión (detectar si
  pasa o no corriente)
• Procesamiento de señales Un micrófono (separar
  la voz del ruido)
• Informática Una cámara devuelve un imagen
  (reconocer los objetos que la forman)
• Un diseñador de robots generalmente no puede
  crear nuevos sensores.
• Nuestro trabajo consistirá en integrar los
  sensores existentes
• Esta integración debe hacerse sin perder de vista
  la tarea a realizar.

42
Introducción (ii)

• Algunas definiciones que debemos conocer
• Sensibilidad Es una medida del grado de
  variación de la señal enviada conforme el
  fenómeno medido ha cambiado.
• Precisión Diferencia entre el valor real y el
  medido.
• Repetitividad Diferencia entre sucesivas medidas
  de la misma entrada.
• Resolución Incremento mínimo observable en la
  entrada.
• Rango Diferencia entre el máximo y mínimo valor
  medible.

43
Clasificación de los sensores

• Vamos a clasificar los sensores en dos grandes
  grupos
• Sensores internos Nos da información sobre el
  propio robot.
• Posición y orientación
• Velocidad
• Aceleración
• Sensores externos Nos da información sobre el
  entorno del robot.
• Proximidad
• Tacto
• Fuerza
• Visión
• Otra clasificación
• Sensores pasivos Miden señales del entorno.
• Sensores activos Producen un estímulo y miden su
  interacción en el entorno.
• El sensor consta de un emisor y un receptor.
• Necesitan más energía y en general más
  complejidad.

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Sensores internos (i)

• Posición y orientación
• Indican en que posición se encuentra un elemento
  del robot.
• Potenciómetros.
• Un contacto que se mueve sobre una espiral.
• Dan bajas prestaciones (mucho ruido, poca
  precisión, etc.)
• No se suelen usar salvo en contadas ocasiones
  (robots educacionales, ejes de poca importancia)
• Encoders (Codificadores angulares de posición)
• Diodo LED (emisor) más fototransistor (receptor)
• Miden el número de grados que gira algo (motor).
• Marcar el elemento que gira (p.e. haciendo
  agujeros a un disco)
• Resolución número de agujeros
• Otra técnica pintar sectores blancos y negros y
  medir reflexión
• Se obtiene una onda que puede procesarse
• Cómo detectar el cambio de dirección? dos
  canales.
• Ruido de los efectores (las ruedas patinan y
  deslizan)
• Resolvers y sincros

45
Sensores internos (ii)

• Funcionamiento de un codificador óptico
  incremental

46
Sensores internos (iii) usados normalmente en
campo abierto

• Brújulas proporcionan información absoluta sobre
  la orientación de un vehículo
• Una aguja imantada se alínea hacia el norte
  magnético
• Existen diversos tipos de brújulas
• Magnéticas
• Electrónicas (dispositivos de estado sólido)
• Inclinómetros ayudan a determinar si el robot
  está inclinado.
• Giroscopios determinan la velocidad de rotación
  y la distancia rotada.
• GPS (Global Positioning System)
• sistema de orientación/navegación desarrollado y
  administrado por el US DOD (Departament of
  Defense).
• La información enviada por al menos 4 satélites
  (señales codificadas), son procesadas por un
  receptor GPS para calcular su posición (3D),
  velocidad y tiempo.
• Principales usos navegación aérea y marítima,
  seguridad vehículos terrestres.

47
Sensores internos (iv)

• Velocidad
• Miden la velocidad (generalmente angular)
• Eléctricos
• Dinamo (Una bobina que gira perpendicularmente a
  un campo magnético)
• Se genera tensión proporcional a la velocidad de
  giro
• Varios nombres tacogenerador, tacómetro,
  tacodinamo, etc
• Ópticos
• Usan los sensores de posición, derivando para
  calcular la velocidad
• Aceleración
• Usan la inercia un muelle que se estira
• Cada vez se usan más (uso clásico aviones)
• La integral numérica es mucho más exacta que la
  derivada
• Problema de oscilación (falsas medidas)

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Sensores externos (i)

• Proximidad
• Son usados para determinar la presencia de
  objetos cercanos. Existen muchos tipos
• Ultrasonidos
• Magnéticos
• Inductivos
• Micro-ondas
• Ópticos
• Capacitivos

49
Sensores externos (ii)

• Ultrasonidos
• Uno de los sensores más utilizados en robots
  móviles.
• Sensor activo de reflexión (el emisor y el
  receptor se colocan juntos y detectan la
  reflexión de los objetos)
• Se emiten ultrasonidos (20-200 KHz) y se capta en
  un micrófono el reflejo. La diferencia entre
  ambas señales indica la distancia al objeto.
• Ultrasonidos viajan aprox. 35 cm/ms.
• Propiedades estándar
• Rango de 10 m (aprox.)
• 30 grados de amplitud
• Devuelven distancia al objeto más próximo
• Combinables en arrays con desfases entre ellos
  (más precisos)

50
Sensores externos (iii)

• Desventajas
• La posición real del objeto es desconocida
  (cualquier posición del cono a distancia d).
• Cuanto menor sea el ángulo, mayor es la
  probabilidad de perderse y producir falsas
  medidas de gran longitud.
• Cuanto mayor es el ángulo, más probabilidad de
  que se detecte un objeto no deseado.
• Las superficies pulidas agravan el problema (las
  rugosas producen reflejos que llegan antes).
• En resumen las medidas de objetos lejanos pueden
  ser muy erróneas.
• Ejemplo un robot que se acerca a una pared con
  muy poco ángulo puede no verla.
• Qué ocurre cuando varios robots usan
  ultrasonidos?.

51
Sensores externos (iv)

• Ópticos
• Muy utilizados en aplicaciones industriales
• Sensor activo de reflexión (existen tambien de
  barrera, pero estos no pueden ser considerados de
  proximidad)
• Se emite luz y se captan los rebotes mediante
  fotodiodos o fototransistores (las
  fotoresistencias son más lentas)
• Se utilizan para
• Detectar la presencia de objetos
• Medir la distancia a los objetos
• Detección de características encontrar una
  marca, seguir una línea, etc.
• Lectura de códigos de barras
• Existen distintos tipos de sensores, en función
  del tipo de luz con la que trabaja
• Luz en el espectro visible
• Infrarrojos
• Láser

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Sensores externos (v)

• Luz en el espectro visible
• La reflexión depende del color y de las
  características del material.
• En principio, los colores claros reflejan más que
  los más oscuros
• Es más difícil (menos fiable) detectar objetos
  oscuros.
• Los objetos claros parecen estar más cerca y
  los oscuros más lejos de lo que realmente están.
• La luz ambiente es una fuente de ruido
• Calibrar restar la luz ambiente (p.e. leer en
  modo pasivo).
• La luz ambiente cambia es necesario calibrar
  cada cierto tiempo
• Infrarrojos
• Quizá son los sensores de no-contacto más
  extendidos
• Utiliza la parte del espectro del infrarrojo
• Para distinguir la reflexión del infrarrojo
  ambiente se suele modular (100 Hz usualmente)
• Se usan profusamente porque hay menos
  interferencias, son fácilmente modulables y no
  son visibles.
• Problema objetos que no reflejan el IR, tiene un
  rango máximo entre 50 y 75 cm.
• La distancia aproximada se calcula por el ángulo
  de la luz reflejada

53
Sensores externos (vi)

• Láser
• Para medir grandes distancias, se utiliza el
  mismo principio que los anteriores sensores
  cuando trabaja en modo TOF (Time of Flight).
• Para medir distancias menores, trabajan
  estudiando el desplazamiento de fase (luz
  modulada).
• Son de una gran precisión.
• Normalmente, estos sensores funcionan mediante un
  barrido del emisor. El receptor recoge los ecos
  de las distintas posiciones del barrido,
  obteniendo el contorno de la escena.
• Gran inconveniente precio.

54
Sensores externos (vii)

• Fuerza y par
• Galgas extensiométricas se relacionan las
  deformaciones producidas por la aplicación de
  fuerzas con las variaciones de resistencia
  eléctrica.
• Táctiles
• Sensor sencillo, pasivo.
• Comunes como fin de carrera.
• Principio básico Circuito abierto/cerrado (pasa
  corriente, no pasa)
• Necesitan poco procesamiento a nivel electrónico
• Usos variados
• Contacto el robot choca con algo.
• Límite un dispositivo ha alcanzado el máximo de
  su rango (ej. Pinza abierta)
• Contador cada vez que se abre/cierra (ej.
  Contador de vueltas)

55
Sensores externos (viii)

• Visión artificial
• Uso de cámaras como sensores
• Imitan los ojos (que son mucho más sofisticados).
• Principio Luz reflejada en los objetos pasa a
  través de una lente (iris) en un plano de
  imagen (retina) formando una imagen que puede
  ser procesada.
• Ese procesamiento suele ser muy costoso
  computacionalmente. Aunque hoy día es abordable
  con los nuevos microprocesadores.
• Campo tan complejo que tradicionalmente se ha
  considerado como un campo de la informática (como
  la IA).

56
Visión artificial (i)

• Funcionamiento biológico
• La luz reflejada en los objetos incide en la
  retina produciendo el plano de imagen.
• La retina tiene muchas terminaciones nerviosas
  fotosensibles conos y bastones.
• Llamaremos imagen a la proyección del plano sobre
  las terminaciones.
• Terminaciones unidas a nervios que realizan el
  procesamiento previo (visión preliminar).
• Los nervios pasan la información al cerebro que
  realiza el procesamiento de alto nivel.
• La mayor parte del cerebro humano se dedica al
  procesamiento de la visión.

57
Visión artificial (ii)

• Visión artificial digital
• En vez de terminaciones se usan cámaras CCD
  (Charge Coupled Devices)
• El receptor CCD es un mosaico de diodos sensibles
  a la luz cuanto más brillante es la luz
  recibida, más elevada es su carga eléctrica.
• Este mosaico es sensible a la luz, pero
  insensible a los colores.
• Para recuperar los colores de una imagen, antes
  de que la luz llegue al diodo se le obliga a
  pasar por filtros de los colores.
• El plano se suele dividir en partes iguales
  (píxeles, contracción de los términos ingleses
  picture element) típicamente en forma
  rectangular
• Número típico de pixeles 800x600, 1752x1168,
  hasta 4096x4096.
• El valor de cada píxel es proporcional a cantidad
  de luz reflejada por la parte de la superficie
  del objeto que se proyecta sobre ese píxel.
• Depende
• Material del objeto.
• Posición de las luces en la escena.
• Reflejo de otros objetos en la escena.
• El valor de cada píxel depende de la reflexión
  especular (reflejada directamente) y la reflexión
  difusa (absorbida y reemitida por el objeto).

58
Tratamiento de imágenes (i)

• Visión preliminar detección de bordes
• Qué es un borde? Cambio brusco en la intensidad.
• Aproximación preliminar
• Definir como curva y buscar áreas donde la
  derivada sea grande
• Produce puntos espúreos ruido
• No permite distinguir sombras de bordes de
  objetos físicos
• Eliminar ruido convolución elimina los puntos
  aislados
• La convolución aplica un filtro matemático a la
  imagen (de hecho para detectar bordes se
  convolucionan varios filtros en varias
  direcciones).

59
Tratamiento de imágenes (ii)

• Una vez determinados los bordes se trata de
  distinguir cosas
• Visión basada en modelos
• Segmentación proceso de dividir la imagen en
  partes que corresponden a objetos.
• Comparar con las posibles combinaciones de bordes
  con modelos previos (muchos ángulos, escalas).
  Proceso muy costoso.
• Visión basada en movimiento
• Los objetos físicos responden a leyes físicas
  conocidas.
• Saber cuanto movemos la cámara entre dos imágenes
  consecutivas en relación a la escena.
• Saber que nada se mueve en la escena entre las
  dos imágenes.
• Permite restar las dos imágenes para encontra
  objetos.

60
Tratamiento de imágenes (iii)

• Visión binocular
• La visión humana es estereoscópica detecta las
  distancias aproximadas comparando y procesando la
  visión de los dos ojos
• Carnívoros ojos en la misma dirección.
  Herbívoros ojos opuestos.
• Tener dos cámaras, conociendo la diferencia entre
  ellas
• Tomar dos imágenes a la vez.
• Restar una de la otra
• Uso de texturas
• Una misma textura tiene la misma intensidad.
• Asumir que texturas uniformes corresponden al
  mismo objeto.
• Conclusiones
• Es difícil reconocer objetos nuevos.
• El movimiento nos ayuda a distinguir carnívoros.

61
Tratamiento de imágenes (iv)

• Visión en tiempo real
• Simplificar el problema de la visión artificial
  para uso p.e. en robótica industrial (entorno
  prefijado).
• Técnicas
• Usar el color buscar sólo por determinado color.
• Usar geometrías simples (piezas, herramientas,
  etc.)
• Reducir la imagen Usar una línea en vez de una
  matriz (linear CCD).
• Cámaras simplificadas cámaras IR para detectar
  personas.
• Uso de información del entorno uso de las líneas
  de una carretera.
• Aplicación conducción automática.
• Se pueden construir robots sin visión, como
  siempre depende de la tarea. El abaratamiento de
  CPU está extendiendo el uso de la visión
  artificial.

62
Integración de sensores

• Fusión de información sensores
• Diferentes sensores devuelven diferentes tipos de
  información
• No es precisamente sencillo fusionar sensores
  campo de investigación actual (ej. Neuronal)
• Suele requerir gran capacidad de procesamiento de
  información
• Puede llevar a conclusiones peligrosas