ROBTICA INDUSTRIAL AVANZADA U'T'1: Introduccin

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ROBÓTICA INDUSTRIALAVANZADA U.T.1 Introducción
Programa de Postgrado de Automática, Robótica e
Informática Industrial Máster de Automática e
Informática Industrial Universidad Politécnica
de Valencia
Profesor
Documentación
jsimo_at_disca.upv.es
http//www.gii.upv.es/personal/jsimo/doctorado
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PARTE 2 Sensorización, percepción y robótica
móvil
Programa
U.T.1 Introducción Conceptos Procesamiento de
los sensores. Evolución de los sistemas de
sensores. Redes de sensores distribuidos. U.T.2
Integración de sensores U.T.3 Procesamiento
de información sensorial U.T.4 Robótica móvil.
Sistemas reactivos U.T.5 Arquitecturas para el
procesamiento de la información y el control
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Introducción

• El procesamiento de sensores hace referencia al
  tratamiento de los datos crudos producidos por
  los sensores para obtener información (datos
  útiles).

Aplicaciones
Sistemas medioambientales Sistemas de fabricación
inteligente Aplicaciones aerospaciales
Inspección médica Robótica Teleoperación...
Áreas de conocimiento
Matemáticas Estadística Procesamiento de la
señal Procesamiento de imágenes Teoría de la
información Teoría de la decisión Teoría de
control Sistemas distribuidos Sistemas autónomos
Interdisciplinar
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Introducción

• Algunos de los métodos de integración
  multisensorial son
• Sensores Lógicos
• Redes Neuronales.
• Programación orientada a agentes.
• Comportamientos Lógicos.
• Combinados con las estructuras de control
• Redes Bayesianas y Sistemas basados en reglas
• Blackboards distribuidos
• Aprendizaje adaptativo

• En la fusión algunas de las técnicas utilizadas
  son
• En el nivel de señal
• Media ponderada.
• Filtro de Kalman
• Estimaciones Bayesianas por consenso de sensores.
• Teoría de la decisión.
• En el nivel de pixel
• Filtros lógicos.
• Morfologías matemáticas.
• Algebra de imágenes.
• Simulated Annealing
• En el nivel de características
• Estimaciones de Gauss-Markov
• Filtro de Kalman extendido.
• En el nivel simbólico
• Estimación Bayesiana
• Teoría de Dempster-Shafer
• Lógica Fuzzy

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Conceptos básicos

• Sensación y percepción
• Agentes y procesos
• Autonomía
• Autosuficiencia
• Autopoiesis
• Inteligencia

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Sensación y percepción

• Sensación aquellos datos crudos que son medidos
  por los sensores
• Percepción es el resultado de la elaboración de
  la sensación
• Sensor dispositivo que capta la magnitud de una
  variable física en un sistema físico o entorno

valor suminstrado por un sensor en el entorno E
en el instante t
Abstracciones
Magnitud física
Señal del sensor
Procesamiento
Función de transferencia

conocimiento
conocimiento
información
datos
ruido
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Sensación y percepción

• Características de los sensores

Accesibilidad. Es la zona del entorno físico en
la que las variaciones de la magnitud a medir
afectan al sensor. Dimensión. según el valor sea
escalar, vectorial, n-dimensional... Rango de
operación. Los sensores operan sólo en un
determinado rango de valores de la magnitud a
medir e incluso de otras magnitudes. Datos.
Formato de los datos. Discretos o continuos,
procesamiento local, ancho de banda, capacidades
de compresión de la información... Sensibilidad.
Especificaciones sobre exactitud y precisión.
Activo o pasivo. De contacto o sin
contacto. Tecnología.
Localización. Local o remoto al lugar de
procesamiento. Inteligencia. Se dice que un
sensor es inteligente si tiene capacidades de
procesamiento o decisión. El uso de sensores
inteligentes permite establecer un compromiso
entre computación y comunicación. Las capacidades
de procesamiento local pueden reducir las
necesidades de ancho de banda para una red de
sensores.
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Procesamiento de los sensores. Antecedentes.
Modelo en cascada

• Actividades
• adquisición
• procesamiento
• integración
• análisis.

Estas operaciones pueden realizarse de forma
distribuida
Red de sensores distribuidos
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Evolución de los sistemas de sensores

• Sistemas de un solo sensor.
• El fallo es catastrófico
• No son fiables
• Sensores replicados.
• Aumenta la tolerancia a fallos
• Sensores dispares.
• Aumenta la captación del fenómeno
• Aumenta la tolerancia a fallos
• Mejora la detección (y eliminación) de ruido.
• Sensores espacialmente distribuidos.
• Aumenta la zona de captación
• Integración espacial y temporal
• Sensores inteligentes.
• Capacidad de procesamiento
• Reduce el ancho de banda necesario

adquisición análisis.
Voto por mayoría
Media simple
adquisición procesamiento integración análisis.
Media ponderada
adquisición procesamiento integración análisis.
Otros...
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Red de sensores distribuidos
Cluster
Sensor
Cluster
Sensor
Procesador
Sensor
Procesador
Sensor
Sensor
Sensor
Cluster
Sensor
Procesador
Análisis
Sensor
Integración
Observador global
Conocimiento
Sensor
Dos casos

• El espacio de observación es muy grande y no
  puede ser cubierto por un solo cluster.
• El espacio de observación puede ser cubierto por
  cada cluster, pero es necesaria la respuesta en
  tiempo real para realizar el seguimiento de los
  objetos.

Descomposición de tareas y asignación de recursos
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Red de sensores distribuidos

• Una RSD es un conjunto de sensores inteligentes,
  repartidos espacialmente, diseñado para extraer
  datos del entorno, abstraer información de los
  datos recogidos, y derivar de la información
  obtenida las inferencias apropiadas.

Uso de sensores inteligentes

• Reducir el ancho de banda requerido. Por el
  procesamiento local y la abstracción de
  información.
• Informes. Un sensor inteligente puede
  proporcionar información sobre las condiciones
  locales en las que está operando y, posiblemente
  estimar la certidumbre de la información
  proporcionada.
• Flujo de información bidireccional. Un sensor
  puede ejecutar órdenes generadas por niveles más
  altos en la jerarquía.
• Mejora la tolerancia a fallos. Al usar sensores
  replicados y dispares.
• Integración de sensores eficiente. Es posible
  sacar provecho de las capacidades de
  procesamiento distribuido que ofrecen las redes
  de sensores inteligentes.
• Procesamiento distribuido. Un sistema con
  múltiples nodos de procesamiento puede
  organizarse según posea
• Control y procesamiento centralizado
• Control centralizado y procesamiento distribuido
• Control y procesamiento distribuidos

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Redes en la industria

• En general, el esfuerzo está dirigido hacia la
  elaboración de una infraestructura común para los
  sistemas de comunicación industriales a todos los
  niveles.

(Instruments Society of America, International
Electromechanical Commission)
CORBA, DCOM ActiveX, JavaRMI, WebServices,
Agentes móviles
Modelo ISO-RM-FA
MAP (Manufacturing Automation Protocol)
Gestión corporativa Fábrica Área Célula Máquina Di
spositivos
Profibus FIP Fieldbus Foundation ISA-SP50
CAN (Control Area Network) DeviceNet, SDS,
CAL...) Interbus-S LON (Local Operation
Network)