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Publicada porPascuala Cabanilla Modificado hace 10 años
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L. Enrique Sucar M. López Robótica Inteligente Los robots del futuro: Robots de Servicio
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Robots de servicio Guías – un robot me sirve de guía en un museo, me explica las exibiciones,... Ayudantes – un robot corta el pasto, aspira la casa, vigila cuando no estoy, ayuda a personas discapacitadas,... Rescate – un grupo de robots localiza a los sobrevivientes en un terremoto,... Exploración – un grupo de robots explora un volcán, un arrecife, marte,.......
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De robots industriales a... Tarea repetitiva Ambiente conocido y controlado No hay interacción con personas Poca flexibilidad Poca movilidad
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... a robots de servicio Ambientes desconocidos Ambientes dinámicos Necesidad de movilidad Interacción con personas Ambientes exteriores Necesidad de flexibilidad
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Retos Explorar y modelar el ambiente Navegar en ambientes desonocidos y dinámicos Localizarse en el ambiente Reconocer y manipular objetos Comunicación remota Interacción natural con personas
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Contenido Telecontrol de robots Construcción de mapas, navegación y localización Comunicación mediante ademanes Algunos retos futuros Reporte y Presentación final
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Laboratorios Virtuales Un laboratorio virtual permite realizar experimentos sin contar con un laboratorio “físico”: –Simulación –Telecontrol Aplicaciones: –Educación y entrenamiento –Investigación y cooperación –Experimentación a distancia
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Laboratorio Virtual Telecontrol + Telemetría Simulador Lab. Real
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Telecontrol Programación y observación remota del equipo Programación: –lenguaje de alto nivel –comandos gráficos interactivos Observación: –retroalimentación (imágenes, video y audio) –medidores virtuales gráficos o textuales
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Laboratorio Virtual de Robótica Experimentación con robots móviles –programación –planeación de trayectorias –construcción de mapas –localización Laboratorios: –Telecontrol –Simulación
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Telecontrol
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El laboratorio virtual mediante telecontrol permite hacer experimentos a distancia con un robot móvil a través de Internet El laboratorio incluye: –Un módulo de programación –Un módulo de observación –Un módulo de seguridad –Servidor e interfaz al cliente
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Configuración Red local Internet
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Robot Móvil
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Sensores: cámara y sonar
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Arquitectura de Telecontrol
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Elementos del Laboratorio Remoto Servidor de páginas Web –Conexión con el robot móvil –Conexión con el sistema de video para observación –Conexión con el cliente Sistema de visualización del experimento –Vista del robot y su ambiente mediante video Sistema de programación –Ambiente para edición y envio de comandos
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Módulo de Programación
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Basado en un lenguaje de diez instrucciones: –avanza –alto –desplaza_derecha –desplaza_izquierda –gira_derecha –gira_izquierda –gira_torreta_derecha –gira_torreta_izquierda –inicio, fin
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Módulo de Navegación Interpreta los valores obtenidos en el Módulo de Programación y los traduce a instrucciones ejecutables en el robot Envia las instrucciones para su ejecución en el robot Al terminar la secuencia se inicializa el robot (alinean las ruedas y la torreta) para ejecutar una nueva secuencia
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Módulo de Seguridad Vigila la integridad del robot Se toman continuamente lecturas de los sonares Se establece una zona de seguridad en torno del robot El modulo de Seguridad es independiente del modulo de navegación y puede detener las acciones que realiza el módulo de navegación
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Arquitectura Robot Seguridad Navegación Observación
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Arquitectura Jerárquica
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Módulo de Visualización Captura de video para visualización remota del experimento. Dos cámaras: –Vista externa del robot y su ambiente –Vista interna desde el robot Compresión de imágenes (JPEG) Envio al cliente en forma continua a través del servidor
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Ejemplo de Programación
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Telecontrol http://o2-2.mor.itesm.mx/marco/telecontrol/telecontrol.html Encargado: mtlopez@campus.mor.itesm.mxmtlopez@campus.mor.itesm.mx
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Construcción de Mapas
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El problema de construir un mapa Mapa
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Mapa de Rejilla Probabilístico Cada celda tiene asociada una probabilidad de estar ocupada
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Enfoque: Construcción de mapas
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Construcción de mapas Sonares láser mapa " ¿Cómo combinar las lecturas de los sensores? " ¿Hacia dónde mover el robot? " ¿Cómo corregir los errores odométricos?
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Componente de Fusión sensorial Idea: Una celda es considerada ocupada si es detectada al menos por un sensor P(O) = P(O sonar ORO láser ORO odómetro ) *
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Componente de Exploración Idea: Mover el robot hacia la celda inexplorada más cercana " Manteniendo una distancia prudente a los obstáculos (si es posible) " Evitando cambios de orientación (si es posible) Posibles movimientos: Mov = {m 0,... m i,..., m 7 } m i =(dx, dy)
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El costo por avanzar incluye: " Distancia entre celdas " Costo de la celda destino de acuerdo a su tipo Celdas ocupadas Celdas de advertencia Celdas de viaje Celdas lejanas Espacio de viaje
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Componente de Seguimiento de la ubicación Idea:Para pequeños desplazamientos del robot, la vista láser del robot y una vista láser calculada a partir del mapa son similares Vista del mapa Vista del láser después del movimiento
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Utilizando correlación entre vistas Estimación de orientation ( : Correlación polar entre la vista láser y la vista del mapa. Estimación desplazamiento (x,y): Búsqueda en una vecindad alrededor de la posición dada por el odómetro.
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Fusión sensorial: simulación Ambiente simulado Mapa
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Fusión Sensorial: robot real
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Dibujo ideal de una casa Mapa construido
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Construyendo un mapa Videos
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Navegación
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" Uso de la misma técnica de programación dinámica. " Sólo la celda meta tiene al inicio V(x,y)=0. " Preprocesamiento del espacio de viaje para formar un mapa de caminos (roadmap). Roadmap
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Construcción del roadmap Espacio de viajeRoadmap parcialRoadmap
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Navegación Para considerar la incertidumbre en la posición del robot " Se hace crecer el roadmap. Para conectar las celdas iniciales y finales " Se utilizan círculos. V(x,y) (pixel oscuros denotan valores altos) G I
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Localización Global
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Localización de Markov Idea: Calcular una distribución de probabilidad Bel(q) para la ubicación del robot sobre todas las ubicaciones posibles q ( )
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Localización de Markov : paso de sensado
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Localización de Markov: paso de movimiento
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Correlación polar: mapa – vista actual Mapa global Vista del mapa, m(q) Vista sensada, s
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Agrupando las celdas del roadmap " Se utiliza un método de Componentes Principales para encontrar características invariantes a rotación de una vista. " Se utiliza Autoclass [Cheeseman and Stutz, 1996] para agrupar las celdas del roadmap
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Grupos encontrados por Autoclass 0 1 2 1 0
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Generación de hipótesis 1. Calcular 1 and de la vista sensada. 2. Con 1 y , usar Autoclass para predecir la clase (o clases) más probable. 3. Para todas las celdas en la clase predicha, aplicar el paso de sensado de la LM y alinear el robot considerando la ubicación más probable.
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Un ejemplo
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El enfoque propuesto: Etapa de eliminación de hipótesis " Considera movimientos de la ubicación más probable q hacia celdas del roadmap delgado " Agrupar hipótesis. Los mejores movimientos eliminan al menos un grupo de hipótesis (se usa nuevamente Autoclass para obtener los grupos).
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Criterio de predicción por salida del roadmap Movimiento útilMovimiento no útil
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Matriz de similaridad Utilizando correlación entre vistas láser
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Generación de hipótesis: Agrupación de celdas del roadmap Roadmap 4 clases
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Localización: matriz de similaridad
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Proceso de localización global
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Localizando al robot Video
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Comunicación mediante ademanes
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Ademanes Útiles para la comunicación humano-robot Comunicar información geométrica –Ve para allá –Toma ese objeto –Qué es eso? Complemento a la voz –Para! –Ven!
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Ademanes
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Ven Atención Derecha Izquierda Alto
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Reconocomiento de ademanes Extracción de características Modelado Reconocimiento Images FE Features R M Gestures
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Extracción de características Detección de piel Segmentación de la cara y manos Seguimiento de la mano Parámetros de movimiento
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Detección de Piel
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Segmentación Búsqueda radial Agrupamiento de pixels de piel
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Seguimiento Localiza cara y mano Seguimiento de la mano
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Parámetros –Cambio en X ( X) –Cambio en Y ( Y) –Cambio en área ( A) –Cambio en razón de lados ( R) Valores: (+, 0, -) X1,Y,1 X2,Y2 A1 A2
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Reconocimiento Basado en modelos ocultos de Markov (HMM) Un modelo por ademán: –3 estados: gestos “simples” –5 estados: gestos “complejos”
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Resultados preliminares Los modelos son entrenados con diferentes secuencias y probados con otras Reconocimientos correctos: –ven75.3 % –atención70.7% –alto65.8 % –derecha100 % –izquierda100 % –Promedio:82%
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Ejemplos de comandos
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Retos futuros Integración de comandos mediante ademanes con el sistema de telecontrol Añadir un ayudante (tutor inteligente) al laboratorio virtual Extender el lenguaje de ademanes y mejorar el reconocimientob
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Retos futuros Combinar reconocimieno de voz y ademanes para interacción con robot Planeación a un nivel más alto, incluyendo “semántica” al mapa Integrar navegación y comunicación Aplicación a un robot de servicio (guía en la universidad o un museo)
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Reporte Introducción Diseño mecánico (comunicaciones) Diseño sensorial (visión) Algoritmos de control Programación (estrategias, arquitectura) Pruebas y Resultados Conclusiones Referencias
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Presentación Presentar en 10 minutos los aspectos más relevantes de su proyecto (en equipo) Demostración de su robot realizando su tarea (5 min. – máximo 3 intentos) Entregar: –Reporte impreso –CD con reporte, presentación, programas (fotos y videos) –ES REQUISITO ENTREGAR LO ANTERIOR PARA PODER HACER SU PRESENTACIÓN FINAL
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