Núm. 45 (2024)

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  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Presentación - XLV Jornadas de Automática

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Presentación - Jornadas de Automática

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Automática Marítima

• Análisis del control de profundidad del perfilador μ-Nautilus en el Mar Menor

  Isabel Pilar Morales Aragón Roque Torres Sánchez Javier Gilabert Fulgencio Soto Valles

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  El ecosistema del Mar Menor ha experimentado crisis ambientales en la última década, lo que ha afectado negativamente a las actividades de turismo, ocio y pesca, y reduciendo el valor de las propiedades en la zona. Para abordar los desafíos de restauración de este ecosistema, se está promoviendo el desarrollo de métodos automatizados para la monitorización continua de diversos parámetros a distintas profundidades y ubicaciones. En este contexto, se ha diseñado un perfilador autónomo y sumergible de bajo peso, con capacidad de control de profundidad mediante un sistema de lastre variable, para la monitorización de las distintas estratificaciones de este entorno marino. En este estudio se presenta el algoritmo de control utilizado para gestionar la profundidad del dispositivo, basado en una estructura de control en cascada con un punto de funcionamiento ajustable. Además, se presentan los resultados obtenidos en diferentes ubicaciones del Mar Menor, junto con la autonomía y las limitaciones identificadas en función de las condiciones ambientales.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Compensación activa de oleaje para la manipulación de cargas submarinas

  J. Rivera-Andrade E. Riveiro J. Garrido D. Silva-Muñiz

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  Este artículo aborda el problema de la manipulación de carga submarina durante las operaciones en alta mar. El objetivo es mantener la carga a una profundidad constante, compensando el cabeceo causado por las mareas en los barcos y, por consiguiente, en la carga. Se presenta un enfoque práctico que utiliza técnicas clásicas de control industrial para proponer una solución plug-and-play de compensación activa de oleaje (Active Heave Compensation) con un factor de compensación de al menos el 90%. Esta solución es capaz de ajustarse automáticamente a la carga y a las condiciones dinámicas de las operaciones en alta mar. Se ha implementado con dispositivos industriales, logrando un rendimiento que iguala o supera a otras soluciones comerciales.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Controlador adaptativo de ROV para la monitorización de estructuras marinas

  Jose Joaquin Sainz Gutierrez Victor Becerra Elias Revestido Herrero Jose Ramon Llata Garcia Luciano Alonso Renteria Carlos Torre Ferrero

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  En este trabajo se presenta la aplicación de un controlador adaptativo L1 para el posicionamiento dinámico de un “Vehículo subacuatico teleoperados a Distancia” (ROV) que puede monitorizar la obra viva y anclajes de parques eólicos marinos. Para ello, se considera el modelo no lineal de 6 grados de libertad de los ROVs. Se han realizado simulaciones con niveles de ruido de instrumentación estándar a bordo de un ROV para determinar el correcto funcionamiento del sistema con el controlador implementado, teniendo en cuenta las salidas de las posiciones y las señales de control comandadas a los propulsores. Se puede emplear esta investigación con fines docentes para la capacitación de los ingenieros responsables del control dinámico de ROVs en la sintonización e implementación de los controladores.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Desarrollo de DAECs por GIT-ERM y sistema sensorial para torpedos cilíndricos

  Leticia del Horno Diaz José Andrés Somolinos Rafael Morales Herrera Eva Segura

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  Para poder transitar hacia una nueva economía baja en carbono en la que se pueda satisfacer la demanda energética a la vez que se reducen los niveles de CO₂ emitidos, y con ello poder mitigar los efectos del cambio climático, es razonable impulsar las energías renovables. La energía explotable de las corrientes marinas se encuentra, principalmente, a grandes profundidades. Para poder aprovechar esta energía, GIT-ERM ha desarrollado diferentes dispositivos, fondeados al lecho marino y capaces de variar de modo automático su profundidad y/u orientación mediante un sistema de control de agua de lastre, lo que permite abaratar costes y facilitar su explotación. Este trabajo presenta un breve resumen de los dispositivos desarrollados junto sus accionamientos hidrostáticos que resultan cilíndricos. Además, se presenta el sistema sensorial desarrollado. Este sistema es capaz de medir la cantidad de agua contenida en los tanques cilíndricos ante cualquier orientación. También se presentan una serie de resultados obtenidos del prototipo de laboratorio construido para su validación.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Detección de anomalías en turbinas eólicas un análisis comparativo

  Diego Marcos Quirós María José Gómez Silva Matilde Santos Peña Clara Isabel López González

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  El contexto de emergencia climática y el agotamiento de los combustibles fósiles ha llevado a organizaciones privadas y a entidades públicas a aumentar los esfuerzos en el desarrollo e investigación de fuentes de energía alternativas y limpias, entre las que destaca la energía eólica. En este artículo se propone la implementación de diferentes algoritmos de aprendizaje automático para tareas de detección de anomalías en datos de aerogeneradores. Se ha realizado una batería de experimentos con diferentes algoritmos de aprendizaje automático para realizar un análisis comparativo del rendimiento de estos métodos. El objetivo final es contribuir con herramientas computacionales a mejorar la operación y mantenimiento de las turbinas eólicas tanto terrestres como marinas.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Generación de movimientos oceánicos para pruebas sistemáticas con Plataforma Stewart

  Silva-Muñiz, D. Garrido, J. Riveiro, E. Rivera-Andrade, J.

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  En esta investigación se emplea una plataforma Stewart desarrollada por el grupo de investigación con el fin de poder emular condiciones oceánicas para realizar pruebas sistemáticas. Específicamente, se generan los movimientos oceánicos basándose en el espectro de energía de las olas JONSWAP y el modelo armónico simple de la superficie marina derivado del espectro, como superposición de ondas regulares. De esta forma se obtiene una ola irregular. La contribución también incluye la implementación utilizando únicamente los recursos disponibles en un controlador industrial, sin usar software externo. En la fase de resultados, se muestran dos movimientos generados y se comparan con los obtenidos con un sensor MRU y la cinemática directa calculada en el propio controlador industrial. Como trabajo futuro, se plantea expandir la generación a espectros bidimensionales.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Mitigación de vibraciones con control del flujo de aire basado en GA-ANFIS de una turbina eólica marina flotante híbrida con columnas de agua oscilantes

  Fares M'zoughi Payam Aboutalebi Irfan Ahmad Tahereh Bagheri Rouch Izaskun Garrido Aitor J. Garrido

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  Este artículo presenta un enfoque novedoso para modelar y estabilizar una turbina eólica marina flotante (FOWT) mediante el empleo de columnas de agua oscilantes (OWC) como sistema de control estructural activo. El concepto innovador implica diseñar una nueva plataforma flotante similar a una barcaza con OWC integrados en lados opuestos de la plataforma para mitigar las oscilaciones no deseadas del sistema. Estos OWC contrarrestan las fuerzas de flexión provocadas por el viento en la torre y las olas en la plataforma de la barcaza. Para sincronizar las fuerzas opuestas con la inclinación del sistema, se emplea una estrategia de control de flujo de aire basada en un sistema de inferencia neurodifusa adaptativa de algoritmo genético. Mediante la manipulación del ángulo de inclinación de la plataforma de la barcaza, el sistema de control de flujo de aire GA-ANFIS ajusta las válvulas en cada lado, abriendo una y cerrando la otra en consecuencia. 

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• NauSim Un simulador de código abierto para el control, desarrollo y despliegue de drones submarinos

  César Antonio Ortiz Toro Cristina Cerrada Collado David Moreno Salinas Dictino Chaos García Karen Lyn García Suárez Pablo Otero Roth Juan Manuel Vidal Pérez Miguel Ángel Luque Nieto Ana Isabel Vázquez José Jesús Fraile Ardanuy Vicente Negro Valdecantos Eugenio Jiménez Yguacel Joaquín Aranda Almansa Santiago Zazo Bello Pedro José Zufiria Zatarain Luis Magdalena Layos Juan Parras Moral Alvaro Gutiérrez Martín

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  Este artículo presenta NauSim, un simulador de código abierto para drones submarinos, centrado en el desarrollo de software de control y en su fácil despliegue en el ''hardware'' objetivo. NauSim proporciona a investigadores, desarrolladores y estudiantes un campo de pruebas virtual, realista y versátil, que les permite evaluar el rendimiento de drones submarinos en diversos escenarios. Entre sus principales características figuran escenarios personalizables, un diseño modular para controladores, sensores y actuadores, y soporte para simulaciones de varios drones, lo que permite realizar estudios de robótica colaborativa y de enjambre.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Seguimiento de trayectoria de un AUV para la inspección de jaulas de red utilizando control por modos deslizantes

  Salvador López Barajajas Pedro J. Sanz Raul Marin Alejandro Solis Juan Echagüe Herman Castañeda

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  A medida que la industria de la acuicultura sigue expandiéndose, la necesidad de métodos de inspección eficientes y precisos para estructuras submarinas se vuelve cada vez más crucial. El control de modos deslizantes es un método de control no lineal que ha demostrado una gran robustez frente a perturbaciones e incertidumbres en el modelo. Esto se ha probado en varios estudios donde esta técnica se ha aplicado en robótica móvil, incluyendo vehículos terrestres, drones aéreos y vehículos submarinos. Este artículo presenta el diseño e implementación de un controlador adaptativo por modos deslizantes para el seguimiento de trayectorias de un vehículo submarino autónomo (AUV) para la inspección de jaulas de red. Los resultados de la simulación destacan la efectividad del controlador guiar al AUV a lo largo de trayectorias predefinidas. El estudio enfatiza el potencial del control por modos deslizantes para mejorar la capacidad del AUV de navegar con precisión en entornos complejos susceptibles a perturbaciones como las corrientes oceánicas

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Soluciones innovadoras de energía marina Combinando columnas de agua oscilante y turbinas eólicas flotantes para una mayor eficiencia

  Payam Aboutalebi Fares M'zoughi Irfan Ahmad Tahereh Bagheri Rouch Izaskun Garrido Aitor J. Garrido

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  Este artículo investiga la incorporación de Columnas de Agua Oscilante (OWCs) en Turbinas Eólicas Flotantes (FWTs) semisumergibles para mejorar la extracción de energía en alta mar. El objetivo de combinar OWCs con FWTs es reducir los movimientos oscilatorios causados por las olas y el viento, mejorando así la eficiencia del sistema y extendiendo su vida operativa. El estudio implica el rediseño de la plataforma FWT existente, conocida como WINDMOOR, para integrar OWCs en dos de sus tres columnas, específicamente para un sistema de FWT de 12 MW. El proceso de rediseño prioriza la estabilidad hidrostática y el rendimiento hidrodinámico para soportar los elementos adicionales de OWC. Se realizan análisis hidrodinámicos para evaluar el rendimiento de la plataforma híbrida en comparación con el diseño original, centrándose en la reducción de los movimientos oscilatorios. Los resultados destacan los beneficios potenciales de integrar OWCs en los sistemas FWT, particularmente en términos de mejorar la eficiencia de generación de energía y la resistencia estructural. 

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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Bioingeniería

• Actividad electrodérmica como indicador preventivo de complicaciones por neuropatía periférica

  Juan David Romero-Ante Jose Maria Vicente-Samper Juliana Manrique-Cordoba Vicente Esteve-Sala Miguel Angel de la Casa Lillo Jose Maria Sabater Navarro

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  La neuropatía periférica (NP) es una afección causada por el daño a los nervios periféricos, responsables del movimiento de los brazos y piernas. La NP puede afectar los nervios autónomos, alterando la función sudomotora y generando piel seca y agrietada. Este artículo explora el uso de las propiedades eléctricas de la piel para medir la actividad electrodérmica (EDA) y su utilidad en la evaluación del grado de afectación de la NP. Se ofrece una visión general de la NP y las características de la señal de EDA, así como algunos modelos eléctricos utilizados para su medición. Además, se revisan estudios que relacionan la EDA con el nivel de afectación del paciente. Finalmente, se presenta el diseño de un circuito electrónico para medir la EDA, con el objetivo de desarrollar un sistema portátil capaz de monitorizar en tiempo real la conductancia eléctrica de la piel de la planta del pie, facilitando el seguimiento a nivel ambulatorio de los pacientes.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Análisis de presión plantar para el diseño de plantillas personalizadas

  Juan David Romero-Ante Juan Sebastian Montenegro-Bravo Daniel Alejandro Rodriguez-Lopez Jose Maria Vicente-Samper A. Rodríguez-Martínez Jose Maria Sabater Navarro

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  La enfermedad arterial periférica (EAP) se caracteriza por la obstrucción de las arterias de las piernas y los pies debido a la acumulación de grasa. La neuropatía periférica (NP) afecta a la función de los nervios, incluidos los responsables de regular la sudoración y la humedad de los pies. Estos problemas aumentan significativamente el riesgo de úlceras y heridas en las extremidades. Este artículo presenta una metodología de análisis de la presión plantar con el equipo F-Scan64 para identificar puntos críticos durante las actividades diarias. El objetivo es diseñar plantillas personalizadas que monitoricen estos puntos y reduzcan el riesgo de lesiones en pacientes con estas afecciones. Los resultados se discuten en relación con estudios previos sobre los umbrales de riesgo que deben evitarse en estos casos. Además, se ofrece una perspectiva sobre la distribución sensorial de las plantillas personalizadas.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Aspirador quirúrgico autónomo para una intervención de cirugía laparoscópica

  Irene Rivas Blanco Eva Góngora Rodríguez Carmen López-Casado Manuel Caballero Roldán

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  La automatización de tareas quirúrgicas representa un campo de investigación en auge. En las últimas décadas, la integración de la robótica y la inteligencia artificial en los entornos quirúrgicos ha mostrado un gran potencial para mejorar la precisión, eficiencia y seguridad de los procedimientos quirúrgicos. La capacidad de los sistemas para realizar tareas repetitivas con gran precisión y sin fatiga, combinada con su capacidad para procesar y analizar grandes volúmenes de datos en tiempo real, ofrece oportunidades sin precedentes para transformar la práctica quirúrgica.
  En este trabajo se pretende dar un paso más en el campo de los robots quirúrgicos autónomos desarrollando un asistente robótico para el aspirado automático de sangrado durante una intervención laparoscópica. Para ello se ha desarrollado un algoritmo de detección de sangrado basado en una red neuronal convolucional. Además, se ha automatizado un aspirador quirúrgico convencional, de manera que pueda realizar su función de forma automática acoplado al efector final de un brazo robótico.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Bioseñales en entornos laborales y su aplicación en primeros intervinientes

  Pablo Javier Vera Ortega Ricardo Vázquez Martín Anthony Mandow Alfonso García Cerezo

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  La medición de señales psicofisiológicas de trabajadores en el desempeño de sus tareas es útil para detectar estados psicofisiológicos que les impidan desarrollar adecuadamente su labor y pongan en peligro su integridad física. Para una detección efectiva de estos estados es necesario una selección adecuada de las bioseñales a monitorizar, acorde a la labor realizada, y un procesamiento correcto de las mismas. También es necesario establecer una verdad fundamental que permita el desarrollo de algoritmos de aprendizaje automático efectivas. Este artículo revisa las bioseñales y herramientas de procesamiento y predicción utilizadas en la detección de estados psicofisiológicos peligrosos para los trabajadores y expone una aplicación de monitorización de las bioseñales con primeros intervinientes durante ejercicios de alta fidelidad.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Diseño y construcción de una órtesis de codo inteligente

  Marina Villanueva Pelayo Cristina Romero Mirete Vicente Morell Giménez Gabriel J. García Gómez Andrés Úbeda Castellanos Carlos A. Jara Bravo

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  En este artículo se presenta el diseño, construcción y programación de una órtesis de codo inteligente para tratar la rigidez articular del codo, una complicación común después de traumatismos o accidentes cerebrovasculares. Mediante impresión 3D, se ha creado un dispositivo fácilmente adaptable a cada paciente, con 3 grados de libertad que permiten la flexoextensión y pronosupinación del brazo. Además, incluye una articulación diseñada para descargar la concentración de fuerzas en el codo durante los movimientos de flexión y extensión. Mediante sensorización, la órtesis mide con precisión los ángulos de flexoextensión y pronosupinación, y gracias a su interfaz en pantalla se puede ver la evolución del movimiento del paciente en tiempo real. Para resolver los problemas de motivación de los pacientes tras recibir el alta hospitalaria, la interfaz incluye un pequeño juego que además sirve para generar un informe detallado con la información más importante para el personal sanitario, facilitando así el seguimiento y ajuste del tratamiento.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Dispositivo háptico para la rehabilitación de dedo Estudio preliminar

  Diego Almendro Ana Cisnal Javier Pérez Turiel Juan Carlos Fraile

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  La rehabilitación es crucial para pacientes que han sufrido un accidente cerebrovascular. En este ámbito, los sistemas robóticos posibilitan ejercicios repetitivos y precisos, esenciales para la recuperación motora. RobHand, un exoesqueleto de mano desarrollado por el Instituto de Tecnologías Avanzadas de la Producción de la Universidad de Valladolid, permite la realización de terapias pasivas y bilaterales, asistiendo la flexión y extensión individual de los dedos. No obstante, para superar las limitaciones de los servomotores actuales, se propone sustituirlos por motores lineales LM2070-040-11 de Faulhaber, que destacan por su alta calidad, precisión y backdrivability. Presentamos un estudio preliminar de la implementación de un control de impedancia y un algoritmo de asistencia a medida utilizando estos nuevos motores lineales. Aunque este estudio se focaliza en un dedo, su aplicación es extrapolable a toda la mano. Los resultados muestran que esta actualización mejoraría significativamente el sistema.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Estudio del coeficiente de coactivación muscular en flexo-extensión de codo en distintas condiciones de peso con el uso de EMG

  Pablo Martin Sierra Carlota Feijoó Cristina Sánchez Eloy Urendes Rafael Raya

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  El coeficiente de coactivación muscular (CC) es una métrica que expresa los niveles de contracción simultánea entre una pareja de músculos agonista-antagonista, siendo útil para el análisis del control motor. Uno de los factores que intervienen en este índice es el peso desplazado por el sujeto en el movimiento. Este estudio se centra en analizar la variación del CC a partir del análisis de la señal de electromiografía de 10 sujetos sanos mientras realizan diferentes pruebas de flexo-extensión de codo, variando el peso y la frecuencia de desplazamiento en diferentes fases del movimiento para ver en qué casos se producen cambios apreciables. Para ello, se calculó el CC para cada caso y posteriormente se realizó un estudio estadístico para tratar de detectar qué factores hacen que el CC aumente. Los resultados sugieren que no hay cambios significativos en el CC con el aumento del peso o la frecuencia en los movimientos de extensión con un intervalo de confianza del 95%.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Guante vestible para la detección de gestos usando sensores inerciales

  Alba Benito Martínez Lluís Bernat Iborra Gabriel Jesús García Gómez José Luis Ramón Carretero Carlos Alberto Jara Bravo Andrés Úbeda Castellanos

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  En este artículo se presenta un guante vestible que permite obtener la información de las posiciones relativas de la mano mediante la incorporación de varios sensores inerciales que registran los ángulos de movimiento de los dedos junto con la orientación de la palma de la mano. El dispositivo se ha validado preliminarmente clasificando tres gestos básicos de la mano con resultados muy prometedores, lo cual indica que el uso del guante es viable para el reconocimiento de un mayor número de gestos. En el futuro, se ampliará la base de datos de gestos clasificados y se incorporarán herramientas en tiempo real de detección para poder aplicarse en la comunicación directa entre personas sordas y su entorno o la evaluación de movimientos en el ámbito de la rehabilitación de la mano

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Integrating vision-based head movement detection into a serious game towards game-based neck pain treatment

  Johnny Javier Yépez Figueroa Edwin D. Oña Carlos Balaguer Alberto Jardón

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  Serious games extend beyond entertainment to applications like rehabilitation, enhancing patient motivation and therapy effectiveness. This project aims to develop a serious game for patients with cervicalgia, cervical osteoarthritis, or conditions affecting cervical mobility. Utilizing the classic Pac-Man game and a vision system detecting face orientation, Pac-Man's movement is controlled by the patient's head movements. This approach offers a significant advantage over conventional methods by objectively assessing patient progress through recorded quantitative variables. However, a potential drawback is patient fatigue or frustration if they struggle with the game. This can be mitigated by adjusting the game's difficulty to match the patient's abilities.

  The integration of serious games in rehabilitation provides an engaging way to perform exercises, potentially increasing adherence to therapy. By personalizing the game’s difficulty, patients can experience a tailored rehabilitation process that evolves with their improvement, ensuring the therapy remains challenging yet achievable. This adaptability not only promotes sustained engagement but also optimizes therapeutic outcomes.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Integrator for Musculoskeletal Simulation in Python

  Alicia García-Mascaraque Herrera Ignacio Montesino Juan G. Victores Carlos Balaguer Alberto Jardón

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  La detección de la espasticidad es compleja debido a su origen en el sistema nervioso central y los síntomas musculares. Este proyecto desarrolla un método automático para detectar el grado de espasticidad según la escala Ashworth, usando movimientos pasivos, rápidos y suaves en el paciente y midiendo la excitación cerebral. Software como OpenSim y técnicas como Computed Muscle Control (CMC) han facilitado esta tarea ofreciendo el valor de la excitación cerebral dada una trayectoria de movimiento, aunque presentan errores cuando el tipo de movimiento es suave y rápido. Este artículo implementa el integrador Hybrid Computed Muscle Control (HCMC) con el método Runge-Kutta, mejorando la precisión con un error del 3% respecto a CMC. La implementación en Python aumenta la accesibilidad y permitirá crear una base de datos de pacientes virtuales para aplicar técnicas de Machine Learning, avanzando en el desarrollo de nuevos métodos de diagnóstico.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Modelado del efecto del ciclo menstrual de una paciente DM1 usando SimBiology

  Marina Poveda Perez Juan David Romero-Ante Juliana Manrique-Cordoba Carlos Jara-Bravo Jose Maria Sabater Navarro

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  La diabetes mellitus tipo 1 (DM1) es una enfermedad autoinmune que causa insuficiente producción de insulina debido a la destrucción de las células beta del páncreas. Diversos modelos matemáticos, como el desarrollado por Dalla Man y validado por la FDA, han dado lugar a una serie de estudios que han permitido la adaptación de tratamientos para pacientes con DM1 por Manrique-Córdoba, permitiendo una mejor comprensión y control de la enfermedad. En este estudio, se propone abordar la dinámica de pacientes tipo 1 utilizando la herramienta SimBiology en Matlab. El modelo busca proporcionar una visión más completa de cómo las diferentes etapas del ciclo menstrual pueden influir en sus niveles de glucosa en sangre. Los resultados de simulación permiten analizar la respuesta del modelo ante diversas situaciones y destacan las capacidades gráficas de SimBiology para simular sistemas biológicos. Estos hallazgos mejoran la comprensión de la DM1 y destacan el potencial de estas herramientas para optimizar tratamientos.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Optimización del registro en tiempo real de sensor de fuerza

  José Manuel Sempere Desirée Irene Gracia José María Azorín Andrés Úbeda Eduardo Iáñez Martínez

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  El estudio aborda la necesidad de cuantificar la presión superficial con baja latencia en la transmisión de datos. Utilizando el sensor de fuerza resistivo FSR 406 y el microcontrolador ESP32, se ha desarrollado una arquitectura para optimizar el envío y registro de datos. La arquitectura incluye la activación de triggers basados en umbrales de voltaje o botones pulsadores, permitiendo la sincronización precisa entre dispositivos. El sistema envía datos en vectores o bloques de cadenas, asegurando la integridad y continuidad de la información. También, ejemplos de envío de triggers y datos muestran cómo se logra una sincronización efectiva, facilitando la comparación de la presión superficial con otras señales fisiológicas sin generar desfases. Este estudio optimiza el registro y transmisión de datos, mejorando la precisión y eficiencia en aplicaciones fisiológicas y biomecánicas y, demostrando una arquitectura robusta para la sincronización y análisis de múltiples dispositivos.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Protocolo para detectar el ErrP durante la marcha con exoesqueleto

  Paula Soriano-Segura José García-Villalón Mario Ortiz Eduardo Iáñez Martínez José María Azorín

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  La presente investigación tiene como objetivo la detección del Potencial de Error (ErrP) en movimiento que se produce al detener erróneamente un exoesqueleto de miembro inferior utilizando una Interfaz Cerebro-Máquina (BMI) de imaginación motora (MI). En estos pasos iniciales, se diseña un protocolo experimental para generar potenciales ErrP y NoErrP en movimiento, previos a la parada del exoesqueleto, a través de un estímulo táctil. Posteriormente, se comparan los potenciales en el dominio del tiempo entre sesiones, entre clases y entre sujetos, mediante el cálculo del Error Cuadrático Medio (RMSE) de las señales respecto a su media y su análisis estadístico. Los resultados obtenidos determinan que no existen diferencias estadísticamente significativas entre las distintas sesiones experimentales de un sujeto pero si las hay entre sujetos. Además, la diferencia entre ambas clases varía según el sujeto y la sesión.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Sistema de monitorización de entornos para usuarios de sillas de ruedas

  Nerea Perez Aitziber Mancisidor Itziar Cabanes Patrick Vermander Eva Portillo Asier Zubizarreta

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  Este estudio aborda el desafío de hacer un seguimiento de los entornos de desplazamiento de los usuarios de sillas de ruedas, con el objetivo de proporcionar al personal sanitario datos cuantificables sobre su actividad diaria. Se presenta un sistema de monitorización que realiza un seguimiento continuo y en tiempo real de las variables cinemáticas y ambientales, analizando los efectos del movimiento de la silla y los factores externos en el estado funcional del usuario. El sistema integra una IMU, dos encoders y un sensor de humedad y temperatura en una silla de ruedas eléctrica. Para la validación del sistema se han realizado pruebas en diversos entornos, como rampas, giros bruscos, ascensores y baches, confirmando su eficacia. Este dispositivo robusto y fiable proporciona a los profesionales la información necesaria sobre el contexto específico de cada usuario, lo que contribuye a mejorar los tratamientos de rehabilitación y, en consecuencia, su calidad de vida.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Web-based Interface to control autonomous robotic systems in hospital scenarios

  Amparo Tirado-Bou Raúl Marín-Prades Pedro J. Sanz

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  We developed a graphical interface for an autonomous support robot to assist health personnel with the care of infectious patients, such as those with COVID-19. Using the React Framework, the interface design is in the experimental phase, tested on a real robot. Its main goal is to enable remote motor control and Lidar data visualization, compatible with any Robot Operating System (ROS) setup via ROSbridge, which uses websockets to expose ROS communication channels. The system leverages roslibjs, React, and React Three Fiber, utilizing WebGL and Three.js for smooth web integration. The user interface includes interactive elements for camera feeds, motor control, and Lidar data visualization. This enhances ROS capabilities beyond local networks, fostering new remote robotics applications. The control module is part of a comprehensive system for managing tasks related to patient care.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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Computadores y Control

• Arquitectura de fusión sensorial tolerante a fallos para la estimación de la actitud en UAVs

  Ramón Rico Azagra Montserrat Gil Martínez Javier Rico Azagra

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  La redundancia de unidades de medida inercial (IMU) dota al sistema de navegación de mayor precisión, confiabilidad y robustez en el control del vehículo aéreo no tripulado (VANT). Así, se presenta una arquitectura de fusión sensorial tolerante a fallos. Las estimaciones de actitud realizadas con acelerómetros y giroscopios triaxiales de tres IMUs, más la obtenida con un modelo del VANT, se fusionan mediante un algoritmo de medias ponderadas. Sus pesos se asignan: (i) en virtud de un sistema de votación que penaliza las discrepancias entre las fuentes de información y (ii) en base a la confiabilidad de las fuentes. Para ello, se han caracterizado los errores estocásticos de estimadores y sensores IMU, incluyendo fenómenos no estacionarios identificados mediante la varianza de Allan. Mas allá de obtener la fusión más precisa, la arquitectura será capaz de eliminar las estimaciones con fallo. Los resultados verifican varios escenarios de fallo de IMU y se comparan las mejoras de fusión con otros algoritmos.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Aproximación basada en Unity para el modelado digital de sistemas de automatización

  Alejandro Sánchez García Sergio Illana Pedro Casado Cruz Ildefonso Ruano Ruano Elisabet Estévez Estévez

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  La simulación 3D se ha convertido en una herramienta esencial en la automatización industrial moderna. Está alineada con los objetivos de la Industria 4.0, que buscan mejorar la eficiencia y reducir costos en entornos de manufactura complejos. Hoy en día en el mercado hay disponibles entornos de simulación 3D diseñados para abordar los desafíos de replicar con precisión entornos industriales complejos. Lamentablemente, son productos de pago con una costosa curva de aprendizaje, y en los que los usuarios no pueden añadir nuevos componentes que no se encuentren contemplados en sus librerías. Este trabajo, explora cómo utilizar la herramienta Unity, utilizado principalmente para la creación de videojuegos y experiencias interactivas en 2D-3D, realidad aumentada y virtual, en el modelado digital de sistemas de automatización. Específicamente, presenta una metodología a seguir con objeto de minimizar la curva de aprendizaje y, adicionalmente, añade dos componentes básicos e indispensables en automatización como son los sensores magnéticos y los cilindros de doble efecto.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Clasificación de señales EEG para aplicaciones BCI de imaginación motora

  Sara Omari Adil Omari Mohamed Abderrahim Fichouche Fares J. Adu-Dakka

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  La decodificación de señales EEG constituye la base de la mayoría de los estudios de interfaces cerebro-computadora. Una técnica prominente de preprocesamiento para estas señales implica el uso de matrices de covarianza. Este método ha ganado una amplia aplicación en los últimos años, particularmente en el procesamiento de señales EEG y el filtrado espacial para BCI de imaginación motora. Dado que las matrices de covarianza residen dentro de la variedad Riemanniana de matrices SPD, la aplicación de la geometría Riemanniana ha demostrado ser un enfoque robusto y de alto rendimiento. Con el fin de interpretar las señales cerebrales para aplicaciones futuras en robótica médica y sistemas de control, este artículo presenta un método que proyecta estas matrices de covarianza desde su espacio Riemanniano nativo a múltiples espacios tangentes, lo que permite el uso de clasificadores convencionales como la regresión logística y las máquinas de vectores de soporte. Nuestros resultados demuestran que este enfoque supera significativamente el método de proyección única.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Demostrador para el análisis de tráfico de red en subestaciones de tracción basadas en IEC61850

  Pablo Baltuille Puente Antonio Morán Serafin Alonso Miguel Ángel Prada Juan José Fuertes Manuel Domínguez

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  En este artículo se presenta un procedimiento para analizar tráfico de red en subestaciones de tracción ferroviaria basadas en el estándar IEC 61850. Se propone el uso de un conjunto de sondas que detectan los eventos generados por los diferentes dispositivos de la red (relés de protección, unidad de control de subestación, sistema SCADA, etc.), junto con la metodología a seguir para la generación y el análisis de los paquetes de red. Además, se realiza un experimento sobre un armario de control que replica la estructura de automatización de una subestación de tracción. En este sistema se genera tráfico de red de los protocolos IEC 60870-5-104, IEC 61850 GOOSE y MMS a través de la ejecución de una maniobra en condiciones normales. Este tráfico se monitoriza a través de las sondas y se hace un estudio de los eventos mediante la utilización de una herramienta de análisis de paquetes.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Detección de anomalías en máquinas de corte con láser mediante redes neuronales y procesamiento de señales

  Luis Ortiz Ana Guasque Patricia Balbastre Jose Simo

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  En este trabajo se propone la evaluación de diferentes técnicas de procesamiento de información, obtenida mediante instrumentación, con el objetivo de la detección de anomalías de funcionamiento mecánico. Como punto de partida se usan datos obtenidos mediante el muestreo de un acelerómetro montado en un pórtico XYZ cuyo movimiento está controlado con motores paso a paso. A los datos obtenidos por la instrumentación se aplicarán técnicas de procesamiento digital, y redes neuronales para determinar la posibilidad de predicción en la aparición de funcionamientos anómalos en la máquina. Para la evaluación experimental de las técnicas de procesamiento de información se inyectarán diferentes tipos de fallos bajo diferentes escenarios de funcionamiento. Los resultados obtenidos se comparan cuantitativa y cualitativamente, evaluando la eficacia de cada enfoque. Las conclusiones derivadas de este trabajo contribuirán al avance en la detección temprana de anomalías en máquinas de corte con láser, brindando aplicaciones prácticas para el mantenimiento predictivo y la mejora de la eficiencia operativa.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Gestión inteligente de recarga del vehículo eléctrico con materiales económicos

  Iñigo Aramendia Jose Antonio Ramos-Hernanz Daniel Teso-Fz-Betoño Markel Erauzquin Aritz Irazabal Jose Manuel Lopez-Guede

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  En los sistemas integrados, la computación de borde procesa datos localmente, mejorando la eficiencia y reduciendo la dependencia de los servidores en la nube. Arduino, conocido por su accesibilidad, ayuda en proyectos integrados. El auge de los vehículos eléctricos requiere el despliegue generalizado de estaciones de carga para una movilidad sostenible. Este artículo se centra en el control de los cargadores de automóviles para una carga eficiente, rápida y segura, haciendo hincapié en la modulación y el control preciso. Las limitaciones incluyen un límite de intensidad de carga de 3 A y el uso exclusivo de una batería de 12 V para cargar. La construcción del cargador interno también incluye, entre otros, un regulador de tensión y un medidor de corriente. El proceso de carga está formado por tres estados. Un estado inicial de conexión, un estado de stand-by y un estado de carga realizado mediante modulación y en el que se han definido seis etapas.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Integración de IMU y GNSS. Estimación del estado del firme

  Miguel Díaz-Cacho Medina André Chaves Matías García Rivera

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  Este trabajo presenta un sistema de integración de sensores proporcionada por un dispositivo móvil para entornos vehículares. Los sensores integrados son un IMU y un receptor GNSS, que permiten crear un sistema de estimación del estado del firme basado en la variación de la aceleración vertical detectada por el IMU y asociarlo a unas coordenadas geodésicas. Para dotar al sistema técnico de un marco teórico se definen unidades específicas de rugosidad basándose en las muestras de la aceleración medida e inspiradas en las técnicas tradicionales de medida de rugosidad de superficies. El sistema se sirve de una topología ITS tradicional, donde el dispositivo móvil es la OBU con capacidad de transmisión de datos al servidor C-ITS en la nube para ser procesados y determinar los parámetros resultantes. Se realizaron pruebas del sistema en un entorno viario real con resultados satisfactorios, donde se detectaron diferencias en los tipos de firme y hendiduras en la calzada.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Herramienta de disección de tramas para protocolos IoT

  Diego Narciandi-Rodríguez Jose Aveleira-Mata Alicia Merayo Corcoba Manuel Rubiños Paula Arcano-Bea Héctor Alaiz-Moretón

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  Desde hace unos años la aparición y uso de dispositivos IoT (Internet de las Cosas), los cuales destacan por el uso de protocolos ligeros debido a su baja carga computacional, hace que surgan nuevos vectores de ataque en en los sistemas con dispositivos IoT. Es por ello que es necesario entrenar y desarrollar modelos de aprendizaje automático a partir de datos reales, que se implementen en sistemas de deteccion de intrusiones (IDS). Aquí es donde intervienen los datasets los cuales posibilitan esta actividad gracias al desarrollo efectivo de estos modelos. En este trabajo se presenta el desarrollo de un disector de tramas que facilita la generación datasets específicos para los diferentes protocolos IoT existentes que sean útiles para crear modelos de aprendizaje automático a partir de los mismos.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Practical deployment of subsampling-based high-frequency signal acquisition system

  Jon Vivas Merino Inari Badillo Fernández Joaquin Portilla Rubín Iñigo Arredondo López de Guereñu Jorge Feuchtwanger Morales Josu Jugo Garcia

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  This paper presents a cost-effective solution for high-frequency signal acquisition using a subsampling-based system. The focus is on the practical implementation of a uniform subsampling setup, leveraging Track-and-Hold Amplifiers (THAs) and precise timing control for efficient signal reconstruction. The system allows the acquisition of signals above the Nyquist frequency, significantly reducing data storage needs, simplifying real-time analysis, and enabling the use of economically competitive components. Special attention is given to the challenges and considerations in deploying such a system, including the need for synchronization between THAs and the measurement system, and the impact of timing jitter. The paper demonstrates that with careful implementation, subsampling-based systems offer a promising and economically viable approach for high-frequency signal acquisition and control.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Sistema para la mejora del entrenamiento del lanzamiento de disco

  David Moreno-Salinas José Sánchez-Moreno Juan Carlos Álvarez Carlos Revuelta

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  En este trabajo se presenta el estado de desarrollo de un sistema orientado a entrenadores y atletas de alto rendimiento para la mejora de la técnica del lanzamiento de disco. El sistema está basado en el análisis de la información proporcionada por unidades de medida inerciales (IMU) y una cámara de vídeo. Inicialmente, las IMU se ubican en cinco puntos del cuerpo del lanzador, así como en el interior del disco. La utilidad de las IMU es proporcionar aceleraciones y ángulos de orientación que permitan derivar parámetros biomecánicos del atleta, así como identificar las fases temporales que comporta todo lanzamiento. En lo que respecta a la grabación de vídeo, ésta se procesa mediante técnicas de aprendizaje profundo para obtener las coordenadas 3D de 21 puntos del cuerpo del atleta. Todos estos datos permiten mejorar el modelado biomecánico con parámetros como la ubicación del centro de masas del atleta y la evolución del momento angular del disco y del lanzador.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Sistemas Agrivoltaicos Nuevos retos para la ingeniería

  Joseba Andoni Sainz de Murieta Mangado Arantzazu Burgos Alvaro Pedroza Ochoa Unai Villena Camarero Maria Luz Alvarez Gutierrez

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  El último informe del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) de la ONU confirma la evidencia y efectos del cambio climático, subrayando la necesidad de reducir rápidamente las emisiones de gases de efecto invernadero para alcanzar cero emisiones netas. El sector energético, uno de los principales emisores de estos gases, debe incrementar significativamente la implantación de energías renovables, especialmente la energía solar fotovoltaica.

  Sin embargo, la expansión de paneles solares enfrenta el desafío de compatibilizar el uso de la tierra para agricultura y ganadería. Las instalaciones agrivoltaicas, que combinan estos usos con la generación solar, se postulan como una parte de la solución y, a su vez, plantean nuevos retos de ingeniería, algunos de los cuales se analizarán en este artículo.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Trazador inteligente en tiempo real para productos perecederos

  Javier Garrido López Manuel Jiménez Buendía Ana Toledo Moreo Fulgencio Soto Vallés Roque Torres Sánchez

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  Durante la fase de poscosecha y antes del consumo, los productos perecederos pueden perder calidad por malas condiciones de conservación. La monitorización de las condiciones ambientales clave puede predecir estas pérdidas. Este proyecto presenta un datalogger autónomo, portátil y compacto para monitorizar parámetros ambientales en tiempo real durante la cadena de suministro. El dispositivo mide temperatura, humedad relativa, CO2, luminosidad y vibraciones, y transmite los datos de forma inalámbrica, simplificando soluciones existentes que emplean varios dispositivos y presentan costes prohibitivos. Se han empleado estrategias para optimizar el consumo de energía, logrando un mes de autonomía para cubrir periodos enteros de transporte de alimentos. El datalogger utiliza NB-IoT y otras tecnologías inalámbricas para enviar los datos a una plataforma en la nube. Se han realizado ensayos de autonomía, comparación con otros dataloggers comerciales y ensayos de campo satisfactorios para validar su funcionamiento y transmisión de datos en tiempo real durante un transporte refrigerado.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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Control Inteligente

• Aprendizaje de la señal de control para un electrolizador tipo PEM

  Yeyson Becerra-Mora William D. Chicaiza Juliana Sobral Barros-Queiroz J. Á. Acosta Juan Manuel Escaño

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  Este trabajo propone el aprendizaje de una señal de control para un electrolizador tipo PEM, considerando variables de entrada y salida del sistema como la corriente eléctrica suministrada por una fuente fotovoltaica, la temperatura ambiente y la energía disipada por el caudal del sistema de refrigeración acoplado al electrolizador. Los datos de corriente eléctrica y temperatura ambiente son medidos por el sistema. Por otro lado, los datos de energía disipada por el caudal del sistema de refrigeración fueron obtenidos a partir de simulaciones de un controlador de temperatura que utiliza la técnica de Control Predictivo Basado en Modelo (MPC). Se proponen dos técnicas de aprendizaje: Gaussian Mixture Model (GMM) / Gaussian Mixture Regression (GMR) y un modelo NeuroFuzzy (NF). Los resultados de las simulaciones demuestran que las técnicas de aprendizaje modelaron con precisión el comportamiento de la señal de control en el electrolizador.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Detección y estimación de fugas de aire comprimido en sistemas industriales mediante análisis de audio

  Alejandro Torres Muñoz William David Chicaiza Salazar Andrea Bellucci Juan Manuel Escaño

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  El uso de aire comprimido es esencial en numerosos procesos industriales debido a su producción segura y manejo sencillo. Sin embargo, su generación es altamente costosa en términos energéticos, representando una fracción significativa de los costos operativos de las instalaciones industriales. Además, las fugas de aire comprimido pueden incrementar considerablemente estos costos, haciendo imperativo el desarrollo de técnicas precisas para su estimación y control. Este estudio se centra en la detección y cuantificación de fugas de aire en un sistema de aire comprimido mediante el análisis de muestras de audio, proponiendo y evaluando distintos modelos de clasificación y regresión para optimizar la eficiencia energética y operativa de la planta.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Energy Management System for a Hybrid Fuel Cell Unmanned Aerial Vehicle Sistema de gestión de energía para aeronaves híbridas con pila de combustible

  Javier Alejandro Quintana Carlos Bordons Alba Sergio Esteban Roncero

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  This paper presents the design, implementation, and experimental validation of the energy management system for a hybrid fuel cell and battery powertrain system for unmanned aerial vehicles (UAVS). The integration of fuel cells and batteries in UAV powertrains combines the high specific energy of fuel cells with the high specific power of batteries, resulting in a more efficient and lightweight energy solution. A novel energy management system (EMS), featuring advanced control algorithms such as fuzzy logic, is proposed to optimize energy distribution and enhance overall performance. The experimental setup includes a test-bench design equipped with a programmable DC/DC converter and a digital twin for real-time monitoring and predictive energy management system. Simulation and experimental results demonstrate significant improvements in energy efficiency, reduced emissions, and enhanced operational reliability. This study underscores the potential of hybrid powertrain systems in advancing the sustainability and efficiency of UAV operations.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Evaluación la inteligencia artificial generativa en el contexto de la automática un análisis crítico

  Antonio Javier Barragán Arturo Aquino Juan Manuel Enrique Francisca Segura Miguel Ángel Martínez José Manuel Andújar

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  La reciente proliferación de las inteligencias artificiales (IAs), en particular las IAs generativas, está impulsando una necesidad de transformación en la educación universitaria. La habilidad de las IAs para generar contenido, redactar informes, resúmenes y solucionar problemas de diversa complejidad, debería inducir una revisión de muchos de los métodos de evaluación tradicionales; o al menos, un reconocimiento de la capacidad del estudiantado para emplear estas herramientas en la ejecución de sus tareas. Este artículo tiene como objetivo evaluar las competencias de las principales IAs disponibles en la actualidad para llevar a cabo tareas asociadas con la ingeniería de control, tanto teóricas como prácticas. Los resultados indican que las IAs actuales todavía no pueden resolver problemas de control de manera efectiva, y tienden a recurrir a soluciones estándar que no siempre son apropiadas; no obstante, muestran un rendimiento satisfactorio respecto de conocimientos teóricos generales.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Interfaz inteligente de ayuda a la navegación autónoma en exteriores

  Luz María Hidalgo García Juan Jesús Roldán Gómez

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  La navegación autónoma terrestre en exteriores es una tarea compleja que se enfrenta a numerosos desafíos.  Las aplicaciones que consigan fusionar diferentes tipos de información para la ayuda a la toma de decisiones serán las más exitosas. Se presenta el desarrollo de una interfaz inteligente para ofrecer asistencia a la navegación autónoma proporcionando información de las posibles rutas a seguir en el mapa geográfico por el que se lleva a cabo la navegación. Integra buscadores de rutas de menor coste de proveedores de mapas evitando zonas virtuales restringidas incorporadas al escenario. Para zonas de exploración no muy grandes en las que no existan rutas registradas en los mapas, el sistema incorpora un algoritmo ad-hoc para encontrar la ruta óptima. Este proyecto integra tres importantes tecnologías facilitadoras para el desarrollo de aplicaciones para la navegación autónoma de plataformas robóticas en exteriores: Unity como motor de desarrollo, ROS para los mensajes de comunicación y OpenStreetMaps como software para procesamiento de mapas geográficos.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Modelado de instalación de aire comprimido para su integración en gemelo digital

  Pablo González Camacho Javier Gómez Jiménez Juan Manuel Escaño Carlos Bordons Alba

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  En este trabajo se describe el diseño de un modelo de una instalación industrial de aire comprimido utilizando Simulink y la librería Simscape. Dicha instalación consiste en el transporte de bandejas de una célula de fabricación flexible ubicada en los laboratorios de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla. El objetivo del modelo es calcular el consumo del motor-compresor para evaluar algoritmos de optimización del consumo energético en el sistema. El documento presenta el modelo y los resultados de la simulación con datos proporcionados por el gemelo digital de la planta industrial.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Sistema de orientación de un aerogenerador empleando Fuzzy Logic Controller

  Roberto Díaz Barrio Matilde Santos Peña Carlos Armenta Déu

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  A la hora de generar energía eléctrica empleando aerogeneradores para aprovechar la fuerza del viento, hay que tener en cuenta que estos han de orientarse de forma correcta respecto al mismo; ya que de no hacerlo, no serán capaces de aprovechar la energía disponible, e incluso podrán producirse cargas y efectos anómalos que pueden perjudicar el conjunto de la máquina de forma estructural. En este trabajo se pretende obtener empleando un controlador con lógica borrosa (Fuzzy Logic Controller, FLC), un sistema que mantenga la orientación correcta del aparato. Para ello, se presentará un modelo de planta adecuado, para a continuación comentar la lógica que ha de seguir el control debido a las características del modelo. Al final, se validará todo mediante simulaciones en las que el modelo obtenido tendrá que mantener la orientación ante distintas casuísticas, y por último  e comentarán las conclusiones extraídas de la realización del trabajo.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Validación del modelo de un vehículo autónomo guiado mediante un controlador inteligente

  Javier Argente Mena Jesus Enrique Sierra Garcia Matilde Santos Peña

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  En este trabajo se aplica un control convencional, que se ha sintonizado mediante una estrategia heurística, a un modelo de un vehículo de guiado automático (AGV). El modelo dinámico del AGV se ha extendido mediante la inclusión del modelado de los motores, y se ha identificado la causalidad de las ecuaciones para facilitar su implementación computacional. La función de coste del algoritmo genético (AG) usada para ajustar los parámetros del controlador de seguimiento de trayectoria se ha definido en base a dos criterios: el error de seguimiento y penalizar la agresividad de la acción de control. Mediante simulación se ha probado en una trayectoria sinusoidal que el esquema de control implementado, tanto de velocidad como de navegación, funcionan correctamente.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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Educación en Automática

• ArduTC -- Un entrenador de bajo coste para TwinCAT

  Francisco-Angel Moreno Victor Torres

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  La realización de prácticas docentes con PLC en la ingeniería supone un desafío en los centros educativos debido al alto coste, el espacio ocupado y el mantenimiento de los equipos necesarios para llevarlas a cabo. Esto avoca al alumnado a tomar turnos para realizar ejercicios de automatización o, si esto no es posible, al uso de simuladores, empeorando la experiencia práctica. ArduTC nace como un intento de democratización del hardware para automatización, desarrollando un sistema de muy bajo coste que convierte una placa de desarrollo de Arduino UNO en una interfaz entre TwinCAT, el software comercial de programación de PLC de Beckhoff, y elementos básicos de automatización como LEDs, pulsadores, sensores analógicos y servomotores, sustituyendo en última instancia a un PLC comercial.

  Nuestro sistema se comunica de manera transparente con un programa TwinCAT que se ejecuta en un PC mediante el protocolo ADS aplicando los cambios en las variables del programa a los pines de una placa Arduino y viceversa.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Uso de herramientas 4.0 para el diseño de un robot

  Eduardo J. Moya Marcos, E Herreros, A

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  Este trabajo muestra herramientas dentro de la Tecnología 4.0 para el diseño y construcción de un robot. El trabajo toca las áreas de diseño mecánico,  diseño hardware y software. Una de las herramientas es Fusion 360º, que permite imprimir las piezas en 3D de forma que en este proceso de fabricación se puede iterar fácilmente la mecánica de las piezas, perfeccionando así su funcionamiento. Como herramienta para los esquemas electrónicos se ha utilizado el programa Kicard, que posibilita diseñar una placa base propia para la aplicación. Otra herramienta es la tecnología Soft Robotic, sustituyendo el actuador tradicional de un robot por uno neumático de baja presión. Como herramienta de hardware se ha utilizado un Arduino y para la programación del software se ha utilizado el entorno correspondiente el cual cuenta con librerías para controlar los dispositivos utilizados. Se ha tratado de conseguir una interfaz de usuario sencilla, permitiendo modos de funcionamiento, aplicado a un robot para envolver pastillas de jabón.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Aprendizaje basado en proyecto para educación en automática inmersión completa en la asignatura de Domótica

  José María Manzano Crespo

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  Este artículo presenta una aplicación innovadora de aprendizaje basado en proyectos (ABP) para la asignatura Domótica en un grado en Ingeniería Mecatrónica y Robótica. El proyecto implica la automatización completa de una vivienda a lo largo del cuatrimestre, proporcionando a los estudiantes una experiencia práctica y directa. El curso se realizó fuera del campus: los estudiantes se dividieron en parejas, cada una responsable de diferentes aspectos de la domotización, incluyendo iluminación, persianas, climatización, control de acceso e integración utilizando plataformas como Home Assistant. Los resultados educativos mostraron mejoras significativas en el conocimiento técnico, el trabajo en equipo, la gestión de proyectos y la resolución de problemas. El enfoque ABP facilitó una comprensión más profunda de los conceptos teóricos mediante su aplicación práctica, promoviendo la innovación y la creatividad. La retroalimentación positiva y los altos niveles de satisfacción entre los estudiantes subrayan la efectividad de este método de enseñanza.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Crazyflie como plataforma educativa Innovando la formación en Automática

  Caballero-Martin, D. Satama-Bermeo, G. Affou, H. Teso-Fz-Betoño, D. Aramendia, I. Lopez-Guede, J.M.

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  La significativa evolución y mejora de los drones ha impulsado su uso como plataforma de experimentación en el campo de la Automática, tanto en educación como en investigación, destacándose su modularidad y versatilidad. Este artículo ofrece una revisión de las principales configuraciones posibles con los drones Crazyflie de Bitcraze, una plataforma flexible y con muchas posibilidades para la formación en Automática. Su diseño compacto facilita la integración de nuevos sensores y módulos, así como la explicación de sistemas de posicionamiento como Lighthouse y Loco Positioning. También se introducen las implementaciones de controladores PID para garantizar la estabilidad y control del vuelo, que son modificables por el alumnado. Además, se analizan los beneficios de usar drones en entornos educativos, mejorando tanto la enseñanza práctica como teórica en Automática. En resumen, este estudio reconoce el impacto transformador de los drones en la educación en Automática y destaca su papel en la innovación educativa, creando un entorno académico más dinámico y atractivo.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Diseño de un Plóter para el aprendizaje del modelado y control de motores CC

  Enrique Bauzano Núñez

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  Este artículo presenta la adaptación a la metodología de Aprendizaje Basado en Proyectos (ABP) de la asignatura de Servoaccionamientos del Máster de Ingeniería Mecánica Avanzada, cursada en la Universidad de Málaga. Para ello, se propone como proyecto controlar el desplazamiento cartesiano en el plano de un instrumento de delineado mediante dos motores CC. Dichos motores están instalados en una estructura mecánica que permite la transmisión de su giro en desplazamiento del instrumento de delineado. Para ello, debe aplicarse los conocimientos teórico-prácticos de teoría de control estudiados durante el curso. En primer lugar, se obtiene y valida un modelo en velocidad de cada motor CC mediante un procedimiento de identificación. A continuación, se resuelve el problema de regulación mediante variables de integración, buscando una reubicación adecuada de los polos. Por último, se plantea resolver el seguimiento en velocidad para trayectorias de perfil trapezoidal. Todos los cambios realizados sobre la asignatura se evaluación en función de los resultados obtenidos por los estudiantes.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Diseño de un curso de señales y sistemas basado en herramientas interactivas

  Jesús Chacón Sombría José Manuel Díaz Sebastian Dormido

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  En este trabajo analizamos el contenido de un curso introductorio típico sobre procesamiento de señales y sistemas, discutimos los beneficios y riesgos de las herramientas interactivas y presentamos dos ejemplos de herramientas interactivas para enseñar conceptos de identificación de sistemas. Finalmente, proponemos una metodología para desarrollar herramientas interactivas bien documentadas de manera eficiente.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Enseñanza on-line de la ingenierı́a el experimento COVID-19

  David Abreu Rodríguez

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  La enseñanza de la automática se integra en España dentro de los estudios de ingenierı́a. Esta rama tradicionalmente se ha identificado como una de las más dificiles de trasladar de una modalidad presencial a una on-line debido a la necesidad de laboratorios. La pandemia de COVID-19 obligó a realizar cambios en los modelos de enseñanza, incluyendo una fase completamente on-line y una semi-presencial. Que sirven como experimento para evaluar las capacidades de la enseñanza no presencial de la automática. Observando las tasas de rendimiento y éxito para los niveles de grado y máster se muestra que los resultados para el caso de la ingenierı́a son diferentes al promedio de todos los estudios. Evidenciando las necesidades especı́ficas de adaptación y esfuerzos que deben llevarse a cabo para una enseñanza on-line efectiva de la ingenerı́a.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Escape room en Ingeniería de Control Una aventura gamificada desarrollada en la Universidad de Almería

  José González-Hernández Fernando Cañadas-Aránega Ángeles Hoyo Pablo Otálora Igor Pataro Juan Diego Gil Vergel

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  La gamificación se refiere a la utilización de métodos y tácticas de juego en áreas no tradicionales, como la educación. En este trabajo se describe una experiencia basada en la gamificación para la enseñanza del control automático en los estudios de ingeniería, como alternativa o apoyo al sistema de enseñanza tradicional. Esta experiencia se desarrolla en el marco de un proyecto de innovación docente desarrollado en la Universidad de Almería. En concreto, se presenta el diseño y desarrollo de un escape room para la asignatura de Automatización Industrial, así como unas pruebas preliminares llevadas a cabo en el curso académico 2023-2024. Aviso, en el artículo se describe en detalle la construcción del escape room, pero solo se dan pinceladas de la mecánica del juego y de las pruebas incluidas en este, no hacemos spoiler. Para descubrir el juego al completo, le invitamos a que lo resuelva.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Experiencia de coenseñanza internacional en asignaturas de Automática en el marco del proyecto europeo NextGEng

  Silvia Satorres Martínez Diego Martínez Gila Rubén Dorado Vicente Ciprian Rad Ciprian Lapusan

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  La coenseñanza o enseñanza colaborativa es un enfoque pedagógico en el que dos o más docentes comparten la responsabilidad de planificar, enseñar y evaluar a un grupo de estudiantes. Si se contextualiza en un entorno internacional, los docentes involucrados deben de pertenecer a distintos países. Una de las líneas de actuación del proyecto europeo International Cooperation Framework for Next Generation Engineering Students (NextGEng) se centra en la coenseñanza. NextGEng es un proyecto formado por un consorcio de seis socios pertenecientes a universidades y empresas europeas, financiado por fondos Erasmus+, dentro de la categoría de asociación para la cooperación. Su objetivo principal es el desarrollo de un marco de cooperación internacional a nivel educativo que aumente la calidad en la enseñanza y enfoque las asignaturas incluidas en el mismo hacia las necesidades del mercado. El trabajo que se presenta describe las principales líneas de actuación del proyecto centrándose en una actividad de coenseñanza llevada a cabo en una asignatura de automatización.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Introduction to Control Education with the Unibotics web framework

  Lía García Pérez Diego Martín-Martín José María Cañas Plaza Jesús Chacón Sombría David Roldán Álvarez

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  This paper presents the Unibotics platform, a simulation framework for teaching robotics in university courses. It allows students to program robots from the web browser in Python, using novel and current technologies such as ROS middleware and Gazebo robotics simulator. Unibotics provides an interface that hides the initial complexity of installing and dealing directly with ROS, Gazebo or MoveIt and allows students to focus on the algorithmic aspects of robotics. In addition, this article describes two teaching experiences of using Unibotics with real higher education students to introduce robot control. First, with Computer Science students in an elective Robotics course at U. Complutense Madrid. Second, with students of "Automation and Industrial Robotics" course of Industrial Electronics and Automation Engineering degree at U. Rey Juan Carlos. Both experiences have been successful and they will be continued in the next course.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Gamificación en robótica móvil usando ROS2 y CoppeliaSim

  Juan Jesús Pérez Montes Javier González-Monroy Cipriano Galindo Andrades

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  La robótica móvil se está imponiendo como una de las disciplinas con mayor relevancia para los futuros ingenieros. Entre sus aplicaciones, encontramos el diseño e implementación de vehículos inteligentes y autónomos que requieren sensores específicos como, por ejemplo, sensores láser, y técnicas y algoritmos que permitan el correcto control, navegación y localización de los vehículos. El aprendizaje de estas técnicas por parte de estudiantes de grado suele verse limitado debido a su nivel de complejidad y a la falta de estimulación al no vislumbrar la ejecución de sus implementaciones en robots reales y/o en situaciones realistas. Con este propósito, se presenta en este trabajo un gestor de juegos basado en ROS2 y CoppeliaSim que permita a los alumnos implementar el control de robots móviles en un entorno simulado de competición. La simulación realista de los algoritmos implementados por los alumnos sumado a la competitividad entre ellos hace aumentar su motivación y dedicación a la robótica móvil.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Nueva plataforma de control de temperatura de bajo coste para la educación en ingeniería de control

  Javier Rico Azagra Montserrat Gil-Martínez Najera, S.

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  La formación en ingeniería de control precisa de prácticas de laboratorio, donde el uso de dispositivos miniaturizados portables favorece el aprendizaje autónomo y remoto a un bajo coste. Así, se presenta una versión mejorada de la plataforma educativa Temperature Control Lab. Modificándose los transistores de potencia, se prescinde del adaptador de alimentación externa y basta conexionar el dispositivo directamente al puerto USB A del ordenador. Además, la reducción de masa del elemento de potencia rebaja a la mitad la constante de tiempo del sistema térmico, permitiendo una experimentación más ágil tanto para prácticas de identificación como de control realimentado. En este campo, el cambio a tecnología PNP de los transistores permite lazos anidados de corriente. Por último, se incorpora una referencia de tensión que reduce en un noventa por ciento el ruido de medida proveniente de la alimentación. El resultado final implica un importante abaratamiento de costes, simplicidad de fabricación, e incrementar la portabilidad y flexibilidad de uso del dispositivo.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Plataforma educativa y de investigación con pinza paralela modular

  Gonzalo Espinoza Noelia Fernandez Alicia Mora Adrian Prados Luis Moreno Ramon Barber

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  En los últimos años, el desarrollo de nuevas tecnologı́as continúa motivando la integración de la robótica en la educación. Sin embargo, la complejidad y conocimientos requeridos para comprender los sistemas robóticos, llevan a los estudiantes a recurrir a kits de robótica educativos limitados. Este artı́culo presenta una plataforma de aprendizaje para que estudiantes de cualquier nivel educativo se familiaricen con la manipulación, la forma más habitual en la que los robots interactúan con su entorno. Esta se compone de una pinza paralela y una interfaz gráfica para facilitar su actuación y proporcionar información sobre el agarre. Esto permite a los estudiantes comprender cómo realizar agarres seguros mediante la integración de sensores. Además, la plataforma es integrable en ROS (Robot Operating System) con ADAM, un robot de investigación diseñado para asistir a personas mayores. El diseño de la pinza cuenta con un control simple, conectividad WiFi y sistema de alimentación propio que le permiten ser modular, replicable y económico.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• ¿Puede un algoritmo de Machine Learning ayudarnos en la evaluación de informes de prácticas?

  Pedro Jesús Cabrera Santana

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  La evaluación del aprendizaje en ingeniería requiere de múltiples recursos y actividades formativas prácticas que fomenten el desarrollo de habilidades. Las prácticas de laboratorio y computacionales son esenciales, pero evaluar su efectividad supone un desafío debido a la carga de trabajo y la subjetividad del proceso. Este estudio propone un método de evaluación mediante el uso de Machine Learning, aplicado a informes de prácticas en la asignatura de Diseño de Máquinas de la ULPGC. El método propuesto incluye la recopilación y evaluación manual de informes, seguido de la extracción de indicadores como la puntuación Flesch Reading Ease, el análisis de sentimiento y el análisis de las palabras frecuentemente utilizadas por el estudiante. Se desarrolla un algoritmo para estructurar estos parámetros y se implementan distintas técnicas para modelar las calificaciones. Los resultados muestran que las Redes Neuronales logran estimaciones precisas, con métricas MAE = 0,72 puntos y MAPE = 8,94%.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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Ingeniería de Control

• Un benchmark para el diseño y control de formaciones en sistemas multi-agente

  Francisco José Mañas Álvarez María Guinaldo Raquel Dormido Sebastián Dormido

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  La investigación en Sistemas Multi-Agente Robóticos (SMAR) ha recibido gran atención en los últimos años, ya que la cooperación entre agentes permite al sistema realizar tareas complejas a partir de comportamientos individuales relativamente sencillos. Uno de los principales retos en este campo es lograr y mantener la formación del sistema multiagente, es decir, coordinar múltiples agentes para satisfacer las restricciones impuestas en sus estados. El presente trabajo pretende abordar este reto en el marco de Robotic Park, una plataforma experimental integrada en una red ROS2, que admite experiencias con SMAR en un entorno virtual, en un entorno físico o en un esquema híbrido, utilizando vehículos aéreos y terrestres. El benchmark propuesto permite tanto la generación de una formación objetivo como el diseño de los algoritmos de control para lograrla. Además, posibilita la evaluación del rendimiento del sistema desde diferentes aspectos, como el rendimiento del controlador local, el número de mensajes de comunicación o el uso de la CPU.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Control basado en datos e implementación en convertidores electrónicos

  Maria Camila Merchán Riveros Carolina Albea Alexandre Seuret

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  Este trabajo presenta un método de diseño de control basado en datos para convertidores de potencia que pueden aproximarse como sistemas afines conmutados, proporcionando garantías de estabilidad global. A diferencia de las técnicas convencionales que a priori, requieren una identificación del modelo no lineal, nuestra contribución relaja este requisito al utilizar la información de la planta adquirida a partir de una colección de datos experimentales del sistema en bucle abierto. Este enfoque basado en datos permite la síntesis directa de una ley de control estabilizadora. La efectividad del método propuesto se valida en una plataforma experimental de Imperix. Los resultados experimentales no solo corroboran la viabilidad de las estrategias de control basadas en datos para sistemas conmutados afines, sino que también resaltan su aplicabilidad en escenarios prácticos del mundo real.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Control Cartesiano de robots manipuladores en tareas de servicio en órbita

  Celia Redondo Verdú José L. Ramón Carretero Miguel Fernández Chinchón Álvaro Belmonte Baeza Gabriel J. García Gómez Jorge Pomares Baeza

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  En este artículo se presenta un estudio de distintas aproximaciones para el control Cartesiano de manipuladores robóticos en órbita. Estas aproximaciones se definen para el seguimiento de trayectorias generadas a partir de la planificación obtenida de un optimizador de trayectorias. Este optimizador plantea un problema de control óptimo en el que se establecen las restricciones necesarias para este tipo de manipuladores en órbita. Sin embargo, la planificación de movimientos obtenida a partir del problema de optimización no puede ejecutarse en el robot en bucle abierto. En este artículo se propone control basado en velocidad, aceleración y fuerza para el seguimiento de las trayectorias obtenidas del problema de optimización. Estos controladores tienen en cuenta tanto la dinámica específica de los manipuladores en órbita como las perturbaciones correspondientes. Tras la definición de los controladores, en el apartado de resultados se evalúan las distintas aproximaciones propuestas concluyendo las principales características de implementación y precisión de cada una de ellas.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Control de conjuntos diferenciales brushless integrados en plataforma omnidireccional

  Silvano Nájera Canal Miguel Angel Ezquerro Ezquerro Alberto Falces de Andrés Javier Rico-Azagra Javier Ferreiro Cabello Esteban Fraile García

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  Actualmente, se hacen necesarios sistemas de transporte autónomos conocidos como Vehículos Autónomos Guiados (AGV) para muchas aplicaciones. En muchos casos nos encontramos con que las plataformas móviles ya existen, pero se utilizan de forma manual. Un paso previo a la plataforma autónoma es la electrificación. En este artículo se propone un sistema formado por un conjunto de ruedas, motores y controladores, que pueden incorporarse de forma sencilla y económica a plataformas de tracción manual ya existentes, convirtiéndolas en plataformas de tracción eléctrica. Un enfoque tanto desde el diseño del conjunto como desde el control del mismo, demuestra su viabilidad y funcionamiento. Se muestra un ejemplo de adecuación a una plataforma de cuatro ruedas, sustituyendo exclusivamente dos de ellas por conjuntos electrificados, permitiendo libertad total de movimientos y rotación sobre sí misma. El sistema presentado hace uso de motores brushless con sensores tipo hall, controladores para motores brushless, encoders y una arquitectura tipo maestro-esclavo para la comunicación entre los conjuntos motrices.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Control óptimo multicapa de redes inteligentes

  Seyed Mohammad Hosseindokht Joaquim Blesa Izquierdo Vicenç Puig Cayuela

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  Las redes eléctricas inteligentes y las microrredes representan una evolución significativa respecto a las redes tradicionales, integrando tecnologías avanzadas para optimizar la gestión y distribución de energía. La creciente complejidad de estas redes requiere enfoques de control sofisticados que gestionen múltiples objetivos y restricciones. El control multicapa surge como una solución eficaz, proporcionando una estructura jerárquica que mejora la eficiencia operativa y la capacidad de integrar fuentes de energía renovable y tecnologías de almacenamiento. En este trabajo se propone una estrategia de control de redes eléctricas inteligentes que contempla dos capas de control: nivel de microrred y nivel de componentes. Para el control a nivel de microrred se considera un control económico predictivo que proporciona las potencias de trabajo de los diferentes componentes y que mediante un control local se consiguen alcanzar. Se utiliza un caso de estudio basado en una microrred real de laboratorio para mostrar la eficiencia del método propuesto.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Diseño de banco de ensayos para módulos de pilas PEM

  Shlomi Nereida Calderón Valdez Carlos de la Cruz Rodríguez

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  Las pilas de combustible son una tecnología de generación y cogeneración de energía limpia y de bajas emisiones utilizadas en el transporte, residencial y otros ámbitos. Las aplicaciones de las pilas de combustible en los distintos sectores han aumentado la demanda de bancos de ensayos que se adapten a diferentes tipos y modelos de pilas que el mercado ofrece. Los bancos de ensayos permiten comprobar la funcionalidad y determinar el rendimiento, la fiabilidad y la eficiencia de la pila. Este artículo propone el diseño de un banco de ensayos para pilas de combustible de membrana polimérica (PEM) de 100 kW a 1 MW, se describe la arquitectura del banco de ensayos dividido en 4 subsistemas: sistema de la línea de suministro de hidrógeno, sistema de refrigeración, sistema de electrónica de potencia y sistema de supervisión, control y adquisición de datos (SCADA). Por último, se describen servicios auxiliares para tener en cuenta durante el montaje y funcionamiento de la pila.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Diseño de controladores H-infinito para el seguimiento de trayectorias con robots móviles con ruedas

  Ricardo Núñez Armando Nicolella Leopoldo Armesto Antonio González Antonio Sala

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  En este trabajo se presenta el desarrollo de una estructura de control de dos grados de libertad (feedforward+feedback) para seguimiento de trayectorias en una plataforma robótica TurtleBot3 Waffle Pi en la que se combina linealización por realimentación, control por punto descentrado y control H-infinito (en varias configuraciones). Los resultados demuestran la viabilidad de la propuesta de cara a futuros desarrollos en entornos más complejos.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Influencia de la temperatura y las acciones de control en las reacciones biológicas del proceso de fangos activados

  Luis Sánchez Marcos Silvana Roxani Revollar Chávez Mario Francisco Sutil Pastora Vega Cruz Montse Meneses Ramón Vilanova

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  Este artículo presenta un análisis exhaustivo de la influencia de la temperatura sobre la dinámica de los procesos de eliminación de compuestos nitrogenados (nitrificación y desnitrificación) en el proceso de fangos activados de una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR). El objetivo es determinar el efecto de la temperatura sobre estas reacciones biológicas y sobre las variables de proceso asociadas a estas reacciones, para establecer acciones de control que mejoren la eficacia del tratamiento a bajas temperaturas. El Benchmark Simulation Model 2 (BSM2) ha sido seleccionado como modelo de referencia de la EDAR. Se ha seleccionado un periodo de evaluación de 4 días con condiciones estándar de caudal y carga, y se ha estudiado la evolución de las variables relacionadas con la aireación y la eliminación de compuestos nitrogenados, así como la cinética de los procesos biológicos con la EDAR operando en modo manual (lazo abierto) y con la estrategia de control de oxígeno disuelto propuesta en el BSM2.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Multi-objective & multi-model PI/PID controller tunning

  Ernesto del Piero Leyva Callas Ismael Jose Lucas Colomera de Lima Mateus Gusso Soriano Helon Hultmann Ayala Gilberto Reynoso-Meza

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  Este estudio aborda el desafío de modelar un controlador para una turbina eólica de 15 MW propuesta por la Universidad de Córdoba. Ante la falta de disponibilidad de un modelo que represente el funcionamiento interno de la turbina, se resolvió utilizando la herramienta de Identificación de Sistemas en MATLAB. Se empleó el modelo lineal ARMAX, y se aplicaron los criterios de Vinnicombe y Akaike para abordar múltiples modelos, objetivos y seleccionar las mejores funciones de transferencia. Inicialmente, se obtuvieron 15 funciones de transferencia. Posteriormente, el controlador PI propuesto se ajustó a un PID con un filtro utilizando las cuatro funciones de transferencia encontradas mediante el uso del algoritmo de optimización multiobjetivo spMODEx, encontrando ganancias óptimas con un Kp=-8, Ti=12, Td=0.9754, y filtro=10, lo que resultó en un J=0.4602, superando óptimamente el valor propuesto por el desafío, J=0.5206. Las ganancias encontradas en este estudio demostraron su viabilidad para operar en una amplia gama de sistemas, respaldando un enfoque de múltiples modelos

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Temperature control for a PEM electrolyser powered by a renewable source

  Juliana Sobral Barros de Queiroz Bismark Claure Torrico Fabrício González Nogueira Carlos Bordons Miguel Angel Ridao

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  This article addresses developing and applying a model-based controller for a PEM (Proton Exchange Membrane) electrolyser. The primary objective is to optimise temperature control, aiming for greater efficiency in hydrogen production and extended system lifespan. These two benefits are compromised when the electrolyser is subject to high temperatures exceeding its nominal temperature. Such conditions can occur when the system is powered by renewable sources, which can operate at high current densities due to their variability and intermittency. The proposed controller employs an MPC (Model Predictive Control) combined with a disturbance model to promote decoupling in handling disturbances and introduce an additional degree of freedom to the control strategy. Simulation results demonstrate the robust performance of the controller in managing system nonlinearities, ensuring desired reference tracking for the process.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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Modelado, Simulación y Optimización

• Aproximación a la identificación no paramétrica de sistemas muestreados asíncronamente mediante interpolación de Lipschitz

  Luis Orihuela José María Manzano

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  En este artículo se presenta una primera aproximación al problema de identificación no paramétrica de sistemas muestreados asíncronamente. La solución propuesta parte, en primer lugar, de la generación de un cuaderno de trayectorias, que se ajustan a partir de los datos asíncronos disponibles. Posteriormente, se presenta un mecanismo de aprendizaje no paramétrico basado en interpolación de Lipschitz. Éste permite realizar predicciones, con error acotado, del valor de los estados del sistema. El mecanismo de aprendizaje, aunque basado en la literatura, es novedoso, al tener que manejar trayectorias n-dimensionales, en vez de vectores de n dimensiones. Se valida el método sobre el sistema dinámico caótico conocido como el atractor de Lorenz.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• A distributed learning proposal to improve industrial processes

  Marco Antonio Melgarejo Aragón

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  A distributed learning algorithm has been developed, focused on leveraging valuable information from industrial processes of various clients. This algorithm significantly improves the predictive capabilities of Machine Learning models by allowing access to a larger pool of training data. This is achieved by sharing the weights of the models among different participants, without the need to exchange the data itself, ensuring that each client maintains the privacy and security of their information. Thus, this approach not only optimizes the performance of the models individually but also enhances the overall level of artificial intelligence applied in the industrial sector.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Capturing Thermal Dynamics in Air-Conditioned Rooms A Data-Driven Approach

  Gabriel Gómez-Ruiz Adolfo J. Sánchez Reyes Sánchez-Herrera José M. Andújar

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  Thermostatically controlled loads (TCLs) play a crucial role in reducing energy consumption in buildings. Thus, developing accurate models that enable the effective implementation of energy control strategies is essential. With this goal in mind, a model of a room influenced by an air conditioning (AC) unit was developed as an initial starting point for our research into TCL systems modeling and control. In this work, a data-driven modeling approach was utilized, employing data collected from an ad-hoc data collection platform. In addition, an algorithm was developed to determine the AC’s operational states. The results, based on RMSE (Root Mean Square Error) and MAXAE (Maximum Absolute Error) metrics, demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm and data-driven modeling approach in capturing the thermal dynamics of the room under the influence of the AC unit.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Desarrollo y calibración de un modelo matemático para control predictivo de un proceso de esterilización de alimentos sólidos

  Miguel Novoa Lorenzo José Luís Pitarch Pérez Luís Taboada Antelo Carlos Vilas Fernández

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  La esterilización es uno de los procesos más utilizados para incrementar la vida útil de productos de la industria alimentaria. Sin embargo, es un proceso que consume energía y tiempo y que puede resultar en productos inseguros o de baja calidad. El modelado matemático y la optimización de procesos son herramientas útiles para evitar estos problemas.

  En este trabajo proponemos un nuevo modelo matemático para la descripción del proceso de esterilización. Nuestra alternativa presenta dos claras ventajas respecto a otros modelos publicados. (1) Es capaz de describir los siguientes fenómenos físicos: cambios de estado discretos derivados de condiciones de no equilibrio entre agua y vapor mediante la ecuación de Fischer-Burmeister; entrada de aire por la purga; y salida de gases por el drenaje. (2) La simulación del modelo es eficiente y permite su uso en un esquema de control predictivo no lineal basado en modelos.

  Además, estimamos los parámetros desconocidos del modelo a partir de datos experimentales.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Detección de actividades mediante modelos ocultos de Markov jerárquicos

  Raúl Gomez Ramos Jaime Duque-Domingo Eduardo Zalama Jaime Gómez-García-Bermejo

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  En los últimos años, el interés en el desarrollo de tecnologías avanzadas para detectar y analizar las actividades y los patrones de comportamiento de las personas mayores en sus hogares ha crecido, con el objetivo de mejorar su salud y bienestar. Este artículo explora el uso de Modelos Ocultos de Markov Jerárquicos (HHMM) para abordar estos desafíos. Los HHMM permiten la representación y análisis de secuencias temporales de actividades, capturando tanto variaciones a corto plazo como estructuras jerárquicas complejas en los comportamientos humanos. Se presenta una arquitectura que incluye sensores no intrusivos y un robot social para la monitorización y atención de personas mayores en sus viviendas. Se han expuesto los principios matemáticos del modelo HHMM y la ejecución de sus algoritmos de predicción. El sistema ha sido validado en cinco viviendas reales durante dos meses, proporcionando como resultado los patrones de comportamiento de los usuarios con el fin de detectar las posibles anomalías que pueden ocurrir.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Diseño de Gemelo Digital de instalación fotovoltaica con herramientas gratuitas

  David Castellano Curado Manuel Garrido Satué Fernando Castaño Castaño Francisco R. Rubio

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  El artículo presenta una primera aproximación a la creación de un gemelo digital de una planta fotovoltaica real. Para ello se utilizarán programas populares como Unity, que es un motor gráfico 3D para diseño de videojuegos, y Python, un lenguaje de programación versátil con multitud de librerías científicas disponibles. Estas dos herramientas gratuitas permiten diseñar un simulador/supervisor que incorpore funcionalidades no tan comunes, como por ejemplo la disminución de rendimiento por sombreado parcial o total de los paneles fotovoltaicos usando métodos de visión por computador en imágenes sintéticas obtenidas del modelo tridimensional de la planta.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Dispositivo configurable para modelar y analizar comportamientos de consumo de agua

  Marta María Álvarez Crespo Agustín García-Fischer Manuel Rubiños Antonio Díaz-Longueira Héctor Quintián José Luis Calvo-Rolle

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  En el presente artículo se exponen las directrices fundamentales necesarias para desarrollar un modelo didáctico, modular y escalable que permita personalizar y recopilar datos relacionados con el consumo de agua. Este modelo servirá como herramienta para alcanzar el objetivo de proporcionar información valiosa sobre los patrones de consumo de agua y facilitar la toma de decisiones informadas en torno a la gestión de este recurso vital. El concepto parte de generar un conjunto de módulos individuales capaces de operar de forma autónoma, que se interconectan unos con otros, permitiendo ampliar el sistema, generar nuevas configuraciones y abordar nuevos retos. También admite la realización de diferentes experimentos y estudios enfocados en la optimización de los procesos sometidos a análisis. Sus resultados contribuirán a una gestión más eficiente y sostenible del consumo de agua.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Estimación de parámetros en distribuciones de dirección del viento

  Samuel Martínez Gutiérrez Daniel Sarabia Alejandro Merino

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  Una característica fundamental para caracterizar y evaluar el recurso eólico de lugares candidatos a albergar parques eólicos es la distribución de la dirección del viento. Uno de los métodos más utilizados para modelizar la distribución de la dirección del viento consiste en utilizar una mezcla finita de distribuciones de von Mises (mvM), cuyos parámetros suelen obtenerse mediante el método de los mínimos cuadrados. Tradicionalmente, este método ajusta la función de distribución acumulada (cdf), sin embargo, en este artículo se propone ajustar la función de densidad de probabilidad (pdf) por tener ventajas computacionales. Para comparar ambos métodos, se evalúa el coeficiente de determinación (R²) tanto en la pdf (R²_pdf) como en la cdf (R²_cdf) utilizando los parámetros de cada enfoque. En general, el ajuste de los parámetros mediante el método de los mínimos cuadrados en la pdf resulta más rápido y produce un mejor R²_pdf, sin afectar significativamente al R²_cdf.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Estimación del coeficiente de potencia en turbinas eólicas

  Carlos Gutiérrez Ortega Daniel Sarabia Ortiz Alejandro Merino Gómez

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  Este trabajo se enmarca en el desarrollo de gemelos digitales en el ámbito de la generación de energía mediante parques eólicos. Para desarrollar estos gemelos y aplicarlos a distintos parques reales, uno de los problemas que aparece es la existencia de una gran variedad de turbinas eólicas con distintas características. Normalmente los fabricantes proporcionan información muy limitada, y entre los datos que se suelen suministrar, está la curva potencia-viento. Sin embargo, uno de los parámetros clave en el modelado matemático de una turbina es el coeficiente de potencia, sobre todo en las actuales, en las que la regulación de potencia se hace con el ángulo de pitch, y por tanto dicho coeficiente depende, no solo del tip-speed-ratio (TIP) sino también del ángulo de pitch. En este artículo se propone una metodología para calcular la familia de curvas del coeficiente de potencia a partir de las curvas potencia-viento de los fabricantes.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Estimador Kálmán de tiempo invertido para carga de baterías

  Manuel G. Satué Manuel Ángel Perales Esteve Alfredo Pérez Vega-Leal Manuel R. Arahal

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  Se presenta un método que permite validar los resultados obtenidos en la estimación del estado de carga de baterías. Se supondrá que la estimación del estado de carga parte de un estado anterior desconocido y que el estimador no interfiere con el uso normal de la batería. La validación propuesta se ha puesto a prueba en un entorno de laboratorio con medidas redundantes para una mejor valoración. La propuesta se basa en el uso de un estimador de Kálmán de tiempo invertido que permite la re-estimación de estados previos así como la generación de objetivos intermedios para evaluar la estimación de una manera más directa. Se presentan resultados experimentales obtenidos para baterías de litio-ferrofosfato (LiFePO4) aunque el método es aplicable a otros tipos de acumuladores eléctricos. La valoración ha sido aplicada a un estimador de Kálmán normal. Los resultados muestran cómo dicho estimador se ve muy afectado por el estado inicial supuesto y por la curva de voltaje en vacío.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Estudio de confort térmico con perspectiva de género

  Marta Leal Rueda Verónica Abad Alcaraz María del Mar Castilla Nieto José Domingo Álvarez Hervás

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  Los índices más utilizados para estimar el confort térmico se basan en fórmulas estandarizadas o recomendaciones empíricas, sin considerar características fisiológicas individuales como género, edad e índice de masa corporal. En este estudio se muestran dos ensayos de temperatura en condiciones invernales en los laboratorios del edificio bioclimático CIESOL, con 6 sujetos (3 hombres y 3 mujeres) en diferentes posiciones en cada ensayo. Se monitorizan las variables climáticas y fisiológicas, y se pasan encuestas de sensación de confort para comparar las percepciones de los ocupantes con índices comúnmente utilizados como el Voto Medio Previsto (PMV). Los resultados muestran cómo difiere la sensación de confort de los ocupantes con el PMV calculado considerando las variables climáticas. También se observan diferencias entre hombres y mujeres, destacando la necesidad de nuevos índices que consideren las características humanas. Estos resultados sirven de base para obtener un modelo de confort térmico teniendo en cuenta la perspectiva de género.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Exploring the evolution of olive-fruit electric capacitance during maturation as an indicator of oil content accumulation

  Arturo Aquino Martín Miguel Noguera Juan Manuel Enrique Andrés Mejías Rocío Moro Daniel Argüello

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  Olive oil is a highly appreciated food product due to its outstanding nutritional profile. Because of the huge current and expected increasing demand, the olive sector is undergoing a transition to more productive approaches. In this respect, precision farming is increasingly playing an outstanding role aimed at yielding novel accurate spatial and temporal information in a variety of factors involved in olive growing and subsequent product transformation. In this context, this study explores the hypothesis that chemical transformations undergone by olive fruits during their maturation impact on their capability to store electric charge. Concretely, this work tries to elucidate how the electric capacitance of fruits is affected as oil content increases. The results obtained encourages to continue with further investigation, this with the final goal of developing specific devices, usable directly in the field, to characterise olive ripening in an easier and more cost-effective manner compared to traditional chemical methods.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Herramienta gráfica de estimación de producción de microalgas en reactores raceway externos alrededor del mundo

  Jose González Hernández José Luis Guzmán Sánchez José Carlos Moreno Úbeda Francisco Gabriel Acién Fernández

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  La herramienta está diseñada para el uso de reactores raceway operados en modo turbidostato, permitiendo la simulación de la producción de biomasa en cualquier localización para diferentes cepas en función del tamaño del reactor, la profundidad del cultivo y la concentración de biomasa en el reactor. La herramienta integra los datos climáticos disponibles en las bases de datos existentes para la localización seleccionada con el fin de determinar la disponibilidad de luz y el impacto de la temperatura en el cultivo, para proporcionar finalmente la tasa de crecimiento y la productividad de biomasa. Se calculan valores horarios para estimar una visión detallada del rendimiento de los cultivos y finalmente se calculan los valores medios diarios y anuales. La herramienta de simulación desarrollada es un instrumento muy útil para los procesos de toma de decisiones sobre la ubicación de instalaciones de producción de microalgas.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Método práctico para la estimación de parámetros en un intercambiador de calor

  Manuel G. Satué Michele Schiavo Manuel G. Ortega Manuel Beschi Antonio Visioli Manuel R. Arahal

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  En este trabajo se presentan resultados preliminares de un método práctico de identificación para su uso en laboratorio o en industria. La propuesta viene motivada por la necesidad de obtener los parámetros de un modelo de intercambiador a partir de mediciones de campo. El trabajo se centra en parte de una planta de almacenamiento de energía en construcción. El intercambiador considerado usa agua como fluido secundario para enfriar el aire comprimido a la salida de un compresor industrial. El principal reto para la identificación es que la mayoría de variables no son modificables a voluntad debido a las características de la planta. Esto impide el uso de técnicas como la respuesta a escalón. Por otro lado, durante el uso normal del equipo, algunas variables están fuertemente correlacionadas, dificultando el uso de técnicas basadas en datos. La propuesta emplea una construcción poco invasiva para sortear los citados obstáculos mediante la introducción de señales en rampa en una de las principales variables.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Modelado de la integración a gran escala de energías renovables en sistemas eléctricos. Bondades de la incorporación de la energía geotérmica

  Fernando Montesdeoca-Martínez Sergio Velázquez-Medina

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  El recurso geotérmico es una fuente energética renovable gestionable. Estas cualidades la convierten en una opción atractiva en la integración en la generación eléctrica, especialmente en aquellos sistemas energéticos débiles con una alta penetración de energías renovables no gestionables. Diversos estudios reconocen las altas posibilidades de la existencia de recursos geotérmicos de alta y media entalpía en las Islas Canarias. En este estudio se han implementado dos modelos para la simulación de sistemas energéticos con una alta participación de fuentes energéticas renovables, donde se analizan las bondades de la incorporación adicional de la energía geotérmica. En los modelos se ha aprovechado la cualidad gestionable de la geotermia para adaptar su generación a la demanda de energía. Los resultados confirman que la energía geotérmica es capaz de suministrar electricidad de manera estable y flexible. Su contribución a la parte gestionable de la generación supone que se minimice la dependencia de los sistemas eléctricos a la generación térmica convencional.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Modelo de parámetros concentrados para captadores solares planos con reflectores

  Lidia Roca Juan Miguel Serrano Juan Diego Gil Guillermo Zaragoza Manuel Beschi Antonio Visioli

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  El uso de captadores solares planos está muy extendido principalmente para aplicaciones de calefacción y refrigeración de edificios y agua caliente sanitaria. Una de las líneas de investigación para mejorar el rendimiento térmico y reducción de espacio ocupado es el uso de reflectores que permiten incrementar la radiación solar incidente sobre la cubierta de los captadores. Aunque el modelado de este tipo de sistemas está ampliamente estudiado, es importante disponer de modelos sencillos pero fiables que permitan el diseño y evaluación de lazos de control. En este artículo se presenta una modificación de un modelo de parámetros concentrados para estimar la temperatura de salida del fluido cuando se dispone de espejos reflectores con seguimiento solar. Calibrando un valor medio de los parámetros de pérdidas ópticas en torno al mediodía solar, los resultados obtenidos muestran que el error cuadrático medio es menor de 0.79 ºC². 

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• New linear approximation method applied to crude operations scheduling

  Tomás García García Verdier Gloria Gutiérrez Carlos Méndez César de Prada

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  Este artículo aborda la optimización de la programación de las operaciones de crudo en una refinería abastecida por barcos. Un reto clave en este proceso es la gestión del almacenamiento de crudos en tanques. Dado que la capacidad de almacenamiento es limitada y que existen varios tipos de crudos con diferentes composiciones, es necesario almacenar mezclas de crudos en los tanques. Esta característica introduce restricciones no lineales y no convexas, lo que complica la resolución de los modelos de programación matemática. Con el fin de superar este problema, hemos desarrollado una estrategia basada en aproximación lineal por tramos utilizando planos, que permite tratar eficientemente las restricciones no lineales asociadas a la mezcla de crudos en tanques.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Puesta en funcionamiento, control regulatorio y modelado de métricas de rendimiento de un sistema de destilación por membranas a escala comercial

  Pedro Sánchez Sánchez Juan Diego Gil Vergel Juan Antonio Andrés Mañas Guillermo Zaragoza Jorge Antonio Sánchez Molina Manuel Berenguel

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  La destilación por membranas es un método de desalación térmica con diferentes nichos de aplicación potenciales, como es el tratamiento de salmueras de los sistemas de ósmosis inversa. Este trabajo presenta la puesta en funcionamiento, control y modelado preliminar de un sistema de destilación por membranas a escala comercial, localizado en las instalaciones de la infraestructura Agroconnect de la Universidad de Almería. En concreto, se diseña e implementa un sistema de control directo con fines de regulación de caudal y temperatura. Posteriormente, haciendo uso de este sistema de control directo, se presentan diferentes resultados de control en torno a puntos de operación estáticos de la unidad de destilación por membranas, los cuales se usan para caracterizar de forma preliminar su producción de permeado y eficiencia térmica usando la metodología de superficie de respuesta. Los modelos resultantes de esta caracterización se presentan como herramientas fundamentales para la optimización en tiempo real del sistema a través de estrategias de control jerárquico adecuadas.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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Robótica

• Actualización de la arquitectura de la electrónica del robot humanoide TEO

  Pilar Isabel Maldonado Muñoz Alberto Rodríguez Sanz Santiago Martínez de la Casa Díaz Carlos Balaguer Bernaldo de Quirós

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  En el presente artículo se expone una propuesta de mejora de la electrónica general del robot humanoide TEO. Se introduce una nueva arquitectura para la unidad de alimentación basada en módulos y una reestructuración de los componentes ubicados en el torso. También se propone un prototipo de articulación embebida impresa en 3D con componentes mejorados. Con estos cambios, se busca solventar los problemas electrónicos y mecánicos producto del desgaste ocasionado por el uso del robot, así como facilitar el mantenimiento y sustitución de las diversas placas distribuidas por toda la estructura del robot.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Aplicación para generación de rejillas de ocupación para robot subterráneo

  Agustin Colazo Bella Gonzalo Sanz Santiago Martínez Carlos Balaguer

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  En este artículo se presenta una aplicación para la generación de rejillas de ocupación 3D a partir de Sistemas de Información Geográfica (SIG) y su integración con el framework de código abierto Robot Operating System (ROS), específicamente diseñada para el robot subterráneo ROBOSUB para perforaciones horizontales. Además, se extiende la interfaz de usuario desarrollada en un trabajo anterior para incluir una nueva sección que permite al usuario seleccionar de manera interactiva un área de trabajo específica en un mapa y definir la resolución de la rejilla de ocupación 3D. La rejilla de ocupación es generada utilizando información almacenada en una base de datos y se desarrolla un algoritmo para completar las secciones faltantes de las instalaciones subterráneas. La rejilla de ocupación generada no solo facilita la visualización detallada del entorno subterráneo, sino que también es utilizada para la planificación de trayectorias.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Aprendizaje por demostración mediante datos sintéticos para tareas parametrizadas

  Adrian Prados Alicia Mora Alberto Mendez Santiago Garrido Ramon Barber

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  El aprendizaje de tareas por demostración es una tarea desafiante. Uno de los principales desafíos es la extrapolación del conocimiento a partir de demostraciones del usuario. Generar un conjunto de situaciones diversas cubriendo todos los casos posibles es una tarea compleja. Por esto, surge la idea de utilizar la parametrización de tareas, que genera información relevante de puntos característicos de una tarea, permitiendo modelar una política con una menor cantidad de demostraciones. En este artículo, presentamos un algoritmo centrado en generar información sintética para la generalización de tareas parametrizadas. El algoritmo permite la generación autónoma de datos, produciendo demostraciones de características similares a las de los usuarios. Para ello, una métrica basada en la distancia de Wasserstein, que tiene en cuenta los datos probabilísticos de las trayectorias aprendidas, ha sido desarrollada. Se han realizado pruebas en simulación, comparando la eficiencia con dos algoritmos de Lfd y en un entorno real, para una tarea de barrido, realizada con el robot ADAM.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Aprendizaje por refuerzo en vivo para robots móviles mejoras en autonomía y autoadaptación

  Santiago Asensio Huonder Vicente Arévalo Espejo Ana Cruz Martín Juan Antonio Fernández Madrigal

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  En este trabajo se propone una arquitectura de reflejos ante estímulos sensoriales para que el aprendizaje por refuerzo en vivo para robots móviles mejore su adaptación a cambios en la tarea, aumente su autonomía para regresar a estados seguros tras errores y reduzca, en general, la supervisión por parte del humano. El trabajo se ha enfocado en la navegación de un robot móvil con evitación de obstáculos y hemos utilizado una versión modificada de los algoritmos de aprendizaje por refuerzo Q-learning y True On-Line SARSA (lambda). Se ha estudiado adicionalmente un aprendizaje que traslada lo aprendido en simulación al aprendizaje en vivo, llamado aprendizaje híbrido. Los resultados muestran que nuestra arquitectura mejora la seguridad del robot y su adaptabilidad a cambios en la tarea, minimiza la intervención humana y extiende el tiempo de entrenamiento sin supervisión.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Control de un robot social mediante modelos de comportamiento para el cuidado de personas mayores

  Sergio Merino Fidalgo Celia Sánchez-Girón Coca Eduardo Zalama Casanova Jaime Gómez García-Bermejo Jaime Duque Domingo

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  En los últimos años se ha experimentado un aumento de personas mayores que viven solas en sus casas o en situación de dependencia, que requieren un cuidado especial. En muchas ocasiones, ofrecer este servicio resulta complicado, puesto que un cuidador puede tener a su cargo a varias personas de diferentes localidades. Para solucionar este problema, el proyecto EIAROB trabaja para crear un ecosistema de inteligencia ambiental para el apoyo a los cuidados de larga duración en el hogar mediante uso de robots sociales. En este artículo se presenta una arquitectura encargada del control de un robot social mediante máquinas de estados finitos jerárquicas y árboles de comportamiento, dentro de una vivienda de una persona mayor para que dicho robot interactúe con ella, ejecutando planes mediante un ejecutor de acciones. Se exponen dos ejemplos de planes: dar los buenos días y recordar la medicación, realizados con ambos métodos y finalmente se presentan y comparan sus resultados.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Conector rotacional blando para robots modulares

  Lisbeth Karina Mena López Claudia Sánchez Concepción Monje Santiago Martínez de la Casa Carlos Balaguer

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  Los robots modulares pueden adaptarse dinámicamente a diversas tareas o entornos, lo que los hace versátiles, eficientes y económicos. En este trabajo se propone el diseño de un componente de conexión para generar cadenas modulares flexibles, donde tanto el módulo como el conector son estructuras blandas. El módulo se compone de una configuración plegable basada en origami, que es fácilmente apilable mediante conexiones simples entre módulos. Con el objetivo de ampliar la funcionalidad de una cadena de módulos de origami apilados, se sugiere el uso de conectores rotacionales que permitan reorientar la cadena modular. Este estudio presenta el diseño y la validación de un conector blando capaz de rotar alrededor de dos ejes, utilizando un eslabón blando accionado por tendones.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Control de precisión en manipuladores móviles industriales desafíos y soluciones

  Naroa Núñez Calvo Gorka Sorrosal Itziar Cabanes Axpe Aitziber Mancisidor Barinagarrementeria

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  Los avances en la industria y tecnología, así como otros factores que los rodean, han generado nuevas exigencias a la hora de fabricar. Últimamente, ha habido un aumento en el uso de los manipuladores móviles, conformado por un brazo robótico montado sobre un robot móvil, para afrontar estas nuevas necesidades. Sin embargo, aún no alcanzan las precisiones que requieren ciertas aplicaciones industriales de gran exigencia. En este artículo se identifican y presentan las fuentes de error principales que aparecen tanto en los manipuladores móviles como en los elementos que lo conforman. Asimismo, se muestran las diferentes soluciones aportadas en la literatura, definiendo sus limitaciones y planteando los retos que quedan aún por abordar. Por último, se plantea una propuesta de control acoplado para conseguir el aumento de precisión de los manipuladores móviles aunando los rasgos positivos de los sistemas que lo componen: la precisión de un brazo robótico y la movilidad que proporciona una plataforma móvil.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Control robótico inteligente para extracción de elementos flexibles

  Benjamin Tapia Sal Paz Gorka Sorrosal Aitziber Mancisidor Itziar Cabanes

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  La automatización de tareas de desensamblaje presenta grandes desafíos, principalmente relacionados con las caracteristicas dinámicas y no estructuradas de la tarea, en donde se necesitan acciones adaptativas para asegurar la interacción adecuada entre el robot y el entorno de la tarea. En este trabajo se propone un control basado en aprendizaje por refuerzo para la automatización de tareas de extracción de elementos flexibles mediante el uso de robots, buscando así enfrentar las dificultades de trabajar en estos entornos desestructurados y dinámicos. Para lograr eso, el control propuesto aprenderá a tomar acciones adecuadas en el movimiento del robot que llevarán a la extraction de elementos flexible a través de trayectorias de baja fuerza. Como resultado, este trabajo demuestra cómo la integración de un controlador basado en aprendizaje por refuerzo puede abordar los desafíos de la extracción de elementos flexibles, contribuyendo asi al avance de procesos de desensamblaje inteligentes mediante el uso de robots.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Covarianza dinámica con sensor Doppler para la estimación de errores no sistemáticos

  Jonay Tomas Toledo Carrillo Alexis Rodriguez Bibiana Fariña David Abreu Leopoldo Acosta

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  Una de las claves de una navegación segura para un robot móvil es el sistema de localización. Este tiene que obtener una una posición lo más precisa posible en el entorno del robot. Para conseguir esto, se utiliza una combinación de sensores diferentes para mejorar el resultado global de la localización, caracterizando cada medida con su precisión. Uno de los sensores más importantes para ello es la odometría, sin embargo es muy difícil caracterizar la precisión del sistema odométrico en tiempo real. En este artículo se presenta un sensor basado en efecto doppler ultrasónico para realizar una medida de validación del resultado del sensor odométrico y de esta forma ajustar la covarianza de este dinámicamente. De esta forma se consigue una localización final más precisa.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Deep Learning para asistencia en rehabilitación con robots mediante demostraciones

  David Martínez Pascual Asier Reig-Lozano Yolanda Vales José María Catalán Orts Luís Daniel Lledó Pérez Nicolás García Aracil

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  El uso de dispositivos robóticos de rehabilitación ha surgido como una solución prometedora para mejorar la recuperación motora durante la rehabilitación. Uno de los retos más significativos durante el uso de estos dispositivos es la capacidad de decidir cuándo proporcionar asistencia al paciente. En este contexto, se ha propuesto una solución basada en Deep Learning para aprender del criterio de un terapeuta cuándo un paciente necesita asistencia. Con el objetivo de desarrollar un modelo que permita generalizar a múltiples situaciones, se ha aplicado una serie de transformaciones a las trayectorias realizadas por los pacientes antes de utilizarlas como entradas al modelo. El modelo propuesto ha sido evaluado utilizando diferentes métricas y ha mostrado una precisión del 93,21% y un F1-Score del 85,05% con el conjunto de datos de validación. Además, el modelo ha alcanzado una precisión del 69,32% y un F1-Score del 63,31% con usuarios que no participaron en el proceso de aprendizaje del modelo.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Detección de participantes del tráfico en entornos urbanos sobre imágenes RGB y nubes de puntos 3D

  Jorge Montenegro Navarro Alberto García Guillén Francisco Manuel Castro Payán Jorge Luis Martínez Rodríguez Jesús Morales Rodríguez

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  Este artículo plantea el desarrollo de un entorno de pruebas para la detección de participantes del tráfico en entornos urbanos, mediante redes neuronales a partir del procesamiento de los datos procedentes de los sensores del vehículo: una cámara RGB y un sensor LiDAR 3D. Para ello se presenta la integración del simulador realista CARLA (Car Learning to Act), que permite la recreación de escenarios urbanos complejos, junto a ROS2 (Robot Operating System), que es un entorno para la creación de aplicaciones robóticas. En concreto, se evalúa cualitativamente el rendimiento de la red CNN (Convolutional Neural Network) YOLOv8 y la red transformadora especializada en detección DETR (Detection Transformer) para el caso de imágenes RGB. De forma análoga, para la detección de participantes del tráfico en nubes de puntos se analizan las redes PV-RCNN (PointVoxel Regional based Convolutional Neural Network) y su evolución Part-A²-Net.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Diseño de robot móvil con tracción independiente para rescate

  David Padial Allue Serón, J. Vázquez-Martín R. Alfonso García Cerezo

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  Este artículo describe el desarrollo de un vehículo autónomo diseñado para tareas de rescate en terrenos no estructurados, enfocado en maximizar las ventajas de los sistemas de locomoción Ackerman y deslizamiento utilizando un sistema de tracción independiente. El vehículo está concebido para ascender pendientes pronunciadas mientras soporta cargas pesadas.
  Se ha realizado un diseño 3D del vehículo y un estudio de sus dimensiones y ángulos críticos para las labores de rescate.
  Asimismo, también se han estudiado las necesidades de par para mover el vehículo por estas pendientes y se ha realizado una selección cuidadosa de componentes para cumplir con los requisitos de robustez y funcionalidad del vehículo. Aunque aún no se han realizado pruebas físicas, el diseño preliminar establece una base sólida para futuras etapas de desarrollo. Los próximos pasos incluyen completar el ensamblaje del vehículo, realizar el modelado matemático de su funcionamiento y, finalmente, llevar a cabo pruebas en campo para validar y optimizar su rendimiento.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Diseño mecánico de un exoesqueleto bimanual para la asistencia en actividades de la vida diaria

  Clemente Fernández Irles Francisco Javier Miñano Ruiz Andrea Blanco Ivorra Elias Belmonte Cerdán José María Catalán Orts Nicolás García Aracil

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  En la actualidad, la robótica de asistencia a demostrado su potencial como un método para ayudar a personas con deficits motores y/o cognitivos. Con la intención de mejorar la calidad de vida de estos usuarios, nace el proyecto MUNICH. Uno de los objetivos del proyecto MUNICH es el desarrollo de un exoesqueleto bimanual para la asistencia de actividades de la vida diaria. En este artículo, se presenta el diseño del exoesqueleto de brazo bimanual que se está desarrollando dentro del marco del proyecto MUNICH. Partiendo de un diseño anterior desarrollado a partir del proyecto AIDE (Horizonte 2020), en este artículo se presenta un rediseño completo de la estructura para mejorar la robustez del dispositivo, un nuevo sistema de ajuste y colocación del exoesqueleto, y el rediseño de la rotación interna-externa del hombro.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Diseño y modelado con procesos Gaussianos de un sensor blando

  Víctor Muñoz Sánchez Carmen Ballester Bernabeu Dorin Copaci Luis Moreno Lorente Dolores Blanco Rojas

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  En este estudio, se presenta el diseño y modelado de un sensor blando piezoresistivo utilizando hilos de poliamida recubiertos de plata. Estos sensores destacan por su flexibilidad, bajo coste y fácil integración en textiles, lo que los hace ideales para aplicaciones en tecnología vestible. Se evalúan diferentes recubrimientos, identificando la silicona como la mejor opción para mejorar la sensibilidad y la relación señal/ruido. El montaje experimental incluye un banco de pruebas especializado para medir la respuesta del sensor bajo diversas condiciones de deformación. Se han aplicado Procesos Gaussianos (GP) para modelar la histéresis tensión-deformación, mostrando un rendimiento excepcional en la predicción y manejo de la incertidumbre. Las pruebas de validación cruzada confirman la eficacia de los GP en la caracterización del sensor, proporcionando una herramienta poderosa para aplicaciones de monitoreo de movimientos humanos y asistencia tecnológica. Este trabajo contribuye al avance de los sensores blandos, ofreciendo soluciones prácticas y precisas para su implementación en textiles inteligentes.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Diseño de terapias de rehabilitacion mediante el control de motores brushless aplicado a exoesqueletos

  Asier Vaquero Fernández Juan Miguel Garcia Haro Marian Antonia Simón Rodríguez Ana Isabel Velasco Fernández Eva Bernardos Rodríguez

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  El objeto del artículo es desarrollar diferentes sistemas de control en terapias de rehabilitación con órtesis robotizadas. Para ello, se han realizado diversos experimentos con los principales tipos de controles utilizados en la robótica de rehabilitación para mejorar la funcionalidad de la órtesis. Estos sistemas de control trabajan a partir del seguimiento de posición, velocidad y par del motor utilizado a bajo nivel, mientras se hace uso de los sensores de electromiografía para cerrar el bucle de control a alto nivel. Con esto, se plantea una primera plataforma de cara a una próxima validación con personas.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Efficient Coordination of Heterogeneous Unmanned Aerial Systems in Cooperative Surveillance

  Ehsan Kouchaki Laura García-Junceda Miguel Ángel de Frutos Jose Ramiro Martínez-de-Dios Anibal Ollero

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  Este artículo aborda la coordinación y planificación de rutas de múltiples Sistemas Aéreos no Tripulados (UAS) heterogéneos en misiones cooperativas de vigilancia y búsqueda y rescate. El sistema forma parte de un contrato de transferencia de tecnología. Eficiencia, robustez, flexibilidad, reconfigurabilidad y escalabilidad son sus principales requisitos. El esquema propuesto se compone de dos módulos. El primero resuelve el problema Vehicle Routing Problem y asigna a cada UAS una lista ordenada de puntos de interés a visitar de modo que se minimice el tiempo total de la misión. El segundo módulo determina una ruta segura y factible para cada UAS minimizando la desviación respecto su ruta evitando zonas de exclusión aérea y cumpliendo las restricciones cinemáticas del UAS. El desempeño presentado muestra el potencial del esquema en aplicaciones como logística, vigilancia y gestión de desastres, entre otras.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Enfoque general y sistemático para percepción activa semántica en robótica

  David Morilla Cabello Eduardo Montijano

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  En este artículo, abordamos el problema de la percepción activa de información semántica, centrado en determinar las acciones que un robot móvil debe realizar para obtener información semántica de calidad del entorno. Con el auge de los algoritmos de percepción semántica, surgen nuevas oportunidades para los sistemas de planificación robóticos. Sin embargo, para aprovechar estas oportunidades, es crucial identificar los elementos esenciales que cualquier sistema de control orientado a la percepción debe tener. Para ello, proponemos una arquitectura general aplicable a cualquier sistema de percepción activa y analizamos las diferencias fundamentales que surgen al considerar información semántica en su diseño. Además, describimos una implementación preliminar de la arquitectura propuesta. Nuestro objetivo principal es proporcionar a los investigadores una formulación general y un sistema unificado y modular que facilite el avance en el campo de la percepción activa semántica.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Entorno basado en contenedores Linux para el desarrollo de aplicaciones robóticas

  Gregorio Ambrosio-Cestero Jose Luis Matez-Bandera Jose-Raul Ruiz-Sarmiento Javier Gonzalez-Jimenez

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  El desarrollo y despliegue de aplicaciones robóticas en investigación involucra desafíos como la gestión eficiente de hardware heterogéneo, especialmente GPUs, o la elaboración de configuraciones software con requisitos incompatibles, por ejemplo, conflictos de librerías y versiones. A menudo, estos problemas se convierten en una limitación para los investigadores, ya que dificultan la colaboración o incluso imposibilitan el desarrollo y despliegue de sus aplicaciones. En este trabajo, se presenta una solución consistente en un entorno basado en virtualización mediante contenedores persistentes de baja latencia, que ofrece plataformas de desarrollo completos, acceso directo al hardware y gestión automática de las comunicaciones, facilitando el desarrollo de aplicaciones robóticas en entornos heterogéneos complejos. El entorno propuesto se valida mediante su implementación real en un laboratorio de robótica. Concretamente, se presenta un experimento consistente en la creación de mapas semánticos con robots móviles, una tarea compleja que ha requerido el uso de contenedores que ejecutan nodos de ROS2 intercomunicados.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Estudio de vulnerabilidades en el protocolo de comunicaciones Dynamixel aplicado en plataformas robóticas

  Raúl Jiménez Naharro Almudena Garcia Jurado-Centurión Fernando Gómez Bravo Rafael López de Ahumada Gutiérrez

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  La seguridad en las plataformas robóticas es una necesidad detectada por distintas instancias de alto nivel, como el Instituto Nacional de Ciberseguridad. En este contexto, el artículo presenta un estudio sobre las vulnerabilidades de un protocolo de comunicaciones utilizado en plataformas robóticas, el protocolo Dynamixel que soporta la transmisión de comandos de control utilizada por los actuadores digitales de esta marca. Dicho estudio ha revelado que el protocolo es vulnerable frente a ataques del tipo "hombre de en medio". Con el fin de abordar el estudio de esta vulnerabilidad, se han implementado transmisores de paquetes y módulos de ataque desarrollados mediante lenguaje VHDL, para su implantación en plataformas basadas en FPGA. Seguidamente, se han puesto de manifiesto las vulnerabilidades utilizadas por el atacante para llevar a cabo tal ataque, así como posibles estrategias de defensa que pueden ser implementadas en la arquitectura de la plataforma robótica.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Implementación de un entorno virtual para teleoperación de robot colaborativo ABB GOFA usando movimiento guiado externamente (EGM)

  Edwin Daniel Oña Simbaña Sofía Fraile Largo Carlos Balaguer Alberto Jardón

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  El uso de entornos virtuales en el ámbito de la robótica es cada vez más común haciendo posibles nuevas formas de interacción humano-robot. En este trabajo se presenta el desarrollo de un sistema de teleoperación remota e inmersiva de un robot colaborativo ABB Gofa. El entorno virtual presenta dos escenas, una enfocada a la familiarización del usuario con los mandos y el entorno; y la segunda dedicada a la teleoperación del brazo robótico. Para el control remoto del robot, se ha utilizado una comunicación tipo cliente-servidor basada en el sistema de movimiento guiado externamente o externally guided motion (EGM). Se han programado diferentes funcionalidades como captura y reproducción de trayectorias, control de un actuador en el extremo, control del punto de vista del operario, sincronización de la posición de los objetos físicos con los virtuales, e integración de estrategias de seguridad para evitar colisiones.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Entorno de simulación para misiones de búsqueda y rescate con enjambres de drones

  Juan Jesús Roldán Gómez Alejandro Sánchez Alocén Rafael Domínguez Sáez Elena González Mera David del Moral Jaraba Alberto Nieto Illescas

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  Los enjambres de drones son una tecnología con gran potencial en las misiones de búsqueda y rescate, ya que permiten sobrevolar extensas áreas para detectar potenciales víctimas sin requerir un control directo por parte de los operadores. El proyecto “Swarming Edge Computing sobre 5G” (SWECO-5G) ha investigado en tecnologías de computación distribuida y comunicación en redes 5G. En el marco de este proyecto se ha desarrollado un entorno de simulación basado en el motor de videojuegos Unity, que permite simular las dinámicas de múltiples drones y transmitir sus vídeos con altas resoluciones y frecuencias. Este entorno facilita el desarrollo de algoritmos embebidos en los drones, como es el caso de los algoritmos de enjambre para controlar la misión o los modelos de inteligencia artificial para realizar detecciones en los vídeos, al no depender de realizar vuelos con el enjambre para su validación.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Force-based touch approach for volume estimation Aproximación de tacto basada en fuerza para estimación de volumen

  Julio Castaño Amorós Killian Trebuchon Pablo Gil Youcef Mezouar

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  Un agarre robótico óptimo no puede limitarse a la estimación de pose de agarre del objeto mediante visión. Se hace necesario el uso de sensores táctiles para conocer las propiedades físicas de los objetos que se agarran. En este trabajo, integramos dos sensores táctiles Contactile basados en la fuerza con una pinza ROBOTIQ 2F-140 y un robot UR5, para estimar el volumen de un recipiente lleno de agua utilizando redes neuronales Perceptrón Multicapa (MLP). Durante la experimentación entrenamos y evaluamos diferentes MLPs variando las fuerzas de entrada (Fx, Fy, Fz) en una tarea de regresión de volumen discreto en un rango de entre 0ml y 300ml. El enfoque preliminar propuesto se compara con un método algebraico basado en el diagrama del equilibrio de fuerzas, demostrando que nuestros resultados son más precisos, obteniendo un valor R2 un 8% superior en el peor de los casos, y del 30% en el mejor.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Integración en la industria del sistema robótico para ensamblar muñecas

  Daniel Sánchez Martínez Carlos Alberto Jara Bravo Francisco Gomez-Donoso

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  Hoy en día, las pequeñas o medianas empresas se encuentran en una situación complicada a la hora de dar el salto hacia la robotización de sus procesos industriales, ya sea por motivos económicos o por desconocimiento de estas tecnologías. Es por eso que este sistema robotizado representa un avance significativo en la automatización industrial en un sector muy tradicional y manufacturero, el sector del juguete. Esta tecnología ofrecerá una solución eficiente, precisa y flexible al proceso de producción de juguetes, concretamente en el proceso de ensamblaje de la muñeca, mediante la optimización de recursos, lo que deriva en una reducción directa de costes y en una mayor adaptabilidad a los cambios en la demanda del mercado. Por último, el operario no será reemplazado en el proceso completo, únicamente en las tareas que requieran grandes esfuerzos o sean tediosas. La complejidad añadida a este proceso de ensamblaje es la manipulabilidad del producto, ya que tratamos con un plástico flexible y deformable.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Una Interfaz gráfica para monitorización, control y teleoperación de robots móviles

  Judith Vilella Cantos Mónica Ballesta David Valiente Arturo Gil Míriam Máximo Óscar Reinoso

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  El presente artı́culo tiene como objetivo mostrar el diseño y desarrollo de una interfaz gráfica para monitorización, teleoperación y control de un robot móvil, la cual permite ver los datos de los sensores del robot además de comandarlo manualmente y realizar una planificación y seguimiento de trayectorias. La interfaz ha sido implementada sobre Foxglove Studio, una herramienta de visualización de datos de robots que trabaja sobre ROS (Robot Operating System). Para la comunicación entre la interfaz y el robot se ha hecho uso de Rosbridge, un paquete que facilita la interacción con ROS a través de Websocket. De este modo, el robot publica sus datos en el servidor Rosbridge y la interfaz es cliente de este servidor, teniendo acceso a toda la información del robot y pudiendo publicar a su vez información. La interfaz se ha desarrollado creando componentes personalizados mediante el framework React y el lenguaje de programación Typescript.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Interpretación de gestos en tiempo real empleando GestureNet en un robot social

  Jesús García Martínez Juan José Gamboa-Montero José Carlos Castillo Álvaro Castro-González Miguel Ángel Salichs

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  Este artículo presenta el desarrollo y la integración de un clasificador de gestos manuales en un robot social, con el objetivo de mejorar la comunicación visual durante la interacción humano-robot. Además de las capacidades actuales del robot para escuchar la voz del usuario y recibir comandos táctiles a través de una tableta auxiliar, se ha implementado la capacidad de interpretar gestos visuales. Estos gestos incluyen afirmaciones y negaciones con la mano, así como la mano cerrada y abierta, entre otros. Se ha generado un conjunto de datos para entrenar el modelo de clasificación, y utilizamos una arquitectura diseñada específicamente para este propósito. Como caso de uso del clasificador, se ha desarrollado una aplicación del juego tradicional de piedra, papel o tijera. En dicho juego, durante la interacción con el usuario, el modelo de clasificación se ejecuta en tiempo real. Tanto el módulo de detección como la habilidad de juego se han integrado completamente en la arquitectura del robot, proporcionando una experiencia de usuario fluida y natural a través de este canal de comunicación.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Generación de comportamientos basados en el Tamagotchi para el robot social Mini

  Sara Carrasco Martínez Marcos Maroto-Gómez Sofía Álvarez Arias Fernando Alonso-Martín Álvaro Castro-González Miguel Ángel Salichs

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  El uso de robots sociales para tareas de asistencia y entretenimiento está aumentando en los últimos años. Sin embargo, todavía no poseen las capacidades necesarias para proporcionar una experiencia diaria duradera que hagan que la inversión necesaria merezca la pena. Este artículo presenta un sistema de generación de comportamientos bioinspirados para aumentar el uso del robot Mini utilizando procesos que pretenden aumentar el número interacciones con sus usuarios. El sistema propuesto tiene como inspiración el juego del Tamagotchi y la Logoterapia, haciendo que el robot se comporte como un avatar del que el usuario debe cuidar. El sistema modela la alimentación, hidratación, higiene, afecto, entretenimiento, energía, interacción social y salud del robot generando una evolución temporal a largo plazo similar a la humana con el fin de que el robot muestre un comportamiento natural reconocible por el usuario. Este comportamiento incorpora estrategias psicológicas y de enganche como la alta frecuencia de acciones para fomentar el uso del robot y enganchar al usuario. Los resultados del artículo muestran la evolución de todos los procesos y cómo el usuario debe cuidar del robot para que mantenga un nivel adecuado de bienestar.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Geodesic restricted aruco-based positioning for VR rehabilitation robotics

  Ignacio Montesino Valle Hugo Alonso Camara Juan G. Victores Carlos Balaguer Alberto Jardon Huete

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  La demanda de rehabilitación y terapia física en el mundo es cada vez mayor, debido a un envejecimiento de la población y a una vida más sedentaria. Una de las terapias más prometedoras es la terapia asistida con realidad virtual (VR), ya que mejora el ánimo del paciente, su autonomía y con ello las horas que le dedica a la terapia. Las carencias de este tipo de terapias surgen de no poder ofrecer ejercicios resistivos o con ayuda física al paciente. En el proyecto Roboasset hemos desarrollado un robot para simular ejercicios físicos en un entorno VR. Una problemática todavía no resuelta es conseguir la paridad de los elementos virtuales con los físicos. En este artículo desarrollamos un método para sincronizar los sistemas de coordenadas del robot físico con los del mundo virtual mediante el uso de marcadores fiduciarios (ArUco) y una cámara externa. Usando las propiedades geométricas de los cuaternios, conseguimos que la sincronización de los sistemas de coordenadas no introduzca ningún ruido en el ángulo del suelo.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Guiado de una silla de ruedas robótica mediante un dispositivo portable de seguimiento ocular

  Manel Frigola Luca Secchieri Joan Aranda Alícia Casals

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  Cuando se trata de controlar un dispositivo robótico, como una silla de ruedas robotizada para asistir a personas con movilidad reducida también en las extremidades superiores, deben considerarse ciertos condicionantes. En el proyecto Posmofya, consistente en una silla de ruedas robotizada que incorpora control postural, además de unos grados de libertad adicionales tipo exoesqueleto de extremidad superior para asistir también en la actuación, la interfaz prevé la integración de un sistema multimodal que se adapte a las necesidades de usuario. En este artículo se describe la problemática en el desarrollo de una interfaz basada en el seguimiento de la mirada, eye-tracking. Este sistema incorporará también otros elementos auxiliares de soporte al guiado, aumentando así la precisión y seguridad.

   

   

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Localización de emisiones de metano combinando un sensor TDLAS y un robot móvil

  Pepe Ojeda Javier Monroy Javier González-Jiménez

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  Este trabajo aborda el problema de la localización eficiente de emisiones de metano en espacios abiertos mediante el uso de robótica móvil. En contraposición a los métodos convencionales que emplean detectores puntuales, o que empleando medidores de rango dependen del suelo como reflector natural (los cuales conllevan largos tiempos e ineficientes trayectorias de inspección), se propone un enfoque robótico que aumenta la eficiencia de la toma de datos. Para ello se monta un detector de rango sobre una unidad pan-tilt que apunta continuamente a un robot móvil que actúa como reflector artificial, permitiendo tomar medidas sobre el plano horizontal. Este enfoque permite abarcar grandes superficies en cortos espacios de tiempo sin perder resolución espacial.  Los resultados obtenidos en un área experimental de 140 m² validan la efectividad de este enfoque para la rápida detección y localización de fuentes de emisión de gas metano.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Localización en entornos estructurados basada en la detección de esquinas

  Martín Bayón Gutiérrez Natalia Prieto Fernández Isaías García Rodríguez Carmen Benavides María Teresa García Ordás José Alberto Benítez Andrades

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  La gran exactitud y resolución que presentan las mediciones realizadas con sensores LiDAR (Light Detection And Ranging) los convierte en habituales en sistemas SLAM (Simultaneous Localization And Mapping). El gran volumen de datos proporcionado por dichos sensores se puede reducir a un conjunto de puntos característicos que definen el entorno. Dicha reducción de datos simplifica el proceso de mapeado y posicionamiento disminuyendo así la carga computacional del proceso SLAM. En este trabajo se propone un sistema para la estimación de la trayectoria seguida por un elemento robótico basado únicamente en información LiDAR 2D. La nube de puntos proporcionada por el sensor es analizada para extraer una serie de esquinas características que conforman el entorno de navegación, que nos permiten estimar el movimiento del robot mediante PLGO (Pose-Landmark Graph Optimization). Los resultados experimentales muestran como el sistema propuesto ofrece una precisión en la localización del robot comparable a la que se puede obtener mediante técnicas ICP (Iterative Closest Point).

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Métodos de control robusto y predictivo para una caminata estable en el robot humanoide TEO

  Gerson Martin Lipa Noriega Jorge Muñoz Yañez-Barnuevo Concepción A. Monje Carlos Balaguer

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  Un aspecto fundamental para lograr una caminata estable en cualquier robot humanoide es el control de la estabilidad durante la marcha. Este trabajo analiza algunas estrategias de control para asegurar una marcha estable en el robot humanoide TEO. En investigaciones previas, se utilizó el modelo del péndulo invertido lineal para la generación de trayectorias estables, tomando en cuenta el criterio de estabilidad del ZMP. Según este criterio, el ZMP debe mantenerse dentro de una región de estabilidad para garantizar una marcha equilibrada, lo que requiere un control continuo de este valor durante toda la trayectoria.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Mini-Bird un "juego serio" de estimulación física empleando el robot social Mini

  Sara Carrasco-Martínez Jesús García-Martínez Sofía Álvarez Arias Jose Carlos Castillo Fernando Alonso-Martín Álvaro Castro-González

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  Los robots sociales tienen el potencial de ayudar a personas con problemas de movilidad y coordinación, especialmente si son mayores. Para ello, se pueden pueden apoyar en ejercicios de estimulación física mediante la gamificación de juegos diseñados para este propósito. En este trabajo, presentamos ``Mini-Bird'', un juego de estimulación implementado siguiendo un paradigma de robot multiagente. El sistema propuesto se ha integrado en la arquitectura de software del robot Mini acompañado de un agente de juegos. El robot social Mini guía la actividad para promover la actividad física del usuario. El agente de juegos es el encargado de rastrear los movimientos de las manos del usuario mediante un detector de esqueletos que permite controlar el juego. Se facilita varias métricas para la evaluación de la estimulación física y la coordinación ojo-mano. La incorporación de elementos de gamificación mejora la participación del usuario y el desarrollo de habilidades. Las pruebas preliminares muestran un gran potencial para promover la actividad física entre los mayores.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Modelado cinemático inverso con control de forma de un robot blando mediante algoritmos genéticos

  Jorge Francisco García Samartín Jaime del Cerro Antonio Barrientos

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  Uno de los principales problemas que está encontrando la robótica blanda y, en parte, frenando su auge, es la dificultad para modelar con precisión la cinemática inversa de estos manipuladores. Su carácter redundante hace compleja esta tarea y, en multitud de ocasiones, las técnicas de aprendizaje automático precisan de un número de muestras difícilmente alcanzable. Se presenta aquí un algoritmo genético que, a partir del modelo cinemático directo, fácilmente obtenible, logra notables resultados, tanto en términos de precisión como de tiempo. En concreto se ha conseguido, al aplicarlo sobre un robot neumático modular, un error de 0.9 mm con tiempos de ejecución de 12 s. La metodología desarrollada permite, además, gestionar las redundancias y elegir la pose que se desea que el robot adopte, pudiendo recibir como entrada, además de las coordenadas del extremo, la posición deseada de cuantos módulos intermedios se precise. Esto abre la puerta a posibles aplicaciones de interés, como la teleoperación de manipuladores blandos mediante realidad virtual.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Modelo dinámico de un sistema de actuación por cables para control de pelvis en rehabilitación de la marcha

  Jorge Muñoz Pablo Romero Eduardo Rocon

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  En las últimas décadas, el desarrollo de plataformas robóticas para la asistencia y rehabilitación ha cobrado gran relevancia debido a su capacidad para proporcionar entrenamiento controlado y generar datos precisos sobre el desempeño del paciente. A pesar de la abundancia de robots de rehabilitación para adultos, aún son escasos los dispositivos diseñados específicamente para niños y prácticamente inexistentes para bebés.
  Este artículo presenta el modelo dinámico del módulo de la pelvis del sistema Discover2Walk (D2W), una innovadora plataforma modular de rehabilitación de la marcha para niños con parálisis cerebral que emplea actuadores accionados por cables. El análisis considera un sólido rígido suspendido por cuatro cables y sometido a la acción de la gravedad, abordando el cálculo de las tensiones instantáneas en los cables y su impacto en la dinámica del sólido. Esta versión inicial del modelo permitirá entender el comportamiento del sistema, además de sentar las bases para un modelado más detallado y preciso, imprescindible para diseñar estrategias de rehabilitación y asistencia a la marcha, realizar simulaciones o diseñar controladores.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Optimización de caminata con aprendizaje por refuerzo en humanoide TEO

  Jaime Mas Santillan Juan Carlos Gonzalez Victores Carlos Balaguer Bernaldo de Quiros

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  En los últimos años, el aprendizaje por refuerzo en entornos de simulación robótica ha emergido como una herramienta valiosa para entrenar plataformas robóticas en la ejecución de tareas complejas, como la marcha. El aprendizaje por refuerzo permite al robot descubrir un camino viable para realizar una tarea previamente definida, eliminando la necesidad de una programación exhaustiva y un control detallado de los movimientos.
  El propósito de este trabajo es mostrar la implementación de algoritmos de aprendizaje por refuerzo con el objetivo de conseguir que nuestro modelo del robot humanoide TEO aprenda a caminar sin necesidad de programar un controlador de manera explicita.
  Este artículo incluye como se ha desarrollado el modelo del humanoide, que medida de aprendizaje se ha desarrollado y que algoritmos se han implementado durante el entrenamiento, así como los resultados que se han obtenido de este entrenamiento.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Optimización de trayectorias y estabilización LQR para robot aéreo omnidireccional

  Josu del Río Berasategui Imanol Iriarte Arrese Litzia Carla Vilchez Hipolito Joseba Lasa Aguirrebengoa Elena Lazkano Ortega Igor Rodriguez Rodriguez

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  En este trabajo, se aborda el desarrollo de la planificación de trayectorias para un robot aéreo omnidireccional. La arquitectura del dron consiste en 4 quadrotores unidos con juntas omnidireccionales a un cuerpo central, permitiendo al sistema rotar 360º en los tres ejes mientras los quadrotores mantienen el sistema estable. Al tratarse de un sistema sobreactuado puede llegar de una posición o estado A a uno B por múltiples vı́as. Por ello, de las varias rutas posibles, es importante generar las que se ajusten a criterios de optimalidad, y ası́ reducir el consumo del sistema. En el presente artı́culo se presenta una solución para generar trayectorias que se ajusten a ciertos criterios de optimalidad y restricciones del sistema. El problema se resuelve mediante el método de optimización de trayectorias de colocación directa, y posteriormente se utiliza la trayectoria generada como entrada en un lazo de control con estabilización LQR de tiempo finito. El trabajo se ha validado en simulación.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Monitorización del contenido de fósforo del olivo mediante robot terrestre

  Miguel Noguera Borja Millan Rocio Moro José Manuel Andújar

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  El olivar es un cultivo de gran importancia en los países de la cuenca mediterránea. En las últimas décadas, el sector olivarero ha experimentado una modernización en busca de incrementar la rentabilidad y productividad de sus explotaciones. En este contexto, la gestión basada en agricultura de precisión está mostrando un potencial prometedor. En este sentido, el presente trabajo muestra una metodología para la caracterización del contenido foliar de P en olivares superintensivos. El método propuesto se basa en redes neuronales artificiales alimentadas con información espectral extraída de imágenes adquiridas por un robot terrestre con capacidad para la navegación autónoma. Para evaluar la metodología propuesta se definió un planteamiento experimental basado en exponer una parcela de olivos superintensivos a tratamientos de fertirriego diferenciales para generar variabilidad en cuanto al contenido foliar de P.  El índice de correlación entre los valores de obtenidos por análisis químico y la respuesta del modelo (R²=0.72) sugieren la idoneidad de la metodología propuesta.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Monitorización mediante vehículos aéreos multicámara. Caso de uso de Unreal Engine

  José Francisco López Ruiz Jaime Rico Ranea Teodoro Álamo Cantarero Manuel Gil Ortega Linares Manuel Vargas Villanueva

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  El trabajo propuesto en este artículo parte de la consideración de un vehículo aéreo autónomo, dotado de múltiples cámaras, como agente capaz de proporcionar mayor versatilidad en aplicaciones de monitorización y seguimiento de múltiples objetivos móviles. Dicho agente tendría la capacidad de orientar sus cámaras de forma completamente independiente y éstas estarían dotadas con capacidad de zoom, lo que permitiría ajustar la distancia focal de cada una de ellas a conveniencia. Partiendo de este concepto y de una estrategia de optimización desarrollada en trabajos anteriores, se propone una generalización de la misma que permita la colaboración de varios agentes en una misma misión. De forma complementaria, parte del trabajo se centra en explorar las posibilidades que ofrece Unreal Engine 5 como herramienta de simulación gráfica para la implementación de la propuesta.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Navegación de un robot Ackermann para tareas de transporte en invernaderos mediterráneos con MultiVehicle Simulator (MVSim)

  Fernando Cañadas Aranega Jose Luis Blanco Claraco Francisco José Mañas Alvarez José Carlos Moreno Úbeda

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  La agricultura intensiva bajo invernadero se ha convertido en uno de los pilares del crecimiento demográfico de las sociedad. Sin embargo, a medida que pasan los años, el aumento de la superpoblación tanto en los humanos como en el mundo animal, supone un problema para la humanidad, por lo que la agricultura existente debe ser más eficiente y sostenible. En esta búsqueda, la automatización y, en particular, los robots, juegan un papel fundamental ya que son herramientas para la resolución óptima de algunos problemas claves en este campo relacionados con el desarrollo de tareas tediosas, sucias y/o peligrosas, las típicas tareas DDD (del inglés Dull, Dirty, Dangerous). Este trabajo se centra en uno de los resultados del proyecto Agricultural Collaborative Robots inside IoT II (AGRICOBIOT II), en particular, en un robot móvil Ackermann destinado a realizar tareas de transporte dentro de invernaderos de tipo Mediterráneo, diseñado y construido en la propia Universidad de Almería para poder trabajar de forma colaborativa con el agricultor. Este trabajo describe los detalles de este robot, validando su funcionamiento en el simulador MVSim, a partir de un modelo 3D del mismo. En particular, el trabajo se centra en el problema de navegación durante el transporte teniendo en cuenta la presencia de personas y objetos inesperados o dinámicos mediante el framework de navegación autónoma Nav2.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Optimización energética en robots agrícolas con sistemas predictivos y Ventana Dinámica

  Daniel Teso Fz. de Betoño Iñigo Aramendia José Antonio Ramos-Hernanz Idoia Manero Daniel Caballero-Martin José Manuel Lopez-Guede

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  En esta investigación, introducimos un nuevo Enfoque de Ventana Dinámica Predictiva (P-DWA), donde el algoritmo no solo anticipa la trayectoria óptima en términos de tiempo, sino que también evalúa el consumo energético del movimiento del robot móvil. El P-DWA predice nueve posibles destinos, evalúa su rendimiento temporal y elige las tres mejores trayectorias. Mediante el modelado de los motores del robot móvil, se logra estimar el consumo energético y el par requerido para un mapa 2D y de las trayectorias predichas se determina el consumo de cada una de ellas en vatios-hora (W/h), para optar por aquellas que menor consumo requieran. Los resultados muestran que, mediante la consideración energética, es posible llegar a reducir el 9% del consumo energético comparación con el enfoque de Ventana Dinámica convencional.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Perception sensor integration for improved environmental reconstruction in quadruped robotics

  Christyan Cruz Ulloa Jaime del Cerro Antonio Barrientos

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  Perception systems are fundamental in outdoor robotics, as their correct functionality is essential for tasks such as terrain identification, localization, navigation, and analysis of objects of interest. This is particularly relevant in search and rescue (SAR) robotics, where one current research focuses on the mobility and traversal of unstructured terrains (commonly resulting from natural disasters or attacks) using quadruped robots. 3D sensory systems, such as those based on 360-degree LiDAR, tend to create dead zones within a considerable radius relative to their placement (typically on the upper part of the robot), leaving the locomotion system without terrain information in those areas. This paper addresses the problem of eliminating these dead zones in the robot's direction of movement during the process of environment reconstruction using point clouds. To achieve this, a ROS-based method has been implemented to integrate "n" point clouds from different sensory sources into a single point cloud. The applicability of this method has been tested in generating elevation maps of the environment with different resolutions, using the quadruped robot ARTU-R (A1 Rescue Task UPM Robot) and short- and long-range RGB-D sensors, strategically placed on its lower front part. Additionally, the method has demonstrated real-time functionality and robustness concerning the issue of frame association in the fusion of information from decentralized sources. The code is available to the community in the authors' GitHub repository https://github.com/Robcib-GIT/pcl_fusion.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Planificación de trayectorias 4D para UAVs basada en Fast Marching Square

  Blanca López Palomino Luis Enrique Moreno Lorente

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  Los enjambres de vehículos aéreos no tripulados (UAVs) se están convirtiendo en una herramienta fundamental en diversos campos de aplicación, tales como la vigilancia aérea, la búsqueda y rescate en zonas urbanas y la entrega de mercancía. En este marco, la planificación de trayectorias sigue siendo una de las principales preocupaciones en aplicaciones robóticas complejas. Este trabajo presenta un algoritmo de planificación de rutas 4D, basado en el método de Fast Marching Square (FM2), para sistemas multi-UAV en entornos tridimensionales. El algoritmo 4D-FM2 incorpora una función de velocidad dependiente del tiempo dentro del marco del algoritmo Fast Marching (FM). El algoritmo propuesto fue probado en un escenario urbano simulado y los resultados muestran que este planifica de manera efectiva soluciones seguras y óptimas al problema de planificación de trayectorias para UAVs, evitando obstáculos y otros drones, incluso en situaciones complejas.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Una propuesta de integración de una red de sensores IoT en el robot Mini para monitorización del usuario en su domicilio

  Gregorio Palomares Garrido Álvaro Castro González José Carlos Castillo Montoya María Ángeles Malfaz Vázquez Miguel Salichs Sánchez-Caballero

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  La robótica social destaca, en parte, con robots de sobremesa, que permanecen en la ubicación donde se colocan. Esto limita su área de percepción a la zona donde sus sensores alcanzan. En aplicaciones donde se desea una monitorización del usuario esta puede ser una importante limitación. Para intentar paliarlo, en el presente trabajo se propone ampliar las capacidades de percepción del robot social Mini, diseñado y construido en el grupo Robotics Lab de la Universidad Carlos III de Madrid, integrando la información proporcionada por una red de sensores IoT. Se ha desarrollado un sistema de reglas que analiza los valores ambientales medidos por la red de sensores en tiempo real y detecta situaciones anómalas o de riesgo para el usuario. Cuando se identifica una, el robot avisa al usuario y le sugiere una acción para paliarlo, además pregunta al usuario si se encuentra bien. En caso de no recibir respuesta, avisa a un familiar empleando una aplicación de mensajería instantánea.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Una propuesta para evaluar el aislamiento social y la soledad no deseada con el robot social Mini

  Luis Alonso Ramos Jesús García Martínez José Carlos Castillo Montoya Álvaro Castro González Miguel Ángel Salichs

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  El aislamiento social y la soledad no deseada son problemáticas crecientes que afectan significativamente al bienestar y la salud mental de las personas. En este trabajo se presenta una propuesta de una herramienta para evaluar el riesgo de padecer soledad no deseada de un usuario utilizando un robot social. Nuestra propuesta combina el uso de técnicas activas como cuestionarios y de técnicas pasivas empleando visión por computador y herramientas para analizar el estado emocional del usuario y la frecuencia de interacción tanto con el robot como con su círculo social. Se incluye el desarrollo de una aplicación que permite realizar cuestionarios al usuario para determinar si existe riesgo de padecer soledad no deseada. En nuestra propuesta de diseño, el objetivo es que el sistema sea capaz de detectar patrones de comportamiento del usuario y evaluar su nivel de interacción social. A partir de estos datos se extrae información sobre la situación del usuario. En caso de que haya riesgo de soledad no deseada o aislamiento social, el robot dispone de actividades de socialización, lo que representa una oportunidad para mejorar el bienestar del usuario.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Proyecto “SimRobots” Colaboración entre “SimScape Multibody” y “Robotic System Toolbox"

  Alberto Herreros

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  El proyecto “SimRobots” descrito en este artículo representa la segunda versión del mismo. La principal diferencia con la primera versión radica en el uso de todos los elementos de la librería de Simulink “SimScape MultiBody” y, sobre todo, de la librería de Matlab “Robotic System Toolbox”. El objetivo del proyecto es crear una herramienta que ayude a los alumnos a modelar y programar los movimientos de una estación robótica. Aunque la librería “SimScape MultiBody” es una herramienta de simulación potente, carece de control de trayectorias. Por otro lado, la librería “Robotic System Toolbox” ofrece numerosas herramientas de control de trayectorias, pero la simulación en Matlab no es completamente realista. Este proyecto busca combinar ambas librerías para crear un simulador de robots comparable a los softwares de marcas comerciales, al tiempo que permite a los alumnos comprender las matemáticas subyacentes en la simulación. Hasta ahora, el proyecto ha sido utilizado durante cuatro años con resultados positivos.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Reescalado de un robot aéreo de ala batiente para vuelos en espacios limitados

  Sara Coca Pablo Crassous Ernesto Sanchez-Laulhe Raul Tapia José Ramiro Martínez de Dios Anibal Ollero

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  Este artículo presenta el proceso de reescalado de un robot aéreo de ala batiente. El objetivo es diseñar una plataforma que permita volar de forma autónoma en espacios interiores y exteriores limitados. Se ha redimensionado un modelo previo de gran escala, haciendo más ligeras las distintas partes del robot. El diseño aerodinámico incluyó un nuevo perfil alar (S1221) que mejora la eficiencia aerodinámica. Además, se han realizado modificaciones significativas en el diseño mecánico y electrónico para reducir el peso, utilizando materiales más ligeros y componentes de menor tamaño. Los resultados preliminares indican que el prototipo cumple con los objetivos de peso y carga alar, lo que ofrece una buena maniobrabilidad.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Rehabilitación médica mediante Robótica (CDPR) y Realidad Virtual Proyecto VirtualR3

  Garrido, J. Riveiro, E. Silva-Muñiz, D. do Olmo-Otero, D.

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  El artículo presenta la investigación que se está realizando en el marco del proyecto europeo VirtualR3 "Virtual Reality in Robotic movements assistance for Rehabilitation". El objetivo es el desarrollo de un prototipo para realizar ejercicios de rehabilitación de miembros inferiores para pacientes con distintos grados de necesidades terapéuticas mediante robótica paralela CDPR junto con Realidad Virtual. El artículo presenta este el marco de investigación del proyecto y se centra en la integración entre el control de movimiento del CDPR y el seguimiento de los movimientos por parte del dispositivo de Realidad Virtual que llevará el paciente (gafas). Se analizan las prestaciones de la integración entre el CDPR como maestro del movimiento y la RV en seguimiento, y el alternativo del dispositivo de RV como maestro y CDPR en seguimiento, que serán empleadas en los distintos modos de funcionamiento del sistema.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Robot TIAGo para servicio en cafetería

  Francisco J Naranjo-Campos Ainhoa De Matías-Martínez Juan G Victores José Antonio Gutiérrez Dueñas Almudena Alcaide Carlos Balaguer

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  La hostelería tiene la necesidad de automatizar ciertas tareas, por lo que acude a la robótica. Esto no solo tiene una motivación económica, beneficiando también a los trabajadores al reducir sus nivel de estrés y carga física. En este contexto, la organización ``"euRobotics aisbl" propuso la implementación de un robot asistencial en cafetería, definiendo una tarea consistente en el reconocimiento del estado de la cafetería, el servicio a clientes y el acomodamiento de nuevos clientes. En este trabajo se presenta una implementación de esta tarea realizada con el robot móvil manipulador TIAGo, en la que se ha puesto especial interés en la percepción de objetos y en la sociabilidad del robot. Para ello, se han empleado modelos convolucionales para la detección de objetos y modelos de reconocimiento de voz para una comunicación natural. La implementación se ha realizado con éxito y puesta a prueba con usuarios, cuya percepción ha sido positiva.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Selección de keyframes para vSLAM mediante solape de barridos láser

  Victor Mengual Francisco-Angel Moreno Javier González-Jiménez

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  El SLAM visual se basa comúnmente en la optimización de un grafo de keyframes, imágenes clave en una secuencia de vídeo, para la construcción de mapas 3D y la localización de la cámara. La creación de este grafo requiere de un proceso front-end eficiente que seleccione keyframes con suficiente solape entre observaciones pero con bajo coste computacional. Este trabajo propone utilizar información de barridos láser 2D, comunes en robots móviles, para determinar el solape entre observaciones de una cámara, incorporando información sobre la estructura de la escena y seleccionando nodos distanciados entre sí cuando el solape cae bajo cierto umbral. Esto evita el costoso proceso de extracción y emparejamiento de características en las imágenes para determinar la covisibilidad entre observaciones. Las pruebas realizadas demuestran que podemos mantener el nivel de solape alrededor de un determinado umbral durante la navegación, insertando keyframes a diferentes frecuencias según la estructura de la escena con un coste computacional significativamente menor que con el uso exclusivo de imágenes.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Simulación de interacción humano-robot basada en la mirada en entornos virtuales

  Elisabeth Menéndez Salvador Santiago Martínez de la Casa Díaz Concepción Alicia Monje Micharet Carlos Balaguer Bernaldo de Quirós

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  Este artículo presenta un nuevo método de interacción humano-robot mediante el seguimiento de la mirada en entornos virtuales. Este enfoque reproduce aplicaciones reales en las que el usuario, equipado con gafas de seguimiento ocular, indica al robot qué objetos necesita fijando su mirada. Esta interacción se ha implementado en el simulador Gazebo, donde el usuario controla una cámara flotante con un mando. La cámara flotante imita la vista que ofrecen las gafas de seguimiento ocular y muestra esta perspectiva en la pantalla situada frente al usuario. Además, se instala una cámara dirigida hacia su rostro para determinar la zona de la pantalla que está observando. Utilizando esta información en el método de identificación del umbral de dispersión, se distingue eficazmente entre fijaciones y movimientos sacádicos de la mirada. Los experimentos preliminares realizados demuestran que el sistema es capaz de identificar el objeto en el que el usuario fija su mirada en entornos virtuales.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Singularidades en robots paralelos: Detección y evasión en tiempo real

  José Luis Pulloquinga Zapata V. Mata M. Valles A. Valera

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  Gracias a su precisión y su gran capacidad de carga, en la actualidad el uso de robots paralelos en aplicaciones de interacción humano-robot es habitual. No obstante, en su espacio de trabajo pueden aparecer configuraciones problemáticas (singularidades Tipo II) donde se pierde el control del robot, comprometiendo la seguridad y limitando las técnicas de control aplicables. En este artículo, se establecen criterios clave para la detección y evasión de singularidades Tipo II en tiempo real. De la misma forma, se presenta la implementación de un algoritmo de evasión de singularidades Tipo II con un control de fuerza-posición en un robot paralelo de 4 grados de libertad para rehabilitación de rodilla. El algoritmo de evasión detecta las singularidades Tipo II midiendo la posición del efector final e identificando los actuadores responsables de la singularidad. Los resultados obtenidos verifican la efectividad de los puntos clave propuestos en el desarrollo aplicaciones de interacción humano-robot en tiempo real para rehabilitación física con robots paralelos.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Sistema BIM2ROS para la integración de robots aéreos en el sector de la construcción

  Santiago Martínez José Antonio Cobano Suárez Luis Merino Fernando Caballero

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  El sector de la construcción es uno de los menos digitalizados y la robótica, los drones y el Building Information Modeling (BIM) pueden jugar un papel fundamental en esta digitalización. La mayorı́a de las soluciones robóticas se basan en la teleopera ción por parte de los trabajadores, pero gracias a toda la información disponible en BIM se pueden automatizar estos procesos para ser llevados a cabo por robots móviles o drones. Este artı́culo trata sobre la integración de robots en el ámbito de la construcción sacando provecho de toda la información que puede aportar el BIM, tanto geométrica como semántica. Presentamos el sistema denominado BIM2ROS. La integración se lleva a cabo generando todo la información necesaria para el robot y poder trabajar con ROS (Robot Operating System) a partir del BIM. Una vez generado el mundo del robot, la información semántica se incluye en la planificación de caminos para navegar en el edificio considerado y se lleva a cabo también una identificación de los componenetes del edificio construidos a partir de un sensor lidar 3D a bordo del dron y la información del BIM. Se muestran resultados experimentales en un edificio para mostrar el funcionamiento del sistema, la planificación y la identificación de elementos.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Sistema de aprendizaje cooperativo para enjambre de robots sociales

  Sofía Álvarez-Arias Marcos Maroto-Gómez Sara Carrasco-Martínez María Malfaz Miguel Ángel Salichs

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  Cada vez son más los robots sociales dedicados a asistencia diaria en casas particulares y residencias, por lo que una adaptación al usuario y centralizar la información recogida por todos ellos resulta fundamental. Este artículo presenta un sistema de aprendizaje cooperativo para el robot social Mini. Este robot pretende asistir a usuarios de edad avanzada facilitando tareas mediante una interacción humano-robot adaptada a sus necesidades. El sistema propuesto permite integrar distintos métodos de aprendizaje por refuerzo de forma simultánea, permitiendo a los robots mejorar su comportamiento y aprender en entornos dinámicos de forma autónoma. Este sistema pretende superar limitaciones importantes del aprendizaje en robótica social al conectar los robots a un servidor central. La red permite compartir y centralizar la información de las interacciones de cada robot, agilizando el proceso de aprendizaje al disponer de un mayor volumen de datos en menos tiempo. El servidor almacena y procesa la información, mejorando la eficiencia y reduciendo la carga computacional en los robots. Este sistema permite a los robots adaptarse mejor a diferentes usuarios y entornos, mejorando sus respuestas y la personalización en la interacción humano-robot.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Sistema multimodal para la orientación de robots móviles hacia su interlocutor

  Antonio Cañete Eulogio Quemada-Torres José-Raúl Ruiz-Sarmiento Francisco Ángel Moreno Javier Gonzalez-Jimenez

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  Con el objetivo de lograr una interacción humano-robot lo más natural posible, es fundamental que el robot se oriente hacia su interlocutor. Este trabajo presenta un sistema multimodal que usa información visual y de sonido para lograr una orientación precisa incluso en situaciones complejas con múltiples personas, personas fuera del campo de visión del sensor, etc. En concreto, un sistema de micrófonos estéreo es el encargado de detectar el inicio y fin de la interacción, así como de calcular el ángulo de incidencia del sonido para iniciar la orientación del robot. Por su parte, la información visual proveniente de una cámara se usa para localizar la presencia del interlocutor mediante detección facial, asistida por el ángulo de incidencia del sonido. Una vez localizado, el sistema se encarga de orientarse constantemente hacia dicha persona de manera precisa. El trabajo incluye una demostración del comportamiento del sistema en escenarios límite utilizando el robot social Sancho.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Sistema para el análisis de características electrofísicas del terreno

  Gonzalo Sanz Rodríguez Pedro Portalatín Agustín Colazo Santiago Martínez de la Casa Carlos Balaguer

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  El desempeño de un robot tunelador está críticamente determinado por las características del terreno que debe perforar. En este artículo se presenta un banco de pruebas para el análisis del comportamiento de diferentes materiales terrosos ante diversas señales eléctricas. En concreto, se analiza la respuesta en frecuencia y el desfase de la impedancia del material depositado en la cubeta de pruebas. El objetivo de estos experimentos es obtener información que permita modelar y clasificar el tipo de terreno presente. En el futuro, esta información será integrada en el sistema desarrollado en el proyecto ROBOSUB para mejorar las tareas de perforación y reducir problemas en el robot tunelador.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Sistema resistivo impreso en 3D multi-material para comandar sistemas robóticos

  Joaquim Minguella-Canela Bruno Ballón Manel Frigola Alícia Casals

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  El uso de técnicas de impresión 3D hace posible la incorporación de sensores en dispositivos personalizados a un coste relativamente bajo. Dichos sistemas pueden tener aplicaciones relevantes para controlar sistemas robóticos de varios grados de libertad. Sin embargo, muchas de las soluciones analizadas en la literatura no abordan geometrías en las que el circuito sensor tenga verdaderamente un recorrido de 3 dimensiones en el espacio. En este contexto, el presente trabajo se centra en el estudio y análisis de prestaciones de una propuesta de sensor de 2 grados de libertad fabricada mediante impresión 3D multi-material de deposición de hilo fundido (FDM). Dicho sistema, que basa su principio de funcionamiento en la medida de resistencias en componentes verdaderamente tridimensionales, y que puede tomar distintos valores según la configuración física de sus coordenadas generalizadas, es analizado en cuanto a precisión, repetibilidad y funcionamiento en uso continuado. Los resultados obtenidos demuestran que es viable implementar dichos sistemas para comandar sistemas robóticos.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• UR2A: comunicación bidireccional Android-ROS 2 para arquitecturas edge-cloud en sistemas robóticos conectados

  Manuel Córdoba Ramos Juan Bravo Arrabal Juan Jesus Fernandez Lozano Anthony Mandow Alfonso García Cerezo

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  Con el Internet de las Cosas Robóticas (IoRT) se hace referencia a cualquier parte de la carga de pago de un robot que esté conectada a Internet. En el contexto de la robótica de campo, es cada vez más habitual utilizar smartphones como elementos IoRT aprovechando sus ventajas: ligereza y reducido tamaño, calidad de imagen, alta capacidad de procesamiento, diversidad de sensores, y excelente conectividad (5G/6G). Un smartphone moderno puede embarcarse en cualquier tipo de robot para obtener más información de su estado y de su entorno, ya que dispone de sensores internos y puede conectarse a otros externos. Se ha desarrollado una aplicación o app open-source, para Android, denominada UMA-ROS2-Android (UR2A), capaz de alojar nodos de ROS 2 con el fin de transmitir la información sensorial del smartphone, como su posición y orientación en el espacio, o su porcentaje de batería disponible. Además, se ha habilitado la transmisión de imágenes a distintas resoluciones, así como la capacidad de que el dispositivo reciba comandos remotamente, integrándose así en una arquitectura edge-cloud. La app UR2A ha sido validada en un caso de posicionamiento, remoto y en tiempo real, de vehículos aéreos no tripulados (UAV). La app está disponible en un repositorio público: https://github.com/Robotics-Mechatronics-UMA/UMA-ROS2-Android/.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• A user-friendly point cloud processing pipeline for interfacing PCL with YARP

  Bartek Łukawski Alberto Rodríguez Sanz Elisabeth Menendez Juan G. Víctores Carlos Balaguer

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  PCL es una librería de código abierto diseñada para el procesamiento de nubes de puntos. Por otra parte, YARP es un marco de desarrollo e intermediario entre componentes hardware (p. ej. motores y sensores) para elaborar aplicaciones robóticas de alto nivel. Este trabajo presenta una librería de C++ que emplea los algoritmos de PCL sin necesidad de exponer ninguno de sus tipos. Permite describir sencillamente y mediante texto secuencias de pasos para el procesamiento de nubes de puntos, exponiendo el resultado final a través de interfaces YARP. Se consigue encapsular así todos los detalles internos de PCL y se evita la dependencia de sus módulos y cabeceras en las aplicaciones cliente. La librería ha sido probada en una aplicación de reconstrucción de escenas para el popular algoritmo KinectFusion, en un módulo de construcción de mallas en tiempo real para el simulador OpenRAVE, y se prevé su uso en tareas de visión con la nueva cabeza del robot humanoide TEO.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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Visión por Computador

• Algoritmo de reconocimiento de señales de tráfico en entorno simulado

  Juan Feijóo Rodríguez Francisco R. Rubio

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  El desarrollo y la valoración de los programas de visión se suele realizar en equipos reales, pero recientemente, la disponibilidad de emuladores realistas y software orientado a aplicaciones robóticas ha hecho factible emplear escenarios virtuales. Este enfoque facilita el ajuste de los sistemas de reconocimiento, permite valorar múltiples casuísticas con un mínimo tiempo y dinero, y evita los problemas de compatibilidad entre los elementos de un sistema real. En este artículo se muestra el entorno sintético desarrollado en ROS y Gazebo, que incluye la creación de un repositorio de señales 3D fielmente modeladas acorde a la normativa española. Las técnicas de reconocimiento son tradicionales; es novedoso el ajuste óptimo de los discriminadores de color que evita especificar explícitamente valores numéricos. El clasificador de formas usa los momentos de Hu y una medida de oquedad, y la identificación de serigrafías se lleva a cabo con una red MLP de reducidas dimensiones.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Arquitecturas para detección de anomalías Fusión de GAN, U-Net y Transformers

  Borja Pérez López Mario Resino Solis Fernando García Fernández Abdulla Hussein Abdulrahman Al-Kaff

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  La detección y prevención de situaciones anómalas en entornos urbanos es crucial para la seguridad de todos los usuarios, siendo un área de estudio muy relevante actualmente. La abundancia de cámaras CCTV en ciudades permite usar tecnologías de inteligencia artificial (IA) para monitorear y analizar comportamientos en tiempo real. Este estudio propone un sistema basado en la estructura GAN (Generative Adversarial Networks) para identificar situaciones anómalas en secuencias de imágenes. Se desarrollaron y compararon dos sistemas utilizando la arquitectura PatchGAN. El primero emplea la red U-Net para el generador, mientras que el segundo usa U-NetR, una variación de U-Net que mejora la contextualización de la imagen completa. Los resultados de diversos experimentos muestran la eficacia de ambos enfoques, proporcionando una comparación detallada de las ventajas y limitaciones de cada uno. Este trabajo contribuye al avance de las tecnologías de vigilancia.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Breve revisión sobre inventario automatizado de señalética con drones

  Geovanny Satama Bermeo Daniel Caballero Martín Hicham Affou Josean Ramos-Hernanz Iñigo Aramendia Jose Lopez Guede

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  Este artículo presenta una breve revisión sobre la generación automatizada de inventarios de señalización vial mediante drones y aprendizaje profundo, utilizando la metodología PRISMA. Se analizaron 30 artículos de bases de datos académicas como Google Scholar, Science Direct y Web of Science. Los estudios revisados destacan las ventajas del uso de drones para la captura de imágenes y datos Lidar, así como la aplicación de algoritmos de inteligencia artificial para el procesamiento y análisis de datos. La literatura muestra que estas tecnologías permiten una gestión más eficiente y precisa de la señalización vial, mejorando la seguridad y la planificación urbana. También se identifican desafíos y futuras líneas de investigación, como la integración de diferentes tipos de sensores y el desarrollo de modelos más robustos para la detección y clasificación de señalización.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Clasificación de capturas de smishing con aprendizaje profundo e IRIS

  Pablo Blanco Medina Andrés Carofilis Eduardo Fidalgo Enrique Alegre

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  El Smishing es una variante del Phishing que utiliza el Servicio de Mensajes Cortos, los smartphones y la confianza de los usuarios en los servicios de mensajería como herramientas de comunicación para poder llevar a cabo actividades maliciosas. Los usuarios suelen informan de estos mensajes a los Equipos de Respuesta ante Emergencias Informáticas a través de capturas de pantalla de sus teléfonos. Estos equipos pueden beneficiarse de una herramienta que clasifique las capturas de pantalla en distintas categorías, antes de extraer su contenido. Comparamos el rendimiento de Redes Neuronales Convolucionales y Vision Transformers, pre-entrenados en conjuntos de datos como ImageNet, para clasificar estas capturas de smishing en dos categorías: texto dividido en múltiples líneas y texto unido. Publicamos un nuevo conjunto de datos, IRIS-244, que contiene 244 capturas de pantalla de mensajes Smishing con URLs de phishing. Combinando estas arquitecturas con técnicas de augmentación, descubrimos que Xception es la arquitectura con el mejor rendimiento, con una precisión media de $78.36$.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Composición fotográfica mediante el uso de un dron

  Juan Miguel Sánchez García José Sánchez Moreno David Moreno Salinas

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  La composición fotográfica, conocida como mosaicos, es crucial en aplicaciones donde no es posible capturar toda la extensión de grandes superficies en una sola toma. Por ende, se requiere fotografiar secciones más pequeñas para luego componerlas y lograr una reproducción lo más precisa posible de la realidad. En este trabajo se presenta el resultado de aplicar los principios de las distintas etapas necesarias para crear un mosaico, complementado con el uso de un dron para la captura de las imágenes. La creación del mosaico implica técnicas avanzadas de procesamiento de imágenes que facilitan la detección de características, la transformación geométrica y la alineación de píxeles. Sin embargo, la experimentación con diferentes algoritmos ha revelado que no siempre es viable encontrar una transformación geométrica que produzca un mosaico de calidad, especialmente cuando las características de la fotografía no son óptimas, lo cual puede ser atribuible, en parte, a la resolución de los dispositivos fotográficos utilizados.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Detección 3D en infraestructuras inteligentes basada en imagen monocular

  Javier Borau Bernad Álvaro Ramajo Ballester José María Armingol Moreno

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  En los últimos años, los avances en Deep Learning y Visión por Computador han impulsado el desarrollo de algoritmos de detección monocular aplicados a la gestión y seguridad del tráfico urbano, con el objetivo de optimizar la recolección de datos en entornos urbanos para las ciudades inteligentes del futuro. Sin embargo, estos esfuerzos han estado predominantemente enfocados en la extracción de datos desde la perspectiva del vehículo, pasando por alto las ventajas que ofrece el uso de cámaras instaladas en la infraestructura. Este artículo se centra en el estudio de la obtención de datos tridimensionales del tráfico desde esta perspectiva alternativa, aprovechando un punto de vista superior para evitar oclusiones y obtener información más precisa sobre el tamaño y la posición de los vehículos. Así, esta investigación propone un nuevo enfoque metodológico para la integración de sistemas de visión por computador basados en infraestructuras, aplicados a los Sistemas Inteligentes de Transporte.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Estudio de invariabilidad de marcas visuales ante cambios de iluminación

  Míriam Máximo Gutiérrez Mónica Ballesta David Valiente Judith Vilella-Cantos Arturo Gil Luis Payá

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  Los robots móviles tienen la capacidad de desplazarse de manera autónoma, para ello es necesario conocer su posición. Esta estimación puede ser obtenida a partir de diversos sensores. Uno de los sensores más comúnmente utilizados son los sistemas de visión por la gran cantidad de información que son capaces de capturar. Para extraer la información más relevante de las imágenes capturadas por las cámaras, se utilizan algoritmos que realizan la detección y su posterior descripción de los puntos más característicos del entorno, también conocidos como marcas visuales. Además, estas marcas visuales deben ser detectadas y descritas de manera que sean invariantes a posibles cambios del entorno. Un caso concreto de estos cambios, son los cambios en la iluminación, común en entornos interiores y exteriores. En este trabajo se ha realizado una evaluación de varios métodos clásicos y métodos que incorporan redes de aprendizaje profundo, para observar su comportamiento ante secuencias de imágenes que presentan diferentes condiciones de iluminación.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Filtrado de luz azul con mínima distorsión para vídeo

  Juan Bayón Fernández Joaquín Recas Piorno Jonathan José Jiménez Jiménez María Guijarro Mata-García

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  La luz azul presente en los dispositivos móviles tienen una función reguladora del organismo en procesos como el sueño o el hambre. Además, la exposición directa está asociada con el desarrollo o empeoramiento de ciertas enfermedades y para las personas con alguna afección específica puede resultar molesta y peligrosa. Muchos dispositivos del mercado poseen sistemas de filtrado para atajar esta situación, pero modifican significativamente la mayoría de colores. Este trabajo propone un nuevo procedimiento para reducir la representación de color o Gamut de la pantalla correspondiente a las emisiones más energéticas, para poder evitarlas. El resultado llega a absorciones del 100%, respetando el contraste, la calidad y la mayor parte de colores de la imagen, consiguiendo un resultado lo más realista posible. La propuesta se considera de interés para su aplicación en tiempo real en dispositivos de proyección de vídeo, como por ejemplo los dispositivos de realidad aumentada y virtual.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• GeneraRX framework de generación automática de modelos 3D para RV

  Pau Mora García Eugenio Ivorra Martínez Mariano Luis Alcañiz Raya

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  Recientemente, la realidad extendida (RX) ha tomado importancia en diferentes áreas como la educación, la salud, y la industria, aumentando la necesidad de la generación de contenido 3D de calidad personalizado. Sin embargo, esta tecnología presenta un alto nivel de complejidad técnica y grandes costes asociados. Para abordar estos problemas, presentamos GeneraRX, un framework de generación automática de modelos 3D, que busca democratizar esta tecnología implementando Inteligencia Artificial Generativa (IAG) y Modelos de Lenguaje a Gran Escala (LLM). Esta herramienta incluye todos los pasos necesarios para la generación de un objeto 3D y está completamente automatizada. Además, integra métodos del estado del arte como Zero123++ y InstantMesh, así como el novedoso Llama 3. Finalmente, GeneraRX se ha validado mediante un experimento que evalúa la usabilidad a través de un test SUS, demostrando que se ha conseguido simplificar la creación de contenido 3D, permitiendo una interacción más natural para todo tipo de usuarios y eliminando las barreras técnicas.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Integración ConvNeXt-YOLO mediante CVV para detectar caídas en robot social

  Celia Sánchez-Girón Miguel García-Gómez Jaime Duque-Domingo Jaime Gómez-García-Bermejo Eduardo Zalama Casanova

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  Cada vez más personas mayores optan por vivir en su hogar, lo que ha generado una necesidad crítica de asegurar entornos seguros para esta población. Las caídas representan una de las principales causas de lesiones entre los adultos mayores. Con este estudio se busca detectar caídas implementando un sistema de visión, que puede ayudar a prevenir futuras caídas detectando potenciales problemas de salud. Aquí se propone una metodología basada en el uso de modelos de aprendizaje profundo, específicamente utilizando la técnica de Cross Validation Voting, para mejorar la generalización y la precisión en la detección de caídas a partir de imágenes. El modelo planteado ha conseguido una exactitud de un 92.95% y una pérdida del 0.1885 para el conjunto de test. El sistema de detección de caídas ha sido integrado en el robot social Temi, que se introducirá en el domicilio de los usuarios para monitorear continuamente su bienestar y proporcionar asistencia inmediata en caso de detectar una caída.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Mejoras en extracción de URLs en smishing mediante text spotting

  Pablo Blanco Medina Rubel Biswas Victor González Castro Rocío Alaiz Rodríguez Eduardo Fidalgo Enrique Alegre

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  Los Equipos de Respuesta ante Emergencias Informáticas (CERT) reciben comúnmente capturas de pantalla de Smishing, que tratan de suplantar a distintos tipos de organizaciones, con el objetivo de apropiarse de información personal de usuarios o malversar fondos de sus cuentas mediante enlaces maliciosos. Los CERTs buscan soluciones automatizadas que permitan recuperar URLs de capturas de pantalla. Para extraer texto pueden utilizarse métodos basados en el reconocimiento óptico de caracteres (OCR), pero su rendimiento es bajo debido a problemas como la baja calidad de la imagen o textos divididos en múltiples frases. Proponemos un proceso para la extracción de URL de Smishing basado en técnicas de Text Spotting, complementado con una reconstrucción de URL personalizada utilizando características resaltadas en la imagen. Aplicamos la metodología propuesta a un conjunto personalizado de 244 capturas y 262 URLs, obteniendo como resultado un aumento de la precisión de reconocimiento de 3,05% a 22,90%, tras lo cual puede continuarse procesando el texto extraído en Smishing.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Metodología de navegación autónoma precisa para aplicaciones de fotogrametría aérea

  Alberto Jiménez Hormeño David Martín Gómez Arturo de la Escalera Hueso José María Armingol Moreno

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  En la última década, el uso de vehículos aéreos no tripulados para aplicaciones civiles ha crecido exponencialmente. La irrupción de los sistemas autónomos y la inteligencia artificial ha abierto nuevas áreas de investigación para el desarrollo de aplicaciones industriales aéreas. Este trabajo presenta una metodología basada en un hexacóptero cautivo para realizar aplicaciones de fotogrametría aérea mediante una navegación totalmente autónoma. El dron ha sido configurado con una selección específica de sus componentes para lograr un posicionamiento de elevada precisión, junto a hardware de fotogrametría para la captura de imágenes georreferenciadas. La navegación autónoma de la aeronave se basa en la información generada en tiempo real por el conjunto de sensores a bordo, calibrados minuciosamente. Todo el control de las operaciones autónomas se realiza desde una estación terrestre en constante conexión con la aeronave, mediante la ejecución de aplicaciones desarrolladas específicamente para misiones de fotogrametría. La metodología aplicada ha proporcionado resultados fotogramétricos precisos mediante la navegación autónoma desarrollada.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Modelos a gran escala para mapeo semántico en robótica móvil

  Jesús Moncada Ramírez José Raúl Ruiz-Sarmiento José Luis Matez-Bandera Javier Gonzalez-Jimenez

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  La aparición de los modelos a gran escala permite abordar algunas de las principales limitaciones que presentan las técnicas de mapeo semántico tradicional en robótica móvil. Sin embargo, estos modelos son propensos a generar respuestas incorrectas, incoherentes o incluso inventadas, pudiendo ocasionar comportamientos erróneos del robot. Para poder desplegarse en aplicaciones reales, por tanto, es crucial desarrollar mecanismos que permitan mitigar estas errores. En este trabajo se utiliza \textit{ConceptGraphs}, un método del estado del arte basado en modelos a gran escala para construir mapas semánticos, sobre el que se plantean dos estrategias para reducir las respuestas erróneas. Primero, se propone adaptar el método para operar con modelos más recientes (por ejemplo, Gemini 1.5 y ChatGPT-4o). En segundo lugar, se incorpora una etapa de refinamiento de respuestas mediante la técnica denominada \textit{Reflexión}, que permite al modelo autoevaluar y mejorar sus propias respuestas. Finalmente, se validan las propuestas mediante experimentos en entornos reales del conjunto de datos ScanNet.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• A plane-based method for extrinsic calibration of RGB and depth cameras

  Dominik Aigner Javier González Jiménez

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  Este artículo presenta un método, implementado en ROS2, para la calibración extrínseca de un conjunto heterogeneo de cámaras que incluyen tanto RGB como de profundidad. El método propuesto estima las poses relativas entre dichas cámaras a partir de la observacion de planos. Para ello, en primer lugar, se extraen y emparejan los vectores normales de las superficies planas de las imágenes (RGB y de profundidad). En segundo lugar, se plantea un problema de optimización que estima las rotaciones y traslaciones que minimizan los errores entre los pares de vectores normales en correspondencia. La aplicación utiliza algoritmos disponibles en librarias estándar para la extracción de planos (OpenCV, PCL) y optimización (Eigen). La eficacia y precisicón del método se ilustran en una configuración con dos cámaras RGB y una cámara de profundidad.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Preprocesado de imagen y OCR para mejorar deteccion de smishing

  Pablo Blanco Medina Andrés Carofilis Eduardo Fidalgo Enrique Alegre

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  La globalización de las tecnologías de comunicación ha llevado a un aumento de las estafas mediante técnicas de phishing. Los Equipos de Respuesta ante Emergencias Informáticas (CERTs) reciben capturas de pantalla enviadas por usuarios cuyos smartphones reciben mensajes sospechosos. Estos SMS tratan de suplantar compañías conocidas para persuadir a sus usuarios de tomar acciones urgentes, robando sus datos o realizando acciones no autorizadas en sus cuentas bancarias. Estos mensajes se conocen como Smishing, y los CERTs están interesados en herramientas que permitan automatizar la extracción de URLs en capturas de pantalla para verificar si contienen phishing. En este trabajo, proponemos una estrategia de extracción de URLs de capturas de pantalla que combinan técnicas tradicionales de visión artificial, como preprocesado y operaciones morfológicas, con mecanismos de detección y reconocimiento de URL para recuperar las URLs sospechosas. Evaluando nuestra propuesta en 117 capturas de Smishing que contienen 121 URLs, logramos una precisión del 61.16% en la recuperación de URLs en mensajes Smishing.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Segmentación semántica bajo paradigma one-shot learning utilizando SAM y CP-CVV

  Jaime Duque-Domingo Jaime Gómez-García-Bermejo Eduardo Zalama Raúl Gómez-Ramos Alberto Finzi

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  La detección y segmentación de objetos en escenas complejas se suele llevar a cabo mediante el entrenamiento de modelos de detección y/o segmentación que requieren el etiquetado manual de cientos de imágenes por categoría. Tanto el proceso de etiquetado como el del entrenamiento pueden llegar a ser costosos tanto computacionalmente como a nivel de esfuerzo humano. Las técnicas de segmentación genérica mediante zero-shot learning abren la posibilidad a segmentar objetos nunca antes vistos. Sin embargo, estas técnicas no son semánticas y no nos permiten identificar el objeto que se está segmentando. Nosotros proponemos el uso de un método integrado de segmentación genérica y CP-CVV para detectar y segmentar objetos a partir de una única muestra. Esta técnica permite crear un abanico de posibilidades donde se busca un aprendizaje rápido e incremental y sólo tenemos acceso a una o a un reducido número de imágenes del objeto que deseamos localizar.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Sistema multi-cámara de estimación de pose sin marcadores para pHRI

  Santiago Asensio Huonder Manuel Fernández Carmona Vicente Arévalo Espejo Cristina Urdiales García Jesús Gómez de Gabriel

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  Este trabajo presenta un sistema basado en visión que utiliza redes neuronales para la estimación de poses humanas en 3D. La solución desarrollada identifica en el sujeto analizado 18 "puntos clave" o keypoints mediante cuatro cámaras RGB calibradas. La utilización de múltiples cámaras permite superar problemas inherentes al uso de una sola cámara RGBD/estéreo como la pérdida de keypoints por la existencia de oclusiones o una mayor incertidumbre en la estimación de la profundidad, proporcionando una base robusta para futuras investigaciones y aplicaciones en campos como la rehabilitación física. Asimismo, se presenta un dataset, que ha sido puesto a disposición de la comunidad, con la posición 3D de los keypoints identificados durante la realización de seis ejercicios distintos. Este trabajo contribuye a la literatura actual ofreciendo un enfoque novedoso en la recopilación y análisis de datos de posturas humanas y demuestra la viabilidad de nuestra metodología, abriendo nuevas vías para investigaciones futuras en el contexto del pHRI.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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• Transformer autorregresivo de grafos esqueléticos

  Jaime Villa Plaza Arturo de la Escalera Hueso José María Armingol Moreno

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  Analizar, comprender y predecir el comportamiento peatonal es un punto clave en el desarrollo de sistemas de conducción autónoma. En los últimos años, con el desarrollo exponencial en el campo de la visión por computador y el aprendizaje profundo, se han realizado grandes avances en la estimación de la pose humana y la clasificación de secuencias de movimiento en diferentes tipos de actividades. Este artı́culo propone un nuevo método autorregresivo, enfocado en tareas de predicción de movimiento de peatones. El sistema consta de un Transformer, que le permite analizar la información temporal disponible hasta el momento y generar una predicción del futuro inmediato. Además, incluye Redes Convolucionales de Grafos que facilitan la comprensión de la estructura espacial del esqueleto. Se han realizado experimentos sobre el conjunto de datos Kinetics-Skeleton y al final de este artı́culo se discute sobre los resultados y las futuras vı́as de estudio.

  DOI: https://doi.org/10.17979/ja-cea.2024.45

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