Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores

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(1)Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004.

(2) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. ~UNIVERSITAT D'ALACANT-. CEDIP. 0 4 FES. 2004 /,. ENTRADA. ElKiL7A. Núm. . .1 ~~~~.... ~ Núm. ..1.. . . . . . . . .. Universitat d'Alacant Universidad de Alicante Departamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal. Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visualfuerza en manipuladores. Tesis Doctoral Autor: Jorge Pomares Baeza Alicante, Febrero 2004. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004. ,.

(3) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Universitat d'Alacant Universidad de Alicante Departamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal. Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visualfuerza en manipuladores TESIS DOCTORAL Autor: Jorge Pomares Baeza Director: Fernando Torres Medina Alicante, Febrero 2004. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004.

(4) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004.

(5) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004. A Laura.

(6) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Agradecimientos En primer lugar, quisiera expresar mi más sincero agradecimiento al director de esta Tesis, Fernando Torres, no sólo por sus consejos e ideas enriquecedoras sino también por haberme ayudado a formarme como investigador desde mi ingreso en el Departamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal de la Universidad de Alicante. También quiero mostrar mi agradecimiento por la colaboración de los miembros del Grupo de Automática, Robótica y Visión Artificial de los cuales he obtenido una inestimable ayuda y apoyo durante el desarrollo de la Tesis: Francisco Candelas, Santiago Puente, Francisco Ortiz, Pablo Gil y Juan Martínez . También quiero mostrar mi reconocimiento a los miembros del Departamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal y en especial al Director del mismo Augusto Beléndez. También quisiera mostrar mi agradecimiento por los inestimables comentarios que de las distintas aportaciones descritas en esta Tesis realizó Frangois Chaumette (IRISA/IRIASA Rennes) durante su estancia en la Universidad de Alicante. En el aspecto más personal quiero agradecer a mis padres y hermano por su apoyo y ánimos, y muy especialmente a Laura a la cual sin duda no le he dedicado todo el tiempo que se merece .. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004.


(8) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Resumen. La presente Tesis Doctoral tiene como objetivo general el empleo de sistemas sensoriales de visión y fuerza conjuntamente para realizar el guiado de robots en aquellas tareas en las que no solo se requiere controlar la trayectoria del robot sino también su interacción con el entorno. Para ello, en primer lugar se describe un nuevo método para el seguimiento de trayectorias empleando visión artificial denominado control visual basado en flujo de movimiento . Este sistema salva las limitaciones de los métodos existentes hasta la actualidad para el seguimiento de trayectorias basados en control visual, permitiendo realizar un seguimiento independientemente del tiempo, ajustable en precisión y velocidad, y garantizando un correcto comportamiento tanto en la imagen como en el espacio 3-D. Seguidamente se extiende este método al caso en el que el objeto del cual se extrae la información visual se encuentre en movimiento, mostrando una metodología para la estimación de dicho movimiento y su inclusión en la estrategia de seguimiento de trayectorias . Asimismo, se introducen las consideraciones necesarias para permitir el seguimiento ante oclusiones temporales. A continuación se describe una nueva estrategia para la combinación de la información procedente de los sensores visual y de fuerza. Para ello, se combina la información procedente de un sistema de control visual basado en flujo de movimiento con la de uno de control de fuerza permitiendo controlar conjuntamente el seguimiento de la trayectoria y su interacción con el entorno. Se aplica esta estrategia a entornos no estructurados, por lo tanto, se requiere un reconocimiento previo del objeto con el que interactúa el robot para garantizar la coherencia entre las informaciones obtenidas de ambos sistemas sensoriales. Asimismo, se muestra que resulta fundamental el presentar un comportamiento intemporal para garantizar un correcto seguimiento. A lo largo de la Tesis Doctoral se muestran distintos casos prácticos con los que se avalan las aportaciones realizadas.. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004.

(9) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Abstract This PhD Thesis focuses on the joint use of visual and force systems to guide robots in tasks which require not only a control of the trajectory but also of robot's interaction with its setting. First, a new trajectory tracking method which employs computer vision, called movement flow-based visual servoing, is described. This system avoids the limitations of other existing methods in tracking trajectories based on visual servoing, allowing a non-time-dependent tracking whose precision and velocity can be adjusted, and which guarantees the correct behaviour of both the image and the 3-D space. The method is then extended to the case where the object from which visual information is taken, is in movement . To do so, a methodology for estimatiog such movement and including this estimation in the tracking strategy, is shown. Likewise, the necessary considerations for tracking in the face of temporary occlusions, are also explained. A new strategy for combining the information taken from the visual and force sensors is then described. To do so, the information from a movement flow-based visual servoing system is combined with that from a force control system, which allows the joint control of the tracking and the robot's interaction with its surroundings . This strategy is applied here to non-structured settings and, therefore, requires previous knowledge about the object with which the robot interacts, in order to guarantee the coherence between the two sets of information obtained from both sensorial systems. It is also shown that non-time-dependent behaviour is indispensable in order to guarantee a correct tracking. Throughout this Doctoral Thesis, different practical cases are presented, which support the contributions.. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004.



(12) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visualfuerza en manipuladores.. CAPITULO 1. INTRODUCCION .................................................................................................1 1 .1 . MOTIVACIÓN . . .... . ... . .... .... . .... .... . .... . .... . .... .... . .. . . . ... ... .. ... .. . .... .... . ... . .... .... . ..... ..... .... . .... . ..... . 2 1 .2. MARCO DE LA TESIS .. .... . .... . .... .... . .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... .... . ..... . .... .... . .... . . .... . 3 1 .3 . APORTACIONES . . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... ..... .... . ... . .... ... . . . ... . .. .. . . ... . ... . .... .... . .... . ..... .... . .... . . .... . 4 1 .4. ESTRUCTURA DE LA TESIS ... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . .... ..... ..... .... . .... .... . .... . .... . .... . ... . . ..... . 6 1 .5. NOTACIÓN . ...... .... . ... . .... .... . .... .... . .... ..... ..... .... . ... . .... ..... .... . .... ..... . ... . .... .... . .... . ..... .... . .. .. . .... . . 8 CAPÍTULO 2. CONTROL VISUAL. ESTADO DEL ARTE .....................................................11. 2. 1 . REVISIÓN HISTÓRICA .... . . ... ..... .... . .... . .... .... . ... . .... ..... ..... . ... . .... . ... . .... .... . ..... . .... .... . .... . . .... . 12 2 .1 .1 . Introducción. . ... . .... ..... ......... ..... .... . .... .... . . ... .. .... .... .. .. . .... .... . ... . .... ..... . .... . .... .... . ..... . .... . 12 2 .1 .2. Arquitectura del sistema de visión .... .... . ... . ..... ..... .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ..... . .... . 15. 2 .1 .2.1 . Cámara externa al robot .... . .... .... . ... . ..... .... . .... . .... .... . ... . .... ..... . .... . .... .... . ..... . .... . 16 2.1 .2.2. Cámara en el extremo del robot . . .... ..... .... . .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ..... . .... . 17. 2 .1 .3. Clasificación de los sistemas de control visual ... . ... . .... .... . ... . .... . ..... .... . .... . .... . .... . .... . 19 2.1 .3 .1 . Ver y mover estático . .... . ... . .... .... . ..... ..... .... . ... . .... .... . .... ..... . .... . ... . .... ..... . .... . .... . 19. 2.1 .3 .2. Ver y mover dinámico .. . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .. .. .... . . .... . .... . 20 2.1 .3 .3. Contro l visual directo.... . ... . .... .... . .... . .... . .... .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ..... . .... . 21. 2.1 .3 .4. Contro l basado en posición y basado en imagen ... . .... ..... . .... . ... . .... ..... . .... . .... . 22 2 .1 .3 .5. Sistemas finales de bucle abierto y bucle cerrado . . ... . .... . ..... . ... . .... ..... . .... . .... . 25. 2.1 .3 .6 . Contro l visual directo frente a control visual indirecto... ..... . .... . .... .... . .... . . .... . 26 2 .1 .4. Estado del arte en control visual indirecto basado en imagen ... .... . ..... . .... .... . .... . ..... . 26 2.2. PROCESAMIENTO DE IMÁGENES EN CONTROL VISUAL.. . .... ..... ..... . .... .... . ..... . .... . 29 2 .2.1 . Introducció n. . ... . .... ..... .... . .... . .... .... . .... .... . ... . .... . .... ..... . .... .... . ... . .... .... . .... . . .... .... . .... . ..... . 29 2 .2.2. Flujo óptico .. . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... ..... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . . .. .. . . 31 2 .2.3 . Técnicas basadas en ventanas . .... . .... . .... . ... . .... .... . ... . . .... .... . .... . .... .... . ... . .... . ..... . ... . .... . . . 31. 2.2 .3 .1 . Métodos basados en características .... .... . .... . .... ..... .... . .... .... . .... ..... . .... . ... . ..... . . 32 2.2.3 .2. Métodos basados en área . . .... ..... . . .. . .. .. . ... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... . . .... . ... . .... . . . 32 2.2 .3 .3 . Predicción de características . .... . .... . .... .... . ... . .... . .... . .... ..... .... . ... . .... . ..... . ... . .... . .. 33. 2.2.4. Características extraídas en control visual . .... .... . ... . .... ..... .... . .... . .... . ... . .... . ..... . ... . .... . .. 34 2.2.5. Procesamiento de imágenes en control visual basado en posición . ... . .... . ..... . ... . .... . .. 35. 2.3 . CONTROL BASADO EN POSICIÓN . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... . .... . . ... . .... . .. 37 2.3 .1 . Controlador basado en posición . .... .... . ..... . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... ..... . .... . .... ... 38 2 .3 .1.1 . Cámara externa fija. .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . ... . .... .... . . ... ..... . .... . ... . .... ..... . .... . .... ... 38 2.3.1 .2. Cámara en el extremo del robot . .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . ..... . .... . ... . .... . . . 41 2.3 .2. Conclusiones ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . . ... . . . . . . ... . ..... .... . ... . ..... ..... . ... . .... . . . 42. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004.

(13) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Índice. 2.4. CONTROL BASADO EN IMAGEN .. . .... . .... .... . .... .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . . ... . .... ..... . .... .43 2 .4.1 . Jacobiano de la imagen ..... .... . .... . .... .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... ..... . .... . ... . .... . ..... . ... .45 2 .4.2. Controlador utilizando el Jacobiano de la imagen .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... . . .... . ... .51 2.5. CASO PRÁCTICO .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . ..... . .... . ... . .... ..... . . ... .58 2 .5 .1 . Planteamiento del problema ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . ... . .... . . .... . ... .58 2 .5 .2. Arquitectura del sistema.... ..... ..... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ..... ..... .... . ... . ..... . .... . ... .58 2 .5 .3. Sistema de visión . . .... . .... .... . .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . ... . ..... ..... . ... .59 2 .5.4. Control visual . Formulación ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . .... . .... . .... . ... .61 2 .5 .5. Resultados .. . .... . .... .... . .... .... . . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... ..... . .... . .... .... . .... ..... . .... . ... .62 2 .5.5. Conclusiones ... . .... . .... . ... . .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... .... . .... . .... . .... .... . .... . .... . .... . ... .65 2 .6 . CONCLUSIONES .. . ... . .. .. . ... . .. .. . ... . .. . . .... .... . ... . .... .. . . . .... . ... . .... .... . .... . .... . ... . .... .... . ..... . .... .... . ....65 CAPÍTULO 3. FUSIÓN CONTROL VISUAL-FUERZA. ESTADO DEL ARTE ....................67 3.1 . INTRODUCCIÓN .. .... . .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... .... . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . ... . .... .... . ..... . .... .... . ....68 3 .2. CONTROL VISUAL-FUERZA HÍBRIDO .. . .... .... . ... . .... .... . .... .... . .... . .... . .... .... . .... . ..... .... . ... .69 3.3 . CONTROL DE IMPEDANCIA ... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... .... . ... . .... . .... ..... . ... . .... .... . ..... . .... .... . ....73 3 .4. OTRAS APROXIMACIONES . .... . ... . .... .... . .... .... . .... .... .... . .... ... . . .... . .... . ... . .. . . ... . . ... .. . . ... . ... . ....75 3.5 . CONCLUSIONES . . .... . ... . .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... .... . .... . .... . .... .... . .... . .... . .... . ... .76 CAPÍTULO 4. CONTROL VISUAL BASADO EN FLUJO DE MOVIMIENTO .................... 77 4.1 . INTRODUCCIÓN .. .... . .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... .... . ... . .... . .... ..... . ... . .... .... . .... . . .... .... . ....78 4.1 .1 . Motivación ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... .... . ... . .... .... . . .... . .... .... . ....78 4.1 .2. Control visual para el seguimiento de trayectorias ... . .... . .... .... . . ... . .... .... . .... . . .... .... . ....79 4.1 .3 . Campos de potenciales en robótica .. .... ..... .... .... . .... .... . .... . ... . .... . ... . .... .... . . .... . .... .... . ....82 4 .2. PLANIFICACIÓN DE TRAYECTORIAS EN EL ESPACIO DE LA IMAGEN . .... ..... . ...86 4.2.1 . Generación de la trayectoria 3-D . .... .... . .... ..... .... .... . .... .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . . ...86 4.2 .2. Generación de la trayectoria en el espacio imagen . .... . ... . .... .... . ... . ..... . .... . ... . .... . .... . . ..90 4.3 . FLUJO DE MOVIMIENTO . . .... . ... . .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . ... . ..... . .... . ..93 4.3 .1 . Definició n. . ... . .. .. . .... ..... .... ..... .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... . . .... .... . ... . ..... . .... . ..93 4.3 .2. Funciones de peso G, - GZ ... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... . .... .... . .... ..... . ... . .... .... . .... . . .... .... . ..96 4.3 .3 . Función de potencial ... . .... .... . ... . .... .... . .... .... ..... .... . .... .... . .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ..98. 4.4. IMPLEMENTACIÓN ... .... . ... . .... .... . ... . .... . ... . .... . .... . ... . .... .... . ... . .... . .... .... . ... . .... . . . .. . . ... . . ... ... . . . .101 4 .4.1 . Sistema de simulación . . .... ..... . ... . .... . ... . .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... . ..... .101 4 .4.2. Arquitectura del sistema... ..... .... . .... . ... . .... . .... .... .... . .... .... . ... . .... .... . ... . ..... . .... . ... . .... . ..... .103 4.5. RESULTADOS .... . ... . .... .... . .... . ... . .... . .... . ... . .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . ... . . .. .. . .... .103 4 .5 .1 . Resultados de simulación .. . .... . .. . . .... . ... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . . .... . .... .... . .... . .... . .... .104 4.5.1 .1 . Trayectoria 1 . . .... . .... . ... . .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ..... ..... .... . ... . ..... . .... .104. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004. -üi-.

(14) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visualfuerza en manipuladores .. 4.5 .1 .2 . Caso 1 . Características iniciales en la trayectoria deseada ... . .... . ..... .... . .... . . ... 106 4.5 .1 .3 . Caso 2. Características iniciales fuera de la trayectoria deseada ..... .... . .... . .... 109 4.5 .1 .4 . Caso 3 . "bucle" de la trayectoria en la imagen ... ..... .... . .... .... . .... . ..... .... . .... . .... 111 4.5.2 . Resultados experimentales .. .... . .... . ... . . .... . ... . .... .... . .... ..... ..... .... . .... .... . .... . ..... .... . .... . .... 113. 4.5 .2.1 . Trayectori a 2 .... .... . .... .... . ... . .... . .... . . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . . .... . .... . ... . ..... 114 4.5 .2.2. Trayectori a 3 .... .... . .... .... . ... . .... ..... . .... ..... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... . . .... . ... . ..... 117 4.5 .2.3. Comparativa frente a sistemas de seguimiento con control visual dependientes del tiempo ... . .... .... . ... . .... ..... ..... . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . .. . . .... . . .... . ... . ..... 121. 4.5.3 . Estudio del comportamiento frente a variación de los parámetros del sistema .. . ..... 124 4.5 .3.1 . Estudi o de la respuesta del sistema ante variaciones en 8 .... . ... . ..... . .... . ... . ..... 125 4.5 .3.2 . Estudi o de la respuesta del sistema ante variaciones en a y b . .... .... . . ... . . .... ... 128 4.5 .3 .3 . Estudi o de la respuesta del sistema ante variaciones en la velocidad de seguimiento . .... ..... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... ..... ..... . .... .... . ... . ..... . .... . ... . ..... 132 4.5 .3.4 . Respuest a del sistema en el espacio 3-D... . ... . .... . .... . .... . .... .... . .... ..... . .... . .... ..... 133 4.5.4. Análisis de los tiempos de procesamiento requeridos .. . .... . .... . .... .... . .... . .... . .... . .... . .... 135. 4.6. CONCLUSIONES ... . ... . .... .... . ... . .... ..... .... . .... . .... . ... . .... .... . .... . .... ..... .... . .... .... . .... . ..... .. .. . . . .. . . ... 140 CAPÍTULO 5. SEGUIMIENTO DE TRAYECTORIAS CON OCLUSIONES ........................ 143 5.1 . INTRODUCCIÓN ... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... ..... ..... ..... .... . .... . .... 144 5 .1 .1 . Motivación..... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . .... ..... ..... .... . .... .... . .... . .... . .... . .... . .... 144 5 .1 .2 . Oclusiones y predicción de movimiento . ... . .... .... . .... ..... ..... .... . .... .... . .... . .... . .... . .... . .... 145. 5 .2 . FORMULACIÓN .... . ... . .... .... . ... . .... . .... .... . .... . .... . ... . .... .... . .... ..... . .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . . .... 147 5.3 . AJUSTE DE PARÁMETROS .. . .... ..... .. . . . ..... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . .... . .... 151. 5.4. ALGORITMO DE RAUCH TUNG STRIEBEL (RTS) . .... ..... ..... .... . .... .... . .... . .... . .... . .... . .... 152 5.5 . SEGUIMIENTO EMPLEANDO FLUJO DE MOVIMIENTO Y PREDICCIÓN... . ... . ..... 153 5 .5.1 . Seguimiento empleando filtros de Kalman . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... . ..... . ... . .... . 153. 5 .5.2 . Seguimiento empleando filtros RTS. ..... .... . ..... .... . ... . .... .... . .... ..... . .... . ... . .... . .... . .... . .... . 157 5 .5.3. Comparativa Kalman-RTS en el seguimiento . .... . ... . .... .... . .... ..... .... . . ... . .... .... . . .... . .... . 158. 5.6. SEGUIMIENTO CON OCLUSIONES . . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . . ... . .... .... . . .... . .... . 160. 5.7. RESULTADOS EXPERIMENTALES .. . .... .... . .... . .... . .... .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . . .... . .... . 163 5 .7.1 . Pruebas de laboratorio ........ ..... . ... . .... .... . .... ..... .... . .... ..... .... . ... . . ... . .... . .... . .... .... . ..... . .... . 165 5 .7.1 .1 . Oclusión 1 .. .... . .... .... . ... . . .... . .... .... . ... . .... ..... ..... .... . .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . .... . ..... . 165 5 .7.1 .2. Oclusión 2 .. .... . ... . .... ..... .... . ..... .... . ... . .... .... . .... . .... ..... . ... . .... .... . .... . . .... .... . .... . ..... . 169 5 .7.1 .3 . Oclusión 3 .. .... . ... . .... . .... ..... ..... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . .... . ..... . 170 5 .7.1 .4. Oclusión 4 .. .... . ... . .... ..... ..... ..... .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . ... . .... .... . .... . .... . . ... . .... . ..... . 172. 5 .7.2. Parámetros utilizados . .... ..... .. .. . .... . .... .... . ... . .... .... . ..... ..... .... . ... . .... .... . ..... . .... .... . .... . . .... . 174 5 .8. CONCLUSIONES . . ... . .... .... . .... . .... .... . .... . .... .... . ... . .... ..... . .... . .... .... . ... . .... .... . ..... . .... .... . ..... ..... . 175 -iv-. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004.

(15) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Índice. CAPÍTULO 6. SEGUIMIENTO DE TRAYECTORIAS RESPECTO A OBJETOS MÓVILES .........................................................................................................................................177 6.1 . INTRODUCCIÓN . . .... . ... . .... . .... .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... . .... . .... . ....178 6.1 .1 . Motivación ... . ... . .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... .... . .... ..... ..... .... . ... . ..... ..... . ... . ....178 6.1 .2. Seguimiento de objetos en movimiento ... . ... . .... .... . .... .... . .... .... . ..... .... . ... . .... . .... . . ... . ....179 6.2. TRABAJOS PREVIOS . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... .... . ... . .... . ... . .... . .... . .... .... . ... . ..... . .... . ... . ....180 6.2.1 . Arquitectura del sistema. . ... . .... .... . .... ..... .... .... . .... .... . .... .... . .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . ... . ....180 6.2.2. Tracking ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... . ... . .... . ... . .... . ... . .... . .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . ....181 6.2.2.1 . Matching de zonas características .. . .... .... . ... . .... . .... .... . ... . .... .... . ..... ..... .... . .... . ...181 6 .2.2.2 . Integración de múltiples predicciones . .... ..... .... ..... .... . ... . .... ..... ..... ..... .... . .... . ...182 6.2 .3 . Esquema de control .... .... . ... . .... . .... .... . .... . .... .... . ... . .... .... . .... .... . ... . .... .... . ..... . .... .... . .... . ...185 6.2 .4. Conclusiones . .... . .... .... . .... .... . .... . .... .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... ..... . .... . .... .... . ..... . ..187 6.3 . CONTROL VISUAL BASADO EN FLUJO DE MOVIMIENTO PARA EL SEGUIMIENTO DE TRAYECTORIAS RESPECTO A OBJETOS EN MOVIMIENTO .... . ..188 6.3 .1 . Estimación del movimiento del objeto en la imagen .. . .... .... . .... ..... ..... . ... . .... ..... . .... . ..188 6.3 .2. Estimación del movimiento empleando filtros de Kalman .. . ... . .... . ..... . ... . .... .... . ..... . ..189 6.3 .3 . Función de potencial respecto a objetos en movimiento .. .... . .... . .... . .... . ... . .... . .... . . ... . .. 193 6.4. RESULTADOS .. . .... . ... . .... . .... .... . .... . ... . .... . ... . . ... .... . . . . . .... . . . . . . .. . .... . ... . ... . ... . . . .. . . . . . . . .... . . ... . . ... . . .196 6.4.1 . Aplicación de estimación de movimiento a un sistema de control basado en imagen ... . .... ..... .... ..... .... ..... ......... .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... ..... .... . .... . .... . ... . .... . ..... .... . ..196 6.4.2. Aplicación de estimación de movimiento a un sistema de control basado en flujo de movimiento . .... . .... ..... .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... . .... .... . ..... .... . ... . .... . ..... . ... . ..203 6.4.3 . Trayectoria con movimiento en cinta transportadora.. . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... . .... . . ... . ..206 6.4.4. Trayectoria con movimiento realizado por un segundo robot. . .. . .... .... . ... . .... . . .... . ... . ..208 6.4.4.1 . Trayectoria 1 . . .... ... . . .. . . . ... .... . . ... .... .... . .... .... . .... .... ..... ..... .... . .... .... . .... ...... .... . ... . ..209 6.4.4.2. Trayectoria 2. . .... .... . ... . .... .... . .... .... . .... .... . ... . .... .... . .... . ... . .... . .... .... . .... . .... . .... . ... . ..210 6.5. CONCLUSIONES . .... .... . ... . .... ... . . .... . ... . .... . .... .... . ... . .... . ... . .... .... . .... .... . ... . .... .... . ..... . .... .... . .... . .212 CAPÍTULO 7. FUSIÓN CONTROL VISUAL-FUERZA ............................................................213. 7.1 . INTRODUCCIÓN .. .... . ... . .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... . . .. . ... . .... . .... . ... . ..... .... . ... . .... . ..... . ... .214 7.1 .1 . Motivación ... .... . .... .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . ... . ..... ..... . ... .214 7.1 .2. Control visual-fuerza. . .... .... . ... . .... .... . .... .... . .... .... . .... .... .... . .... . .... . ... . .... .... . .... . . .... .... . ....215 7 .2. SENSOR DE FUERZA ... . ... . .. .. .... . ... . . .... .... . .... . ... . .... . ... . .... .... .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . . ...216 7 .3 . CONTROL VISUAL-FUERZA COMPARTIDO .... .... . ... . .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ....218 7.3 .1 . Integración de información procedente de un sistema de visión y un sensor de fuerza . .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... .... . .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... ..... . .... . ... . .... . .... . . . .218 7.3 .2. Integración de información procedente de n sistemas sensoriales . .... . .... . ... . .... . ..... . ..223. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004.

(16) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visualfuerza en manipuladores.. 7.3.2 .1 . Arquitectura del sistema . . . .... .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... . ..... . ... . .... . ..... . . 223 7.3.2 .2. Esquema general de control . ..... ..... .... . ... . .... .... . .... ...... .... . ... . .... ..... . .... . .... ..... . .. 224 7.3 .2.3 . Sistema de visión ... . ... . .... .... . .... . .. . . . .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . . ... . .... .... . ..... . .... .... . . .. 225 7.3 .2.4. Estabilidad del sistema ... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . . ... . .... .... . ..... . .... .... . ... 227 7 .3 .2.5 . Resultados .... . .... . .... .... . .... .... . ... . .... . .... ..... ..... .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . ... . ..... . .... . ... 229. 7.4. CONTROL VISUAL-FUERZA BASADO EN FLUJO DE MOVIMIENTO . ... . ..... . .... . ... 230 7.4.1 . Interacción con objetos fijos . .... . .... . ... . .... .... . .... ..... .... . .... . .... .... . ... . ..... ..... . ... . .... . ..... . ... 231. 7.4.2. Inserción en objetos móviles .... . .... . ... . .... .... . .... ..... . .... . ... . .... .... . ... . ..... . .... . ... . .... . ..... . ... 232 7.4.3 . Resultados . .... .... . ... . .... . . . .. . . .. .. . . . ..... .... . .... .... . .... .... . .... . .... . .... .... . ... . ..... ..... . ... . .... . .... . . ...234. 7.4.3 .1 . Arquitectura del sistema . .... .... . .... .... . .... .... . .... . .... . .... .... . ... . ..... ..... . ... . .... . ..... . ... 234 7.4.3 .2 . Resultados experimentales.. . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . ... . ..... . .... . ... . .... . ..... . ... 235. 7.5 . FUSIÓN CONTROL VISUAL-FUERZA. APLICACIÓN A TAREAS DE MANIPULACIÓN . .... . .... . ... . ... . .... ..... .... . .... . .... .... . .... .... . ... . .... . ..... .... . .... .... . ... . .... . .... . . ... . .... . ..... . ... 238 7.5.1 . Introducción... .... . ... . .... .... . .... ..... .... . .... . .... .. .. . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... ..... . .... . .... ..... . .... 238 7.5.2 . Detección de colisión . .... . .... . .... . .... .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... . .... . . ... . .... ..... . . .. . 244 7.5.3 . Reconocimiento de la superficie de contacto .. ..... .... . . ... . .... .... . ... . .... . ..... . ... . .... . ..... . ... 246 7.5.4. Replanificación de la trayectoria en el espacio de la imagen . . ... . .... . .... . .... . .... ..... . . ... 249 7.5.5 . Detección de cambios en la superficie de contacto .. . .... . .... .... . ... . .... . .... . . ... . .... . .... . . ... 254 7.5 .6 . Estrategia de fusión de la información visual y de fuerza . . .... . ... . .... .... . .... . . .... .... . ..... 265. 7.5 .7 . Corrección de errores en la orientación .. .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . .... . . .... .... . .... .270. 7.6 . RESULTADOS . . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... .... . .... ..... ..... .... . .... .... . ... . .... . .... . . ... . .... .... . ... . . .... . .... . .... . 273 7.6.1 . Experimento 1 . Corrección de la orientación y agarre de un objeto .... . ... . . .... . .... . ... . . 273 7.6.2. Experimento 2. Aplicación al desensamblado ..... .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . ... . . ... . . .... . ... . . 275 7 .6.3. Experimento 3 . Orientación de la pinza respecto a un objeto ... . .... . .... . ... . .... . ..... . ... . . 278 7 .6.4. Experimento 4. Agarre y desensamblado de una tarjeta .. .... . .... ..... . .... . ... . .... . ..... . ... . .280. 7.7. CONCLUSIONES . .... . ... . .... .... . .... ..... .. .. . .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... ..... . .... . .... .... . .... . . . 282 CAPÍTULO 8. CONCLUSIONES ................................ ................................................................. 285 8 .1 . CONCLUSIONES .... . .... . .... .. . . . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... ..... .... . ..... .... . ... . .. .. . . .... . ... . ... 286 8.2. APORTACIONES ... . .... ..... ..... .... ..... .... . ... . .... ..... ..... ..... . .. . . ... . .... .... . .... ..... ..... . ... . .... ...... . ... . ... 287 8.3 . TRABAJOS FUTUROS ... . .... . ... . .... . .... . ... . .... .... . .... ..... . .... . ... . .... .... . ... . .... . ..... .... . .... ..... . .... . . .. 290 REFERENCIAS............................................................................................................................ ... 293 Índice CD-ROM/Índex CD-ROM. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004.

(17) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. I ndice de figuras. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004.

(18) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visualfuerza en manipuladores.. Figura 2-1 . Componentes principales de un sistema de control visual . .... . .... . .... .... . ..... . .... .... . ... 15 Figura 2-2. a) Configuración de cámara montada en el extremo del robot. b) Configuración de cámara externa.. . .... . .... . .. .. . .... . . .. . ... . .... .... . .... ..... . .... . ... . .... .... . .... ..... .... . .... . .... .... . ..... . .... .... . ... 16 Figura 2-3 . Arquitectura de cámara-robot donde la cámara externa es un par estereoscópico montado en un robot cartesiano. ... .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... . .... ..... . .... .... . .... . ..... .... . ... 17 Figura 2-4. Arquitectura de cámara-robot donde la cámara está situada en el extremo del robot. .. . ... . ..... . .... . ... . .... ..... ..... .... . .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . . . .... .... . .. . 18 Figura 2-5 . Arquitectura de cámara-robot donde el sistema de cámaras está compuesto por una cámara en el extremo del robot y un par estéreo situado en el extremo de un segundo robot . .. . .... . ..... ... . . .... ..... . .... .... . .... ... . . .. . . .... ..... ..... ..... .... . ... . .... ..... ..... ..... .... . ... . .... ..... . .... . .... ..... . . . 18 Figura 2-6. Arquitectura de cámara-robot donde el sistema de cámaras está compuesto por una cámara en el extremo del robot y otra cámara situada en el extremo de un segundo robot. ... . . ... . .... ..... . .... . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . .... ..... ..... .... . .... .... . ... . ..... . .... . ... . .... . . .... . . 19 Figura 2-7. "Ver y mover" estático . .... . .... . .... .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . ... . ..... . .... . . 20 Figura 2-8. "Ver y mover" dinámico. .. .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... .... . ..... . .... .... . .... . ..... .... . . 20 Figura 2-9. Control visual directo. . . .... . .... . .... .... . ... . .... . .... . .... ..... .... . ... . .... .... . .... . . .... .... . ... . . .... . .... . . 21 Figura 2-10 . "Ver y mover" dinámico basado en posición. . . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . .... . ..... .... . . 22 Figura 2-11 . Control visual directo basado en posición . .. . ... . .... .... . .... .... . ..... .... . .... .... . ..... . .... .... . . 23 Figura 2-12 . "Ver y mover" dinámico basado en imagen . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... ..... . .... . .... ..... . 24 Figura 2-13 . Control visual directo basado en imagen. .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... ..... . .... . .... ...... 25 Figura 2-14 . Sistema de control visual con cámara en el extremo para realizar el seguimiento de un patrón . Se observa como se simplifica los procesamientos en la imagen marcando cuatro puntos característicos. . . .... .... . ... . .... .... . .... . . ... . ... . . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . . .... . .. . . ..... . 30 Figura 2-15 . Transformaciones y sistemas de coordenadas en un sistema de cámara externa. . 40 Figura 2-16 . Transformaciones y sistemas de coordenadas en un sistema de cámara en el extremo del robot. ..... ..... .... . ... . .... .... . .... .... ..... ..... ..... .... . ... . .... ..... ..... ..... .... . ... . .... . .... . .... . .... ...... 42 Figura 2-17 . a) Imagen captada con cámara externa al robot. b) Imagen captada con cámara en el extremo del robot.. ..... .... . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . .... ..... . .... . ... . .... .... . .. . .. . . . . . . . .. . . 44 Figura 2-18 . Componentes de un sistema de control visual basado en imagen con cámara externa al robot.... . .... . .... ..... . ... . .... .... . ... . .... ..... ..... ..... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... ..... . .... . .... ..... . 45 Figura 2-19 . Principales sistemas de coordenadas en el modelo pinhole. ... . ... . .... ..... . .... . .... ..... . 47 Figura 2-20 . a) Posición inicial de la cámara . b) Imagen obtenida por la cámara en la que se observan las características iniciales del objeto en la imagen . . . ... . .... . .... . .... . .... .... . .... . ..... .... . . 54 Figura 2-21 . a) Posición deseada de la cámara. b) Imagen obtenida por la cámara en la que se observan las características deseadas del objeto en la imagen . . ... . .... . .... . .... . .... .... . .... . . .... .... . . 54 Figura 2-22 . Evolución de la velocidad lineal aplicada al robot. .. . ... . .... . .... . ... . . .... .... . . . ... . . . .. . . . . . . 55 Figura 2-23 . Evolución de la velocidad angular aplicada al robot. ... . .... ...... .... . .... .... . .... . . .... .... . . 56 Figura 2-24 . Evolución del error de cada característica expresada en píxeles (f fd) i = x, y. . . . 56 Figura 2-25 . a) Trayectoria seguida por la cámara. b) Trayectoria de las características extraídas en la imagen . . . .... . .... . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . .... .... . ..... .... . .... ..... ..... . .... ..... . 57 Figura 2-26 . a) Trayectoria seguida por la cámara en el caso de control visual basado en posición . b) Trayectoria de las características extraídas en la imagen en el caso de control -vm-. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004.

(19) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Índice de Figuras. visual basado en imagen considerando la distancia de la cámara al objeto igual a la deseada. . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... . ... . .... . .... .... . ... . .... . ... . . ... . .... .... . ... . ..... . .... . ... . ..... .57 Figura 2-27 . Patrón característico del objeto seguido . .. . .... .... . ... . .... . .... . ... . .... .... . ... . . .... . .... . ... . .... . .58 Figura 2-28 . Arquitectura del sistema. En la figura de la derecha se muestra un detalle de la cámara situada en el extremo del robot. . ..... .... . ... . .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ..... . .... .... . .... . .....59 Figura 2-29 . Interpolación lineal para la obtención de la distancia cámara-objeto. .... .... . .... . .....60 Figura 2-30 . Sistemas de coordenadas asociados al extremo del robot y a la cámara . .... . .... . ..... 61 Figura 2-31 . Evolución de las características de la imagen desde la posición original a la deseada. . . . . . .. .... . ... . .... .... . .... . .... .... . .... . ... . .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... . ... . . .... . ... . .... ..... . .... . ....62 Figura 2-32 . Evolución del módulo del error de las características, empleando una ganancia de 0,3 . .... . .... .... . ... . .... .... . .... ..... .... . .... .... . .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... ..... . .... . ... . .... ..... . .... . ....62 Figura 2-33 . Evolución del módulo del error de las características, empleando una ganancia de 0,1 . . ... . .... .... . .... .... . .... . .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... . .... ..... ..... .... . ... . ..... ..... . ... . ....63 Figura 2-34 . Evolución del módulo del error de las características, empleando una ganancia de 0,8. . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... .... . .... .... . .... .... ..... .... . .... .... . .... .... . .... . ..... .... . ... . ....63 Figura 2-35 . Evolución de la velocidad angular aplicada al robot, empleando una ganancia de 0,3 . . .... . ... . .... . ... . .... . .... . .... .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... .... . .... . .... . .... .... . ... . .... . . .... . ... . ....63 Figura 2-36 . Evolución de la velocidad lineal aplicada al robot, empleando una ganancia de 0,3 . . .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... .... .... . .... . ... . .... .... . .... ..... .... . .... .... . ... . ..... . .... . ... . ....64 Figura 2-37 . Evolución de la velocidad angular aplicada al robot, empleando una ganancia de 0,8 . . .... . ... . .... . .... .... . .... . .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... .... . .... . .... . .... .... . ... . .... . ..... . ... . ....64 Figura 2-38 . Evolución de la velocidad lineal aplicada al robot, empleando una ganancia de 0,8 . . .... . .. . . . .. . . .... . .... . .... . . . . . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... . ... . .... . ... . .... .... . .... . .... .... . .... .... . .... ..... . .... . ... . ....65 Figura 3-1 . Ejemplo de tarea de control visual-fuerza híbrido. ... . .... .... . .... . .... .... . ... . ..... . .... . ... . ....70 Figura 3-2 . Esquema de control de impedancia. . .... .... . .... .... . ... . .... . ... . .... . ... . .... .... . ..... ..... .... . ... . . ...73 Figura 4-l . Ejemplo de tarea de control visual para el posicionamiento respecto a un objeto . a) Trayectoria de las características en la imagen . b) Trayectoria 3-D de la cámara.... . ... . ....78 Figura 4-2 . Campo de potencial generado por una carga puntual. .... .... . ... . .... ..... . .... . .... .... . .... . . ..83 Figura 4-3 . Campo eléctrico generado por una carga puntual. . . ... . .... .... . ... . .... ..... . .... . .... .... . .... . . ..84 Figura 4-4. Campo de potencial generado por dos cargas puntuales (positiva y negativa). .... . ..84 Figura 4-5 . Ejemplo de cálculo de direcciones de separación . . . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... . .... . . ... . ..87 Figura 4-6. Ejemplo de histograma para el caso bidimensional. .. . .... ..... ..... ..... .... . ... . .... . . .... . ... . ..88 Figura 4-7. Secuencia en la que se muestra el conjunto de restricciones necesarias para el problema de programación utilizado para la detección de colisiones. . ... . .... .... . ..... . .... .... . .... . .90 Figura 4-8. Trayectoria discreta kf de una característica en la imagen .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ..... .91. Figura 4-9. Trayectoria continua y derivable obtenida a partir de las muestras kf de la Figura 4-8 . .... . .... . ... . .... .... . . ... . .. . ..... .... ..... ..... .... . .... .... .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... ..... . .... . ... . .... . .... . . ... .92 Figura 4-10 . Función exponencial empleada para el ajuste de la velocidad de progresión de las características . .... . .... .... . .... ..... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . . .... .. .. . .... . ... . ..... . .... . ... .95 Figura 4-11 . Evolución de Gz ante distintos valores de a y b. ..... .... ..... .... . .... . .... .... . ... . ..... . .... . ... .97. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004.

(20) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visualfuerza en manipuladores.. Figura 4-12 . Flujo de movimiento obtenido a partir de la trayectoria mostrada en la Figura 49.. . .... . . .... .... . ..... ..... .... . ... . .... . .... ..... .... . .... . ... . .... .... . .... . .... ..... .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... ..... . .... . .... . 98 Figura 4-13. a) Trayectoria deseada en la imagen fd(T) para una característica . b) Imagen gradiente. c) Mapa de distancias . ... . .... . .... . .... .... . .... .... . .... . .... . .... .... . ... . .... ..... . .... . .... .... . . .... . .... . 99. Figura 4-14 . Representación tridimensional del mapa de distancias. . ... . .... ..... . .... . .... .... . ..... . .... . 100 Figura 4-15 . a) Vista superior del mapa de distancias de la Figura 4-14 . b) Líneas equipotenciales. ... . .... . ... . .... .... . .... .... . .... . .... ..... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . ..... . .... .... . ..... . .... . 100 Figura 4-16 . Campo de vectores correspondiente al gradiente negativo de la función de potencial. ... . .... . .... . .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... . .... ..... .... . .... . ... . .... .... . ..... . .... .... . ..... . .... . 101 Figura 4-17 . Principales bloques del esquema simulink empleado para la simulación . . ..... . .... . 102. Figura 4-18 . Principales componentes de la arquitectura del sistema. ... . .... ..... ..... . .... .... . . .... . .... . 103 Figura 4-19 . Muestreo de la trayectoria deseada en el espacio cartesiano 3-D y en la imagen. 104 Figura 4-20 . Flujo de movimiento para la característicaf . .. .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... ..... . .... . .... . 105 Figura 4-21 . Flujo de movimiento para la característicafi . .. .... . .... .... . ... . .... . ..... .... . .... ..... . .... . .... . 105 Figura 4-22 . Flujo de movimiento para la característicaf3 . .. . ... . .... .... . ... . .... . ..... .... . .... ..... . .... . .... . 105. Figura 4-23 . Flujo de movimiento para la característicaf4. .. . ... . .... .... . ... . .... . ..... . ... . .... ..... . .... . .... . 106 Figura 4-24 . Trayectoria obtenida en la imagen considerando control visual basado en imagen. .. ..... . .... . .... .... . .... . .... . .... .... . .... . ... . ... . .... .... . .... . . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... . ..... . ... . .... . 107 Figura 4-25 . a) Trayectoria real. b) Comparativa entre la trayectoria real y el muestreo de la deseada. . . ..... . ... . .... ..... ..... ..... .... . ... . .... . ... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... ..... ..... ..... .... . ... . ..... . .... . ... . ..... 107 Figura 4-26 . Distintas vistas de la trayectoria descrita por la cámara en el espacio Cartesiano . .... . .... . .... . .... .... . ... . ..... . .... . ... . ..... 108 Figura 4-27 . Error en la imagen . a) Empleando control visual basado en flujo de movimiento . b) Empleando control visual basado en imagen . . .... . .... .... . ... . .... . .... . .... ..... .... . ... . ..... . .... . ... . ..... 109 Figura 4-28 . a) Trayectoria real obtenida en la imagen . b) Comparativa entre la trayectoria real y el muestreo de la trayectoria deseada. (La posición inicial no se encuentra en la trayectoria deseada) ... ..... ..... .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... .... . .... . .. . . . .... . ... . .... . ..... . ... . .... . 110 Figura 4-29 . Trayectoria descrita por la cámara en el espacio 3-D. Posición inicial fuera de la deseada. . ..... . .... . .... .... . .... ..... ..... .... . .... .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . ... . .... .... . .... .. .. . ..... . ... . .... ..... . .... . .... . 111 Figura 4-30. a) Ejemplo de trayectoria en la imagen con bucle. b) Mapa de distancias tridimensional para la trayectoria con bucle. .... . .... ..... ..... .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ..... . .... . 111 Figura 4-31 . a) Imagen gradiente obtenida para la trayectoria de la Figura 4-30 .a. b) Flujo de movimiento para esta imagen . .... . .... ..... .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... .... . ..... . .. .. .... . ..... ..... . 112 Figura 4-32 . Trayectoria real y muestreo de la deseada (Trayectoria con "bucle"). . .... . .... . ..... . 113 Figura 4-33 . Trayectoria deseada en la imagen (Trayectoria 2) .... . .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . . ..... . 114 Figura 4-34 . Trayectoria deseada y real para las característicasf. yfz respectivamente . .. . ..... . . 114 Figura 4-35 . Trayectoria deseada y real para las característicasf3 yf4 respectivamente . .. . ..... . . 115 Figura 4-36 . Evolución con el tiempo de la velocidad aplicada al robot (Trayectoria 2). . . ..... . . 116 Figura 4-37 . Comparativa de la trayectoria 3-D deseada y la obtenida (Trayectoria 2). ... . ...... . 116 Figura 4-38 . Distintas vistas de la trayectoria 3-D deseada (Trayectoria 3). .. . .... ..... . .... . ... . . .... . . 117 Figura 4-39 . Trayectoria deseada en la imagen (Trayectoria 3) .... . .... .... . .... .... . .... . . .. . . .... . ... . . ..... . 117. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004.

(21) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Índice de Figuras. Figura 4-40 . Trayectoria deseada y simulada en la imagen (Trayectoria 3). . . . ... . .... .... . .... . . .... ....118 Figura 4-41 . Trayectoria deseada y real en la imagen (Trayectoria 3). . .... . .... . ... . .... . .... . .... . .... ....119 Figura 4-42 . Evolución con el tiempo de la velocidad aplicada al robot. ... .... . ... . ..... . .... . ... . ..... ... 119 Figura 4-43 . Comparativa de la trayectoria 3-D deseada y la obtenida (Trayectoria 3). ... . ..... ...119 Figura 4-44 .Comparativa entre la trayectoria en la imagen considerando ef=30 y ef=8 . ... . . ..... .. 120 Figura 4-45 . Comparativa entre la trayectoria 3-D descrita por el extremo del robot considerando ef=30 y ef=8. . . .... ..... .... . .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... . ..... .... . .... .... . ..... . .... ..120 Figura 4-46 . Trayectoria 3-D deseada (comparativa frente a sistemas dependientes del tiempo). . .... .. .. . ... . ... .. ... .. . . .. .... . .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... .... .... . .... ..... .... ..... ..... .... . ... . ..... ..... . ... . .... . .122 Figura 4-47 . Trayectoria 3-D obtenida con control visual basado en flujo de movimiento (Prueba 1).. . .... . .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... ..... .... . .... .... . .... ..... .... .... . .... .... . ... . .... .... . . . . .. ... .. .... . . . .. . .....122 Figura 4-48 . Trayectoria 3-D obtenida con control visual basado en flujo de movimiento (Prueba 2).... .... . ... . .... .... . ... . .... . ... . .... ..... .... . .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . .... . . ....123 Figura 4-49 . Trayectoria 3-D obtenida con sistemas dependientes del tiempo (Prueba 1).... . ....123 Figura 4-50 . Trayectoria 3-D obtenida con sistemas dependientes del tiempo (Prueba 2).... . ....124 Figura 4-51 . Resultados obtenidos para el seguimiento de trayectorias modificando el valor de 8 . a) 8=7 . b) 8=10 . c) 8=15 . d) 8=20 . e) 8=25 . f) 8=30 . g) 8=40 . h) Trayectoria deseada. . .... . .... ..... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... .... . .... ..... ..... .... . ... . ..... . .... . ... . ....126 Figura 4-52 . Velocidades aplicadas al robot durante el seguimiento de trayectorias modificando el valor de 8 . a) 8 = 7 . b) 8 =10 . c) 8 = 20 . d) 8 = 40 . .... . ... . ..... . .... . ... . ....127 Figura 4-53 . Resultados obtenidos para el seguimiento de trayectorias modificando los valores de a y b . a) a=2, b=4. b) a=4, b=4. c) a=2, b=0,5 . d) Trayectoria deseada. . .... . ... . .... 129 Figura 4-54 . Velocidades aplicadas al robot durante el seguimiento de trayectorias modificando los valores de a y b. a) a=2, b=4. b) a=4, b=4 . c) a=2, b=0,5. . . .... . . .... .... . .... . ...130 Figura 4-55 .Flujos de movimiento obtenidos modificando los valores de a y b. a) a=2, b=4. b) a=4, b=4. c) a=2, b=0,5. . .... ..... .... .... . ......... ..... .... .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . . .. . .. .. . . . ... ...131 Figura 4-56 . Resultados obtenidos para el seguimiento de trayectorias modificando la velocidad de seguimiento. a) Trayectoria deseada. b) m=10 . c) m =20. d) m =30. e) m =40. f) m=50. ... . ... . .... .... . .... . .... .... . .... ..... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... . . .... . .. . . .... ..... . . ... . ..132 Figura 4-57 . Seguimiento de trayectorias en el espacio 3-D para distintos valores de e . a) E =20. b) E, =15 . c) e~ =10. d) r, =5 . . . .... .... . . .. . .. .. .. .. . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... ..... .... . ... . ..... . .... . ... . ..134 Figura 4-58 Seguimiento de trayectorias en la imagen para distintos valores de E, . a) F =20. b)e =15.c)e =10.d)r,=5 .... ..... .... ..... .... . .... ..... .... .... . . . .. .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... ..... . .... .135. Figura 4-59 . Trayectoria original en la imagen y en el espacio 3-D. ... .... . ... . .... . ..... .... . .... .... . . .... . 138. Figura 4-60 . a) Flujo de movimiento original . b) Flujo de movimiento modificado . . . .... . ..... . ... . 139 Figura 4-61 . Trayectoria modificada en la imagen y en el espacio 3-D. .. . .... . .... .... . .... . ..... .... . ....140 Figura 5-1 . Célula de desensamblado automático . .... .... . ... . .... ..... .... . .... .... . .... . .... .... . .... . ..... .... . ....145. Figura 5-2 . Seguimiento con oclusiones en flujo de movimiento . .... . .... .... . ... . .... .... . . .... . .... .... . .... 146 Figura 5-3 . Seguimiento de una característica en movimiento con velocidad constante empleando un filtro de Kalman. . .... . .... . .... . ... . .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... . ..... . ... . .... . .... . ...149 Figura 5-4. Seguimiento de una característica en movimiento con velocidad constante empleando un filtro de Kalman-RTS . .. . .... . .... .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... . .. .. . . . .. . ... . .... . . .... . ..153. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004.

(22) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visualfuerza en manipuladores.. Figura 5-5. Muestreo de la trayectoria deseada en el espacio cartesiano y en la imagen empleado para la evaluación de los filtros. .. .... . ..... . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... . ..... . ... . ..... . 155 Figura 5-6. Seguimiento de una característica empleando el filtro de Kalman.... . .... ..... . . ... . .... .. 156. Figura 5-7. Detalles del seguimiento de una característica empleando el filtro de Kalman. ... .. 156 Figura 5-8 . Seguimiento de una característica empleando el filtro RTS . ... .... . ..... . .... .... . .... . . .... .. 157 Figura 5-9. Detalle del seguimiento de una característica empleando el filtro RTS. .... . .... . ..... .. 158 Figura 5-10. Comparativa Kalman-RTS en el seguimiento de una trayectoria recta.... . .... ...... .. 159 Figura 5-11 . Detalle de la comparativa Kalman-RTS en el seguimiento de una trayectoria con ruido. . .... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... ..... ..... . .... .... . ... . .... . . .... . ... . .... . . .. 159 Figura 5-12. Detalle de la comparativa Kalman-RTS en el seguimiento de una trayectoria. . . .. 160 Figura 5-13 . Seguimiento con oclusión empleando el filtro de Kalman. ... .... . ... . .... . ..... . ... . ..... ... 161. Figura 5-14. Seguimiento con oclusión empleando el filtro RTS . .. . .... ..... ..... .... . .... ..... . .... . .. . . .... 162 Figura 5-15 . Seguimiento con oclusión empleando el filtro de Kalman (prueba 2). ... . . ... . .... . ... 163 Figura 5-16. Seguimiento con oclusión empleando el filtro RTS (prueba 2). ... . .... . .... . . ... . .... . ... 163. Figura 5-17. Estructura del código necesario para el "backward pass" del filtro Kalman/RTS 164 Figura 5-18. Montaje experimental para seguimiento de trayectorias con oclusión . .. . . .... . .... .... 165 Figura 5-19. Trayectoria en la imagen con oclusión. .... . .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . . .... . .... .... 166 Figura 5-20 . Predicciones durante la oclusión paraf (filtro de Kalman). . .... . ... . .... ..... . .... . .... . ... 167 Figura 5-21 . Predicciones durante la oclusión parafi (filtro de Kalman/RTS). . .... .... . ..... . .... .... 167 Figura 5-22. Secuencia con la trayectoria descrita por el robot durante la oclusión. .. . .... . ..... .... 168 Figura 5-23. Secuencia de imágenes obtenidas por la cámara situada en el extremo del robot durante la trayectoria representada en la Figura 5-22. . ..... ..... .... . ... . .... .... . .... . . .... .... . .... . ..... .... 168 Figura 5-24 . Montaje experimental . Oclusión 2. . ... . .... .... . .... ..... ..... . ... . .... .... . .... . .... . .... . .. . . 169 Figura 5-25 . Trayectoria 3-D. Oclusión 2. .... . .... . .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... . ..... . ... . .... 170 Figura 5-26 . Trayectoria en la imagen . Oclusión 2. . .... .... . ... . .... ..... . ... . . .... .... . ... . .... . .... . . ... . 170 Figura 5-27 . Trayectoria 3-D. Oclusión 3 . .... ..... ..... . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... ..... . . ... . .... ..... . 171 Figura 5-28 . Trayectoria en la imagen . Oclusión 3 ..... ..... .... . .... .... . ... . .... ..... . .... . .... .... . .... . ..... .... . . 172 Figura 5-29 . Montaje experimental . Oclusión 4. .. . .... . .... . .... ..... .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . .... . . 172 Figura 5-30 . Trayectoria 3-D. Oclusión 4. .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . . , ..... . .... . . 173. Figura 5-31 . Trayectoria en la imagen . Oclusión 4. ... .... . .... ..... ..... .... . .... .... . ... . ..... . .... . ... . ... . 174 Figura 6-1 . Arquitectura del sistema. . . ... . .... ..... ..... ..... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... ..... . .... . .... .... . ... 181 Figura 6-2 . Ejemplo de seguimiento en el que se muestran las ventanas de referencia junto con el vector de predicción proporcionado por cada una de ellas... . .... . .... . .... .... . .... . . .... .... . ... 183. Figura 6-3 . Diagrama de bloques del sistema de control visual . . . ... . .... . .... . .... . .... .... . .... . ..... .... . ... 185 Figura 6-4. Sistema original y regulado (PID) . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . .... ..... . .... . ... . ..... ..... . , 186 Figura 6-5 . a) Flujo de movimiento sin considerar estimación de movimiento . b) Flujo de movimiento con estimación de movimiento . . . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . .... ..... . .... . ... . ... ... 195. Figura 6-6 . Evolución del error observado en la imagen sin aplicar acción de control al robot. 196. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004.

(23) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Índice de Figuras. Figura 6-7. Evolución del error en la imagen obtenido al aplicar una ganancia de 0,125 . ... . .....197 Figura 6-8. Evolución del error en la imagen obtenido al aplicar una ganancia de 5 . . . ... . .... ..... .197 Figura 6-9 . Evolución del error en la imagen obtenido al considerar el estimador de la Ecuación (6.44). ... .... . ... . .... .... . .... .... . .... .... . .... . .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . ..... . ....198 Figura 6-10 . a) Evolución del error, ef, al utilizar el estimador del Apartado 6.3 .1 sin la aplicación de filtrado . b) detalle del error. ... . .... .... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . ..... . ....199 Figura 6-11 . Evolución de la acción de control al utilizar el estimador del Apartado 6.3 .1 sin la utilización de filtrado . ... . .... . .... .... . .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . .... . ..... ....200 Figura 6-12 . Detalle de la acción de control de la Figura 6 11 . ... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ..... ..... ....200 Figura 6-13 .Evolución del error, ef, al utilizar el estimador del Apartado 6.3 .1 y el filtrado descrito en el Apartado 6.3 .2 (R=0,4). . ... . . .. . ... . . ... . .... .... . .... .... . .... .... . .... . .... . ... . .... . .... . .... . .... ....201 Figura 6-14. Evolución de la acción de control al utilizar el estimador del Apartado 6.3 .1 y el filtrado descrito en el Apartado 6.3 .2 (R=0,4)... . .... .... .... . ... . .... . .... .... . .... .... . ... . ..... . .... . ... . .... . ...201 Figura 6-15 . Detalle de la acción de control de la Figura 6-14. .... . ... . .... . .... .... . ... . ..... . .... . ... . .... . ...202 Figura 6-16. Evolución del error, ef, al utilizar el estimador del Apartado 6 .3 .1 y el filtrado descrito en el Apartado 6.3 .2 (R=0,8) .. . .... . ... . .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... ..... ..... . .... .... . .... . ..... ..202 Figura 6-17. Evolución de la acción de control al utilizar el estimador del Apartado 6 .3 .1 y el filtrado descrito en el Apartado 6.3 .2 (R=0,8).... . ... . .... .... . ... . .... .... . ... . .... .... . ..... ..... .... . .... . .... . ..203. Figura 6-18. Muestreo de la trayectoria deseada en el espacio imagen . . .... . .... . .... . .... .... . ..... . .... ..204 Figura 6-19 . Movimiento del objeto respecto al cual se especifica la trayectoria. a) Movimiento del objeto en la imagen visto desde la localización inicial. b) Evolución del error, ef,. .... .... . .... .... . .... . .... .... . .... .... . .... .... . . .. . .... ... . . ... . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... ..... ..... . .... ..204 Figura 6-20. Trayectoria en la imagen considerando movimiento del objeto pero sin incluir en el flujo de movimiento la estimación de dicho movimiento . ... . .... ..... . .... ... . . .... .. ... . .... . .... .. 205 Figura 6-21 . Trayectoria en la imagen considerando movimiento del objeto e incluyendo en el flujo de movimiento la estimación de dicho movimiento . . ... . .... . .... .. ... .... . ... . .... . ..... . ... . . ... .. 205 Figura 6-22. Comparativa entre la trayectoria deseada en la imagen y las obtenidas con y sin estimación de movimiento . ... .... . ... . .... ..... .... . .... .... . .... .... . .... .... .... . .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... . .206 Figura 6-23 . Montaje experimental . Seguimiento en cinta transportadora. .. .... . ... . ..... . .... . ... . .... . .207. Figura 6-24. Comparativa entre la trayectoria deseada en la imagen y las obtenidas con y sin estimación de movimiento (movimiento en cinta transportadora) .. . ... . .... . ..... .... . .... .... . ..... . ....207 Figura 6-25 . Comparativa entre la trayectoria 3D deseada y la obtenida tras la introducción de movimiento (movimiento en cinta transportadora) . .. .... . ... . .... .... . ..... .... . .... . ... . .... . .... . .... . ... .208 Figura 6-26. Montaje experimental . Seguimiento del movimiento de un robot. . ... . ..... . .... . ... . ....208 Figura 6-27 . Comparativa entre la trayectoria 31) deseada y la obtenida tras la introducción de movimiento (movimiento en robot 1). ...... ..... .... .... . .... .... .... . .... .... . ... . .... ..... . .... . .... .... . ....... .209 Figura 6-28 . Comparativa entre la trayectoria deseada en la imagen y las obtenidas con y sin estimación de movimiento (movimiento en robot 1). . . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... . .... . .... . . .210 Figura 6-29 . Comparativa entre la trayectoria deseada en la imagen y las obtenidas con y sin estimación de movimiento (movimiento en robot 2). .. . .... .... . ... . .... . .... . ... . .... .... . .... . ..... .... . ... . . .211. Figura 6-30 . Comparativa entre la trayectoria 31) obtenida con y sin predicción de movimiento (movimiento en robot 2). .... .... ..... .... ..... .... ..... .... .... . .... .... . ... . .... ..... ..... . .... .... . ..... .211. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004.

(24) Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visual-fuerza en manipuladores. Jorge Pomares Baeza. Control visual 2D indirecto para el seguimiento intemporal de trayectorias y su aplicación a estrategias de control visualfuerza en manipuladores. Figura 7-1 . Detalle del sensor de fuerza empleado . . .... .... . ... . .... . .... . .... ..... .... . ... . .... . ..... . ... . .... . ..... 216 Figura 7-2. Efecto del ruido en la medida de la fuerza FZ. a) Sin filtrado . b) filtro pasa bajo (frecuencia 3,12 Hz). c) filtro pasa bajo (frecuencia 0,19 Hz) . . ..... ..... .... . ... . .... . ..... . ... . .... . ..... 218 Figura 7-3 . Esquema de control. . . .... .... . ... . .... ..... ..... ..... .... . ... . .... ..... ..... ..... .... . ... . .... ...... . ... . . ... . .... . 219 Figura 7-4 . a) Sistemas de visión y fuerza . b) Detalle de los sistemas de fuerza y visión en el extremo del robot. ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... .... . .... . .... . . . . . . ... . .... .... . .... ..... ..... .... . .... . .... . .... . .... ..... . 223. Figura 7-5 . Esquema general de control... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . ... . ..... ..... . ... . .... .... . . .... . .... .... . .224 Figura 7-6 . Secuencia de imágenes (cámaras izquierda y derecha) obtenidas a partir del subsistema estereoscópico durante el proceso de inserción. .... . .... ..... . .... . ... . .... ..... . .... . .... ..... . 226 Figura 7-7 . Secuencia de imágenes obtenidas a partir del subsistema de visión en el extremo del robot durante el proceso de inserción. . .... . .... . .... .... . ... . .... ..... ..... .... . .... . ... . .... . .... . . ... . .... . ..... 226 Figura 7-8. Fuerzas obtenidas sin control de fuerza. .... .... . ... . .... ..... ..... ..... .... . ... . .... . ..... . ... . .... . ..... 229 Figura 7-9. Fuerzas obtenidas empleando fusión de la información de los sistemas de control visual y control de fuerza . .. . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... ..... ..... . .... .... . ... . .... . ..... . ... . ... . . ... . . 230 Figura 7-10 . Esquema control visual basado en flujo de movimiento - fuerza . ... . ..... . ... . .... . ..... 231. Figura 7-11 . Montaje experimental . a) Arquitectura del sistema. b) Detalle de las características extraídas.. .... . ... . .... . .... .... . .... . .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . ..... . .... 234 Figura 7-12. Experimento de inserción 1 . a) Evolución de las fuerzas obtenidas. b) Trayectoria 3-D descrita por el robot. ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... ..... ..... . .... .... . .... . . .... .... 235 Figura 7-13. Experimento de inserción 2. a) Evolución de las fuerzas obtenidas. b) Trayectoria 3-D descrita por el robot. ... ..... .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... ..... ..... ..... .... . .... . ..... .... 236 Figura 7-14. Experimento de inserción 3. a) Evolución de las fuerzas obtenidas. b) Trayectoria 3-D descrita por el robot. ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... .... . ..... . .... .... . .... . ..... .... 237 Figura 7-15 . Contradicción en la información procedente por los sistemas de visión y fuerza . 239 Figura 7-16. Posibles configuraciones del robot junto con el comportamiento deseado. . .... .... 240 Figura 7-17. Visión y fuerza para corrección de errores en la localización . . . .... . .... .... . .... . . .... .... 241. Figura 7-18. Visión y fuerza para corrección de la trayectoria ante obstáculos . . .... .... . .... . . .... .... 241 Figura 7-19. Esquema general de la estrategia de fusión control visual-fuerza. . .... .... . ..... ..... .... 243 Figura 7-20 . Montaje experimental . Fusión control visual-fuerza . . . ... . .... .... . ..... . .... .... . .... . ..... .... 245 Figura 7-21 . Aproximación a una superficie . .. .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . .... .... . .... . .... . .... . ... . ..... . .... 245. Figura 7-22 . Aproximación a una superficie con rectificación de velocidad. ... . ..... .... . ... . ..... . .... 246 Figura 7-23 . Corrección de la orientación tras la primera colisión . . ... . .... .... . .... . .... . ... . . ... . ..... . .... 247 Figura 7-24 . Pares (nx) obtenidos durante un proceso de reorientación. .. .... . .... . .... . .... . ... . ..... . .... 248 Figura 7-25 . Par (n,,) filtrado durante distintos procesos de reorientación. . . .... ..... . .... . ... . ..... . .... 248 Figura 7-26. Arquitectura empleada para la orientación del robot respecto a un plano inclinado. .... . .... .... . ..... ..... .... . ... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... . .... ..... ..... .... . ... . .... . . .... . ... . .... . ..... 249 Figura 7-27 . Trayectoria 3-D descrita por el extremo del robot durante una reorientación. . ..... 249 Figura 7-28 . Esquema de los vectores implicados en la determinación de la dirección de movimiento . .... .... . ..... . .... .... . ... . .... .... . .... .... . .... . .... . .... .... . ... . .... . .... . .... . .... .... . ... . .... . . .... . ... . .... . ..... 250. Tesis doctorales de la Universidad de Alicante. Tesi doctoral de la Universitat d'Alacant. 2004.