Title: Development of an intelligent surveillance and security infrastructure system based on mobile robots

Funded by: AVI (Agència Valenciana de la Innovació)

Duration: 01/2023 - 12/2025

Description: The project focuses on the use of terrestrial mobile robots for the surveillance of indoor and outdoor environments, access control and people identification. It is proposed the realization of technological developments that digitize and automate the tasks of surveillance of buildings and infrastructures by means of mobile robots aided by artificial intelligence techniques. The project considers the development of a complete surveillance system that will integrate: a set of intelligent mobile robots equipped with sensors, a human-machine interface software system that will allow efficient interaction between operators and robots and, finally, a wireless communications system that will allow the exchange of information in the system.

The developed system can be exploited by security companies for the surveillance of indoor or outdoor environments or by law enforcement agencies. During the course of the project, a demonstration system will be created to validate this application and make it ready for a level close to the market. In this way, the aim is to reduce uncertainties about the technical and commercial viability of this technology. The demonstrators will make it possible to test the operation of the monitoring system under real operating conditions and will also make it possible to present the product to companies interested in its commercial exploitation.

This project with reference INNVA1/2023/61 has been funded by the Valencian Innovation Agency.

Keywords: Mobile robots, visual perception, multisensory fusion, infrastructure surveillance

Head Researcher: Arturo Gil, Luis Payá

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Title: Development of intelligent mobile technologies to address security tasks and surveillance indoors and outdoors

Funded by: Agencia Estatal de Investigación. Ministerio de Ciencia e Innovación

Duration: 12/2022 - 11/2024

Description: This project proposes using mobile robots and machine learning technologies to carry out surveillance and security tasks in indoor and outdoor environments. During the course of the project, it is expected to generate scientific knowledge and carry out technological developments that digitize and automate the tasks of surveillance of buildings, infrastructures and industry. Such developments are expected to have potential of technology transfer to security companies, State security forces and emergency units.

Currently, these tasks are carried out by specialized personnel, with the aid mainly of cameras located in fixed positions and cctv systems. In this project, it is proposed to perform this surveillance in a much more effective way and more safely for these personnel, with the support of cooperating mobile robots that can patrol the areas to be monitored and use different types of sensors (omnidirectional vision cameras, infrared cameras, laser range and proximity sensors) and sensor fusion technologies to address two major problems: (a) robot navigation through the environment to be monitored, including building a model or map, localization and trajectory planning and (b) interpretation of the environment so that suspicious objects, intrusions by unauthorized personnel and other potentially dangerous situations such as fire sources and overheating in facilities can be detected. The project includes the creation of an intuitive graphical interface that allows the user to interact with the robots and maps created, know the alarms that have been generated and influence the task carried out by the robots.

Both the cooperation between the robots themselves and the cooperation between the potential remote operator and the robots is critical to effective surveillance. It is a cutting-edge technological aspect with great development in current international research works. Other technologies involved in the project, such as object and person recognition, deep learning and autonomous robot navigation, are also among the most developed today. The proposing research group has a consolidated track record and extensive experience in the fields of mobile robotics, machine learning, image processing and sensor fusion.

Therefore, the proposed idea is framed within the field of digital transition and seeks to improve and enhance technology to apply it to security and surveillance tasks in buildings, infrastructures and facilities. The main goal of the project is to ameliorate the quality of the work of security employees and improve the competitiveness of security companies. In particular, the use of mobile robots is proposed in situations in which the use of static security cameras is inappropriate or insufficient, or to serve as support and assistance to existing security personnel. A use case will be, for example, the surveillance of large areas of land in adverse conditions (cold, extreme heat). In addition, the mobile robots will be equipped with sensors that will allow the detection of intrusions or security failures in low or no lighting conditions. The proposal also aims to have a minimum ecological impact, as it will use highly efficient electric mobile robots.


This project has been founded by Agencia Estatal de Investigación. Ministerio de Ciencia e Innovación

Keywords: Mobile robot, computer vision, image processing, sensor fusion, robot navigation, deep learning

Head Researcher: A. Gil, L. Payá

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Title: Aseguramiento de robots manipuladores con fallos de balanceo libre en articulaciones actuadas mediante la extinción de sus auto-movimientos incontrolados

Funded by: CONSELLERIA DE INNOVACIÓN, UNIVERSIDADES, CIENCIA Y SOCIEDAD DIGITAL

Duration: 1/1/22-31/12/23

Description: Cuando un robot plenamente actuado sufre un fallo de balanceo libre (o fallo de torque) en alguna de sus articulaciones actuadas, el robot se convierte en subactuado y admite movimientos incontrolados aunque bloqueemos el resto de actuadores sanos. Dichos movimientos incontrolados son peligrosos porque pueden provocar la colisión del robot consigo mismo o con obstáculos del entorno.

En este proyecto se propone desarrollar un método de control de robots que han sufrido dicho fallo de balanceo libre, para lograr bloquear al robot subactuado sin necesidad de usar actuadores redundantes ni frenos, suprimiendo de forma segura sus movimientos incontrolados de balanceo libre. El método que se propone consiste en variar las articulaciones actuadas sanas hasta que las variedades de auto-movimiento del robot subactuado degeneren en un punto. Tales variedades de auto-movimiento son curvas, superficies y análogos de dimensión superior, y su forma y tamaño cambian al mover las articulaciones actuadas sanas. Dado que los movimientos incontrolados de un robot subactuado se producen a lo largo de tales variedades de auto-movimiento, el hacer que dichas variedades degeneren en un punto suprime de forma efectiva dichos movimientos incontrolados, ya que el rango de movimiento incontrolado del robot se reduce a un único punto.


Proyecto financiado por la Consellería de Innovación, Universidades, Ciencia y Sociedad Digital de la Generalitat Valenciana

Keywords: Robot paralelo, subactuado, redundante, variedades de auto-movimiento, fallo de balanceo libre, fallo de torque

Head Researcher: Adrián Peidró

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Title: Planificación de movimientos robóticos en estructuras metálicas

Funded by: Universidad Miguel Hernández de Elche

Duration: 01/01/2021 - 31/12/2022

Description: Hoy en día nos encontramos con estructuras reticulares metálicas tridimensionales n numerosas construcciones artificiales, como estadios, torres de alta tensión o de telecomunicaciones, aeropuertos, obras de construcción, redes de conductos en refinerías, centrales nucleares o construcciones aeroespaciales. Estas estructuras, formadas por barras interconectadas, formando auténticas redes metálicas, requieren una inspección periódica y mantenimiento para preservar su buen estado y funcionamiento y evitar que su estabilidad estructural sevea comprometida por el deterioro. Ejemplos de las tareas requeridas son el recubrimiento de las barras metálicas de la estructura mediante pinturas protectoras para frenar su corrosión, la inspección no destructiva para detectar posibles grietas y defectos de soldadura o el apriete de uniones roscadas, entre otros.

Tradicionalmente, estas tareas han sido realizadas por operarios humanos que, provistos de mecanismos de seguridad como arneses, tienen que subir a la estructura y realizar las citadas operaciones. A pesar de que las posibles medidas de seguridad que se puedan adoptar, la realización de estas operaciones es peligrosa para humanos, que se ven sometidos a importantes riesgos para su seguridad y salud. Con el fin de evitar estos peligros para los operarios humanos, la posibilidad de realizar estas tareas peligrosas en altura por medio de robots (autónomos o teleoperados) es una línea que se viene acometiendo durante las últimas tres décadas. En este proyecto el objetivo consiste en planificar movimientos que pueda realizar un robot híbrido de forma que pueda navegar a través de estas estructuras y pasar a través de los nodos estructurales fijándose de forma oportuna para poder acometer tareas de inspección y mantenimiento.

Head Researcher: Oscar Reinoso Garcia

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Title: Control de robots paralelos que han sufrido fallo de torque

Funded by: Universidad Miguel Hernández, Vdo. de Investigación

Duration: 1/1/22-31/12/22

Description: En este proyecto se pretende desarrollar algoritmos de control y estabilización para robots paralelos que han sufrido fallo de torque en alguno de sus actuadores. Cuando esto ocurre, la articulación conectada al actuador fallido se comporta como una articulación pasiva que puede girar libremente, produciendo la pérdida de control del robot. Esta es una situación peligrosa dado que el robot puede moverse libremente sin control y podría colisionar consigo mismo o con objetos del entorno.

El método que se pretende aplicar en este proyecto es novedoso ya que no requiere de frenos ni de actuadores redundantes, y consiste en desplazar los actuadores sanos del robot hacia posiciones en las que las variedades de auto-movimiento se desvanecen. Dichas variedades de auto-movimiento son curvas o superficies sobre las que el robot puede deslizar libremente cuando sus actuadores sanos se bloquean.

Keywords: Variedad de auto-movimiento, robot paralelo, subactuado

Head Researcher: Adrián Peidró

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Title: Diseño y estudio de reguladores de par computado para atravesar singularidades en robots paralelos

Funded by: CONSELLERIA DE INNOVACIÓN, UNIVERSIDADES, CIENCIA Y SOCIEDAD DIGITAL, Generalitat Valenciana

Duration: 01/01/2021-31/12/2021

Description: Los robots paralelos controlan el movimiento de su efector final o pinza mediante múltiples cadenas cinemáticas conectadas en paralelo, formando cadenas cinemáticas cerradas. Esto les proporciona mayor rigidez estructural y prestaciones dinámicas, pero también limita su espacio de trabajo y lo divide en distintas regiones separadas por singularidades de tipo paralelo (también llamadas de tipo 2) que no existen en los robots seriales o de cadena cinemática abierta. Cuando el robot atraviesa una de esas singularidades no es posible controlar el movimiento de su efector final en cualquier dirección arbitraria, requiriéndose para ello pares de actuación infinitamente grandes en los actuadores. Esto dificulta el cruzamiento de tales singularidades para que el robot pueda aprovechar al máximo todo su espacio de trabajo.

En trabajos previos, otros investigadores han evitado la divergencia de los pares de actuación diseñando la trayectoria del efector final de modo que, al cruzar la singularidad, el modelo dinámico del robot no degenere, satisfaciendo para ello cierta condición de no-degeneración derivada por otros investigadores en el pasado. Esto presenta el incoveniente de que la trayectoria utilizada para atravesar la singularidad no puede ser una cualquiera, sino que debe diseñarse de modo que se cumpla la mencionada condición de no-degeneración.

En este proyecto se propone el diseño de nuevas leyes de Control de Par Computado (en inglés: Computed-Torque Control) que permitan atravesar las mencionadas singularidades paralelas evitando la divergencia de los pares de actuación, para que éstos permanezcan finitos durante el cruzamiento de la singularidad, y además evitando tener que diseñar la trayectoria para cumplir esto, pudiendo elegir trayectorias arbitrarias. Para lograr esto en el presente proyecto, se propone considerar los pequeños errores de modelado que siempre se producen al modelar la dinámica del robot a controlar. Esos pequeños errores provocan que el seguimiento de la trayectoria deseada no sea perfecto, lo cual proporciona cierto margen para cumplir la condición de no-degeneración simplemente adaptando las ganancias proporcional y derivativa del regulador, dejando totalmente libre la trayectoria. El control propuesto se probará en este proyecto mediante la simulación con robots paralelos de ejemplo, y también con su ensayo en robots paralelos reales.

Proyecto financiado por la Consellería de Innovación, Universidades, Ciencia y Sociedad Digital de la Generalitat Valenciana

Keywords: robot paralelo, singularidad, control de par computado

Head Researcher: Adrián Peidró

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Title: Map Building by Means of Appearance Visual Systems for Robot Navigation

Funded by: CICYT Ministerio de Ciencia e Innovación

Duration: 01/01/2017 al 31/12/2019

Description: In order to be truly autonomous, a mobile robot should be capable of navigating through any kind of environment while carrying out a task. In order to do that it is considered necessary that the robot possesses the ability to create a model of its workspace that allows to estimate its position inside it and navigate along a trajectory.
 
Map building and navigation is currently a very active research area, in which a large number of researchers focus on and where very different approaches have emerged based on diverse algorithms and using various kind of sensorial information. To the present days, most of the efforts have been focusing on construction of models of the environment based on a set of significant points extracted from it without considering the global appearance of the scene.
 
Considering the concepts posed above, we propose the improvement and development of new mechanisms that allow an efficient, robust and precise modelling of the environment by making use of omnidirectional vision systems. The research group has experience in the mentioned areas and during the last years has developed different approaches in the areas of map building, localization, exploration and SLAM by means of information gathered by different kind of vision systems installed on the robots. In order to carry out these approaches, an extensive study of the different description methods has been performed, both based on the extraction of significant points and local descriptors and also those methods based on the global appearance of the image, with remarkable results.

Keywords: Mobile robots, autonomous navigation, computer vision, omnidirectional systems

Head Researcher: L. Payá, O. Reinoso

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Title: Robotic Navigation in Dynamic Environments by means of Compact Maps with Global Appearance Visual Information

Funded by: CICYT Ministerio de Ciencia e Innovación

Duration: 01/09/2014 al 31/05/2017

Description: Carrying out a task by a team of mobile robots that move across an unknown environment is one of the open research lines with a higher scope for a large development in the mid-term. In order to accomplish this task it has been proved necessary to possess a highly detailed map of the environment that will allow the localization of the robots as they execute a particular task. During the last years the proposer research team has worked with remarkable results in the field of SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) with teams of mobile robots. The work has considered the use of robots equipped with cameras and the inclusion of the visual information gathered in order to build map models. So far, different kind of maps have been built, including metric maps based on visual landmarks, as well as topological maps base on global appearance-based information extracted from images.
These maps have allowed the navigation of the robots in these maps as well as the performance of high level tasks in the environment. Nonetheless, there exists space for improvement in several areas related to the research carried out so far. Currently, one of the important problems consists in the treatment of the visual information and the updating of this information as the environment changes gradually. In addition, the maps should be created considering the dynamic and static part of the environment (for example when other mobile robots or people move in the environment), thus leading to the creation of more realistic models, as well as strategies to update the maps as changes are detected. A different research line considers the creation of maps that combine simultaneously the information about the topology of the environment, as well as semantic and metric information that will allow a more effective localization of the robot in large environments and, in addition, will enable a hierarchical localization in these maps. The proposed research project considers to tackle the aforementioned lines, thus considering the task of developing dynamic visual maps that will incorporate the semantic and topological structure of the environment, as well as the metric information when the robots perform trajectories with 6 degrees of freedom.

Keywords: Mobile Robots, Visual Maps, Topological and Compact Navigation, Visual SLAM

Head Researcher: A. Gil, O. Reinoso

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Title: Localización y Creación de Mapas Visuales para Navegación de Robots con 6 GDL

Funded by: Generalitat Valenciana

Duration: Enero 2015 - Dic 2016

Description: La realización de tareas por parte de robots móviles que se desenvuelven por un entorno desconocido es una de las líneas de investigación abiertas en la actualidad y que previsiblemente tendrá mayor repercusión a medio plazo. Para ello es necesario poder tener como referencia una información lo más precisa y detallada posible con objeto de que el robot o los robots que se encuentran ejecutando una determinada tarea pueden localizarse dentro del entorno de trabajo. Durante los últimos años se ha trabajado de forma notable y con excelente resultados en esta línea de investigación de creación de mapas de entornos a través de los cuales se pudieran localizar los robots en un proceso conjunto (Simultaneous Localization And Mapping). El grupo de investigación proponente se ha centrado durante los últimos años en esta línea de investigación teniendo como datos de partida para la creación del mapa, la información visual de cada uno de los sistemas de visión con que cuenten los robots. A partir de esta información visual, se extraen mapas métricos con objeto de que los robots puedan localizarse y desarrollar tareas de navegación de una forma lo más precisa posible.
 
Es en este ámbito donde se centra el presente proyecto de investigación, en el que a partir de los resultados alcanzados hasta el momento se plantea acometer nuevas líneas de investigación consistentes en desarrollar mapas visuales dinámicos teniendo en cuenta la información semántica y topológica aportada por los sistemas de visión todo ello en entornos de 6 grados de libertad.

Keywords: Visual SLAM applied to 6DOF robotics

Head Researcher: L.M. Jiménez

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Title: Convenio de Colaboración para el desarrollo del proyecto "Hacia la formación práctica ubicua y digital en robótica mediante laboratorios remotos”

Funded by: Centro de Inteligencia Digital de la Provincia de Alicante (CENID)

Duration: 6 meses (abril 2022 - octubre 2022)

Description: Este proyecto pretende desarrollar un laboratorio remoto, que consiste en una plataforma ciberfísica que permite al estudiantado de carreras técnicas conectarse a robots de forma remota, para hacer prácticas de laboratorio y experimentos con dichos robots, a través de Internet. Esto permitirá dotar al estudiantado de mayor flexibilidad espacial y temporal, permitiéndoles hacer prácticas de laboratorio de forma ubicua, sin limitarlos a tener que desplazarse a un laboratorio físico para realizar las prácticas únicamente en las horas en las que el acceso a dicho laboratorio está habilitado. El estudiantado se conectará a los robots reales a través de un servidor web y, a través de una interfaz, podrá comandar movimientos o experimentos para realizar con los robots remotos. El movimiento de los robots se mostrará a través de una webcam en tiempo real, y también se devolverá información relativa a los resultados del experimento remoto, información que será captada mediante sensores de posición, velocidad, y fuerza, colocados en el robot real. Los robots remotos que se implementarán para hacer prácticas a distancia serán de tipo paralelo o de cadena cinemática cerrada, ya que éstos disponen de mayor riqueza que los robots tradicionales de cadena cinemática serie, a la hora de ser estudiados en asignaturas de control y robótica.

Las actividades que abarcará este proyecto serán las siguientes cuatro: 1) construcción de dos robots paralelos con los que el estudiantado pueda realizar prácticas y experimentos a través de internet, 2) implementación del servidor web que gestione las reservas y el acceso remoto de los robots por parte del estudiantado, 3) la programación de interfaces gráficas de usuario que permitan al estudiantado comandar órdenes y experimentos a la vez que se observa el movimiento del robot en tiempo real a través de una webcam, y 4) diseño de prácticas y experimentos didácticos a realizar con la ayuda del laboratorio remoto desarrollado. El principal resultado esperado de este proyecto es la materialización del mencionado laboratorio remoto, que permitirá flexibilizar la realización ubicua de prácticas con robots reales a distancia, haciendo uso de las tecnologías digitales al servicio de la enseñanza y el aprendizaje.

Keywords: Robot paralelo, laboratorio remoto, prácticas de laboratorio, identificación, control

Head Researcher: Adrián Peidró

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Title: Empleo de algoritmos para conciencia situacional en vuelo mediante visión artificial

Funded by: Abionica Solutions S.L.

Duration: 05/2021 - 11/2021

Head Researcher: A. Gil

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Title: Contrato para el desarrollo de un software para la detección y medición de los diferentes tonos de piel

Funded by: PIES CUADRADOS LEATHER S.L.

Duration: 2019 - 2020

Head Researcher: O. Reinoso

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