Laboratorio de Automatización, Robótica y Visión por Computador (ARVC)
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Mónica Ballesta Galdeano

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Mónica Ballesta

Profesor Ayudante Doctor

Lab. Automatización, Robótica y Visión por Computador

Universidad Miguel Hernández

Dirección:

Universidad Miguel Hernández
Dpto. de Ingeniería de Sistemas y Automática
Edificio INNOVA
Avda Universidad s/n
03202 - Elche (Alicante) SPAIN

Tel:  +34 96 522 2404

Email: m.ballesta@umh.es

Proyectos en los que he trabajado

Proyectos Públicos Subvencionados

HYREBOT

Título: Robots híbridos y reconstrucción multisensorial para aplicaciones en estructuras reticulares (HyReBot)

Financiado por: Ministerio de Ciencia e Innovación

Duración: 09/2021 - 08/2024

Resumen: Las estructuras reticulares compuestas por vigas o barras fuertemente entrelazadas presentan un uso muy extendido en la construcción de todo tipo de elementos de sujeción para diferentes infraestructuras. Resultan especialmente indicadas en puentes metálicos pero también en cubiertas de hangares y naves de elevadas dimensiones. Se encuentran formadas por un conjunto de barras muy interconectadas, unidas entre sí mediante nodos (rígidos o articulados), formando un mallado estructural en tres dimensiones. La realización de tareas sobre este tipo de estructuras reticulares presenta notables problemas de acceso debido tanto a la elevada interconexión de las barras a través de los nodos presentes en las mismas.

Con objeto de automatizar estas tareas de inspección y mantenimiento, recientemente se ha considerado la utilización de vehículos aéreos que permitan desarrollar estos trabajos a lo largo de este tipo de estructuras. Sin embargo, la elevada complejidad de las mismas (con huecos entre nodos y barras a menudo estrechos y con una distribución fuertemente heterogénea) limita el uso de este tipo de vehículos aéreos, puesto que no podrían entrar a las diferentes localizaciones internas poco accesibles. Otra de estas limitaciones en el uso de este tipo de vehículos es su limitada capacidad de manipulación mientras están en el aire.

Es en este ámbito donde se plantea el proyecto de investigación, explorando la posibilidad de utilizar robots con capacidad de desplazarse por barras y nodos, de forma tal que puedan navegar hasta un punto destino a través de las estructuras reticulares tridimensionales con 6 grados de libertad, independientemente de la disposición y forma de los nodos y de la configuración 3D del mallado. Para acometer estas tareas de inspección y/o mantenimiento en el futuro, en este proyecto de investigación se propone el análisis, diseño e implementación de robots híbridos que permitan ser usados para realizar trayectorias en este tipo de estructuras. Estos estarán constituidos por módulos simples y de pocos grados de libertad, bien de estructura serie o paralela, con objeto de que el conjunto pueda desarrollar de forma efectiva y con versatilidad la tarea de navegación a través de estas estructuras reticulares con todos los condicionantes que estas presentan. Además de analizar en profundidad las características resultantes de este robot híbrido, se propone analizar y constatar su capacidad para poder desplazarse a través de este espacio de trabajo, solventando cualquier posible disposición de nodos reticulares que presentan estas estructuras.

Además, para poder llevar a cabo de forma efectiva esta tarea de navegación será imprescindible un reconocimiento suficientemente preciso del entorno por el que se desenvuelven estos robots así como una estimación precisa de la posición y orientación de los mismos dentro de este. Dada la experiencia de los miembros del equipo de investigación en proyectos previos, se propone la reconstrucción de estos entornos formados por estructuras reticulares tridimensionales, a partir de la fusión de información suministrada por sensores tanto de rango como visuales en un entorno de percepción de 360o. Para acometer este objetivo se harán uso de técnicas de aprendizaje profundo que permitan procesar la elevada cantidad de información aportada por estos sensores.

Esta publicación es parte del proyecto de I+D+i PID2020-116418RB-I00, financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033.

This work is part of the project PID2020-116418RB-I00 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033.

Palabras Clave: Robots híbridos, percepción visual, fusión multisensorial, estructuras reticulares

Investigador Principal: L. Payá, O. Reinoso

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PROMETEO2021

Título: HACIA UNA MAYOR INTEGRACIÓN DE ROBOTS INTELIGENTES EN LA SOCIEDAD: NAVEGAR, RECONOCER Y MANIPULAR

Financiado por: GENERALITAT VALENCIANA

Duración: 01/2021 - 12/2024

Resumen: Durante los últimos años el número de robots que se utilizan para la realización de tareas de forma autónoma en múltiples ámbitos y sectores se ha venido incrementando paulatinamente. Hoy en día es posible encontrarnos la presencia de robots realizando tareas repetitivas y en entornos controlados abordando tareas complejas y en ocasiones peligrosas. Sin embargo, la realización de tareas por parte de robots en entornos no controlados con presencia de objetos y elementos móviles (como puede ser la presencia de personas y otros robots) y que requieren la necesidad de realizar desplazamientos entre diferentes puntos de la escena presenta notables inconvenientes que es preciso abordar con objeto de posibilitar una mayor integración de los robots en este tipo de escenarios.

En este proyecto de investigación plantea abordar actividades de investigación dentro de este ámbito en tres líneas específicas: navegación, reconocimiento y manipulación, con objeto de posibilitar avanzar en la integración de los robots y la realización de tareas dentro de estos entornos. Por un lado, es necesario tener en cuenta la presencia de los seres humanos en estos entornos sociales, dado que su posible movimiento y la forma en que se comporten afectará a la manera en que deben moverse los robots y en definitiva a la navegación de estos dentro de estos escenarios. Además, es preciso avanzar en tareas de reconocimiento del entorno identificando los escenarios con objeto de que la localización de los robots dentro de estos sea más robusta y precisa. Finalmente se abordará el problema de la manipulación de los objetos por parte de estos robots teniendo en cuenta la flexibilidad tanto en la forma como en la deformabilidad de estos.

Investigador Principal: Oscar Reinoso

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ModRet

Título: Reconocimiento y creación de modelos de estructuras reticulares (ModRet)

Financiado por: Universidad Miguel Hernández de Elche

Duración: 2 años

Resumen: El proyecto se centra en la creación de modelos de estructuras reticulares. Este tipo de estructuras se encuentran en numerosas construcciones y requieren un mantenimiento continuado. Este mantenimiento se puede automatizar mediante un robot móvil que sea capaz de desplazarse a través de la estructura. Sin embargo, para poder abordar esta tarea, es necesario que el robot disponga de un modelo de la estructura, que le permita conocer su posición y planificar la trayectoria y secuencia de movimientos adecuadas para alcanzar el punto destino. Para crear este modelo, el robot recogerá información a medida que se desplaza a lo largo de la estructura por primera vez, mediante los sensores de que va equipado (fundamentalmente sistemas de visión omnidireccional). El modelado de este tipo de estructuras presenta varios aspectos diferenciales con respecto a otros entornos, como su simetría y presencia de estructuras visuales repetitivas, la gran variedad de puntos de vista desde la que pueden ser observadas, dependiendo de la trayectoria del robot, y los cambios que puede sufrir su apariencia, debido a las reparaciones desarrolladas por el robot. Considerando estas características, se dotará al modelo de una estructura jerárquica, con una capa de alto nivel con información sobre la topología de la estructura, y una o varias capas de bajo nivel, con datos sobre las barras y nodos, como su forma, ancho, planos que componen las barras y topología de nodos. Para la descripción de las escenas y extracción de información relevante se usarán técnicas de inteligencia artificial y aprendizaje profundo. Con estas herramientas se separará la información que rodea la estructura y sus condiciones (como las condiciones de iluminación) de la información de la celosía que rodea al robot (barras y nodos). Asimismo, se implementarán algoritmos para la creación del modelo del entorno de manera incremental, actualizándolo según el robot avanza y captura nueva información de la estructura.

Investigador Principal: L. Payá

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EMERG2020

Título: RECONSTRUCCIÓN DE ESCENAS A PARTIR DE CÁMARAS OMNIDIRECCIONALES USANDO TÉCNICAS DE APARIENCIA VISUAL Y DEEP LEARNING.

Financiado por: Generalitat Valenciana

Duración: 01/2020 - 12/2020

Resumen: La mayoría de algoritmos existentes que solucionan los problemas de creación de mapas y localización, dejan de funcionar correctamente cuando el robot se desenvuelve en un entorno no estructurado, complejo y cambiante o cuando el robot se puede mover con más de tres grados de libertad (GDL). En respuesta a este desafío, la línea de investigación principal de este proyecto plantea la mejora y desarrollo de nuevos mecanismos que permitan un modelado eficiente, robusto y preciso de entornos utilizando sistemas de visión. En concreto, se plantea el uso de sistemas de visión omnidireccional por la gran cantidad de información que aportan con un coste relativamente bajo. Sin embargo, el uso de estos sistemas de visión hacen necesario considerar los retos que supone trabajar con las imágenes proporcionadas por dicho tipo de cámaras. En este sentido, se propone estudiar en profundidad los descriptores basados en apariencia global y hacer uso de técnicas de Deep Learning.
 
El desarrollo de este proyecto se desenvuelve a través de varios objetivos como el análisis de los presentes algoritmos de creación de mapas y localización, comparación de los presentes algoritmos de apariencia global y así mismo, desarrollar nuevos algoritmos de localización y/o descriptores de apariencia global basados en Deep Learning. Con el objeto de mejorar la integración del robot móvil en entornos de trabajo reales (Industria 4.0), en los que interactúan con personas, se incorporarán al mapa características que lo hagan compatible con la percepción humana.

Palabras Clave: Aprendizaje profundo, reconstrucción de escenas, localización, visión omnidireccional

Investigador Principal: M. Ballesta

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Creación de Mapas Mediante Métodos de Apariencia Visual para la Navegación de Robots

Título: Creación de Mapas Mediante Métodos de Apariencia Visual para la Navegación de Robots

Financiado por: CICYT Ministerio de Ciencia e Innovación

Duración: 01/01/2017 al 31/12/2019

Resumen: Para que un robot móvil pueda realizar una tarea de manera autónoma, debe ser capaz de moverse por cualquier tipo de entorno. Para ello, es necesario que dicho robot construya un modelo del entorno que le permita estimar su posición y navegar hacia los puntos destino.
La creación de mapas y navegación es una línea de investigación muy activa, en la que se han centrado numerosos investigadores que han desarrollado muy diversos algoritmos usando diferente información sensorial. Hasta el momento la mayor parte de los esfuerzos se han centrado en establecer modelos de entornos a partir de información puntual y relevante del mismo sin considerar un estudio global de la escena en su conjunto.
 
En respuesta a este desafío, este proyecto plantea la mejora y desarrollo de nuevos mecanismos que permitan un modelado eficiente, robusto y preciso de entornos, haciendo uso de sistemas de visión omnidireccional. El grupo de investigación proponente ha avanzado en estas áreas en los últimos años, desarrollando diversos algoritmos de creación de mapas, localización, SLAM y exploración a partir de la información proporcionada por diferentes tipos de sistemas de visión montados sobre los propios robots. Para ello, ha explorado con profundidad las posibilidades que ofrecen los métodos de descripción de escenas basados en la extracción de características locales y los basados en la apariencia visual global, llegando a resultados notables en estas áreas.

Palabras Clave: Robótica móvil, navegación autónoma, visión por computador, sistemas omnidireccionales

Investigador Principal: L. Payá, O. Reinoso

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BinaryRobot

Título: Diseño y desarrollo de un robot de estructura híbrida con actuadores hidráulicos de operación binaria

Financiado por: Generalitat Valenciana

Duración: Del 01/01/2018 al 31/12/2019

Resumen: Las estructuras de acero requieren tareas de inspección, mantenimiento y reparación para garantizar su buen funcionamiento, su estabilidad, su integridad estructural, su longevidad y su buena estética. Tales estructuras están presentes en numerosas construcciones tales como puentes, puertos, aeropuertos, torres de telecomunicaciones, estadios, tendido eléctrico, centrales eléctricas y plantas industriales, además de formar parte del esqueleto de la mayoría de edificios. Habitualmente, las tareas de mantenimiento de estas estructuras verticales son realizadas por operarios humanos que deben trepar a las estructuras para realizar dichas tareas en ellas, lo que somete a dichos operarios a graves riesgos que incluyen la caída desde una altura considerable o la electrocución. Con el fin de evitar someter un operario humano a tales riesgos, desde hace un par de décadas, numerosos investigadores en todo el mundo han estado estudiando la posibilidad de emplear robots trepadores para llevar a cabo estos peligrosos trabajos en altura.

El objetivo principal que planteamos en este proyecto consiste en desarrollar un nuevo robot trepador articulado para la exploración y el mantenimiento de estructuras verticales de acero, con capacidad de movimiento en el espacio tridimensional. La principal novedad del robot a desarrollar en este proyecto frente a otros robots trepadores de estructuras desarrollados hasta la fecha es que el robot que proponemos tendrá actuación binaria (actuadores todo/nada), lo que simplifica en gran medida la planificación y el control de sus movimientos. Además, el robot a desarrollar tendrá un grado de redundancia cinemática moderadamente alto (entre 10 y 12 grados de libertad), lo que permitirá que éste disfrute de una movilidad suficientemente elevada para explorar estructuras tridimensionales a pesar de contar únicamente con actuadores binarios. De esta forma, mediante la combinación de actuación binaria y redundancia cinemática, pretendemos alcanzar un compromiso entre simplicidad y libertad de movimiento, de forma que contribuyamos a salvar los principales problemas de complejidad que actualmente impiden que los robots trepadores de estructuras se utilicen de manera más extensa

Palabras Clave: robot trepador, operación binaria

Investigador Principal: M. Ballesta

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NAVICOM

Título: Navegación de Robots en Entornos Dinámicos Mediante Mapas Compactos con Información Visual de Apariencia Global

Financiado por: CICYT Ministerio de Ciencia e Innovación

Duración: 01/09/2014 al 31/05/2017

Resumen: 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 han configurado mapas métricos con objeto de que los robots puedan localizarse y desarrollar tareas de navegación de una forma lo más precisa posible. Dentro de esta propuesta de investigación, el grupo proponente ha obtenido notables resultados.
Sin embargo, existen hoy en día incertidumbres y mejoras a satisfacer con objeto de poder utilizar dichos mapas de una forma más eficiente. Uno de los grandes problemas actualmente existentes es el tratamiento de la información visual que se ha modificado en los entornos a medida que los robots desarrollan sus tareas. Los mapas creados deben ser actualizados de forma paulatina teniendo en cuenta la dinámica realmente existente en los entornos de trabajo. Otra de las propuestas abiertas consiste en integrar en dichos mapas información de apariencia global a la vez que se compatibilizan la estructura métrica de los mismos, de manera que la localización del robot sea más efectiva en grandes entornos e incluso poder acometer una localización jerárquica dentro del mapa. 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.

Palabras Clave: Robots Móviles, Mapas Visuales, Navegación Topológica y Compacta, SLAM Visual

Investigador Principal: A. Gil, O. Reinoso

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

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

Financiado por: Generalitat Valenciana

Duración: Enero 2015 - Dic 2016

Resumen: 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.

Palabras Clave: Visual SLAM applied to 6DOF robotics

Investigador Principal: L.M. Jiménez

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VISCOBOT II

Título: Exploración Integrada de Entornos mediante Robots Cooperativos para la Creación de Mapas 3D Visuales y Topológicos para Navegación con 6 Grados de Libertad

Financiado por: CICYT Ministerio de Ciencia e Innovación

Duración: 01/01/2011 al 31/12/2013

Resumen: El desarrollo de tareas por parte de un conjunto de robots en entornos no determinísticos requiere contar con un mapa del entorno que permita una localización precisa. Durante los últimos años se han desarrollado diferentes métodos que posibilitan la construcción de mapas por parte de un robot móvil a medida que se desenvuelve en un entorno no determinístico y en el que se debe localizar (SLAM). Es en este ámbito donde se centra el presente proyecto de investigación, que persigue como objetivo la creación de mapas visuales en entornos 3D no determinísticos por parte de un conjunto de robots móviles equipados con diferentes sistemas de visión.  Así se propone abordar en el presente proyecto de investigación, entre otras, las siguientes líneas: SLAM visual cooperativo 6DOF, en el que los robots se muevan con trayectorias generales en el espacio (con seis grados de libertad) en lugar de las clásicas trayectorias en las que se asume que el robot navega en un plano bidimensional; exploración integrada donde las trayectorias de exploración de los robots tengan en cuenta la incertidumbre del/os mapa/s creados por el conjunto de robots; fusión y alineamiento de mapas visuales entre varios robots; y para finalizar la creación de mapas a partir de la información visual basada en apariencia lo que posibilita la construcción de mapas topológicos de mayor nivel.

Palabras Clave: Robots Cooperativos, SLAM visual, Exploración Cooperativa

Investigador Principal: O. Reinoso

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VISCOBOT: Percepción

Título: Sistemas de Percepción Visual Móvil y Cooperativo como Soporte para la Realización de Tareas con Redes de Robots

Financiado por: CICYT Ministerio de Ciencia e Innovación

Duración: 1/10/2007 - 30/09/2010

Resumen: La realización de tareas de forma coordinada por parte de un conjunto de robots resulta de enorme interés para lograr unos mejores resultados en la consecución de las mismas. Es en este ámbito donde se centra el presente proyecto de investigación planteando la necesidad de utilizar diferentes sistemas de visión distribuidos a lo largo de toda la red de agentes móviles de modo tal que se posibilite una adquisición más completa y detallada del entorno. Para acometer los objetivos propuestos se abordan diferentes líneas de investigación. Así se propone desarrollar entre otros los siguientes aspectos: modelización y caracterización de las marcas visuales a partir de información adquirida y de la información del sistema de adquisición, extensión de las técnicas de filtrado Rao-blackwellized a un conjunto de robots que actúan de forma coordinada, diseño de una base de datos coordinada a partir del estudio basado en apariencia de las imágenes adquiridas por cada robot, y para finalizar, desarrollo de estrategias de cooperación para maximizar la calidad de la información percibida.

Palabras Clave: Robots Cooperativos, SLAM visual, Exploración cooperativa, Reconstrucción basada en apariencia

Investigador Principal: O. Reinoso

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Convenios con Empresas

abionica1.21T

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

Financiado por: Abionica Solutions S.L.

Duración: 05/2021 - 11/2021

Investigador Principal: A. Gil

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