1ª Jornada Latino Americana de Mecatrónica · 1ª Jornada Latino Americana de Mecatrónica...
-
Upload
duongduong -
Category
Documents
-
view
223 -
download
0
Transcript of 1ª Jornada Latino Americana de Mecatrónica · 1ª Jornada Latino Americana de Mecatrónica...
1ª Jornada Latino Americana de Mecatrónica
Universidad Tecnológica Nacional, Buenos Aires, Argentina
1 y 2 de Noviembre de 2015
Proyectos de Investigación en Inteligencia Artificial y Robótica
Claudio Verrastro Juan Carlos Gómez
GIAR-UTNBA
Índice
• Objetivos Generales
• Reseña Histórica
• Integrantes
• Líneas de Trabajo
• Proyectos Actuales
• Publicaciones
• Equipamiento
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Objetivos Generales
• Formación de RRHH en Técnicas IA y R para su aplicación práctica: Becarios de Grado, Graduados, Maestría, Doctorado • Desarrollo e Innovación: Proyectos innovadores, PICT • Transferencia: Acuerdos y Convenios Empresas e Instituciones, Publicaciones, Seminarios
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Reseña Histórica
•1986: Grupo UTN-FRBA Inteligencia Artificial FRBA •2003: Materias electivas Ing. Electrónica Introducción a la IA Aplicaciones IA •2009: Grupo UTN Res 611/11 Inteligencia Artificial y Robótica
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Integrantes
• 2 Docentes en la Dirección. • 5 Docentes en Investigación. • 4 Becarios BINID. • 7 Becas de Rectorado. • 1 Becarios CIN • 9 Becarios de la SAE. • 1 Ad-honorem
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Líneas de Trabajo
•Medicina Nuclear •Reconocimiento de Patrones •Robótica Móvil •Brazo Robot •Robótica Colaborativa •Interfaz Hombre Máquina •Visión Artificial •Control Difuso •Redes Neuronales
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Proyectos en Curso
•Análisis de Señales Biológicas (BCI) •Robot Hexápodo Autónomo •Telemetría Móvil 3D (TM3D) •Algoritmos de Reconstrucción en Tomografía PET Y SPECT •Fotomultiplicador Digital de Estado Sólido (DSIPM)
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Clasificación de imaginación motriz mediante la detección de ERD/ERS para aplicaciones BCI
Integrantes: Emiliano Statello Sebastian Jaremczuk Ing. Ramiro Rodríguez Colmeiro
Directores: Ing. Juan Carlos Gómez
Grupo: PROSECER - GIAR – UTN FRBA
¿Qué es un sistema BCI?
• Del inglés (Brain-Computer Interfaces)
• La estructura de un BCIs está compuesta de las siguientes partes:
• Adquisición de la señal
• Pre-procesamiento
• Clasificación
• Interacción con el/los dispositivos
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Esquema básico del BCI
Corteza motora primaria
Área de proyección sensorial
Área asociado a
la visión
Área asociado a la audición
Lóbulo occipital
Detección de las señales ERS/ ERD
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
ERD/ERS
Discriminación de la imaginación de las extremidades superiores.
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Método
Wavelet con Morlet
Separabilidad de Bandas
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Extracción de características
6 características totales: 4 directas 2 indirectas
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Extracción de características
Fisher Factor de mérito
Separabilidad de bandas
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Red Neuronal
TIPO DE RED
•Multilayer perceptron
•Neurona logsig
•Back-propagation
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Resultados
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Resultados
Puesto Grupo Error Mínimo
[%]
MI Máximo
[bit]
Tiempo de Clasificación
[seg.]
1 C 10,71 0,61 7,59
2 GIAR-1 10 0,56 9
3 F 15,71 0,46 5,05
4 B 17,14 0,45 6,7
5 A 13,57 0,44 4,18
6 G 17,14 0,29 4,66
7 I 23,57 0,26 6,34
8 E 17,14 0,21 6,13
9 D 32,14 0,09 5,66
10 H 49,29 0 9
Comparación con el set BCI Competition 2003
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Robot Hexápodo Autónomo
Integrantes: Juan Alarcón
Matías Scremin
Elias da Ponte
Director: Ing Sergio Alberino
Grupo: GIAR – UTN FRBA
Robot Hexápodo Autónomo
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Desarrollo de un robot hexápodo (RH) con
comportamiento autónomo, basando su operación en
aprendizaje por refuerzo (Reinforcement Learning).
Se contempla la incorporación de dispositivos de
comunicación a través de algún medio inalámbrico
estándar (Ethernet, Wifi, Bluetooth, etc…) para el estudio
de diferentes técnicas de aprendizaje.
Robot Hexápodo Autónomo
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Objetivos particulares:
• Diseñar y experimentar configuraciones mecánicas
poliarticuladas que permitan posicionar al robot en forma
eficiente
• Desarrollar algoritmos para el control sincronizado y
eficiente de los servomecanismos que componen el robot
Robot Hexápodo Autónomo Diseño
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
6 patas con 3 articulaciones en cada una de ellas
Robot Hexápodo Autónomo Simulación
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Marilou Robotics Studio
Ambiente de simulación 3D para robots móviles
condiciones reales
respetando las leyes físicas
Robot Hexápodo Autónomo Avance
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Construcción del
Prototipo
Robot Hexápodo Autónomo Avance
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Ambiente
Acción at
Estado
st
Recompensa
rt
rt+1
st+1
Agente
Aprendizaje por
Refuerzo
Telemetria Móvil 3D
Integrantes: Leandro Di Matteo, Mariana Prieto, Ariel Hernández, Maximiliano Marufo da Silva, Verónica Fabbro , Juan Alarcón
Directores: Ing. Claudio Verrastro, Ing Juan Carlos Gómez
Grupo: GIAR – UTN FRBA
Telemetría Móvil 3D (TM3D) Objetivos
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
1. Desarrollo de un sistema de telemetría en 3 D mediante
el empleo de 2 o más cámaras
2. Desarrollo de un sistema de servo con realimentación
visual para el movimiento de una montura tipo Azimut-
Elevación para el seguimiento visual de objetos en el
espacio
3. Desarrollo de implementación de algoritmos de
seguimiento y segmentación de objetos sobre escenas
dinámicas
Telemetría Móvil 3D (TM3D) Modelo topográfico
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Telemetría Móvil 3D (TM3D) layout
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
PAD
Unidad de Seguimiento
“A” Unidad de
Seguimiento “B”
Vehículo
Telemetría Móvil 3D (TM3D) Equipamiento
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Telemetría Móvil 3D (TM3D) Algoritmos de traking
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
>> Picar sobre la imagen para ver el video <<
Telemetría Móvil 3D (TM3D) Resultados
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
>> Picar sobre la imagen para ver el video <<
Telemetría Móvil 3D (TM3D) Resultados
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Algoritmos de Reconstrucción en Tomografía PET Y SPECT
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Integrantes: Ramiro Germán Rodríguez
Colmeiro, Rodrigo García
Director: Martín Belzunce, Claudio
Verrastro,
Algoritmos de Reconstrucción en Tomografía PET Y SPECT
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
• Desarrollo de Algoritmo de Reconstrucción de Imagen en
Tomografías por Emisión, PET y SPECT.
•Implementación eficiente para disminuir los tiempos de
reconstrucción mediante utilización de procesadores gráficos (GPUs).
•Lograr una Mejora de la Resolución a través de un Modelado
detallado del AR-PET y del AR-TGS.
•Diseño e implementación de algoritmo de estimación de scatter.
Algoritmos de Reconstrucción Tomografías por emisión
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
“La tomografía es una técnica que permite reconstruir una imagen
volumétrica de un objeto desconocido a través de mediciones externas a
él.”
Tomografías por Emisión
Emisión de Positrones
(PET)
Emisión de Fotón Único
(SPECT)
Imagen
Superposición de Proyecciones de la Imagen
Algoritmos de Reconstrucción Tomografía PET
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Algoritmos de Reconstrucción Tomografía SPECT
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
γ
γ γ
• Se detecta un único fotón gamma
• Se lo debe colimar físicamente para
adquirir fotones en una dirección dada
• La resolución espacial está determinada
por la apertura del colimador
• La atenuación del fotón depende de la
posición donde se emitió Evento
Disperso Evento
Verdadero
Fotón
Frenado
Colimador Detector • Las proyecciones van desde 0º a 360º
• También se utilizan sinogramas
• Los algoritmos de reconstrucción tienen la
misma base que en PET
Algoritmos de Reconstrucción
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
“Son algoritmos que permiten generar imágenes precisas que
cuantifiquen la distribución de uno o más radioisótopos en el cuerpo
bajo estudio.”
Iterativos Analíticos
• Requieren una matriz del sistema
(SRM) que modele el proceso de
adquisición
• Implementación compleja
• Alto costo computacional
• Mayor inmunidad al ruido estadístico
• Modelos precisos de la matriz del
sistema permite mejorar la resolución
espacial
Dos Tipos de Algoritmos
• Basados en la transformada de
Radon
• Bajo costo computacional
• Sensible al ruido
• Fácil implementación
Algoritmos de Reconstrucción Maximum Likelihood Expectation Maximization
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
X: Imagen Reconstruida
B: Sinograma Adquirido
P: Sinograma Proyectado
A: Matriz del Sistema
Proyección
Retroproyección
Normalización
Algoritmos de Reconstrucción Resultados
• Se lograron importantes factores de aceleración en los algoritmos ML-EM y OS-EM utilizando GPUs.
• Se propusieron, diseñaron e implementaron proyectores que realizan una modelización precisa del proceso de adquisición de los scanners AR-PET y AR-TGS.
• Los proyectores propuestos para el AR-TGS permitieron llear la resolución espacial a menos de 5 cm (respecto de 10 cm con FBP)
• Se está trabajando en la estimación del scatter, que permitirá completar todos los aspectos necesarios para la reconstrucción y cuantificación de imágenes en PET y SPECT
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 1 y 2 de Noviembre de 2015
Fotomultiplicador Digital de Estado Sólido (DSIPM)
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Integrantes: Juan Alarcón, Oscar
Comito
Director: Oscar Wainberg
Fotomultiplicador Digital de Estado Sólido (DSIPM)
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Como Detectores de Radiación
gamma
Usos:
Medicina Nuclear
Prospección geológica
Seguridad radiológica
Astrofísica
Fotomultiplicador Digital de Estado Sólido (DSIPM)
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Cuentas
Carga [fC]
SiPM (S13360)
PMT (H8804)
1 SPE
1
2
3
4 5
SPEs
SiPM vs PMT
Fotomultiplicador Digital de Estado Sólido (DSIPM)
Espectro de fotones térmicos
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Fotomultiplicador Digital
Arreglo experimental
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Fuente HV (70V) Amplificador
Centellador
Fotomultiplicador Digital Uso en astrofísica
Centelladores orgánicos para
astrofísica
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Fotomultiplicador Digital uso en prospección geológica
Centelladores orgánicos para
prospección geológica
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Publicaciones último año
1- “Desplazamiento de un robot con una extremidad utilizando técnicas de aprendizaje por refuerzo” M. A. Scremin; J. C. Gómez; C. Verrastro; P. Folino; S. Alberino; J. Alarcón; E. da Ponte; VIII JAR 11-2014. ISBN 978-987-1978-19-9
2- “Clasificación de imaginación motriz mediante la detección de ERD/ERS para aplicaciones BCI” R. G. Rodríguez Colmeiro; E. Statello; S. Ezequiel Jaremczuk; JC. Gómez; C. Verrastro VIII JAR 11-2014. ISBN 978-987-1978-19-9
3- “Algoritmo de seguimiento de objetos basado en visión asistida por computador en tiempo real utilizando CAMShift e histogramas ponderados” Autores: Hernández, R. Verrastro, L. Di Matteo, M. Prieto, M. Marufo, J.C. Gómez, C. Verrastro. VIII JAR 11-2014. ISBN 978-987-1978-19-9
4- “Algoritmo de seguimiento de objetos en imágenes mediante reconstrucción iterativa de histograma en tiempo real” Autores: M. Prieto, M. Marufo, L. Di Matteo, R. Verrastro, A. Hernández, J. C. Gómez, C. Verrastro. VIII JAR 11-2014. ISBN 978-987-1978-19-9
5- “Programación de Robots utilizando Hoja de Cálculo” F A. Sampieri, S. Alberino, P.l Folino, J.C. Gómez, C. Verrastro. VIII JAR 11-2014. ISBN 978-987-1978-19-9
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Publicaciones último año
6- “Aprendizaje por refuerzo y control difuso para generar comportamiento de robots” J.C. Gómez; C. Verrastro VIII JAR 11-2014. ISBN 978-987-1978-19-9
7- New Model To Describe The Early Steps Of Phototransduction” E. Salido, L. N. Servalli, J.C. Gómez, C. Verrastro, VI Congreso latinoamericano de ingeniería biomédica. 10- 2014. Paraná.. ISBN 978-3-319-13116-0
8- "An Attenuated Projector for Iterative Reconstruction Algorithm of a High Sensitivity Tomographic Gamma Scanner" M. Belzunce; C. Verrastro; L. Martinez Garbino; E. Venialgo; E. Da Ponte; A. Carimatto; J. Alarcon; D. Estryk; M. Cohen.. IEEE Transactions On Nuclear Science.Albuquerque: Ieee-Inst Electrical Electronics Engineers Inc. 2014 vol.61 n°2. p975 - 984. issn 0018-9499
9- "Verificación de Algoritmos DSP en FPGA para Espectrometría Gamma" L. Martínez Garbino; C. Verrastro. Santa Clara, Costa Rica.. 2014.CRIA 2014 ICTP
10- "3D Imaging in Non Destructive Assay of Nuclear Waste Drums" L. Martinez Garbino; M. Belzunce; E. Da Ponte; C. Verrastro.. Seatle USA. 2014. NSS IEEE 2014.
11- "3D Model for Computing the System Response Matrix of an Hexagonal PET Scanner" M. Belzunce; C. Verrastro. Seatle,USA 2014. 2014 NSS/MIC. IEEE
12- " A Pulse Modeling Tool for PET Scanners ": L. Martinez Garbino; E. Venialgo; D. Estryk; C. Verrastro; M. Belzunce. Seatle USA. 2014.NSS/MIC, IEEE
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Equipamiento
• Dos laboratorios de 17 y 50 m2 en la SCTIP FRBA
• 1Plataforma Móvil con Brazo Robótico (PMIR) • 5 minirobots móvil (MINIPI) • 6 Robots ER1 (Grant-MS-ER) • Range Finder infrarojo • Cámara Estéreo para visión 3D • 2 monturas motorizadas para telemetría óptica • 2 Servidores de datos propios • 10 PCs de uso común en SECTIP • Generador de Funciones arbitrarias • Osciloscopio Digital • Multímetro TRMS
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Conclusiones
Mecatrónica • Mecánica Robótica, Diseño • Electrónica Sensores, controladores, visión • Eléctrica Motores, actuadores • Sistemas • Algoritmos, IA
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
Preguntas
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
www.secyt.frba.utn.edu.ar/gia/
Gracias!
Jornadas Latino Americanas de Mecatrónica, 2 y 3 de Noviembre de 2015
http://blog.frba.utn.edu.ar/utnbae
nmovimiento/1ras-jornadas-
latinoamericanas-de-
mecatronica-en-la-utn-buenos-
aires/