Fundamentos de Programación y Robótica

Estructura del Programa y Módulos

Programa y Estructura: Tarea (cada una, una parte y módulos del sistema), Parámetro de propiedad de tarea.

Módulos del Sistema

• Módulos: Declaración de datos más conjunto de rutinas.
• Módulo Programa: Datos y rutinas para realizar una función determinada, escritos por el usuario.
• Módulo Sistema: Datos y rutinas para realizar una función determinada, proporcionados por el fabricante.
• Datos: Valores o definiciones en el módulo programa.
• Rutina: Conjunto de instrucciones que ejecuta el robot.
• Rutina Entrada (Main): Punto de inicio del programa.
• Instrucción: Petición para que tenga lugar un evento determinado, dentro de la rutina.
• Archivo de Programa: Referencia a todos los archivos del módulo.

Tipos de Rutinas

• Procedimiento: Conjunto de instrucciones que no devuelven valor.
• Función: Conjunto de instrucciones que devuelven valor.
• Rutina Trap: Conjunto de instrucciones que es disparado por interrupción.

Ejemplo de instrucción: MoveL(código de instrucción) P_destino, v500 (argumento obligatorio) T:=5 (argumento opcional) /Wobj=obj (argumento opcional).

Tipos de Datos

• Constante: Estático, no se puede modificar por el programa, solo en la declaración.
• Variable: Puede modificarse; en la línea de declaración se establece su valor de reinicio.
• Persistente: Se puede modificar, pero su valor de reinicio se actualiza al valor actual del dato (memoria).

Definición de Trayectoria e Interpolación

Definir Trayectoria

• Move J: Movimiento de punto a punto (articular).
• Move L: Movimiento rectilíneo (lineal).
• Move C: Movimiento circular.

Parámetros de Instrucción: Datos de posición, velocidad, precisión de posicionamiento y datos de herramienta.

Interpolación

• Lineal (de golpe): Distribuye la diferencia de orientación uniforme, basada en la posición de los objetos a lo largo de la trayectoria.
• Absoluta (paulatinamente): Distribuye la diferencia de orientación uniforme basándose en el orden de los objetos de la trayectoria.

Visión Artificial y Sistemas Ópticos

Conceptos Fundamentales de Luz y Visión

Luz

El ojo humano solo es capaz de percibir longitudes de onda entre 380 y 780 nm. La distribución espectral de la radiación representa la cantidad de potencia asociada a cada longitud de onda. La Temperatura de Color es aquella a la que hay que calentar un radiador de energía para que emita radiaciones de determinada longitud de onda.

Visión: Comparativa de Sistemas

• Sistema Humano: Mejor reconocimiento de objetos, mejor adaptado a imprevistos, usa conocimientos previos, mejor en tareas de alto nivel de proceso.
• Sistema Artificial: Mejor midiendo magnitudes físicas, mejor para rutinas, mejor en bajo nivel de procesado.

Escenas y Etapas de la Visión Artificial

Tipos de Escenas

• Estructuradas: Oclusiones, iluminación no constante, objetos no previstos.
• No Estructuradas: Iluminación constante, escenas similares, objetos previsibles.

Etapas de la Visión Artificial (V.A.)

1. Construcción del sistema de formación de imágenes.
2. Procesado.
3. Segmentación.
4. Extracción de características.
5. Clasificación.

Importancia de la Iluminación: Con buena iluminación se pueden reducir los algoritmos del procesado.

Iluminación en Visión Artificial

Reflexión y Modelos

• Superficie Lisa (Especulares): La luz reflejada toma una sola dirección.
• Superficie Rugosa: La luz reflejada tiende a difuminarse en muchas direcciones.

Modelo Nayar: Describe la reflexión difusa, el halo especular y el pico especular.

Tipos de Fuentes Luminosas

Luz diurna, tungsteno, halógenas, fluorescentes, LED, láser, xenón.

Técnicas de Iluminación Específicas

• Direccionales: Orientada al objeto con haz direccional o colimado. Pueden haber diferentes formas de haz: punto, línea, etc.
• Difusa: Intenta que los haces incidan sobre el objeto en todas direcciones, no solo una fuente. Minimiza el contraste del objeto y elimina sombras.
• Contraluz (Backlight): Colocar la fuente tras el objeto. Si es opaco, aparecerá sombra (silueta); si es translúcido, se verá su interior.
• Estructurada: Proyección de franjas, puntos o rejillas. En función de la formación del patrón se detectan singularidades.

Iluminaciones por Configuración

• Frontal “Ringlight”: Cámara en la dirección de la luz. Útil para papel, tela, etc. Elimina sombras, pero puede generar reflejos intensos en superficies reflectantes.
• Lateral “Spotlight”: Iluminación direccional con inclinación. Resalta bordes, fisuras, etc.
• Campo Oscuro “Darkfield”: Luz lateral con ángulo pequeño. Resalta incrustaciones.
• Por Contraste “Backlight”: Luz desde la parte posterior. Se utiliza para siluetas.
• Axial Difusa: Ilumina en el eje de la cámara. Ideal para inspección de superficies planas reflectantes.
• Domo: Iluminación dentro de una cúpula esférica. Usado en instrumental médico, latas, CD.
• Por Láser: Resalta la tercera dimensión de un objeto. Utilizado en procesos de corte.

Ópticas y Parámetros de Imagen

Polarización

La luz se comporta como una onda transversal. Se coloca una lámina que atenúa las oscilaciones del campo E en una dirección. Se usa para eliminar reflejos. La polarización cruzada es de gran ayuda para captar imágenes de cualquier superficie que produzca reflejos (superficies curvas o varios planos).

Conceptos Clave de Óptica

Las ópticas se usan para transmitir la luz al plano sensor de la cámara de forma controlada y así obtener una imagen enfocada del objeto. Influyen en la calidad de la imagen y su tamaño. Usando lentes delgadas aumenta la luminosidad dentro de la cámara oscura, sin que la imagen se emborrone.

• Enfoque: Ajuste de la distancia entre la lente y el plano convergente (nitidez).
• Distancia Focal: Distancia entre la lente y el plano de convergencia cuando el plano enfocado se encuentra en el infinito.
• Foco de la Lente: Punto en el que convergen los rayos paralelos procedentes de un objeto enfocado al infinito.
• Magnificación: Relación entre el tamaño proyectado sobre el plano imagen y el tamaño en el plano objeto.

Ópticas en Fotografía (Rangos Focales Comunes)

• Gran Angular: 8-35 mm.
• Todo Terreno: 35-105 mm.
• Tele Zoom: 100-600 mm.
• Macro: Distancia mínima de enfoque inferior a la normal.

Parámetros de Imagen

• Ángulo Visual: El que forman dos rayos que inciden sobre los bordes externos de la zona sensible de la imagen, cuando la imagen está en el infinito.
• Diafragma: Elemento del objetivo que limita la cantidad de luz que penetra en la cámara y llega al sensor (Luminosidad $F=f/D$, apertura en función de la distancia focal).
• Profundidad de Campo: Zona del espacio dentro de la cual el objetivo forma una imagen enfocada.

Aberraciones y Distorsiones

Aberración: Imperfecciones introducidas en las imágenes por los sistemas ópticos.

Tipos de Distorsiones

• Cromáticas: Relacionadas con la longitud de onda de los rayos.
• Geométricas: Aparecen en los rayos que inciden en la óptica, alejándose del eje axial de la lente.

Aberraciones Geométricas o de Seidel

Las primeras cuatro afectan a la nitidez y la última a la forma.

1. Esférica: Desplazamiento del foco, subsanada por el diafragma.
2. Coma: A partir de cierto ángulo, los rayos toman forma circular.
3. Astigmatismo: Imposibilidad de enfocar objetos horizontales y verticales simultáneamente. Se corrige disminuyendo la apertura del diafragma o aumentando la profundidad de campo.
4. Curvatura de Campo: Imposibilidad de enfocar el centro y los bordes de un objeto. Se corrige disminuyendo la apertura del diafragma.
5. Distorsión: Afecta a la forma del objeto (efecto barril o cojín).

Parámetros para la Selección de Lentes Apropiadas

• Distancia Focal: Medida relativa entre lente y sensor.
• Enfoque: Distancia focal variable para una imagen más o menos nítida (fijo, variable, automatizado).
• Diafragma: Limita el nivel de luz que entra en la cámara.
• Campo de Visión: Área visible del objeto a inspeccionar.
• Distancia Mínima: Distancia a la que debe estar el objeto para localizarlo.
• Profundidad de Campo: Máxima profundidad del objeto enfocado.
• Distancia de Trabajo: Desde el final de la lente hasta el objeto.
• Resolución Óptica: Característica mínima apreciable del objeto.

Otros factores: Tubos de extensión, aberraciones y rosca.

Ópticas Especiales

• Telecéntricas: Mantienen la magnificación constante independientemente de la distancia.
• Pericéntricas: Permiten ver los lados de un objeto.
• Inspección de Agujeros.
• Borocéntricas: Cámara dentro del agujero.
• Pocyview: Permite ver todas las caras de una tuerca (o similar).
• Espectrógrafo: Utilizado para el análisis multiespectral.