Vision Artificial Raspberry, Tesinas de Mecatrónica

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REPORTE FINAL DE

ESTADÍA

Raciel López Melchor

Visión artificial para el

reconocimiento de objetos en

un Mobile Industrial Robots

(MIR).

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL CENTRO DE VERACRUZ Programa Educativo TSU EN MECATRÓNICA Reporte para obtener título de TSU en Mecatrónica Proyecto de estadía realizado en la empresa “Danone de México, S.A. de C.V.” Nombre del Proyecto: “Visión artificial para el reconocimiento de objetos en un Mobile Industrial Robots (MIR).” Presenta TSU Raciel López Melchor Cuitláhuac, Ver., a 26 de Marzo del 2019

Contenido

• AGRADECIMIENTOS............................................................................................................................
• RESUMEN..............................................................................................................................................
• CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN..............................................................................................................
  • 1.1 Estado del Arte.............................................................................................................................
    • Introducción a la visión artificial......................................................................................................
    • Enfoques de la visión artificial.........................................................................................................
    • Un primer enfoque..........................................................................................................................
    • Un segundo enfoque.......................................................................................................................
    • Open CV.........................................................................................................................................
    • Aplicación práctica de la visión artificial en el control de procesos industriales..............................
    • Visión artificial para reconocimiento de objetos Vex robotics.......................................................
  • 1.2 Planteamiento del Problema......................................................................................................
  • 1.3 Objetivos....................................................................................................................................
    • Objetivo General...........................................................................................................................
    • Objetivos Específicos....................................................................................................................
  • 1.4 Hipótesis.....................................................................................................................................
  • 1.5 Justificación del Proyecto...........................................................................................................
  • 1.6 Limitaciones y Alcances.............................................................................................................
  • 1.7 La Empresa (Danone de México S.A. de C.V.)..........................................................................
    • Historia de la empresa..................................................................................................................
    • Misión, visión y objetivos de la empresa.......................................................................................
    • Procesos que se realizan en la empresa......................................................................................
    • Mercado de impacto de los productos o servicios brindados por la empresa...............................
    • Impacto en el área de mecatrónica...............................................................................................
• CAPÍTULO 2 METODOLOGÍA............................................................................................................
  • Identificación del problema...............................................................................................................
  • Pasos para la solución del problema................................................................................................
    • Diseño conceptual........................................................................................................................
    • Funcionamiento............................................................................................................................
  • Tiempo de planificación....................................................................................................................
• CAPÍTULO 3 DESARROLLO DEL PROYECTO.................................................................................
• CAPÍTULO 4 RESULTADOS Y CONCLUSIONES..............................................................................
  • 4.1 Resultados.................................................................................................................................
  • 4.2 Trabajos Futuros........................................................................................................................
  • 4.3 Recomendaciones......................................................................................................................
• ANEXOS..............................................................................................................................................
• BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................................................

RESUMEN

Es la explicación breve del contenido del reporte: planteamiento del problema, objetivos y/o hipótesis, objeto de estudio, metodología, resultados, conclusiones y recomendaciones; de tal forma que se brinde un panorama de lo que se realizó. La extensión máxima es de dos cuartillas. Se coloca una página después de la portada.

CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN

A través del tiempo, el ser humano siempre ha querido facilitar su vida y con esto industrializando los procesos alimenticios por medio de los avances tecnológicos e innovaciones. Parte de estos avances en los procesos industriales requieren trabajos pesados de cargas y traslados de muestras para su posterior análisis. Dando como solución el desarrollo de robots que le han ayudado de manera significativa a la carga de materiales pesados. Hoy en día los robots existentes y en que está enfocado este proyecto son los carros de servicio MIR por sus siglas en inglés (Mobile Industrial Robot). En la empresa Danone México estos robots MIR dan solución recolectando, cargando y transportando a el laboratorio las decenas de muestras de los productos que son fabricados en dicha empresa. Estos robots son programados para que recorran cada línea de producción para recoger los productos, pero estos deben ser vigilados por operarios los cuales deben cuidar que el robot choque en la parte superior de este, en las diferentes partes del área industrial. Con el desarrollo de este proyecto se pretende dar fin a los problemas potenciales que pueden ocurrir sin la debida protección del robot. Por medio de la aplicación las diferentes técnicas de visión artificial.

Figura 2 Comparación de imágenes Un primer enfoque comandado por las ideas de Azriel Rosenfeld, comenzó el desarrollo de técnicas empíricas basadas en criterios de tipo matemático que aproximaban estos problemas de estimación de bordes y líneas usando distintos criterios. De esta primera aproximación nacieron algunas ideas interesantes como el uso simultáneo de operadores de distinto tamaño, pero tuvo el gran incoveniente de no poder proponer métodos para la evaluación de los distintos algoritmos. De cualquier manera esta aproximación ha seguido su desarrollo hasta nuestros días con notable éxito en algunos casos.[ CITATION Uni13 \l 2058 ] Un segundo enfoque consistió en profundizar en el problema reduciendo su alcance a un mundo de juguete, es decir un mundo de bloques blancos mate iluminados sobre fondo negro. Los bloques podían tener cualquier forma, siempre que todas sus superficies fueran planas y todos sus bordes rectos. Este modelo funcionó razonablemente bien permitiendo que trabajos como los de Waltz (1975) y Mackworth (1973) permitieran resolver la interpretación de dibujos lineales calculados a partir de imágenes de prismas sólidos. Por supuesto que la simplificación impuesta en el modelo se había hecho con la esperanza de que un conocimiento profundo del problema en un mundo simplificado permitiera más tarde extrapolar dichos conocimientos a mundos más complejos. Pero desafortunadamente esto no ocurrió así y hubo que estudiar un nuevo enfoque.[ CITATION Uni13 \l 2058 ].

Open CV OpenCV (Open Source Computer Vision) es una librería software open-source de visión artificial y machine learning. OpenCV provee una infraestructura para aplicaciones de visión artificial. OpenCV tiene una licencia BSD, lo que permite utilizar y modificar el código, tiene una comunidad de más de 47000 personas y más de 7 millones de descargadas. Es una librería muy usada a nivel comercial, desde Google, Yahoo, Microsoft, Intel, IBM, Sony, Honda, Toyota, Applied Minds, VideoSurf, Zeitera… La librería tiene más de 2500 algoritmos, que incluye algoritmos de machine learning y de visión artificial para usar. Estos algoritmos permiten identificar objetos, caras, clasificar acciones humanas en vídeo, hacer tracking de movimientos de objetos, extraer modelos 3D, encontrar imágenes similares, eliminar ojos rojos, seguir el movimiento de los ojos, reconocer escenarios, … Se usa en aplicaciones como la detección de intrusos en vídeos, monitorización de equipamientos, ayuda a navegación de robots, inspeccionar etiquetas en productos OpenCV está escrito en C++, tiene interfaces en C++, C, Python, Java y MATLAB interfaces y funciona en Windows, Linux, Android y Mac OS. O.[ CITATION Lui13 \l 2058 ] Aplicación práctica de la visión artificial en el control de procesos industriales La visión artificial está cada día más implantada en el control de procesos industriales y control de calidad, por lo que es fundamental introducir esta tecnología en los contenidos de los ciclos formativos industriales. Dado que a día de hoy pocos institutos disponen de equipos y de personas formadas en el tema es necesario la formación del profesorado y generar documentación y equipos didácticos, para:  Adecuación de la FP a las nuevas tendencias de la industria

o Por color o Por área

• Lectura de Códigos Impresos  Tipo o Números o Caracteres o Logotipo
• Presencia / ausencia de componentes
• Verificación del producto acabado
• Contaje de elementos Gracias a la simplificación y estandarización del uso de la visión artificial, las pequeñas empresas podrán crear un producto con un mayor valor añadido. Es por ello que se abre la posibilidad de trabajar conjuntamente en el desarrollo de algunos de estos proyectos de forma que se dé respuesta a las necesidades de los distintos actores:  Centros FP: o Formación y adquisición de conocimientos tecnológicos. o Adquisición de nuevos equipos. o Transferencia tecnológica entre centros de FP o Mejora en la colaboración centros FP- empresas.  Industrias del entorno: o Necesidad de desarrollo de proyectos de control por visión artificial. o Formación de sus trabajadores. Posible contratación de nuevos trabajadores (alumnos) con conocimientos de visión artificial. o Aumentar la competitividad e internacionalización. o o Mejora en la colaboración centros FP empresas.  Empresas sector automatización y visión artificial: o

o Introducirse o aumentar cuota de mercado local. o Posible contratación de nuevos trabajadores (alumnos) con conocimientos de visión artificial. o Mejora en la colaboración centros FP- empresas. Cabe señalar que ya existen algunos proyectos al respeto que pueden servir de punto de partida, tales como:

• Contaje de cartas por visión artificial, desarrollado por el IES San Juan- Donibane de Pamplona y las empresas Fluitecnik i Heraclio Fournier.
• Aplicaciones de la visión artificial en la industria, desarrollado des del centro tecnológico Tknika, en el que se promueve que la tecnología de la visión artificial, cada vez más extendida en el tejido empresarial, se convierta en una herramienta formativa para los centros de FP. En concreto el proyecto Aplicaciones de técnicas de verificación y control final de Tknika se trabajó entre otros en tecnologías de visión artificial. El IEFPS M.A ltuna participó en el grupo de trabajo de dicho proyecto y aportará y transferirá los conocimientos y experiencia adquiridos en aquel proyecto a este. http://www.tknika.net/liferay/web/guest/aplicaciones-de-tecnicas-de- verificacion-y-control-final TKNIKA ha mostrado su disposición para ceder los resultados de dicho proyecto y transferirlos a centros participantes de este proyecto si así se considera. (En el punto 15 se incluye la aprobación del director de Tknika para dicha transferencia).
• LAZPIUR fabrica entre otros productos maquinaria especial para control unitario de elementos de fijación usando la visión combinado con ultrasonidos y corrientes de Eddy. Esta tecnología está siendo extendida a las empresas de forja en frío, de gran presencia en la comarca del Alto Deba Como socio participante del proyecto asesorará a los participantes basándose en su experiencia y know how.
• OMRON electronics Iberia, empresa de referencia en varios sectores, entre ellos el eléctrico. El área de Automatización Industrial cuenta con una amplia experiencia en productos, sistemas y aplicaciones para la automatización de máquinas aisladas y fábricas completas, entre ellos los sistemas de visión. Como socio participante del

Visión artificial para reconocimiento de objetos Vex robotics Introducción: El proyecto tiene como propósito el estudio del reconocimiento de objetos por medio de visión artificial. En concreto, la investigación que se presenta tiene como finalidad establecer una propuesta instructiva para futuras generaciones de estudiantes de ingeniería; preparándolos para la práctica profesional de tal manera que el alumno se encuentre capacitado con la información y conocimientos necesarios para cumplir cualquier reto que se les presente en el campo laboral. Además, en el entorno escolar ésta investigación, puede ayudar en la realización de los proyectos académicos, aclarando dudas y otorgando diversos conocimientos referentes al tema en específico, en especial la visión artificial, una rama derivada de inteligencia artificial que puede ser útil para realizar aportes a la humanidad dependiendo al uso en que se aplique. Por lo tanto, una buena investigación puede ser muy influyente en la formación Académica de futuras generaciones ya que los jóvenes tendrán una base para sus proyectos cuando requieran el uso de nuevas tecnologías. Uno de los principales objetivos de la Educación superior es capacitar a los jóvenes, para que estos puedan desarrollar habilidades para la resolución de problemas y que cuenten con capacidades de innovación y ser más competentes en el entorno laboral. Específicamente el procesamiento de imágenes y visión artificial es un tema complejo el entorno académico, ya que requiere de horas de estudio y dedicación. De este modo el desarrollo de esta tesina cuenta con horas de esfuerzo y dedicación; en donde se realizó algoritmos de programación para el procesamiento de imagen en un ambiente perturbado. Un ambiente perturbado es aquél en el que los cambios de luz en el entorno son variables de acuerdo a cualquier tipo de situación, ante lo cual es necesario contar

con una cámara de alta resolución que sea capaz de adaptar su enfoque de manera automática y los cambios de luz no sean un problema que infiera en los resultados. El objetivo principal de este proyecto es llevar acabo el reconocimiento de objetos para implementarlo en los robots que presenta la universidad tecnológica del centro de Veracruz (UTCV) en las competencias de Vex Robotics, para darle un mejor desempeño y ser candidatos a mejores posiciones en las competencias. Objetivo general:  Desarrollar un sistema de reconocimiento de objetos con la capacidad de identificar de los obstáculos de la compañía Vex, según color o forma del mismo, mediante el uso de la tarjeta Raspberry pi 3 con procesamiento de imagen en tiempo real. Objetivos específicos:  Investigar el uso de la tarjeta de desarrollo Raspberry pi 3 modelo b.  Investigar una cámara de alta resolución que sea capaz de enfocar su entorno.  Investigar librerías de procesamiento de imagen.  Implementar la cámara en robot.  Enlazar la tarjeta Raspberry pi 3 con el Cortex microcontroller.  Programar el robot para el reconocimiento objetos.  Desarrollar autonomías más acertadas. Resultados y conclusiones El robot logro su objetivo el cual consiste en reconocer objetos y poder moverse con respecto a la ubicación del mismo. El único detalle que presenta es un retardo en la lectura de datos en el Cortex Microcontroller dependiendo la cantidad de información que este procesando, con respecto a la señal que envía la tarjeta Raspberry PI 3 el Cortex presenta un retardo en la interpretación de esta, a continuación, se presenta una tabla de tiempos aproximados según la posición del objeto.[ CITATION Rub \l 2058 ]

La empresa Danone de México al contar con robots de servicio MIR. estos han presentado inconvenientes a la hora de hacer sus recorridos programados. Estos robots solo cuentan con sensores en la parte inferior, al no contar con algún sensor o cámara que identifique objetos o personas al frente de este, se han estado colisionando contra las bandas transportadoras y objetos que están a su paso, que no pueden ser detectados por sus sensores inferiores, Sino que también ha entrado en zonas acordonadas, rompiendo cintas de seguridad y estampándose contra pizarrones, etc. En la siguiente tabla se hizo el análisis de cuantas veces el Robot MIR, se ha colisionado. Se pretende anexar una tabla para que se pueda observar la frecuencia con la que se colisiona contra objetos los robots MIR Hasta el momento no se ha implementado ningún sensor o sistema que sea capaz de prevenir estos acontecimientos, que representan una inseguridad para los trabajadores de las líneas de producción, así como también al cuidado de sí mismo y las estructuras alrededor de su trayecto. El problema principal que representa es la seguridad de los trabajadores en turno y la de los robots, ya que una sola unidad MIR si llegara a descomponer o destruir cuesta 30600.00 Euros (EUR) lo que haría una gran pérdida de dinero para la empresa en adquirirlo o en el caso de descomponerse, de repararlo. Hasta ahora la inseguridad que representa estos robots en su manera autónoma no ha pasado a descomponer material gravemente o lesionar personas, pues estos robots al no contar con esta medida de seguridad, es vigilado por un encargado el cual al momento de haber una colisión lo detiene, pero aun así sigue dañándose así mismo.

1.3 Objetivos

Objetivo General

El objetivo principal en el desarrollo de este proyecto es llevar acabo el reconocimiento y análisis de objetos u obstáculos por medio de técnicas de visión artificial para poner en practica mediante una simulación a los carros de servicio MIR con lo que cuenta la empresa Danone de México, para así mejorar la confianza y seguridad de estos robots, salvaguardando la integridad física de los operadores de las líneas de producción, el MIR y el material industrial.

Objetivos Específicos

 Investigar la visión artificial en una Raspberry Pi 3.  Investigar las librerías necesarias para visión artificial.  Realizar una programación que envié una señal al controlador del MIR para que este pare cuando detecte algún objeto o persona, con base en las investigaciones a la visión artificial.  Simular el funcionamiento.  Presentar la propuesta a la empresa.

1.4 Hipótesis

Se tiene la hipótesis de que, por medio de la visión artificial, junto con la tarjeta raspberry pi 3 y el desarrollo de un código de alto nivel que sea capaz de reconocer objetos y personas, por medio de una cámara de alta resolución y que el conjunto de estos implementado a los robots MIR con lo que cuenta Danone de México. Se puedan prevenir las colisiones de los robots y con esto también aumentar la seguridad de las personas y el material industrial como son bandas transportadoras. Se pretende también que con este proyecto que el robot se proteja así mismo en su parte superior ya que con la cámara podrá detectar y visualizar si algún objeto o persona se encuentra cercana de él, evaluando la situación, si detenerse o evadir el obstáculo, todo por medio de una raspberry pi 3 y la visión artificial.