Implementación de un sensor con visión artificial como retro-alimentación en un sistema barra y bola que permite el aprendizaje de las leyes de control

Abstract

En el estudio de temas y asignaturas en relación a la ingeniería electrónica y sus ramas de desarrollo profesional, es necesario llevar la teoría al campo práctico. En el ámbito de la academia, es necesario desarrollar las ciencias de estudio en el laboratorio. En la teoría del control automático, todas sus leyes se comprueban en el desarrollo de laboratorios prácticos, que en general, incluyen el moldeamiento de un sistema de primer orden u orden superior, como un motor o un horno para posteriormente calcular teóricamente controladores que permiten examinar las variables de salida, ya sea velocidad y posición o temperatura respectivamente. La Escuela Colombiana de Ingeniería, en sus laboratorios de ingeniería electrónica cuenta con dos plantas didácticas marca Quanser, que son utilizadas para el desarrollo de prácticas en el área de control; una de ellas un modelo Barra y Bola que consiste en dirigir la posición de una bola, que se desplaza por una barra siguiendo una señal de referencia. Estos modelos didácticos permiten aplicar los conocimientos adquiridos, para un completo desarrollo del aprendizaje de las leyes de control, y es un modelo particularmente especial para el estudio de sistemas dada su naturaleza no lineal. Por otra parte, existe una rama de la ingeniería electrónica conocida como “La visión artificial”; visión de maquina o visión por computador, que permite entre otras muchas cosas, hacer mediciones como lo hace el sistema de visión del ser humano. Para el estudio de esta rama de la ingeniería también es necesario realizar prácticas de laboratorio una vez se comprendan todas las teorías y conceptos. Dichas prácticas pueden limitarse a la aplicación de algoritmos que permitan extraer las características deseadas de una imagen, como la silueta humana, los gestos de una mano humana o aplicaciones industriales como determinar el tamaño de una pieza en una banda transportadora, o el grado de suciedad en una botella de una línea de envase de gaseosas, cervezas o licores. Este trabajo une las dos ramas de la ingeniería electrónica mencionadas anteriormente, el control y la visión de máquina en una herramienta didáctica, modificando un sistema existente para motivar su uso en el desarrollo de prácticas de laboratorio.

Particularmente se generan alternativas de medición de variables físicas de un sistema de control creando un sensor de visión artificial, en este caso particular, es una herramienta para determinar una posición. A continuación, se describe el desarrollo de la idea central de cambiar la forma de determinar la posición de la bola en el sistema barra y bola mediante visión artificial y acoplar este procedimiento a un sistema de control ya existente en los laboratorios. El documento describe la motivación inicial para el desarrollo del proyecto, enfatizando las diferentes problemáticas del sensor y su incorporación a la plataforma existente. Se presenta un marco teórico de la forma más sencilla para junto con el registro de la metodología implementada este trabajo sea replicable; finalmente se presentan los resultados y las correspondientes conclusiones.

In the study of subjects and subjects in relation to the electronic engineering and its branches of professional development, it is necessary to take the theory to the practical field. In the field of academia, it is necessary to develop the study sciences in the laboratory. In the theory of automatic control, all its laws are checked in the development of practical laboratories, which generally include the molding of a system of first order or higher order, such as an engine or an oven to later theoretically calculate controllers that allow examination The output variables, either speed and position or temperature respectively. The Colombian School of Engineering, in its laboratories of electronic engineering has two didactic plants Quanser brand, that are used for the development of practices in the area of ​​control; One of them a model Bar and Ball that consists in directing the position of a ball, that moves by a bar following a reference signal. These didactic models allow to apply the acquired knowledge, for a complete development of the learning of the laws of control, and is a particularly special model for the study of systems given its nonlinear nature. On the other hand, there is a branch of electronic engineering known as "The artificial vision"; Machine vision or computer vision, which allows, among many other things, to make measurements as does the human vision system. For the study of this branch of engineering it is also necessary to perform laboratory practices once all theories and concepts are understood. Such practices may be limited to the application of algorithms that allow the extraction of the desired characteristics of an image, such as the human silhouette, the gestures of a human hand or industrial applications, such as determining the size of a piece on a conveyor belt, or the degree of dirt In a bottle of a line of soda, beer or liquor. This work unites the two branches of electronic engineering mentioned above, control and machine vision in a didactic tool, modifying an existing system to motivate its use in the development of laboratory practices.