Propuesta DE Proyecto Inteligencia Artificial PDF

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Propuesta de proyecto de Inteligencia Aritifical utilizando el algoritmo de Bases Radiales....

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UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR Facultad De Ingeniería Y Tecnológicas Programa de Ingeniería De Sistemas INTELIGENCIA ARTIFICIAL PROPUESTA DE PROYECTO DISEÑO DE UN CARRO ARDUINO QUE EVITE OBSCAULOS UTILIZANDO ALGORITMOS DE INTELIGENCIA ARTIFICIAL

ESTUDIANTES LUIS EDUARDO VILLARREAL TOBÍO

DOCENTE TONNY ENRIQUE JIMENEZ MARQUEZ

UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR FACULTAD DE INGENIERÍAS Y TECNOLOGÍAS INGENIERÍA DE SISTEMAS VALLEDUPAR – CESAR

UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR Facultad De Ingeniería Y Tecnológicas Programa de Ingeniería De Sistemas INTELIGENCIA ARTIFICIAL 2019-1 TABL ABLA A DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN.........................................................................................................4 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.....................................................................5 2.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA...........................................................................5 3. ANTECEDENTES....................................................................................................6 3.1 ESTADO DEL ARTE.............................................................................................7 4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.........................................................................9 5. JUSTIFICACIÓN.......................................................................................................11 6. OBJETIVOS..............................................................................................................12 6.1

OBJETIVO GENERAL....................................................................................12

6.2 OBJETIVO ESPECIFICOS.....................................................................................12 7. METODOLOGÍA........................................................................................................12 7.1 METODOLOGÍA DEL CONDUCTISMO (BEHAVIORISM)....................................13 7.1.1 LÓGICA DIFUSA.............................................................................................14 7.1.2 CONTROL DE UN ROBOT..............................................................................14 7.2.3 CONTROL INTELIGENTE...............................................................................15 BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................17

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TABLA DE CONTENIDOS DE IMÁGENES

Imagen 1: Materiales a utilizar..............................................................................................................10 Imagen 2: Montaje del Carro.................................................................................................................10 Imagen 3: Metodología de la Inteligencia Artificial.............................................................................13

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1. INTRODUCCIÓN

Recientemente se ha visto incrementada la inclusión de la palabra Smart o inteligente en todo tipo de dispositivos para indicar que ahora están dotados de “inteligencia”. Muchas de las empresas desarrollan sus propios productos, a veces imitando a otro existente en el mercado y otras veces proponiendo algo novedoso como: Relojes, ciudades, casas, coches e incluso electrodomésticos, todos incluyen ya este término de inteligencia, y no sólo las empresas están fabricando sus productos, sino que cada vez es más frecuente que gente en sus hogares fabriquen sus propias máquinas. [ CITATION Med16 \l 9226 ]. Con el desarrollo de estas tecnologías se centra en gran parte a los avances que ha tenido el Hardware y sus avances desde hace muchos años, cada vez hay un sin número de dispositivos de bajo coste, menor tamaño e incluso muy potentes con el incremento potencial en el mercado. En el mercado se encuentran muchos dispositivos electrónicos que nos servirán de base para el desarrollo de un proyecto de inteligencia como lo son: Arduino, Raspberry Pi, UDOO, Banana Pi, BeagleBone, ODroid, etc., que nos permiten montar un proyecto con todas las características necesarias con un bajo coste. Grandes marcas de coches se encuentran desde hace unos años desarrollando sus propias marcas de vehículos dotados con la capacidad de conducir ellos mismos, interactuando con todo tipo de objetos (semáforos, otros coches, señales, personas (peatones), etc.). Compañías como Google, Toyota o Tesla están ahora probando sus nuevos modelos y cada vez es más frecuente la aparición de noticias sobre ellos. Concretamente es en este sector, el automovilístico, donde se va a centrar este proyecto, ya que fabricar un prototipo y programarlo como se va a mostrar más adelante, es perfectamente factible.

UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR Facultad De Ingeniería Y Tecnológicas Programa de Ingeniería De Sistemas INTELIGENCIA ARTIFICIAL Con el desarrollo de este prototipo de carro se va a r econocerelent or noenelquesev aa mov eryl osposi bl esobst ácul osquev aaesqui v arpar anoest r el l ar se.Last écni casquese i mpl ement ar an en es t e pr oy ect ot ant o de Har dwar e,Sof t war e y al gor i t mos de r edes neur onal esar t i fi ci al es( RNA)dependen delt i po de v ehí cul oycondi ci onesen l asque se muev a.Enest epr oy ect opar asui mpl ement aci ónsev aaserusodel ast ecnol ogí ascomo: cámar as ,Sens orKi t ,Puent eH,Ar dui no,dondeseapl i quent écni casdei nt el i genci aar t i fi ci al .

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En este proyecto se va a implementar un carro que permita evadir obstáculos a partir de un sensor en Arduino, el cual les enviara una señal a través de los puentes H para que carro se mueva en direcciones proporcionales (izquierda, derecha, arriba, abajo) y evite el obstáculo y continúe con su dirección y recorrido.

2.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Entre los principales inconvenientes que se tienen en nuestra sociedad para abordar el tema de la robótica tenemos una carencia de conocimientos en el área, ya que la robótica combina diferentes disciplinas tales como: mecánica, electrónica, física, química, matemáticas, informática, inteligencia artificial y sistemas de control. Algo que va muy de la mano con las limitaciones en el conocimiento, es la carencia o poca existencia de componentes electrónicos básicos para construir robots que se puede apreciar en las tiendas de componentes electrónicos. Por último, también hay que considerar los costos, que dependiendo del tipo de robots a veces pueden ser poco accesibles para personas que aun estudian y no tienen ingresos económicos estables. [ CITATION LAL14 \l 9226 ].

UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR Facultad De Ingeniería Y Tecnológicas Programa de Ingeniería De Sistemas INTELIGENCIA ARTIFICIAL Con la programación en Arduino se podrá llevar a cabo este trabajo final de aula, como se puede observar en la sección del estado del arte podemos mirar los proyectos similares que nos servirán de apoyo para el desarrollo de la investigación. Una característica muy importante es la construcción del prototipo del carro con Arduino que nos permita simular los movimientos que va a realizar el carro, lo que conlleva considerables ventajas en la implantación de este proyecto para desarrollar un primer prototipo y las fases de pruebas. Por lo anteriormente mencionado, el objetivo de este proyecto es la creación de un carro inteligente que sea capaz de aprender a conducir imitando a un conductor humano. Por eso, el prototipo necesita: Arduino, sensor Kit, Puente H.

3. ANTECEDENTES El diseño y la implementación de los carros móviles, han venido creciendo a medida que las aplicaciones se encuentran cada vez más en la sociedad y principalmente en la industria; en donde las tareas más complicadas y de alto riesgo para el hombre están siendo realizadas por robots móviles capaces de tomar decisiones y actuar según esta. En Colombia el desarrollo de la robótica se ha basado en el diseño y la implementación de robots en función del medio, es decir tipo terrestres como vehículos seguidores de líneas de colores, con detección de obstáculos, detección de colores, robots con patas, manipuladores industriales, de tipo aéreo, acuático e híbrido y en función del control del movimiento como son los robots autónomos, teleoperados y poliarticulados de uso industrial básicamente. Los diferentes diseños e implementaciones que se han venido desarrollándose son usados hoy en día para realizar tareas sucias, peligrosas difíciles o repetitivas para el hombre, en limpieza de residuos tóxicos, minería búsqueda y rescate de personas, localización de minas terrestres; como también desarrollos en el campo de la medicina, robots controlados por computadoras capaces de realizar cirugías teleoperadas y realizadas por brazos robóticos.

UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR Facultad De Ingeniería Y Tecnológicas Programa de Ingeniería De Sistemas INTELIGENCIA ARTIFICIAL En particular, robots articulados (similares en capacidad de movimiento a un brazo humano) son los más usados comúnmente. Las aplicaciones incluyen soldado, pintado y carga de maquinaria. La Industria automotriz ha tomado gran ventaja de esta tecnología donde los robots han sido programados para reemplazar el trabajo de los humanos en muchas tareas repetitivas. [ CITATION Agu06 \l 9226 ]. 3.1 ESTADO DEL ARTE Desarrollo e implementación de prototipos de robots móviles para la navegación autónoma utilizando técnicas de Inteligencia Artificial (2013). Se propone el diseño y construcción de prototipos robóticos que incluyan dispositivos de tracción, dirección, telemetría y sistemas embebidos que permitan la investigación de varias técnicas de inteligencia artificial (IA) para la navegación autónoma de robots móviles. Los prototipos deberán poseer diversos sistemas sensoriales de entorno: sonares, infrarrojo y sistemas de visión artificial. Las técnicas de IA utilizadas serán lógica difusa y sistemas expertos y se trabajará en los problemas clásicos de la robótica: evasión de obstáculos y seguimiento de entornos. Palabras clave: Navegación de Robot, Inteligencia Artificial, Simulador de Entorno. [ CITATION IES \l 9226 ].

Robot Móvil de Tracción Diferencial con Plataforma de Control Modular para Investigación y Desarrollo Ágil de Proyectos (2012) En este trabajo se presenta un auto con tracción diferencial diseñado con una plataforma de control modular para ser utilizado en diferentes proyectos que involucren disciplinas como

UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR Facultad De Ingeniería Y Tecnológicas Programa de Ingeniería De Sistemas INTELIGENCIA ARTIFICIAL inteligencia artificial, control y robótica. El control del robot es realizado con una plataforma Arduino el cual está diseñado para soportar diferentes módulos como, por ejemplo, el control de motores, comunicación inalámbrica, Ethernet y muchos más. Como caso de estudio, se presenta el sistema con un módulo equipado con una antena XBee para el control inalámbrico del robot. Como sistema de visión, se ha montado un iPod para la transmisión inalámbrica de video por medio de la aplicación FaceTime. Una interface gráfica con diferentes opciones para el control manual, así como para la realización de trayectorias predefinidas es presentada. La calidad con que las trayectorias son realizadas en relación a las trayectorias ideales es puesta a prueba. [ CITATION Pér \l 9226 ].

Navegación de robot móvil usando Kinect, OpenCV y Arduino Mobile (2012) Este artículo presenta los resultados de investigación de la visión artificial que sirve de apoyo a la navegación por medio de imágenes de profundidad y el reconocimiento de objetos por sus canales primarios. El dispositivo utilizado para la captura de la imagen RGB y la imagen de profundidad es el sensor Kinect de Microsoft, este consta de una cámara RGB y un emisor de infrarrojos que proyecta un patrón irregular de haces con una intensidad variable. El sensor de profundidad reconstruye una imagen a partir de la distorsión del patrón, el siguiente paso es buscar todos los puntos rojos de la escena, contarlos, calcular el centroide, diámetro, posición y distancia al Kinect. Por último, procesar estos resultados, tomar la decisión de movimiento para ser enviada al Arduino, el cual controla los motores. Los resultados obtenidos en la investigación indican que las imágenes de profundidad capturadas por el Kinect requieren de escenarios con iluminación controlada; este aspecto es compensado con la creación del algoritmo de navegación con procesamiento digital de imágenes. [ CITATION Día12 \l 9226 ].

4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR Facultad De Ingeniería Y Tecnológicas Programa de Ingeniería De Sistemas INTELIGENCIA ARTIFICIAL Con la implementación de este proyecto se desea desarrollar un carro que sea controlado mediante el uso de diferentes dispositivos electrónicos, tales como sensor kit, Arduino, puente H. El objetivo principal del carro es evadir obstáculos que se encuentren enfrente de su trayectoria de movimiento. Para ello, se utilizará un sensor donde se obtendrá lecturas, no solo de la trayectoria de movimiento, sino que también de otros ángulos para tener opciones para decidir el cambio de la trayectoria para evadir el obstáculo. La solución a la problemática planteada se mencionó anteriormente donde se puede dividir en hardware” y en “software”, cada una de estas soluciones se menciona en este proyecto, pero antes se menciona una descripción general del proceso como se hizo anteriormente y se da una solución y construcción del carro. En la imagen 1, se puede observar los materiales que se van a utilizar para la construcción del carro: Imagen 1: Materiales a utilizar.

Fuente: (http://cort.as/-KKeC).

UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR Facultad De Ingeniería Y Tecnológicas Programa de Ingeniería De Sistemas INTELIGENCIA ARTIFICIAL En la imagen 2, podemos observar el montaje del carro que se va a presentar como proyecto final de aula de la asignatura Inteligencia Artificial: Imagen 2: Montaje del Carro.

Fuente: (http://cort.as/-KKeC).

5. JUSTIFICACIÓN

Para el desarrollo del prototipo del carro, se decidió crear esta idea con el fin de mostrar el trabajo de fin de aula de la asignatura Inteligencia Artificial. Una vez planteado el proyecto, se elige crear un prototipo del carro utilizando Arduino y algoritmos de inteligencia artificial. Para la implementación de este proyecto se escogió utilizar la programación en Arduino enviándole señales a los sensores y puentes H para que carro se mueva en direcciones proporcionales (izquierda, derecha, arriba, abajo). Este es un proyecto complejo que puede ser construido fácilmente usando redes neuronales artificiales. Con el desarrollo de este proyecto se va a programar en Arduino que leerá los datos y enviará la información a través del transmisor de los sensores conectado a los Arduino.

UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR Facultad De Ingeniería Y Tecnológicas Programa de Ingeniería De Sistemas INTELIGENCIA ARTIFICIAL El Arduino en el carro será captar la señal a través de un receptor. Por lo tanto, Utilizaremos un puente H en la parte delantera del coche que moverá al sensor de distancia de izquierda a derecha, a modo de radar, para detectar obstáculos. pondremos las ruedas y las placas Arduino encima del chasis. Finalmente, se programará la red neuronal artificial, es decir, sólo hará multiplicaciones y sumas de los pesos para obtener salidas. Realizará el camino Y las salidas controlarán directamente los motores. Habrá código adicional para darle ciclos de tiempo a las ruedas a moverse y dar más o menos potencia a los motores al cambiar de dirección. Son relativamente pocas líneas de código y logramos que la red neuronal conduzca el coche.

6. OBJETIVOS

6.1 OBJETIVO GENERAL Desarrollar un prototipo de un carro Arduino con inteligencia artificial que evite obstáculos utilizando algoritmos de inteligencia artificial.

6.2 OBJETIVO ESPECIFICOS



Analizar la construcción de carro Arduino utilizando las redes neuronales artificiales.



Diseñar y construir el conjunto de eventos que se darán en el desarrollo del carro.



Desarrollar el algoritmo que permita al carro aprender a evadir los obstáculos.

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Implementar de un software para un controlador que controle los posibles movimientos del vehículo.

7. METODOLOGÍA

La mayoría de investigadores que trabajan en temas de IA han definido diferentes metodologías y teorías fundamentales. A partir de estas se define una metodología teniendo en cuenta el trabajo realizado por Li, D. y Du, Y., el cual se subdivide en: Simbolismo, Conexionismo y Conductismo. El Simbolismo está basado en la hipótesis de un sistema de símbolo físico, es decir, un sistema de operadores simbólicos y una teoría de racionalidad limitada. El Conexionismo concierne a los sistemas de Redes Neuronales Artificiales (ANN) y Computación Evolutiva. Y por último el Conductismo, que se enfatiza en particular, en las relaciones entre la percepción y la acción. Como se ve en la figura 3, las MIA se subdividen en tres metodologías, a su vez cada subdivisión está conformada por varios modelos. Podemos ver en la imagen 3, los modelos más trabajados en la inteligencia artificial. [ CITATION Vic \l 9226 ].

UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR Facultad De Ingeniería Y Tecnológicas Programa de Ingeniería De Sistemas INTELIGENCIA ARTIFICIAL Imagen 3: Metodología de la Inteligencia Artificial.

Fuente: (http://cort.as/-KLF2).

7.1 METODOLOGÍA DEL CONDUCTISMO (BEHAVIORISM) Esta es una de las más usadas por la investigación en la I.A. Los conductistas creen que la inteligencia depende del comportamiento y la percepción, proponiendo un modelo “comportamiento-percepción”

de

comportamiento

intelectual,

usualmente

llamado

conductismo. (Li, Z., y Tu, Y., 2003). El temprano enfoque del conductismo se basa en funciones y comportamientos intelectuales humanos en el proceso del control tales como auto - optimización, auto - adaptación, auto - ajustador, auto - calma, auto - organización y autoaprendizaje, y en el desarrollo también llamado "animats". 7.1.1 LÓGICA DIFUSA

La Lógica Difusa se adapta mejor al mundo real en el que vivimos, e incluso puede comprender y funcionar con nuestras expresiones, del tipo "hace mucho calor", "no es muy alto", "el ritmo del corazón está un poco acelerado", etc. La clave de esta adaptación al lenguaje, se basa en comprender los cuantificadores de nuestro lenguaje (en los ejemplos de

UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR Facultad De Ingeniería Y Tecnológicas Programa de Ingeniería De Sistemas INTELIGENCIA ARTIFICIAL arriba "mucho", "muy" y "un poco") En la teoría de conjuntos difusos se definen también las operaciones de unión, intersección, diferencia, negación o complemento, y otras operaciones sobre conjuntos (ver también subconjunto difuso), en los que se basa esta lógica. Para cada conjunto difuso, existe asociada una función de pertenencia para sus elementos, que indican en qué medida el elemento forma parte de ese conjunto difuso. Las formas de las funciones de pertenencia más típicas son la trapezoidal, lineal y curva.

7.1.2 CONTROL DE UN ROBOT

La teoría de control es una rama importante de la investigación en la robótica. Los problemas tratados son los sistemas sensoriales, movimientos óptimos de brazos, y planificación de métodos para la implementación de secuencia en la ejecución de un robot, del cual el control es una parte importante para estas investigaciones. Analógicamente a la sicología “la estimulación” hace a un ...