Prof. Anibal Johannes Sánchez Jurado
Robots móviles
¿Por qué los robots necesitan moverse?
¿Qué define a un robot?
• Sentir – un robot tiene que recoger información sobre su entorno
• Planificar – un robot tiene que utilizar dicha información para tomar decisiones
• Actuar – un robot necesita componentes móviles para ejecutar acciones
¿Qué tipos de movimientos tiene un Robot?
• Girar• Transportar• Caminar• Nadar• Volar• Alcanzar• Curvar• Golpear• Rodar
Robot serpiente
Movimiento manipulativo
• Robots que utilizan un brazo, una cinta u otros medios para agarrar y maniobrar objetos
Desplazamiento móvil• Robots que pueden
desplazarse de un lugar a otro
¿Por qué ir de un sitio a otro?
• Transportar productos y materiales• Llevar mensajes• Llegar más rápido• Hacer una tarea mientras tú llega o cuando llegas• Recoger información sobre lo que hay en el lugar• Alejarse de algo
¿La mayoría de los robotsse desplazan rodando?
• Caminar es difícil – requiere equilibrio
• Nadar sólo funciona en el agua
• Volar requiere mucha velocidad y energía
• Las ruedas y las cintas facilitan el movimiento sobre el suelo
Proporcionan estabilidad con múltiples puntos que tocan el suelo
¿Cómo funcionan los robots rodantes?
• Sensores
• Motores
• Ruedas
• ¡Programación!
TIPOS DE ROBOTS MÓVILES
Tipos de Robots MóvilesTerrestres
Robots de ruedas
Robots de patas
Robots con orugas
Tipos de Robots MóvilesRobot articulado: • Ventajas:• Relativamente simple de
controlar programar
• Desventajas:• Restricciones en la
trayectoria y en los giros.
Tipos de Robots MóvilesMarinos• Profundidad controlada por
flotabilidad.• Impulso por desplazamiento de agua.• Emplean varios propulsores.
• Desafíos: • La visión se torna complicada en
distancias largas.• Material suspendido en el agua dificulta la
visión.• Es imposible realizar estimaciones
odométricas adecuadas.
Tipos de Robots MóvilesAéreos• Emplean GPS.• Los vehículos de ala fija son
económicos, pero poco maniobrables.• Los vehículos de tipo helicóptero son
los más explorados (pero difíciles de controlar).
• Los vehículos aerostáticos tipo zeppelin llamados aerobots, presentan muchas ventajas.
Tipos de Robots MóvilesEspaciales• Requieren fuerte autonomía debido a
los retardos en la comunicación. • Trayectoria es modificada mediante el
empleo de dispositivos impulsores.• Energía es la principal limitación, masa
de reacción.• Es complicado mantener una
orientación si existen cuerpos móviles en el interior.
ROBOTS CON RUEDAS
Robots de Ruedas• Son los más utilizados, buena
capacidad de “carga”• Basados en el principio de fricción.• Más sencillos de controlar
(estabilidad)• Más simples y fáciles de construir• La odometría es la estimación del
desplazamiento en función de la medida de la rotación de las ruedas.
Desplazamiento neto
Opt. Encoder
r
Robots de Ruedas• Limitados a terrenos planos• Tienen problemas si las diferencias en
el terreno son mayores al radio de las ruedas (una alternativa son ruedas “grandes”)
• Es muy difícil estimar el desplazamiento real con precisión.
• Hay que considerar aceleraciones, cargas, parámetros del terreno, etc.
• Puede mejorarse al emplear una rueda pasiva de medida.
Ruedas• Se mueven por el contacto superficial (o
fricción) con la superficie)• La superficie de la rueda se desplaza 2πr por
vuelta.• La superficie de la rueda se desplaza Θr por
vueltaEje X
Eje Y
Θ
Centro de curvatura instantánea
• El centro de curvatura instantánea (ICC) o centro rotación instantáneo (ICR) es el punto de cruce de todos los ejes de las ruedas.
• Para una trayectoria recta, el CCI está en el infinito.• Para que exista rotación las velocidades de las ruedas deben
ser consecuentes con la rotación rígida del robot.
Centro de curvatura instantánea
CCI Centro Instantáneo de Curvatura o rotación ICC, ICR
CONFIGURACIONES DE ROBOTS CON RUEDAS
Principales arreglos de ruedas
• Diferencial
• Síncrono
• Tipo triciclo
• Tipo carro
Diferencial• Uno de los esquemas más sencillos
• Consiste de dos ruedas en un eje común, donde cada rueda se controla independientemente
• Movimientos:– En forma recta– En arco– Vuelta sobre su propio eje
• Utiliza una o dos ruedas adicionales (caster o rueda loca) para mantener el balance
Diferencial
Diferencial• 3 ruedas: triangulo
– Problema de estabilidad
• 4 ruedas: diamante– Pérdida de contacto de las ruedas de tracción (requiere
sistema de suspensión)
• Movimiento recto:– Requiere asegurarse de que las ruedas vayan a la misma
velocidad (control dinámico con retroalimentación – encoders)
Síncrono• Todas las ruedas (usualmente 3) se mueven en forma síncrona
para dar vuelta y avanzar
• Las 3 ruedas están ligadas de forma que siempre apuntan en la misma dirección
• Para dar vuelta giran las ruedas sobre el eje vertical, por lo que la dirección del chasis se mantiene – se requiere de un mecanismo adicional para mantener el frente del chasis en la dirección de las ruedas (torreta)
• Se evitan los problemas de inestabilidad y de pérdida de contacto del diferencial
• Mayor complejidad mecánica
Síncrono
Triciclo• Dos ruedas fijas que le dan tracción• Una rueda para dirección que normalmente no
tiene tracción• Buena estabilidad y simplicidad mecánica• Facilidad para ir recto• Cinemática más compleja (más adelante)
Carro• Similar al triciclo• Dos ruedas de tracción y dos ruedas para
dirección• Mayor complejidad mecánica que el triciclo por
acoplamiento entre las 2 ruedas de dirección• Buena estabilidad y facilidad de ir derecho• Complejidad cinemática
Restricciones cinemáticasRobots holonónicos.• Se pueden construir robots holonómicos pero tienen un
elevado costo por la complejidad mecánica.
Robots no holonómicos.• Su sencillez mecánica los convierte en la mejor opción la
mayoría de las veces. Se pueden agregar ruedas como los carros de los bomberos
Ejemplos:• Los triciclos y carros para dar vuelta debe moverse hacia el
frente o hacia atrás.• Es más complejo llegar a la posición final deseada.
Ejercicio 2
Cuál de los dos vehículos tendrá mayor facilidad para llegar a la posición deseada
Ejercicio 2
Robot diferencial, holonómico
Ejercicio 2
Robot diferencial, holonómico
Ejercicio 2
Robot carro, no-holonómico
Principales arreglos de ruedas• Diferencial
• Síncrono
• Tipo triciclo
• Tipo carro
Config. Síncrona
Ventajas:•El control es más sencillo.•Se garantiza el movimiento en línea recta.•R = 0;
Desventajas:•Diseño e implementación complejos
Ruedas omnidireccionales
Ventajas:•Permite movimientos complicados
Desventajas:•No existen restricciones mecánicas que garanticen movimiento en línea recta•Difíciles de implementar
Triciclo
Ventajas:•No resbala
Desventajas:•Restricciones en la trayectoria
Forma• La forma del robot tiene un fuerte impacto en
su facilidad de navegación, en particular con obstáculos y pasillos angostos
• Robot cilíndricos:– Es más fácil navegar por la simetría del robot
(espacio de configuraciones se reduce a 2D)
• Robots cuadrados:– Es más complejo navegar, depende de la orientación
del robot (espacio de configuraciones en 3D)
Forma cilíndrico
Forma cuadrado
Grados de libertad:Para Robots Moviles:• Se refiere a los posibles movimientos de un robot
(X,Y,Z y rotaciones)
Para manipuladores.• Cada articulación provee un grado de libertad (se
requieren 6 para ubicar un manipulador en cualquier posición y orientación)
Robots móviles: • Movimiento en el plano X-Y y rotación