Diseño de robots ápodos:
Cube Revolutions

Escuela Politécnica Superior

Universidad Autónoma de Madrid

Juan González Gómez

Robolid'05. Abril, 2005. E.T.S. Ingenieros Industriales. UVa

Robolid'05

E. T. S. Ingenieros Industriales. UVa

ÍNDICE

Introducción

Cube Revolutions "a fondo"

Locomoción

Simulación

Líneas de investigación

Introducción

Robótica

Dos grandes áreas:

Manipulación: Capacidad de modificación de los objetos del entorno

Locomoción: Facultad para desplazarse de un lugar a otro

Robótica Industrial

Robótica Móvil

Con ruedas:

Con orugas:

Con patas:

Otros:

Clasificación de Robots móviles

Robots ápodos

Características:

Sección muy pequeña

Muy modulares

Mayor versatilidad en la locomoción

Movimiento por un plano

Por terrenos abruptos

Trepar

Movimiento por agujeros

Aplicaciones: ¿Para qué construir un robot ápodo?

Por curiosidad :-)

Busqueda y rescate en zonas catastróficas

Inspección de tuberías

Endoscopio "activo"

Robots Modulares Reconfigurables

Los Robots ápodos son muy modulares: Cadenas de módulos

Un nuevo enfoque: Robótica Modular Reconfigurable

Mark Yim, 1994: Polypod

Nuevo enfoque en la construcción de robots

Diseño de robots a partir de módulos simples, que se unen y además se pueden reconfigurar

Los robots ápodos son el caso más simple

Introducción

Cube Revolutions: Plataforma modular y abierta, para la investigación en el campo de los robots ápodos

Constituido por 8 módulos

Abierto: Toda la información está disponible para que cualquiera lo pueda construir o modificar: planos y software.

Movimiento en línea recta

Movimiento en un plano es mecánicamente viable, pero no implementado todavía

Software de generación de secuencias de movimiento

Modelo físico para la evaluación de las secuenicas (en desarrollo)

Powered

by Linux

Cube (2001)

Cube Reloaded (2003)

Cube Revolution (2004)

Hypercube (200?)

Evolución

Mecánica (I)

Módulos Y1

Basados en los realizados por Mark Yim para la primera generación de Polybot

Se utilizan servos del tipo Futaba 3003

No tiene sensores

Mecánica (II)

Modelo 3D de los módulos (Blender)

2 módulos en fase

2 módulos desfasados

Vídeo

Diseño de los planos con QCAD

Diseño 3D con Blender

Montaje de los módulos

Mecánica (IV)

Gusano virtual

Gusano real

Cableado

Dos placas "pasivas"

Se conectan 4 servos a cada una

Interconectadas mediante cable plano de bus

El bus lleva las señales de los 8 servos + la alimentación (VCC y GND)

Electrónica

Al gusano

Al PC (RS-232)

Alimentación

Electrónica "Off-board"

Un microcontrolador de 8 bits hace de "puente" entre el PC y los servos

Servidor que permite mover 8 servos

Implementaciones para los micros 6811 (CT6811) y 16F876 (SKYPIC)

Software (I)

API en C que permite situar cualquier servo en una posición

sg-servos8-enable(int mask)

sg-servos8-pos1(int servo, int pos)

Activación/desactivación servos

Posicionamiento servo

[1-8]

[-90,90]

Alimentación

PC

RS-232

Software (II)

La API permite establecer la posición de cualquiera de los 8 servos

No es un software específico para CUBE: es válido para otros robots articulados

A partir de ella se pueden hacer programas para consola o en modo gráfico:

DEMO 1

Locomoción

Coordinación (I)

¿ Cómo coordinar todas las articulaciones para conseguir movimiento?

Observardo los gusanos en la naturaleza... por ejemplo los gusanos de seda...

El movimiento comienza por la cola

Se produce una perturbación inicial...

...que se propaga hasta que alcanza la cabeza

Se produce una contracción inicial que se propaga...

Coordinación (II)

1. Situación inicial

2. Contracción

3. Propagación

4. Situación final

Avance

Coordinación (III)

Modelo de propagación de ondas...

Coordinación (IV)

Para conseguir avance hay que hacer que las articulaciones se sitúen sobre la onda

Coordinación (V)

La generación de las secuencias de movimiento se hace aplicando el modelo de propagación de ondas:

A partir de la onda en un instante t, se calcula la posición de las articulaciones para situarlas sobre ella (AJUSTE)

Se desplaza la onda y se vuelve a "ajustar" el gusano

1

2

Coordinación (VI)

RESULTADO: Conseguirmos las posiciones de los servos en cada instante de tiempo que logran que el gusano avance

La evolución de los ángulos es la siguiente:

Para cada instante de tiempo, obtenemos un vector de estado, que contiene los ángulos en los que se sitúan cada una de las articulaciones

t1

[a1, b1, c1, d1, e1, f1, g1, h1]

t2

[a2, b2, c2, d2, e2, f2, g2, h2]

...

Coordinación (VII)

Cada tipo de movimiento está definido por una matriz, que contiene todos los vectores de estado:

[-19 -9 24 -4 -22 17 12 -18 ]

[-17 -14 21 4 -25 11 19 -15 ]

[-12 -20 18 11 -25 3 23 -7 ]

[-5 -24 12 17 -22 -4 24 -2 ]

[1 -25 6 21 -17 -12 24 4 ]

[7 -23 -3 25 -11 -18 20 12 ]

[12 -19 -9 24 -4 -22 17 14 ]

[17 -13 -15 21 4 -25 11 19 ]

[20 -6 -21 17 12 -24 2 21 ]

[21 0 -23 12 17 -21 -6 22 ]

[19 9 -24 4 22 -17 -12 18 ]

Instante t1

Instante t2

Instante t2

.

.

.

Instante tn

Coordinación (VIII)

A partir del tipo de onda, amplitud y longitud de onda, se consiguen secuencias de movimiento diferentes

Locomoción

La locomoción se implementa según el siguiente diagrama de bloques:

Modelo de

propagación

de ondas

Secuencia

(Matriz)

Generación

Reproducción

DEMO 2

Simulación

Recapitulando

Coordinación: usando ondas

Parámetros: Amplitud, longitud de onda y tipo de onda

Motor Software

Aplicación

API 2

API 1

La aplicación puede mover el gusano a partir de los parámetros

No tiene que conocer nada sobre la coordinación

¿Qué parámetros son los óptimos en cuanto a consumo, estabilidad o velocidad?

Simulación (I)

Necesitamos tomar medidas

Lo más sencillo es tener un MODELO FÍSICO del gusano

Motor Software

Secuencias

MODELO FISICO

El modelo físico es un gusano virtual que se mueve por la "pantalla"

Nos permite determinar cuánto avanza con cada tipo de onda y sus parámetros

Simulación (III)

El modelo físico está implementado en C

Genera resultados que se pueden visualizar en OCTAVE/MATHLAB

DEMO 3

Líneas de investigación
abiertas

Actualmente...

Nueva versión de los módulos: Y1.1

Más robustos

Corte por láser

Módulo Y1

Módulo Y1.1

Línea de investigación 1:
Robótica modular (I)

¿Cuáles son las configuraciones mínimas con las que se consigue locomoción?

Con sólo dos módulos unidos en fase, se consigue locomoción en línea recta

Línea de investigación 1:
Robótica modular (II)

¿Y si añadimos un módulo más conectado en desfase?

Línea de investigación 1:
Robótica modular (III)

Se pueden realizar los siguientes movimientos:

Avance en línea recta

Trayectorias curvas

Desplazamiento lateral

Rotación lateral

Línea de investigación 1:
Robótica modular (VI)

¿Qué otras configuraciones se pueden tener con tres módulos?

Configuración en estrella

Puede moverse en tres direcciones

Puede rotar

Línea de investigación 1:
Robótica modular (V)

MULTICUBE

DEMO 4

Línea de investigación 2:
Algoritmos genéticos

Aplicación de algoritmos genéticos para la generación de secuencias de movimiento

¿Qué secuencias se obtienen?

¿Son ondas sinusoidales?

¿De qué amplitud?

¿Qué longitud de onda?

¿Cuáles son las secuencias óptimas?

Línea de investigación 3

8 módulos. 4 paralelos al suelo, 4 perpendiculares

Estudio del movimiento en 3D

Enlaces

Algunas direcciones web son difíciles de recordar... Para acceder a toda la información hacer lo siguiente:

1) Ir a Google

2) Teclear: "Cube Reloaded"

3) Pinchar en voy a tener suerte

También podéis acceder directamente a la dirección:

www.iearobotics.com

Álbum de Fotos

Hispabot 2004

Semana de la ciencia Andaluza
UCA, 2004

Hispabot 2004

Experimentos con un Gusano de Seda

El gusano de seda descansando, una vez finalizada la jornada laboral en el laboratorio

La hija de Andrés, desde recién nacida se está familiarizando con el software libre:

Andrés Prieto-Moreno

(PuchoBot)

Clawar 2004:

En los congresos de Robótica hay mucho estress...

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Robolid'05

E. T. S. Ingenieros Industriales. UVa

2003-04-25T18:22:37