Diseño de robots ápodos:
Cube Reloaded

Escuela Politécnica Superior

Universidad Autónoma de Madrid

Juan González Gómez

Tutor: Eduardo Boemo

Trabajo de iniciación a la investigación, 2003

Trayectoria académica

Trabajo de investigación

Demostración

Índice

Estudios de grado

Estudios de doctorado

Trayectoria académica

Estudios de grado (I)

Titulación: Ingeniero Superior de Telecomunicación, por la UPM

Intresado en: Robótica / electrónica / microcontroladores

Conocimientos adquiridos:

Electrónica / Microcontroladores

Tarjeta CT6811

Robótica

Microbot Tritt

Estudios de grado (II)

Proyecto fin de carrera:

"Diseño y construcción de un robot articulado que emula modelos

animales: aplicación a un gusano"

Cube 2.0

Modelo virtual

Robot ápodo que avanza en línea recta usando un modelo de

locomoción basado en ondas sinusoidales que recorren el robot

Estudios de doctorado
Periodo docente (I)

"Diseño de Sistemas reconfigurables de Alta Velocidad".

E. Boemo

Conocimientos sobre FPGAs

Creada la tarjeta JPS, en colaboración con Pablo Haya y Sergio López

Tarjeta JPS

Robot de Docencia

Publicado artículo en Hispabot

Laboratorio de Estructura y Diseño de Circuitos Digitales

Hardware abierto

Estudios de doctorado
Periodo docente (II)

"Codiseño de Sistemas Software/Hardware avanzados".

F. Boemo, J. Martínez, J. Deschamps, J. Ignacio Martínez, S. López

Conocimientos de VHDL

Aplicación: Unidad de PWM para el control de servos

Estudios de doctorado
Periodo docente (III)

"Nuevas tecnologías para comunicaciones".

J. Martínez, F. Gómez, S. Holgado, L. De Pedro

Aplicación: Software en GTK+ para envío mensajes SMS desde el PC

"Seminarios en Informática". E. Boemo

Visión más amplia sobre temas de investigación en informática

"Trabajo Tutelado". E. Boemo

"Principales líneas de investigación en robots ápodos"

Un nuevo enfoque: Robótica Modular reconfigurable

Diseño de robots ápodos:
Cube Reloaded

Escuela Politécnica Superior

Universidad Autónoma de Madrid

Juan González Gómez

Tutor: Eduardo Boemo

Trabajo de iniciación a la investigación, 2003

Introducción (I)

Locomoción: Facultad de un robot para desplazarse de un lugar a otro

Desplazarse un incremento en línea recta

Giros y traslaciones en el plano

Planificación y navegación

Nasa interesada en el problema de la locomoción.

Financiación de proyectos relacionados

Exploración superficie otros planetas

Ejemplos:

CMU AMBLER (89)

DANTE II (94)

Introducción (II)

AMBLER (89)

DANTE II (94)

Exploración Marte

Locomoción con patas (6)

3.5m altura, 3m anchura

Exploración volcan Mt. Spurr (Alaska)

8 patas (framewalker)

5 días en el cráter. Al subir volcó

Robots muy específicos para el tipo de función a realizar

Un robot para cada tipo de terreno

Robótica Modular Reconfigurable

Un nuevo enfoque: Robótica Modular Reconfigurable

Mark Yim, 1994: Polypod

¿Por qué no trabajar en una nueva línea de investigación en la que se diseñen robots que se adaptan al terreno, modificando su forma y la manera de desplazarse?

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

El diseño de robots ápodos se puede abordar desde esta perspectiva. En vez de diseñar un robot ápodo específico, es mejor diseñar un módulo sencillo que se pueda unir formando cadenas. Este mismo módulo también servirá para construir otros robots diferentes

Polypod, 1994

Implementados diferentes patrones de locomoción simples

Araña

Rueda

Lombriz

Oruga

Slinky

Polybot (I)

Desarrollado en el PARC. Continuación de los trabajos de Mark Yim

Tres generaciones: G1, G2, G3

Rueda

Gusano

Gusano

Polybot (II):
G1v4

Montar en triciclo

Superación de escalones

Trepar

Polybot (III):
G2

Reconfiguración dinámica

Cube Reloaded (I)

Cube 2.0

Robótica Modular

Reconfigurable

Polybot G1

Cube Reloaded

Robot ápodo modular reconfigurable

4 segmentos

Patrón de movimiento sinusoidal: ondas que se transmiten de la cola a la cabeza

Módulos Y1

Sencillos

Modelo virtual

Conexión fase-desfase

Cube Reloaded (II)

Control con CT6811

Control con JPS

Control

Usando una CPU específica

Usando FPGAs

Lógica combinacional y secuencial

CPU empotrada

Parece lógico pensar que si los robots modulares reconfigurables son capaces de cambiar su forma y su manera de andar, que también pueda cambiar su hardware, adaptándolo a las necesidades

La alternativa de usar FPGAs todavía no se ha explorado en el PARC ni en ninguno de los robots modulares reconfigurables existentes

Pruebas de locomoción

Locomoción: Basada en ondas sinusoidales que recorren el gusano. El movimiento conseguido por el gusano depende de la amplitud y la longitud de onda (λ)

Ondas sinusoidades periódicas: Generadas secuencias de movimiento para diferentes amplitudes y para dos valores del parámetro K (K=L/λ)

Semiondas:

Circuito de pruebas

Explorando la viabilidad: Circuito de pruebas

Control desde el PC

Atraviesa un cilindro de 8cm de diámetro y 30cm de largo. Para ello se usa una semionda de poca amplitud (movimiento lento)

Salto de 3.5cm. Semionda con amplitud mayor

Circuito de pruebas

Conclusiones

Análisis de los robots modulares más importantes

Plataforma para comenzar a trabajar en robótica modular reconfigurable. Aplicación a un robot ápodo.

Comprobación de la versatilidad en la locomoción

FPGAs son un elemento nuevo que amplía la versatilidad de estos robots

Trabajos futuros

Ampliación longitud e implementación más patrones movimiento

Estudio teórico sobre la locomoción: condiciones de estabilidad, ecuaciones...

Programar un modelo físico del gusano para generar patrones de movimiento usando algoritmos genéticos

Segunda generación de módulos, usando exclusivamente FPGAs

Publicaciones

J. González, P. Haya, S. López-Buedo, "Tarjeta entrenadora para FPGA basada en hardware abierto", Seminario Hispabot 2003. Alcalá de Henares, Mayo 2003.

J. González, I. González, E. Boemo, "Alternativas Hardware para la Locomoción de un Robot Ápodo", III Jornadas sobre Computación Reconfigurable y Aplicaciones JCRA03, Escuela Politécnica Superior, UAM. Septiembre 2003

I. González, J. González, J Martínez, F. Gómez-Arribas, "Laboratorio Web para Prototipado y Verificación de Sistemas HW/SF". III Jornadas sobre Computación Reconfigurable y Aplicaciones JCRA03, Escuela Politécnica Superior, UAM. Septiembre 2003.

[Borrador de artículo] I. González, J. González, F. Gómez-Arribas, "Entorno de diseño para hardware reconfigurable en GNU/Linux". VI Congreso de Hispalinux, Septiembre 2003.

Demostraciones

Movimiento con ondas sinusoidales periódicas

Movimiento con semiondas

Escuela Politécnica Superior

Universidad Autónoma de Madrid

Juan González Gómez

Tutor: Eduardo Boemo

Trabajo de iniciación a la investigación, 2003

Diseño de robots ápodos:
Cube Reloaded

2003-04-25T18:22:37