Robotica MovilIntroduccion

Juan Irving Vasquezjivg.org

Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologıa (CONACYT)Centro de Innovacion y Desarrollo Tecnologico en Computo (CIDETEC)

Instituto Politecnico Nacional (IPN)

26 de febrero de 2021

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Robots Moviles

Un robot movil es una maquina capaz de realizar tareas de forma autonoma a traves dela percepcion y el movimiento en su ambiente.

Esta compuesto por un conjunto de sub-sistemas:

LocomocionPercepcionRazonamientoComunicacion

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Robots autonomos

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Locomocion

Locomocion:

”Desplazamiento de un lugar a otro.”, RAE.

Es el proceso que causa el desplazamiento de la maquina en el ambiente.

Las capacidades son acordes a las necesidades.

TerrestreAcuaticaAereaEspacial

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LocomocionTerrestre

Sistemas biologicos:

Arrastrarse (gusano)Deslizarse (serpiente)Correr (galgo)Brincar (canguro)Caminar (humano)

Robots mas usados:

Locomocion mediante ruedasLocomocion mediante patas (6, 4, 2)

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Robots con ruedasBases

Se basan en la friccion de las ruedas.

Figura: Movimiento por ficcion [Tomada de Dudek and Jenkin]

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Robots con ruedasAnalisis

Ventajas:

Mas simples y faciles de construirMas eficientesAlta capacidad de “carga”Control ampliamente estudiado

Desventajas:

Limitados a terrenos relativamente planosTienen problemas si los obstaculos en el terreno son mayores al radio de las ruedas.

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Robots con ruedasConsideraciones en el diseno

Se requiere de un compromiso entre:Estabilidad

Numero de puntos de contactoCentro de gravedad,EstaticaDinamica

Maniobrabilidad

OmnidireccionalRestricciones no holonomicas.

Controlabilidad

Grados de libertad controlablesSubactuadosredundantes.

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Tipos de ruedas

Estandar

Caster (loca)

Sueca

Esferica

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Modelo de movimiento

En el caso ideal el desplazamiento es:2πr (1)

Figura: Movimiento por ficcion [Tomada de Dudek and Jenkin]

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Modelo de movimientoIncertidumbre

En el caso ideal el desplazamiento es:2πr (2)

Errores introducidos por:

Deslizamiento lateral (lateral slip)Patinaje (slipping / sliding)Compactacion del terreno

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Configuraciones de ruedas

2 ruedas

BicicletaDiferencial

3 ruedas

Diferencial con punto de apoyo (caster)Triciclo con traccion traseraTriciclo con traccion delanteraSıncromo

4 ruedas

Carro con traccion traseraCarro con traccion delanteraDiferencial con 2 ruedas de soporte4 ruedas omidireccionales

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Centro de curvatura instantaneo

El centro de curvatura instantaneo (CCI).

Es el punto sobre al rededor del cual gira un vehıculo con varias ruedas.

Figura: CCI. Tomado de [Dudek y Jenkin]. En caso de desplazamientos rectos el ICC esta en el infinito.Para mas de dos ruedas puede que no exista el CCI

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Robot Diferencial

Consta de dos ruedas en un eje comun, donde cada rueda se controla independientemente

Maniobrabilidad:

En forma rectaEn arcoVuelta sobre su propio eje

Utiliza una o dos ruedas locas adicionales para mantener el balance

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Robot Diferencial

Figura: Differential drive robot [Dudek and Jenkin].

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Robot Sıncrono

Todas las ruedas pueden rodar y cambiar de orientacion.

Figura: Robot sıncrono (Synchro drive robot).1

1https://groups.csail.mit.edu/drl/courses/cs54-2001s/synchro.htmlJ.I. Vasquez (jivg.org) Robotica Movil 26 de febrero de 2021 16 / 35

Robot Sıncrono

Se evitan los problemas de inestabilidad y de perdida de contacto del diferencial

Mayor complejidad mecanica

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Robot Triciclo

Dos ruedas fijas que le dan traccion

Una rueda para direccion que normalmente no tiene traccion

Buena estabilidad y simplicidad mecanica

Facilidad para ir recto

Cinematica mas compleja (mas adelante)

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Robot Triciclo

Figura:

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Ackerman (Car drive)

Similar al triciclo

Dos ruedas de traccion y dos ruedas para direccion

Mayor complejidad mecanica que el triciclo por acoplamiento entre las 2 ruedas dedireccion

Buena estabilidad y facilidad de ir derecho

Complejidad cinematica

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Ackerman (Car drive)

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LocomocionTerrestre con patas

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LocomocionAcuatica

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LocomocionAerea

Figura: Wright Brothers

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Configuraciones de aeronaves

Figura: Clasificacion.

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Configuraciones de aeronavesParte 1

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Configuraciones de aeronavesParte 2

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Configuraciones de aeronavesParte 3

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AeronavesAlas rotativas

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Vehiculos aereos multirotor

Monorotor

Birotor

Coaxial

Tricoptero coaxial

Cuadricoptero

Hexacoptero

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Birotor

Coaxial

En linea

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Cuadricoptero

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Mutirotores

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Videos interesantes

The Monospinner: a controllable flying vehicle with a single moving parthttps://youtu.be/P3fM6VwXXFM

Prometheushttps://youtu.be/sOI15ve7F7Y

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Lecturas recomendadas

Chapter 1, Overview and Motivation, Dudek and Jenkin

Chapter 2, Locomotion, Siegwart et al.

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