INTRODUCCION A LOS VEHÍCULOS ROBOTICOS
El desarrollo de robots móviles responde a la necesidad de extender el campo de aplicación de la robótica restringido inicialmente al alcance de una estructura mecánica anclada en uno de sus extremos se trata también de incrementar la autonomía limitado todo lo posible la intervención humana.
En los últimos años se ha registrado un creciente interés en la investigación de robots móviles debido a la infinidad de aplicaciones remotas que se pueden desarrollar con ellos, sobre todo en zonas de alto riesgo para el humano. La importancia se deriva en gran parte del alto grado de desarrollo que se ha alcanzado en el área de mecanismos y sensores. Con esto se ha logrado la implantación de sistemas con un alto grado de interacción con el medio logrando que los robots extraigan una descripción más fiel de su entorno, tales como; toma muestras, análisis del medio, detección de gases, fugas o incluso que envié señales de video para que el observador no se exponga. Con todas estas ventajas los robots móviles pueden realizar sus tareas con más exactitud y con mucha mayor precisión en forma autónoma, por esta razón el desarrollo metodologías de control a si como la implementación de nuevos prototipos es de gran importancia
Robots Móviles
Los robots móviles están provistos de patas, ruedas u orugas que los capacitan para desplazarse de acuerdo a su programación. Elaboran la información que reciben a través de sus propios sistemas de sensores y se emplean en determinado tipo de instalaciones industriales, sobre todo para el transporte de mercancías en cadenas de producción y almacenes. También se utilizan robots de este tipo para la investigación en lugares de difícil acceso o muy distantes, como es el caso de la exploración espacial y de las investigaciones o rescates submarinos.
Son Robots con grandes capacidad de desplazamiento, basados en carros o plataformas y dotados de un sistema locomotor de tipo rodante. Siguen su camino por telemando o guiándose por la información recibida de su entorno a través de sus sensores. Las tortugas motorizadas diseñadas en los años cincuentas, fueron las precursoras y sirvieron de base a los estudios sobre inteligencia artificial desarrollados entre 1965 y 1973 en la Universidad de Strafford.
los robots móviles Son Robots con grandes capacidad de desplazamiento, basados en carros o plataformas y dotados de un sistema locomotor de tipo rodante. Siguen su camino por telemando o guiándose por la información recibida de su entorno a través de sus sensores. Las tortugas motorizadas diseñadas en los años cincuentas, fueron las precursoras y sirvieron de base a los estudios sobre inteligencia artificial desarrollados entre 1965 y 1973 en la Universidad de Strafford. Estos Robots aseguran el transporte de piezas de un punto a otro de una cadena de fabricación. Guiados mediante pistas materializadas a través de la radiación electromagnética de circuitos empotrados en el suelo, o a través de bandas detectadas fotoeléctricamente, pueden incluso llegar a sortear obstáculos y están dotados de un nivel relativamente elevado de inteligencia.
Locomoción
Existe una gran variedad de modos de moverse sobre una superficie sólida; entre los robots, las más comunes son las ruedas, las cadenas y las patas.
Los vehículos de ruedas son, con mucho, los más populares por varias razones prácticas. Los robots con ruedas son más sencillos y más fáciles de construir, la carga que pueden transportar es mayor, relativamente. Tanto los robots basados en cadenas como en patas se pueden considerar más complicados y pesados, generalmente, que los robots de ruedas para una misma carga útil. A esto podemos añadir el que se pueden transformar vehículos de ruedas de radio control para usarlos como bases de robots.
La principal desventaja de las ruedas es su empleo en terreno irregular, en el que se comportan bastante mal. Normalmente un vehículo de ruedas podrá sobrepasar un obstáculo que tenga una altura no superior al radio de sus ruedas, entonces una solución es utilizar ruedas mayores que los posibles obstáculos a superar; sin embargo, esta solución, a veces, puede no ser práctica.
Para robots que vayan a funcionar en un entorno natural las cadenas son una opción muy buena porque las cadenas permiten al robot superar obstáculos relativamente mayores y son menos susceptibles que las ruedas de sufrir daños por el entorno, como piedras o arena. El principal inconveniente de las cadenas es su ineficacia, puesto que se produce deslizamiento sobre el terreno al avanzar y al girar. Si la navegación se basa en el conocimiento del punto en que se encuentra el robot y el cálculo de posiciones futuras sin error, entonces las cadenas acumulan tal cantidad de error que hace inviable la navegación por este sistema. En mayor o menor medida cualquiera de los sistemas de locomoción contemplados aquí adolece de este problema.
Potencialmente los robots con patas pueden superar con mayor facilidad que los otros los problemas de los terrenos irregulares. A pesar de que hay un gran interés en diseñar este tipo de robots, su construcción plantea numerosos retos. Estos retos se originan principalmente en el gran número de grados de libertad que requieren los sistemas con patas. Cada pata necesita como mínimo un par de motores lo que produce un mayor coste, así como una mayor complejidad y menor fiabilidad. Es más los algoritmos de control se vuelven mucho más complicados por el gran número de movimientos a coordinar, los sistemas de patas son un área de investigación muy activo.
Diseño de ruedas
Existen varios diseños de ruedas para elegir cuando se quiere construir una plataforma móvil sobre ruedas: diferencial, sincronizada, triciclo y de coche.
Diferencial
Tanto desde el punto de vista de la programación como de la construcción, el diseño diferencial es uno de los menos complicados sistemas de locomoción. El robot puede ir recto, girar sobre sí mismo y trazar curvas.
Un problema importante es cómo resolver el equilibrio del robot, hay que buscarle un apoyo adicional a las dos ruedas ya existentes, esto se consigue mediante una o dos ruedas de apoyo añadidas en un diseño triangular o romboidal. El diseño triangular puede no ser suficiente dependiendo de la distribución de pesos del robot, y el romboidal puede provocar inadaptación al terreno si éste es irregular lo que puede exigir alguna clase de suspensión.
Otra consideración a hacer en este diseño es cómo conseguir que el robot se mueva recto, para que el robot se mueva en línea recta sus ruedas tienen que girar a la misma velocidad. Cuando los motores encuentran diferentes resistencias (una rueda sobre moqueta y la otra sobre terrazo) las velocidades de los motores varían y el robot girará incluso aún cuando se le haya ajustado inicialmente para que vaya recto. Esto quiere decir que la velocidad debe ser controlada dinámicamente, o sea, debe existir un medio de monitorizar y cambiar la velocidad del motor mientras el robot avanza. De esta manera la simplicidad del diseño queda minimizada por la complejidad del sistema de control de la velocidad; no obstante la reducción de la complejidad mecánica en detrimento de la complejidad de la electrónica y del software es frecuentemente una elección más barata y fiable.
Diseño sincronizado
En este diseño todas las ruedas (generalmente tres) son tanto de dirección como motrices, las ruedas están enclavadas de tal forma que siempre apuntan en la misma dirección. Para cambiar de dirección el robot gira simultáneamente todas sus ruedas alrededor de un eje vertical, de modo que la dirección del robot cambia, pero su chasis sigue apuntando en la misma dirección que tenía. Si el robot tiene una parte delantera (es asimétrico) presumiblemente donde se concentran sus sensores, se tendrá que arbitrar un procedimiento para que su cuerpo se oriente en la misma dirección que sus ruedas. El diseño sincronizado supera muchas de las dificultades que plantean el diseño diferencial, en triciclo y de coche, pero a costa de una mayor complejidad mecánica.
Locomoción por medio de patas
En general, los sistemas que emplean patas son bastante complejos, sin embargo hay variantes. Un sistema de patas tipo insecto se puede construir empleando sólo parejas de servos.
Para dar un paso un servo abre la pata alejándola del cuerpo para salvar si hay un obstáculo, luego el otro servo de la pareja gira para que la pata se mueva adelante. El primer servo, después, baja la pata hasta que ésta toque el suelo, finalmente el segundo servo gira hacia atrás empujando el cuerpo del robot adelante. El movimiento coordinado de seis patas permite al robot moverse adelante, atrás y girar.
Arquitectura de un robot
La mayoría de las arquitecturas de robots móviles están organizadas en niveles. La distribución de los niveles depende del tipo de información que es usada. La información se organiza desde datos sensoriales hasta datos simbólicos que representan mapas de entorno y estados internos del robot.
A continuación se describe una arquitectura multinivel y distribuida. La arquitectura está compuesta por tres niveles: un nivel reactivo, un nivel deliberativo y un nivel de comunicaciones.
• El nivel deliberativo es un sistema de tiempo real no estricto que representa un nivel de conocimiento superior y ejecuta procesos de planificación basándose en el estado de un modelo simbólico interno del entorno. Como resultado de la planificación, los objetivos se dividen en comportamientos esquema que son enviados al nivel reactivo.
• El nivel reactivo es un sistema de tiempo real estricto conectado con los sensores y los actuadores, tiene que reaccionar en un tiempo acotado ante los diferentes valores de los sensores (estímulos). El nivel reactivo recibe del nivel deliberativo los comportamientos esquema, los cuales son procesos que se ejecutan concurrentemente y que usan la información sensorial para el cálculo de las acciones que llevarán a cabo los actuadores. Cuando varios comportamientos calculan diferentes acciones para el mismo actuador, es el nivel reactivo quien decide en cada instante las acciones definitivas.
• El nivel de comunicaciones proporciona una interfaz entre los niveles reactivo y deliberativo. A través de dicha interfaz, el nivel deliberativo envía los comportamientos esquema al nivel reactivo y accede a la información sensorial para incorporarla en el modelo simbólico interno del entorno.
Estructura y conexión de la estructura
Comunicaciones y procesamiento en el control de robots
El vehículo robot ya es una realidad
Un automóvil fabricado para ser pilotado, no por un conductor sino por tecnología láser, fue presentado al público este miércoles en Londres, antes de que participe en una carrera de coches-robot en noviembre próximo en Estados Unidos.
La presentación del coche, un Volkswagen Passat reformado, tuvo lugar en el Museo de Ciencias de Londres. A simple vista el automóvil es similar a cualquier otro, pero la tecnología utilizada en su fabricación le permite “ver” hacia dónde va por medio de tres “ojos láser”: dos sensores colocados en la parte delantera, y uno en la trasera.
El automóvil fue desarrollado por Team-LUX, que forma parte de la compañía alemana Ibeo Automobile Sensor, para DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) Urban Challenge 2007.
El vehículo tiene también un instrumento de navegación GPS, así como frenos y caja de cambios asistidos por ordenadores.
“Estamos compitiendo contra los mejores del mundo en términos de tecnología automotriz”, declaró el jefe ejecutivo de Ibeo, Ulrich Lages. La firma espera que la tecnología utilizada para este coche pueda ser utilizada eventualmente en la fabricación de automóviles.
Después de ser exhibido en el Museo londinense este miércoles y jueves, el coche se preparará para participar en una carrera en Estados Unidos el 3 y 4 de noviembre, en la que se enfrentará a otros vehículos-robots.
En una conferencia celebrada recientemente en San Francisco (California), científicos vaticinaron que vehículos robot como el exhibido en Londres circularán por las calles y carreteras de las grandes ciudades del mundo hacia 2030.
Bibliografia
Instituto Tecnologico de Estudios Superiores de Monterrey Dr Luis Enrique Sucar "Robotica inteligente"
Programación de robots móviles Ministerio de Educación y Ciencia DIF2003-10282-E
onstrucción de robots móviles Dr. Jesús Savage Carmona.
Autor: Ollero Baturone, AníbalEditorial: MARCOMBO, S.A.
