Robots Autónomos - Estructura general de un robot PDF

Robots Autónomos Estructura general de un robot PROFESORADO: 9Dr. Vidal Moreno Rodilla 9Dra. Belén Curto Diego Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca ...

Robots Autónomos Estructura general de un robot PROFESORADO: 9Dr. Vidal Moreno Rodilla 9Dra. Belén Curto Diego Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Esquema de un robot Movimiento Actuadores (motores) Estructura Sistema Ordenador mecánica Comunicación de control (herramienta) exterior Sensores internos Pantalla, teclado,... Visión Percepción Proximidad del entorno Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes Tacto, … © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Manipuladores 9 Definición ¾ Conjunto de elementos (links) interconectados por articulaciones (joints), en cuyo extremo final hay una herramienta o end-effector 9 Espacio de trabajo ¾ puntos del espacio que pueden ser alcanzados por efector final Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Estructura mecánica I Manipuladores 9 Grado de libertad ¾ Número de parámetros independientes que fijan la situación del extremo final 9 Precisión ¾ Capacidad para posicionar el elemento terminal en un punto arbitrario predeterminado de su espacio de trabajo. 9 Repetibilidad ¾ Medida de la habilidad del robot para situar su elemento terminal en un mismo punto repetidas veces Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Estructura mecánica II Manipuladores 9 Tipos de articulaciones ¾ De 1 grado de libertad ¾ De 2 DOF o más Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Configuraciones cinemáticas I Manipuladores Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Configuraciones cinemáticas II Manipuladores SCARA Puma Selective Compliant Articulated Robot Assembly Programmable Universal Machine for Assembly Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Configuraciones cinemáticas III Manipuladores 9 Robots redundantes ¾ Mayor accesibilidad ¾ Tipo serpiente y múltiples manipuladores Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Robots paralelos 9 Definición ¾ Robot en el cual el efector final está unido a la base directamente por los accionamientos o por barras ¾ Al haber más de una cadena cinemática “cerrada”, la cinemática de un robot paralelo es muy diferente a la de un robot serie ¾ La cinemática inversa se resuelve fácilmente por métodos geométricos ¾ La cinemática directa es compleja y se resuelve por métodos numéricos Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Robots paralelos 9 Ventajas ¾ Gran capacidad de aceleración y velocidad de operación. ¾ Elevada rigidez y bajo peso ¾ Accionamiento directo (sin reductores), “simplicidad mecánica” 9 Desventajas ¾ Dificultad en resolver la cinemática directa. ¾ El espacio de trabajo es reducido, dependiendo del tipo de robot Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Muñecas 9 Tres ejes se cortan articulación esférica ¾ Características Tamaño reducido Modelado matemático sencillo Potencia adecuada a la tarea a realizar Conexión del elemento termInal al eje más cercano Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Robots móviles 9 Definición ¾ Plataforma que puede acceder a otros puntos del espacio mediante Ruedas Orugas Patas 9 Espacio de trabajo no está limitado ¾ Su accesibilidad depende de su medio de movimiento 9 Presentan problema sensorial específico LOCALIZACION Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Robot móvil. Tipos de Ruedas 9 Ruedas fijas ¾ Estas ruedas no poseen articulación de dirección, por lo tanto su posición respecto a la estructura es fija 9 Ruedas orientables centradas ¾ Estas ruedas tienen articulación de dirección, es decir son orientables respecto a la estructura del vehículo, pasando su eje por el centro de rotación de la rueda 9 Ruedas orientables descentradas (castor) ¾ Tienen articulación de dirección, es decir son orientables respecto a la estructura del vehículo, su eje no pasando por el centro de rotación de la rueda 9 Ruedas fijas con deslizamiento (suecas) ¾ No tienen articulación de dirección, pero pueden deslizar Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Robot móvil. Config. Típicas I. Movimiento diferencial 9 Ventajas 9 Inconveniente ¾ Precio ¾ Es dificil ir en línea recta ¾ Facilidad de implemenación ¾ Diseño simple Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Robot móvil. Config. Típicas II Cadenas 9 Ventajas ¾ Motorización sencilla 9 Inconveniente ¾ Deslizaminto y dificultades para la odometría ¾ Requiere mucha potencia para realizar los giros Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Robot móvil. Config. Típicas III Synchro Drive 9 Ventajas ¾ Diferentes motores para la traslación y la rotación hacen más sencillo el control ¾ Se garantiza el movimiento en línea recta 9 Inconveniente ¾ Complejo diseño e implementación ¾ Precio Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes Pictures from “Navigating Mobile Robots: © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca Systems and Techniques” Borenstein, J.  Robot móvil. Config. Típicas IV Otros métodos con ruedas 9 Triciclo REQUIEREN DE CAPACIDADES DE PLANIFICACIÓN NO- 9 Ackerman HOLONOMAS Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Sensores 9 Internos ¾ Informan a la unidad de control sobre el estado en el que se encuentra el robot: ángulos girados, fuerza o presión en el elemento terminal, etc. ¾ Información Propioceptiva ¾ Permiten cerrar bucles de control de las articulaciones 9 Externos ¾ Informan a la unidad de control sobre el entorno del robot y de la posición del robot relativa al entorno ¾ Información Exteroceptiva ¾ Permiten adaptar de forma automática su comportamiento en función de variaciones del entorno (situaciones imprevistas) El sistema de control genera acciones comparando la información sensorial con patrones de referencia Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Actuadores 9 ¿Qué son? ¾ Dispositivos encargados de transformar las señales de control de velocidad y posición en un movimiento de cada una de las articulaciones del robot. 9 Generan el movimiento del robot 9 Clasificación ¾ Neumáticos e hidráulicos Motores, cilindros Desarrollan grandes potencias - necesitan instalaciones auxiliares ¾ Eléctricos: motores DC servocontrolados, AC, paso-a-paso Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Sistema de control Robots articulados 9 Objetivo ¾ Realizar movimientos de forma repetitiva para realizar una tarea de manipulación (soldar, pintar,…) 9 Estructura jerárquica ¾ Nivel inferior – servomecanismos con realimentación de posición y velocidad para generar señales de control sobre los actuadores de las articulaciones ¾ Nivel intermedio – generación de trayectoria (evolución del extremo final cuando se desplaza de una posición a otra) El generador de trayectoria suministra a los servomecanismos las referencias apropiadas para conseguir el movimiento deseado en su espacio de trabajo ¾ Niveles superiores Comunicación con usuario Percepción sensorial Planificación, etc. Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Sistema de control Robots móviles 9 Objetivos ¾ Ampliar el campo de aplicación de la Robótica ¾ Incrementar la autonomía limitando la intervención humana ¾ El robot debe tener la suficiente inteligencia para reaccionar y tomar decisiones basándose en observaciones de su entorno 9 Sistema de navegación automática (Autonomía) ¾ Tareas de planificación, percepción y control 9 Problema de navegación ¾ Planificación global de la misión Ej: en interiores ¿a qué habitación ir? ¾ Planificación de la ruta Ej: camino desde una posición inicial a una posición en la habitación, determinando puntos intermedios ¾ Planificación de la trayectoria Ej: moverse de A a B durante X segundos o a una determinada velocidad ¾ Evitación de colisiones Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Sistema de control Robots móviles 9 Control automático del vehículo ¾ Controlar los movimientos concretos para mantener al vehículo en la trayectoria planificada ¾ Determinar el ángulo de dirección teniendo en cuenta la posición y orientación actual del vehículo con respecto a la trayectoria a seguir. Controlar la velocidad ¾ Necesita conocer la posición y orientación en tiempos determinados Información odométrica suministrada por sensores internos situados en los ejes de movimiento, como codificadores ópticos Sistemas de navegación inercial como acelerómetros y giróscopos ¾ Acumulan error Si el tiempo y la distancia recorrida son pequeños es suficiente con utilizar la combinación de ambas técnicas Si no es necesario utilizar otros sensores: GPS para exteriores, otros sistemas de percepción Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca  Sistema de control Robots móviles 9 Sistema de percepción ¾ Permitir la navegación segura, detectando y localizando obstáculos y situaciones peligrosas ¾ Modelar el entorno construyendo un mapa ¾ Estimar la posición del vehículo de forma precisa ¾ También para controlar al manipulador situado sobre él ¾ En su diseño hay que considerar criterios contradictorios como velocidad del robot, precisión, alcance, interpretación de datos, Estimación precisa de la posición, aunque lenta Detección rápida de obstáculos, sin precisión en la localización ¾ Cámaras de video, sonars, láser de barrido Robots Autónomos - Máster en Sistemas Inteligentes © POP Informática y Automática, Universidad de Salamanca