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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
J.I. Vasquez (jivg.org) Robotica Movil 26 de febrero de 2021 1 / 35
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
Figura:J.I. Vasquez (jivg.org) Robotica Movil 26 de febrero de 2021 22 / 35
LocomocionAcuatica
Figura:J.I. Vasquez (jivg.org) Robotica Movil 26 de febrero de 2021 23 / 35
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
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Lecturas recomendadas
Chapter 1, Overview and Motivation, Dudek and Jenkin
Chapter 2, Locomotion, Siegwart et al.
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