Introducción a la Robótica Móvil

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First part of a spanish intro pre-grad. course of Mobile Robotics. En esta parte se trata de: robots manipuladores, robots móviles, robots autonomos, tipos de robots, ejemplos de aplicaciones - Material de 2009 (Carreta de Ingenieria Eléctrica - Pontificia Universidad Católica de Valparaiso - Chile - 2009).

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Introducción a la Robótica Móvil

  1. 1. Introducción a laRobótica MóvilProf. Dr.Eng. Fernando Passold
  2. 2. Introducción a la Robótica Móvil Sumario 6. Modelaje del Entorno 1. Tipos de Robots Definición Diferencia robot manipulador x Robot Móvil; Uso de landmarks Características do robot móvil; Descomposición geométrica del entorno Fusión geométrica o "map building" 2. Aplicaciones de robots móviles Formas de modelaje del entorno 3. Robots móviles terrestres 7. Arquitecturas de Robots Móviles Tipos de tracción para robots móviles terrestres; Reactivas Por planeamiento (Deliberativas) 4. Sensores Basado en Comportamiento Tipos de Sensores; Descomposición Funcional del Sistema de  Fuentes de Errores Control Actividades del Control por Comportamiento 5. Integración (o Fusión) Sensorial Arquitecturas híbridas Definición Ejemplos de Arquitecturas de Controle Formas de Integración Sensorial 8. Tendencias Futuras: Enfoques para Integración Sensorial Otros métodos Proyecto de los Sensores utilizados Especificación Lógica de Sensores Codec MPEG4: Quick Modelaje de los Sensores Time MPEG2 Video Decoder:Introducción a la Robótica Móvil 2
  3. 3. Introducción a la Robótica Móvil Bibliografía recomendada 1. Torres, Ferando; Pomares, Jorge; Gil, Pablo; Puente, Santiago T.; Aracil, Rafael;  Robots y Sistemas Sensoriales, Pearson Educación, Madrid, p. 480, 2002. 2. Siegwart, Roland and Nourbakshsh; Introduction to Autonomous Mobile  Robots, Bradford Books/The MIT Press, Massachusetts, p. 321, 2004.  http://www.mobilerobots.org 3. Thurn, Sebastian; Burgard, Wolfram; Fox, Dieter; Probabilistic Robotics, The MIT  Press, Massachusetts, p. 647, 2006. 4. Murphy, Robin R.; Introduction to AI Robotics; Bradford Books/The MIT Press,  Massachusetts, p. 466, 2000 5. Siciliano, Bruno; Khatib, Oussama (eds.), Springer Handbook of Robotics,  Springer, p. 1591, 2008. 6. J. Borenstein, J.; Everett, H. R., and Feng, L., Where am I? ‐ Systems and  Methods for Mobile Robot Positioning, p. 282, 1996. http://www‐personal.umich.edu/~johannb/position.htm http://www‐personal.umich.edu/~johannb/shared/pos96rep.pdf (12,5 Mb ‐ Disponible en  May/2009)Introducción a la Robótica Móvil 3
  4. 4. 1. Tipos de Robots • Robot manipulador • Robot móvil manipulado (o teleguiado) • Robot móvil autónomoIntroducción a la Robótica Móvil 4
  5. 5. 1. Tipos de Robots Robot manipulador: • Movimientos conocidos  (planeados); • Trabaja en medios  conocidos (bien  estructurados); • Ambiente de trabajo  limitado (protegido).Introducción a la Robótica Móvil 5
  6. 6. 1. Tipos de Robots Robot manipulador: • Movimientos conocidos  (planeados); • Trabaja en medios  conocidos (bien  estructurados); • Ambiente de trabajo  limitado (protegido).Introducción a la Robótica Móvil 6
  7. 7. 1. Tipos de Robots Robot manipulador: • Movimientos conocidos  (planeados); • Trabaja en medios  conocidos (bien  estructurados); • Ambiente de trabajo  limitado (protegido).Introducción a la Robótica Móvil 7
  8. 8. 1. Tipos de Robots Robot manipulador: • Movimientos conocidos  (planeados); • Trabaja en medios  conocidos (bien  estructurados); • Ambiente de trabajo  limitado (protegido).Introducción a la Robótica Móvil 8
  9. 9. 1. Tipos de Robots Robot Móvil Manipulado: • Teleguiado (controle remoto por RF); • Mínima inteligencia (no máximo  comportamiento reactivo  – desviar‐se de obstáculos  automáticamente).Introducción a la Robótica Móvil 9
  10. 10. 1. Tipos de Robots Robot Móvil Manipulado: • Teleguiado (controle remoto por RF); • Mínima inteligencia (no máximo  comportamiento reactivo  – desviar‐se de obstáculos  automáticamente).Introducción a la Robótica Móvil 10
  11. 11. 1. Tipos de Robots Robot Tele comandado: Ejemplo: robot cirujano,  tele‐cirugía   Cirujanos operando a partir de New York transatlántica. Link rápido (fibra óptica, 10 Mbit/s ) Mujer en Strasbourg (FR) – Sep 20, 2001Introducción a la Robótica Móvil 11
  12. 12. 1. Tipos de Robots Robot móvil autónomo:  Características → ‐ Movilidade; ‐ Autonomía; ‐ Cierta “inteligencia”; ‐ Brazo manipulador?Introducción a la Robótica Móvil 12
  13. 13. 1. Tipos de Robots Robot móvil autónomo: • Fácilmente pierde la  orientación  (por problemas de deslices,  patinaje, etc); • Horizonte de trabajo: ± 30  metros. • Problemas de incertezas!Introducción a la Robótica Móvil 13
  14. 14. 1. Tipos de Robô Tipos de robots         Aplicaciones: ♦ Robot móviles acuáticos: - exploración submarina; - inspección [y mantenimiento] de oleoductos, cabos de telefonía, cabos eléctricos - más comunes en plataformas petrolíferas. Robots móviles aéreos: - inspección de líneas de transmisión de energía (helicópteros pequeños, CMU); - problema avanzado de control: multivariable, no-lineal y robusto. - problemas de peso × autonomía sensorial (define el limite de la tele-operación) ∅ Robots terrestres: - vehículos con ruedas, orugas (exploradores), patas; - robots bípedos (humanoides – entretenimiento, auxilio);Introducción a la Robótica Móvil 14
  15. 15. 2. Aplicaciones Robots móviles acuáticos: - exploración submarina; - inspección [y manutención] de oleoductos, cabos de telefonía, cabos eléctricos - más comunes en plataformas petrolíferas. Robô tuna (MIT) Robot Pike nadando. Robot Pike pasando.Introducción a la Robótica Móvil 15
  16. 16. 2. Aplicaciones Robot submarino • Robot Luma: – COPPE/RJ (Brasil): – Transitar por túneles  subacuáticos, largos y estrechos. – El robot es capaz de operar con  facilidad en locales cuya  adversidad impide la actuación de  buceadores. Desarrollado por el  Grupo de Simulación y Control en  Automación y Robótica (GSCAR)  de la COPPE, coordenado por el  profesor Liu Hsu. El robot Luma he  costado US$ 180 mil y fue  construido con financiamiento de  la Agencia Nacional de Energía  Eléctrica (Aneel). Introducción a la Robótica Móvil 16
  17. 17. 2. Aplicações Robot submarino • Robot Luma: – El robot empezó a ser desarrollado  en 2003, para atender a una  necesidad de la Compañia Eléctrica  del Estado del Rio de Janeiro (CERJ),  hoy Ampla.  – La empresa necesitaba de una solución técnica para ejecutar  inspecciones en los túneles subacuáticos de las reprisas de los  municipios de Areal y de Macabu, en el Estado del Rio, que desde que  fueran construidos, hace cerca de 60 años, nunca habian pasado por  una inspección minuciosa. Además de largos y estrechos, los túneles  conducen aguas turbias de origen fluvial, lo que impide que la  inspección sea hecha por profesionales de buceo.Introducción a la Robótica Móvil 17
  18. 18. 2. Aplicaciones Robot submarino • Robot Luma: – El túnel de la reprisa de Macabu, por  ejemplo, viaja horizontalmente 5 km dentro de un cero até llegar a la  queda de la hidroeléctrica, que lleva  el nombre de la ciudad. “Bucear en  ambientes en estas condiciones es  mucho peligroso, porque no hay  como un buceador subir à tona en  caso de emergencia”. Introducción a la Robótica Móvil 18
  19. 19. 2. Aplicaciones Robot submarino • Robot Luma: – Antes de procurar a COPPE, los técnicos  de la empresa distribuidora de energía  intentaran ejecutar la inspección usando  robots submarinos proyectados para las  plataformas de Petrobras. Pero la  tentativa fue frustrada.  – Además del alto coste, dos factores no viabilizaran la operación: el tamaño de los  robots, de grande porte, dificultó la locomoción en los túneles, y la curta  extensión de los cabos, responsables por conducir energía al robot y propiciar la  comunicación con los computadores. “Como funcionan cerca de las plataformas,  los robots submarinos no necesitan de cables largos. Pero para operar en los  túneles de las hidroeléctricas de Macabu, con 5 km, o de Areal, con 1,2 km, estos  son insuficientes. Además de curtos, son voluminosos y pesados, o que los tornan  impropios para la aplicación”Introducción a la Robótica Móvil 19
  20. 20. 2. Aplicaciones Robot submarino • Robot Luma: – Desde que empezó el proyecto, los  investigadores de COPPE se dieran cuenta de la  necesidad de propiciar autonomía al  equipamiento. Para eso, eliminaran los cables,  substituyéndolos por otras técnicas. El  suministro de energía del robot paso a ser  hecha por medio de batería y la comunicación  por fibra óptica. “El concepto fue inspirado en  el robot ruso “Sea Lion” con algunas  modificaciones. Una de ellas es que el robot  ruso deja la fibra óptica el local de la  inspección. Por se tratar de una hidroeléctrica,  no quisimos correr el risco de que cualquier  material pudiese causar danos a l turbina,  entonces desarrollamos un sistema especial  para recoger la fibra óptica usada”Introducción a la Robótica Móvil 20
  21. 21. 2. Aplicaciones Robot submarino • Robot Luma: – Probado con suceso en el Tanque  Oceánico de COPPE, Luma cuenta con  varías innovaciones que lo torna más  económico en relación a otros robots  subacuáticos. Como los túneles son  oscuros, fue necesario pensar en una  forma de iluminación adecuada al  ambiente. El grupo de COPPE decidió por el Led (light emitting diode), que son  pequeños dispositivos luminosos  encontrados en computadores. Además  de no presentaren problemas de calor,  los Leds consumen poca energía. El uso  de este tipo de dispositivo generó una  solicitación de patente por parte del  laboratorio de investigación. Introducción a la Robótica Móvil 21
  22. 22. 2. Aplicaciones Robot submarino • Robot Luma: – Una característica que llama la atención  en este proyecto es la concepción de los  flotadores usados para dar estabilidad al  robot. Estos fueran construidos con  botellas de PET (usadas para almacenar  gaseosas), llenas de aire comprimido a  alta presión. “Fue una buena solución  técnica y económica. Cada botella pesa  apenas 50 gramas y genera 2 kg de  fuerza de empujo, lo que, además con el  uso de lastro de chumbo, estabiliza al  robot”Introducción a la Robótica Móvil 22
  23. 23. 2. Aplicaciones Robot submarino • Robot Luma: – Al visitar o Brasil, al inició del proyecto, el  ingeniero de Cybernétix, Yves Chardard, que  actúa en una de las instituciones considerada  referencia en tecnología submarina, dudó de  da posibilidad de se desarrollar un trabajo de  tamaña complexidad disponiendo de ton  pocos recursos. Pero los investigadores  brasileños están acostumbrados a enfrentar  este tipo de desafío. Hacer mucho con poco.  “Lo importante es que logramos desarrollar el  robot y actualmente estamos mejorando sus  circuitos. Tudo esto gracias al total empeño  de los alumnos del laboratorio” – conmemora  orgulloso el profesor Ramon, que en este  proyecto cuenta con la colaboración de  estudiantes de master, doctorado y también  de pre‐grado.  [Planeta COPPE - 25/08/2006 http://www.planeta.coppe.ufrj.br/artigo.php?artigo=785]Introducción a la Robótica Móvil 23
  24. 24. 2. Aplicaciones Robot en Amazonía: • Se trata de un robot proyectado  específicamente para ejecutar trabajos  científicos y de inspección al interior de  la floresta amazónica. El Robot  Ambiental Híbrido tiene una estructura  que le permite atravesar áreas alagadas,  manglares, hasta enfrentar flujos. • La estructura del robot fue hecha en  fibra de vidrio, con grandes ruedas de  baja presión, lo que permite que ande  en virtualmente cualquier terreno,  incluso subir en ductos metálicos. Eso  porque el deberá servir como  herramienta para inspección de  oleoductos de Petrobras que atraviesan  áreas de floresta.Introducción a la Robótica Móvil 24
  25. 25. 2. Aplicaciones Robot en Amazonía: • El robot cuenta aún con sistema GPS de  posicionamiento vía satélite, cameras de  vídeo y un eslabón mecánico para coleta  de muestras. Sus sensores son capases  de analizar la cualidad de la agua hasta  analizar larvas de mosquito. Las baterías  que lo alimentan son recargadas por  medio de paneles solares. • El Robot Ambiental Híbrido fue  desarrollado por investigadores del  Proyecto de Herramienta Cognitiva para  http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.p la Amazonía (Cognitus), de la  hp?artigo=010180060829 Universidad Federal de Amazonas y de la  29/08/2006 Petrobras.Introducción a la Robótica Móvil 25
  26. 26. 2. Aplicaciones: Kayaks‐robot: • Versión marítima de robots cooperativos.  • Investigadores del MIT transformaran kayaks  comunes en kayaks robóticos, les adicionando  computadores de bordo, control por radio,  sistemas de propulsión y navegación y  comunicación. • Se trata de pequeñas embarcaciones  Bibliografia: autónomas e cooperativas que puedes ser útiles  Adaptive Control of Heterogeneous Marine  en la busca por sobrevivientes en accidentes  Sensor Platforms in an Autonomous Sensor  marítimos, en la localización de minas  Network explosivas hasta el monitorear el clima y en la  Donald P. Eickstedt, Michael R. Benjamin,  observación científica. Henrik Schmidt, John J. Leonard 10 July 2006 • La plataforma robótica fue bautizada de SCOUT  http://acoustics.mit.edu/faculty/henrik/LAMS ("Surface Crafts for Oceanographic and S/eickstedt‐iros.pdf  Undersea Testing").  Introducción a la Robótica Móvil 26
  27. 27. 2. Aplicaciones: Robots aéreos: inspección de líneas de transmisión de electricidad (helicópteros pequeños, CMU); MARVIN Multi‐purpose Aerial Robot Vehicle with Intelligent Navigation problema avanzado de control: An Autonomously Operating Flying Robot multivariable, no-lineal y robusto. [http://pdv.cs.tu‐berlin.de/MARVIN/ ] problemas de peso × autonomía sensorial (define el limite de la tele- operación)Introducción a la Robótica Móvil 27
  28. 28. 2. Aplicaciones Robots aéreos: inspección de líneas de transmisión de electricidad (helicópteros pequeños, CMU); MARVIN Multi-purpose Aerial Robot Vehicle with Intelligent Navigation problema avanzado de control: An Autonomously Operating Flying Robot multivariable, no-lineal y robusto. [http://pdv.cs.tu-berlin.de/MARVIN/ ] problemas de peso × autonomía sensorial (define el limite de la tele- operación)Introducción a la Robótica Móvil 28
  29. 29. 2. Aplicaciones Robots aéreos: inspección de líneas de transmisión de electricidad (helicópteros pequeños, CMU); MARVIN Multi-purpose Aerial Robot Vehicle with Intelligent Navigation problema avanzado de control: An Autonomously Operating Flying Robot multivariable, no-lineal y robusto. [http://pdv.cs.tu-berlin.de/MARVIN/ ] problemas de peso × autonomía sensorial (define el limite de la tele- operación) World’s Premier Aerial Robotics Competition → (2007 Prize increases to $70,000) Introducción a la Robótica Móvil 29
  30. 30. 2. Aplicaciones En agricultura: ‐ Robot‐desbrozador: ‐ Surgió con el crecimiento de  las plantaciones orgánicas,  cuja certificación impide la  utilización de herbicidas y  [robô Lukas, Universidade Halmstad - http://www.hh.se/ ] otros venenos.  Agricultural Robotics Information Page: http://www.hh.se/staff/albert/agrorobotics.html ⇒ Uso de GPS y marcadores por RF.Introducción a la Robótica Móvil 30
  31. 31. 2. Aplicaciones En agricultura: • El Robot Lukas, es capaz de – desbrozar una plantación de  forma totalmente autónoma.  – arrancar las yerbas dañinas  de forma mecánica ‐ [robot Lukas, Universidad Halmstad - http://www.hh.se/ ] eliminando la necesidad de  los herbicidas ‐ el nuevo  robot evita costos con mano‐ de‐obra. Logra desbrozar no solamente los matos entre los canteros de una plantación; si no  también extraer céspedes entre las plantas, sin danificarlas.  Fue desarrollado para operar en plantaciones de remolachas, pero puede ser  configurado para operar en otras culturas.Introducción a la Robótica Móvil 31
  32. 32. 2. Aplicaciones En agricultura: • El Robot Lukas, es capaz de – desbrozar una plantación de  forma totalmente autónoma.  – arrancar las yerbas dañinas  de forma mecánica ‐ [robot Lukas, Universidad Halmstad - http://www.hh.se/ ] eliminando la necesidad de  los herbicidas ‐ el nuevo  robot evita costos con mano‐ de‐obra. Funciona a partir del procesamiento computadorizado de imágenes ‐ también conocido como  visión artificial. Una cámara de infra‐rojo detecta los canteros de la plantación ‐ el espacio  entre las filas de plantas. Las imágenes son entonces procesadas por un programa  especialmente desarrollado para esta función. A partir de esta análisis, el programa controla  las ruedas y el sistema de dirección del robot.Introducción a la Robótica Móvil 32
  33. 33. 2. Aplicaciones En agricultura: • El Robot Lukas, es capaz de – desbrozar una plantación de  forma totalmente autónoma.  – arrancar las yerbas dañinas  de forma mecánica ‐ [robot Lukas, Universidad Halmstad - http://www.hh.se/ ] eliminando la necesidad de  los herbicidas ‐ el nuevo  robot evita costos con mano‐ de‐obra. En el interior de los canteros, el robot identifica las malas hierbas de las plantas con  ayuda de otra cámara (una cámara digital común), que capta imágenes coloridas. Es  a partir de los colores de las plantas que el sabe lo que debe ser arrancado e lo que  debe ser dejado en el suelo.Introducción a la Robótica Móvil 33
  34. 34. 2. Aplicações Em agricultura: Embrapa e USP realizam workshop sobre tecnologias de robótica em agricultura Em 27 e 28 de abril (2006), foi realizado em São Carlos, SP, o workshop “Tecnologias de  Robótica em Agricultura ‐ Potenciais para Agricultura Tropical”.  O evento ocorreu na Embrapa Instrumentação Agropecuária (São Carlos), unidade da  Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária ‐ Embrapa, vinculada ao Ministério da  Agricultura, Pecuária e Abastecimento. O workshop, integrou as áreas de automação de processos agrícolas e robótica, buscando  fomentar pesquisas em robótica para automação de processos agrícolas, desenvolvidas no  País.  Promoção: Embrapa e Laboratório de Simulação e Controle da Escola de Engenharia de São  Carlos da Universidade de São Paulo ‐ USP.Introducción a la Robótica Móvil 34
  35. 35. 2. Aplicações Em agricultura: Embrapa e USP realizam workshop sobre tecnologias de robótica em agricultura Em 27 e 28 de abril (2006), foi realizado em São Carlos, SP, o workshop “Tecnologias de  Robótica em Agricultura ‐ Potenciais para Agricultura Tropical”.  A programação incluiu palestras, mini‐curso e apresentação de trabalhos em temas como  sensores para automação de processos, sensoriamento remoto e SIG (Sistema de  Informação Geográfico); sistemas de posicionamento e orientação em campo aberto; e  tecnologias de aplicação de insumos. Também serão abordadas arquiteturas robóticas de  controle; inteligência computacional; processamento de imagens; robôs móveis, entre  outros temas. O evento contou com a participação de palestrantes da Embrapa Instrumentação  Agropecuária; da Embrapa Informática Agropecuária (Campinas, SP); da Universidade  Federal de Viçosa e da AGCO do Brasil, além de pesquisadores do Instituto de Automática  Industrial, da Espanha.Introducción a la Robótica Móvil 35
  36. 36. 2. Aplicaciones Ejemplos: Robots miniatura. Robot minero.Introducción a la Robótica Móvil 36
  37. 37. 2. Aplicaciones Detectores de minas  terrestres: Robots para detectar y neutralizar minas  terrestres (controlado remotamente – no autónomos).Introducción a la Robótica Móvil 37
  38. 38. 2. Aplicaciones Robots detectores y neutralizadores de minas terrestres. Robots móviles (con garra manipuladora) para remoción,  desactivación de bombas o remoción de materiales peligrosos  o dañosos a la salud humana. Note: este robot no es  autónomo (es manipulado).Introducción a la Robótica Móvil 38
  39. 39. 2. Aplicaciones Levantamientos  automáticos de mapas [Berkeleys  ‐ miniaturização de sensores de  posicionamento] http://www.coe.berkeley.edu/labnotes/0402/ tinyos.htmlIntroducción a la Robótica Móvil 39
  40. 40. 2. Aplicaciones Robot‐cámara: Robot‐cámara móvil [http://www.nhk.or.jp/strl/open2004/en/tenji/t11.html]Introducción a la Robótica Móvil 40
  41. 41. 2. Aplicaciones: • Cooperación con seres  humanos:Introducción a la Robótica Móvil 41
  42. 42. 2. Aplicaciones • Cooperación con  seres humanos:Introducción a la Robótica Móvil 42
  43. 43. 2. Aplicaciones • Mantenimiento de  usinas termo‐nucleares: [KOSUGE & WANG Lab.,  Department of Bioengineering and Robotics, Tohoku University,  Japón ‐ http://www.irs.mech.tohoku.ac.j p/research/RealWorld/maintena nce.html – Disponible en  31/08/06]Introducción a la Robótica Móvil 43
  44. 44. 2. Aplicaciones • Mantenimiento de turbinas eléctricas: – Proyecto ROBOTURB [UFSC/Lactec‐PR]:  – robot capaz de recuperar aspas de turbinas  de usinas hidroeléctricas en Brasil.  – El trabajo de recuperación de las aspas, que  mueven aguas para generar energía, es  indispensable para que el suministro no sea  comprometido y debe ser hecho, en  promedio, de cuatro en cuatro años. Eso  pasa porque el paso del agua por las  turbinas provoca el surgimiento de cráteres  en la aspas.  – Todo esto es hecho de forma manual y las  condiciones de trabajo de los técnicos  involucrados son insalubres. Introducción a la Robótica Móvil 44
  45. 45. 2. Aplicaciones • Proyecto ROBOTURB [UFSC/Lactec‐PR]:  – Robot proyectado por investigadores. – Trabaja de forma automática, propiciando  mas cualidad de servicio y mayor precisión  en la soldadura de los cráteres. La principal  ventaja refiérense al tiempo en lo cual las  aspas pueden se quedar sin  mantenimiento: ocho años, el doble del  obtenido (en general) si comparado al  proceso manual. Las ventajas económicas  también son expresivas: economizase  cerca de US$ 50,000 en cada turbina  reparada. En 2 pruebas realizadas en  campo, una en Foz do Areia, y otra en  Curitiba (PR), en junio/2007 y otra en  Estreito (SP), en octubre/2007 fueran  obtenidos resultados mejores do los que se  esperaban. Estas pruebas comprobaran la  robustez del robot y también su eficiencia. Introducción a la Robótica Móvil 45
  46. 46. 2. Aplicaciones • Robot ROBOTURB [UFSC/Lactec‐PR]:  – Unidades hidráulicas usadas en  la generación de energía  eléctrica son generalmente  máquinas de grande porte, cuyos  rotores cuestan cuasi US$  100,000. Entonces el perfil  hidráulico del rotor necesita ser  proyectado de forma a  garantizar grande eficiencia y  condiciones de desagüe  adecuadas, para evitar la  ocurrencia de cavitación (cavitation) ‐ que provoca  erosión en las aspas del rotor,  reduciendo su eficiencia además  de comprometer la integridad  estructural del conjunto. Introducción a la Robótica Móvil 46
  47. 47. 2. Aplicaciones • Robot ROBOTURB [UFSC/Lactec‐PR]:  Objetivo: solucionar un problema  que atinge 55 de las 190 turbinas  hidráulicas de grande porte en  operación en Brasil ‐ cuyos rotores  necesitan de trabajos de  recuperación de superficies  erosionadas por cavitación ‐ investigadores del departamento  de Ingeniería Mecánica de la  UFSC, en sociedad con la  Compañía Paranaense de Energía  Eléctrica (COPEL), empezaran a  desarrollar un sistema totalmente  automatizado para substituir el  actual procedimiento manual de  recuperación de esas turbinas. Introducción a la Robótica Móvil 47
  48. 48. 2. Aplicaciones • Robot ROBOTURB [UFSC/Lactec‐PR]:  – El elemento central del nuevo  equipamiento consiste en un  robot con configuración especial,  integrado al proceso de  soldadura, con capacidad para  operar en espacios confinados  referentes al canal (paso) entre  las aspas adyacentes del rotor. Introducción a la Robótica Móvil 48
  49. 49. 2. Aplicaciones • Robot ROBOTURB [UFSC/Lactec‐PR]:  – Las ventajas son innumeras: mejoría y  uniformización en la cualidad de la soldadura y de  la superficie obtenida después del paso de  acabamiento por plasma, además de la  preservación de la forma geométrica original de la  aspa de la turbina y perfeccionamiento del control  sobre el nivel de tensiones residuales  introducidas. La cuantidad del material depositado  será reducida, así como el tiempo de trabajo y de  exposición de las personas al ambiente insalubre.  El sistema robotizado debe traer impactos  positivos al sector de generación de energía  eléctrica en plantas hidroeléctricas, ya que la  capacidad de suministro regular de energía  constituye factor decisivo para viabilizar el  desarrollo económico, una vez que aumentar la  disponibilidad de máquinas generadoras de  energía es maximizar la capacidad del país en  suministro de energía eléctrica a curto piazo. Introducción a la Robótica Móvil 49
  50. 50. 2. Aplicaciones • Robot ROBOTURB [UFSC/Lactec‐PR]:  – La principal dificultad en la creación del  equipo viene del pequeño espacio que el  tiene para trabajar. Un robot normal tiene  muchas articulaciones, que forman  verdaderos codos y, por lo tanto, no cabe en  el estricto espacio de la turbina. El desafío  fue desarrollar una máquina sin esos codos,  que podría operar en espacios restrictos. El  reparo de la turbina cuando hecho  manualmente, involucra la deposición, a  través de soldadura, de cerca de una  tonelada de acero inoxidable en cada rotor,  que tiene 16 aspas. Introducción a la Robótica Móvil 50
  51. 51. 2. Aplicaciones • Robô ROBOTURB [UFSC/Lactec‐PR]:  – Con el Roboturb, la cuantidad de material  empleado en soldadura debe caer para 800  quilos, lo que generar un ahorro de US$ 9,5  miles, una vez que el material utilizado  cuesta US$ 50 el quilo. La soldadura  robotizada permitirá aún disminuir el tiempo  gasto en mantenimiento, que debe caer de  16 para 11 días, lo que, dependiendo del  tamaño de la turbina, puede posibilitar una  ganancia de hasta US$ 1,150 millones, una  vez que el lucro que si pierde con una  turbina de grande porte parada puede  alcanzar US$ 10 mil por hora. Introducción a la Robótica Móvil 51
  52. 52. 2. Aplicaciones • Robot ROBOTURB [UFSC/Lactec‐PR]:  – Su concepción cinemática redundante  emplea la primera articulación definida por  un riele con capacidad de flexionar y torcer,  permitiendo su fijación en superficies de  geometría complexa, por medio de ventosas.  Tales características cinemáticas  proporcionan un robot de alcance lineal de  hasta 2000 mm con 600mm de anchura en  un ambiente confinado. El robot pose  accesorios como: sensor láser tipo “hoja de  luz" para realizar la medición de superficies  libres, fuente de soldadura para deposición  de material y un generador de trayectorias  para definir los caminos para los  procedimientos de medición y soldadura. Un  software de control administra la integración  de los varios periféricos involucrados en el  procedimiento de mantenimiento. Introducción a la Robótica Móvil 52
  53. 53. 2. Aplicaciones • Robô ROBOTURB [UFSC/Lactec‐PR]:  – El equipamiento trabajará en tres etapas. Primero  analizando los defectos existentes en la aspa a ser  reparada y sacando mediciones. En seguida  depositando el acero inoxidable en los cráteres. Al  fin, generando los cambios necesarios para  recomponer la superficie inicial de la aspa. Eso  garantiza una disminución del trabajo de  acabamiento feito por raspaje. Antes la empresa  gastaba US$ 100 mil con la reparación de cada  turbina. La expectativa es disminuir los cuestos en  hasta US$ 40 mil, una caída de 40%. Mientras  tanto, la principal ganancia va a venir del aumento  del plazo entre cada reparación. La major uniformidad en la estructura soldada por  Roboturb va posibilitar un aumento de 50% del  tiempo de utilización de las máquinas entre las  Fonte: http://www.roboturb.ufsc.br/projeto.html manutenciones, pasando de las actuais 16 mil para  acesso em dezembro de 2002 24 mil horas. Introducción a la Robótica Móvil 53
  54. 54. 2. Aplicaciones Robot de rescate: • A empresa Vecna presento el prototipo  de su robot Bear (oso), destinado a  rescatar víctimas en accidentes, desastres  naturales y desastres intencionalmente  causados por el hombre.  • Las orugas tanto pueden ficar apoyadas  en el suelo, permitiendo que el robot se  abaje para recoger la víctima, además le  permiten levantarse y quedarse parado,  gracias a un mecanismo de balanceo  dinámico. Introducción a la Robótica Móvil 54
  55. 55. 2. Aplicaciones Robot de rescate: • Los brazos son accionados hidráulicamente,  tornando el robot capaz de erguir una persona  adulta con facilidad. Pruebas con el prototipo  mostraran capacidad para andar con un hombre  en sus brazos durante 50 minutos, en la posición  “parado".  • El fabricante planea mejorar el Bear para que el  sea capaz de retirar víctimas en casos de  accidentes en centrales nucleares o plantas  químicas, interior de predios amenazados, en  escombros, en locales aislados por terremotos y  para uso militar. • El prototipo no es autónomo, o sea, su energía  aún es suministrada por medio de cables. La  empresa no revelo como pretende alimentarlo  de forma a dispensar los cables. http://www.vecna.com/ 01/09/2006Introducción a la Robótica Móvil 55
  56. 56. 2. Aplicaciones Robot‐guarda: • La empresa japonesa Hitachi anuncio el lanzamiento de  un pequeño robot desarrollado para vigilancia. Portando  una camera móvil, ele consigue tomar imágenes de una  residencia o área comercial de forma mas flexible que  los circuitos convencionales de CFTV. • Es dotado de sensores que permiten que el se mueva en  el ambiente desviando‐se de obstáculos y capturando  imágenes, a partir de un trayecto definido como de una  área aleatoria. El también detecta movimientos,  pasando a capturar imágenes de la área sospechosa. • Además del movimiento del propio robot, su camera es  móvil, añadiendo aún mas flexibilidad a captura de  [http://global.hitachi.com/] imágines, que tanto pueden ser gravadas en la memoria  do propio robot, como ser transmitidas para una central  tradicional de grabación de videos.Introducción a la Robótica Móvil 56
  57. 57. 2. Aplicaciones Robots terrestres (investigación) → The Nomad Super Scout II Especificaciones: PC industrial (PC104…), sensores por toque y por  ultrasonido y módulo de visión opcional.  Adicionalmente, usa un DSP TMS320C14 para controle  de los motores con taja de amostreo de 2 KHz. Diámetro: 41 cm x Altura: 35 cm. Peso: 25 kg. (con baterías) | Movimiento: velocidad <= 1.0 m/sec, aceleración <= 2m/s2 Capacidad de carga: 5 kg. Sistema de baterías: 432 watt‐hora (recargables). Sistema motriz: 2 rodas motrices diferenciales en su centro geométrico Resolución de los Encoders: translación: 756 pulsos/cm; rotación: 230 pulsos/grado Procesador: Pentium 233 MHz + Motorola 68332‐16 MHz + Disco Duro: 2 GB; Memoria: 64 MB Portas: Serial (de controle): 38.4 Kbaud; Porta serial (modo texto): 9600 Baud,  Joystick analógico compatible con PC.Introducción a la Robótica Móvil 57
  58. 58. 2. Aplicaciones Robots terrestres (investigación) → Pioner 3DX  MobileRobots Inc.  [http://www.activrobots.com] Especificaciones: The rugged P3‐DX is 44cm x 38cm x 22cm aluminum body with 16.5cm dia drive wheels. The two motors use 38.3:1  gear ratios and contain 500‐tick encoders. This differential drive platform is highly holonomic and can rotate in place  moving both wheels, or it can swing around a stationery wheel in a circle of 32cm radius. A rear caster balances the robot. P3‐DX can climb a 25% grade and sills of 2.5cm. On flat floor, the P3‐DX can move at speeds of 1.6 mps. At  slower speeds it can carry payloads up to 23 kg. Payloads include additional batteries and all accessories and must be  balanced appropriately for effective operation of the robot. In addition to motor encoders, the P3DX base includes eight ultrasonic transducer (range‐finding sonar) sensors arranged to provide 180‐degree forward coverage. They read ranges from 15cm to approximately 7m. P3‐DXs hinged battery door makes hot‐swapping batteries simple, though a bare P3‐DX base can run 18‐24 hours on three fully charged batteries. With a high‐capacity charger, re‐charging time is only 2.4 hours. The P3‐DXs easily removable nose allows quick access to any optional embedded computer for addition of up to 3  PC104+ cards. All P3‐DXs include a 32‐bit RISC‐based controller. On the microcontroller, we have 8 digin and 8 digout plus 1 dedicated A/D port; 4 digin can be reconfigured as A/D in; 4 digout can be reconfigured to PWM outputs. This user I/O is integrated into the packet structure, accessible through ARIA.Introducción a la Robótica Móvil 58
  59. 59. Entre los varios sensores del AIBO están: 2. Aplicaciones Sensores de proximidad por infrarrojos; Sensores de aceleración; interruptores de toque (cabeza, cara, piernas, patas y cola); Sensores de vibración; Robots domésticos: Sensores de temperatura. → entretenimiento: Algunas habilidades del AIBO: 1) Captura digital de imágenes segundo comandos por voz; Sony AIBO Robot: 2) Capacidad de navegar por el entorno usando rede LAN; 3) Salva imágenes JPEG en memorias “Stick”. 4) Comunicación con otros AIBOS y con PC. 5) Interactúa y responde a otros AIBOs, por lo tanto, pronto para  operar en competencias como el RoboCup serie robots AIBO (la  Sony tenia su propio time). 6) Es capaz de expresar una amplia gama de emociones (felicidad,  tristeza, miedo, indiferencia, sorpresa y rabia) y instintos (tine ganas de brincar, jugar a las escondidas, tiene “hambre”, tiene  sueno). 7) Puede ser utilizado como plataforma para probar diferentes  algoritmos de comportamiento basados en proyectos de robots  móviles o colonia de robots. 8) Viene acompañado de rede LAN wireless (inalámbrica)  Kismet 9) Otras características (AIBO ERS‐220A) : ‐ Capacidad para reconocer hasta 75 comandos de voz; ‐ Reconoce su nombre y el nombre del dueño.Introducción a la Robótica Móvil 59
  60. 60. 2. Aplicaciones Robot‐insecto: • Imita aquellos pequeños insectos que se mueven  velozmente sobre la agua, fluctuando gracias a la tensión  superficial de la agua.  [Strider II] • El Strider, aunque parta del mismo principio, almeja ser  un robot práctico, que puede ser utilizado tanto para  andar sobre la tierra, como para fluctuar sobre la agua. El  objetivo de los investigadores de la Universidad Chuo, en  Japón, es construir un robot para operar en áreas que  sufrieran calamidades, principalmente inundaciones y  tifones. • Es capaz de cargar una cámara de vídeo y transmitir  imágenes para una central de rescate. • Pero tampoco Strider es demasiado pequeño o grande  como para no sacar provecho de la tensión superficial de  la agua. Por eso, sus patas son especiales: eles sirven  como flotadores en la agua y como patas cuando el robot  necesita trasladar sobre solos pantanosos o sólidos. [Strider I http://web.mit.edu/ http://www.chuo-u.ac.jp/chuo-u/index_j.html ]Introducción a la Robótica Móvil 60
  61. 61. Hora do cafezinho (intervalo)Introducción a la Robótica Móvil 61
  62. 62. Introducción a laRobótica MóvilProf. Dr.Eng.* Fernando Passold*Dr. Eng: Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC), Dept. Automatización de Sistemas (DAS), Florianópolis,Brasil; Mr.Eng.: UFSC/Biomédica, Brasil

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