Proyecto de investigación para una estancia posdoctoral en la División de Estudios de Posgrado e Investigación del Instituto Tecnológico de la Laguna

Transcripción

1 Proyecto de investigación para una estancia posdoctoral en la División de Estudios de Posgrado e Investigación del Instituto Tecnológico de la Laguna Tema de la investigación: Planificación y control de locomoción de robots humanoides. Posdoctorante: José Víctor Núñez Nalda. Responsables académicos: Víctor Adrián Santibáñez Dávila y José Alfonso Pámanes García. Financiamiento: Beca para estancias posdoctorales de CONACYT. Periodo: Julio 2009 Junio Torreón Coah. a 21 abril de 2009

2 Resumen: Durante esta estancia de posdoctorado se estudiara el control de la locomoción de robots humanoides. Para tal efecto en el ITL se cuenta con un robot humanoide Bioloid de 18 grados de libertad (gdl.) asi como un robot bípedo de 4 gdl de tamaño similar a un humano. En primer término, se desarrollara un software de interacción y control para estos robots. El software permitirá la validación experimental de patrones de marcha basados en movimientos cicloidales, y la implementación de técnicas de control de todo el cuerpo que se han propuesto anteriormente y han sido validadas en el robot humanoide HRP-2. Asimismo, se prevé verificar experimentalmente con el robot Bioloid diversos tipos de movimientos que incluyen fases aéreas, tales como el salto y aún la carrera del robot. Una de los aspectos específicos que se desea estudiar en nuestro proyecto se refiere al control de los motores del robot en modo par, además de hacerlo en modo velocidad. Esto permitirá considerar leyes de control que aprovechen la dinámica intrínseca del robot; es decir que la inercia natural del mecanismo privilegie ciertos movimientos. Palabras clave: Robots humanoides, Control de la locomoción. Objetivos y metas El objetivo de la estancia posdoctoral propuesta, es el de colaborar con los estudios sobre locomoción de robots humanoides que se llevan a cabo en el Instituto, y que cuentan con un robot humanoide y un bípedo. Dichas plataformas de hardware servirán para la validación experimental de metodologías originales para la planificación y control de movimientos dinámicos. De forma particular se desarrollara un software de interacción y control para robots humanoides y se implementaran metodologías originales para movimientos como la marcha, el salto y la carrera de este tipo de robots. Del punto de vista de publicaciones, se espera realizar al menos una publicación en una revista internacional arbitrada y una más en un congreso internacional.

3 Avances y antecedentes : En el grupo de mecatrónica y control del Instituto Tecnológico de la Laguna se estudia la locomoción de los robots bípedos desde hace casi una década. Se han considerado patrones de marcha basados en movimientos cicloidales, los cuales se caracterizan por una disminución de los impactos en los momentos de cambio de apoyo del robot [1]. En esta línea de trabajo se ha desarrollado un robot bípedo de 4 gdl. como prototipo para investigación experimental [2] [3] [4] y se ha adquirido un robot Bioloid de 18 gdl [5]. El software que se desarrollará permitirá la implementación de técnicas de control de todo el cuerpo que se han propuesto anteriormente [6], [7], [8], [9], [10]. Estas técnicas, en las que se especifican el esfuerzo de interacción entre el robot y el medio ambiente, han sido validadas en el robot HRP-2, pero solamente para movimientos simétricos. Asimismo, se prevé verificar experimentalmente, con el robot Bioloid, movimientos como el salto y la carrera del robot. 1. Pámanes G.J.A., Núñez Nalda J.V.; Análisis del Caminado de un Robot Bípedo Para un Patrón de Marcha Basado en Movimientos Cicloidales ; CoMRob Moquet S., Wenger P., Pámanes G.J.A., Moreno H., Franco G. ; Aspectos del Diseño Conceptual de un Robot Ambulante Bípedo de 4 Grados de Libertad ; CoMRob Alvarez E., Pámanes J.A., Arias L.E.; Modeling and Balancing of a 4 dof Biped Robot for a Walking Pattern based in Cycloidal Motions ; COMRob Campa R., Velázquez A., Llama M. and Pámanes J. A.; Real-Time Motion Control of a 4-Dof Biped Robot for Research ; COMRob Nunez V., Yokoi K., Nadjar Gauthier N., Blazevic P., Stasse O; Whole body posture controller based on inertial forces ; Humanoids Nunez V., Yokoi K., Nadjar Gauthier N., Blazevic P., Stasse O. Inertial Forces Posture Control for Humanoid Robots Locomotion, Capitulo en Humanoid robots: human-like machines. ISBN: , Nunez V., Nadjar-Gauthier N., Blazevic P.; Inertial force position control for jumping of humanoid robots ; ISRA Nunez V., Nadjar-Gauthier N.; Control Strategy for Vertical Jump of Humanoid Robots ; IROS Nunez V., Nadjar-Gauthier N.; Humanoid vertical jump with compliant contact ; CLAWAR 2005.

4 Justificación: La robótica humanoide es un campo de avance tecnológico con gran auge y crecimiento en la actualidad. Cada vez un mayor número de centros de investigación y empresas particulares dedicadas a la innovación tecnológica incluyen en sus temáticas la concepción, planificación de movimientos, control y desarrollo de software para robots humanoides. Diversos especialistas coinciden en que el desarrollo de los robots, en particular los humanoides, en las próximas dos décadas, podría tener una repercusión comparable a la de las computadores personales en los 80 s y 90 s. Algunos aspectos tratados son la planificación y generación de movimientos, la coordinación entre la percepción y la acción o locomoción, la optimización mecatrónica de robots complejos así como la interacción hombre máquina y la inteligencia artificial. La interacción de investigadores con diversos enfoques y especialidades sobre un tema común de investigación conlleva una sinergia importante en la generación de conocimientos y nuevas tecnologías. Metodologia: En primer lugar, nos enfocaremos en el desarrollo de un software de interacción y control para el humanoide Bioloid. Este programa será desarrollado en lenguaje C++ y contará con una interfaz gráfica para especificar los movimientos deseados del robot así como con un módulo de interconexión con el microcontrolador encargado del envío y seguimiento de las consignas angulares a cada uno de los 18 motores del humanoide. Se estudiarán patrones de marcha intrínsecamente equilibrados, es decir que verifiquen que el punto de momento cero (zmp) se encuentre en el polígono de sustentación durante el caminado del robot. Una de los aspectos específicos que se desea estudiar en nuestro proyecto se refiere al control de los motores del robot en modo par, además de hacerlo en modo velocidad. El software que se desarrollará permitirá la implementación de técnicas de control como el Control de Postura Lagrangiano (LPC) propuesto anteriormente y verificar experimentalmente con el robot Bioloid diversos tipos de movimientos que incluyen fases aéreas, tales como el salto y aún el trote y la carrera del robot.

5 Inserción en el posgrado receptor: El control de robots humanoides es una línea de investigación prioritaria del grupo de mecatronica y control del ITL. Actualmente dos estudiantes de doctorado desarrollan sus temas de tesis en esta área: Lina E. Arias estudia el movimiento en 3d del caminado de un bípedo y Carla Campos Caldera trabaja sobre el modelado y control de la plataforma experimental de un robot bípedo de 4 gdl. desarrollado completamente en el Instituto. Durante la estancia posdoctoral propuesta se trabajara en conjunto para el desarrollo de estos temas de investigación. Asimismo actualmente un estudiante de maestría realiza su tesis sobre el caminado basado en movimientos cicloidales con el robot Bioloid y un estudiante mas iniciara en septiembre con un tema sobre visión aplicada a la locomoción de robots humanoides. Durante el posdoctorado se participara como co-asesor de estas tesis de maestría. Compromiso Institución: Para el adecuado desarrollo de su estancia posdoctoral, el Dr. Núñez Nalda contara con un cubículo adecuado y con el equipo de computo correspondiente. Para la validación experimental y desarrollo de controladores de locomoción de robots humanoides tendrá acceso al robot humanoide Bioloid y al robot bípedo de 4 gdl. Por parte se apoyara al posdoctorante para su participación en congresos y para la publicación de artículos en revistas de prestigio.

6 Cronograma: Actividad Fecha Fecha Productos esperados Revisión 01/07/ /08/2009 bibliográfica Manejo avanzado 01/07/ /10/2009 C++ Interface PC - robot 01/08/ /09/2009 Interfaz grafica de 01/10/ /11/2009 Programa de usuario control de un robot humanoide Trayectorias de marcha control postura lagrangiano Trayectorias salto y corrida Experimentación fase aérea Impacto en el posgrado receptor 01/11/ /02/2010 Colaboración con el tema de doctorado sobre caminado en 3d y Publicación de 01/02/ /04/ /04/ /06/ /05/ /06/2010 Programa con generación de trayectorias movimientos dinámicos articulo congreso Publicación articulo revista en

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