DEPARTAMENTO DE CONTROL AUTOMÁTICO INSTITUTO DE AUTOMÁTICA INDUSTRIAL CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS (CSIC)

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1 DEPARTAMENTO DE CONTROL AUTOMÁTICO INSTITUTO DE AUTOMÁTICA INDUSTRIAL CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS (CSIC)

2 DEPARTAMENTO DE CONTROL AUTOMÁTICO [ INSTITUTO DE AUTOMÁTICA INDUSTRIAL [ CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS [ Ctra. Campo Real Km 0, Arganda del Rey, Madrid Tel.:

3 Presentación El Departamento de Control Automático (DCA) del Instituto de Automática Industrial del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) tiene como objetivo fundamental la investigación sobre el análisis y el diseño de sistemas en el marco institucional del Área Científico-Técnica de Ciencia y Tecnologías Físicas, con el equivalente, en el ámbito universitario, de Ingeniería de Sistemas y Automática. A lo largo de los 35 años de existencia del Departamento se han cultivado varias líneas de investigación, inicialmente centradas en el Control Automático y posteriormente en el área de la robótica. En la actualidad la actividad del departamento se centra en: 1. La investigación teórica de sistemas de control y robótica 2. La formación de personal científico (preferentemente mediante la realización de tesis doctorales y tesis de maestría) 3. La impartición de cursos de formación 4. La organización de conferencias internacionales, y 5. La elaboración y ejecución de proyectos de investigación y desarrollo tecnológico, enfocados de manera significativa en la resolución de los problemas que presentan las nuevas generaciones de robots y en la automatización avanzada de diversos procesos de producción. La consecución de proyectos de investigación precompetitivos redunda de una forma clara en la potenciación de las líneas de investigación a medio y largo plazo y, actualmente, podemos considerar que las líneas de investigación fundamentales del departamento son: 1. Sistemas de Control de Accionamientos Electromecánicos. 2. Robots manipuladores específicos 3. Amplificadores de potencia humana (Human Power Amplifiers) 4. Manipuladores inteligentes para asistencia (Intelligent Assist Devices) 5. Robots móviles: robots caminantes y escaladores, robots submarinos Instituto de Automática Industrial - CSIC 1

4 Actividad del departamento El Departamento de Control Automático comenzó a desarrollar sistemas robotizados en 1980, cuando acometió el diseño y construcción del robot industrial EI-25 para INISEL lo que resultó ser el primer robot con accionamientos eléctricos desarrollado en España- o el proyecto SIROIN llevado a cabo en cooperación con Equipos Nucleares SA (ENSA), en el que se diseñó un sistema robotizado complejo para la inspección y el mantenimiento de los generadores de vapor de las centrales nucleares, que incorporaba técnicas de teleoperación y de telepresencia. Ambos proyectos proporcionaron al DCA una gran madurez en el área de la Robótica, lo que le situó en una posición inmejorable para afrontar los retos científicos y técnicos que suponen abordar nuevas aplicaciones en sectores no tradicionales. Nuestras investigaciones en el campo de la robótica se han encaminado, en la última década, de una forma especialmente intensa hacia el campo de los robots para medios hostiles y aplicaciones especiales. La robótica presenta un marcado carácter interdisciplinar. Las actividades del DCA en este campo han partido del diseño y el control de robots manipuladores, extendiéndose actualmente hacia el diseño y el control de sistemas con varias cadenas cinemáticas abiertas o cerradas-. De este modo se han llevado a cabo investigaciones básicas acerca de los algoritmos de locomoción para robots caminantes. En particular, y en el marco proyectos CICYT, se ha desarrollado un robot de cuatro patas, RIMHO, el primero que se llevó a cabo en nuestro país, lo que ha situado nuestras investigaciones en una posición de privilegio en este campo. Estas investigaciones prosiguieron con otros proyectos, como los relacionados con el robot cuadrúpedo SILO4 del que se han construido tres réplicas que se encuentran en el IAI-CSIC, Universidad de Bourges (Francia) y Universidad de Murcia. Las investigaciones iniciales sirvieron para conseguido importantes contratos de investigación en la ECC para la transferencia a la práctica industrial de la tecnología y el conocimiento adquirido en el área de los robots caminantes. Fruto de estas investigaciones son los robots caminantes (ROWER) y escaladores (REST y REST2), para la automatización de diversas operaciones en el complejo entorno de la construcción naval. EI-25 SIROIN 2 Instituto de Automática Industrial - CSIC RIMHO

5 SILO4 ROWER Las ventajas del empleo de patas, respecto a otros sistemas como ruedas u orugas, sobre determinados tipos de terrenos o situaciones, están ampliamente reconocidas. Por esta razón se han llevado a cabo investigaciones tendentes a la mejora de la tracción de maquinaria de minería y obras públicas (TRACMINER). Debemos citar además las investigaciones, también dentro del marco europeo, acerca de la locomoción de especies extintas como el Iguanodon Bernissartensis (PALAIOMATION). Actualmente el área de robots para entornos hostiles se está trabajando en un robot para detección y localización de minas antipersonal financiado por el Plan Nacional (CICYT DPI , CICYT DPI ). Este es un robot hexápodo que porta un manipulador que maneja una cabeza sensora que incluye un detector comercial de minas metálicas y sensores para controlar la altura de la cabeza al suelo y detectar posibles objetos en su camino. Esta aplicación tiene un gran valor político y económico y está diseñada para un entorno tremendamente hostil y peligroso para los humanos. El último robot caminante desarrollado por el grupo de investigación ha sido el robot ROBOCLIMER desarrollado dentro de dos proyectos CRAFT (ECC) que consiste en un cuadrúpedo portador de las herramientas y maquinarias necesarias para la compactación de terrenos en construcción civil. El robot pesa 2 toneladas y es capaz de portar hasta 3.5 toneladas en equipos auxiliares. El DCA siempre ha estado muy activo en el diseño de robots manipuladores para diversas aplicaciones. En los últimos años se ha desarrollado el proyecto RoboTab-2000 para ayuda a la manipulación directa por operarios de cargas elevadas en la industria de la construcción. Este es el primer paso del grupo hacia un nuevo tipo de dispositivos para la industria que se vienen denominando Dispositivos de Ayuda Inteligentes (Intelligent Power Assist Devices) que constituyen una de las tendencias del grupo para desarrollar sus investigaciones en los próximos años. El DCA es miembro del Programa de Actividades de I+D para Grupos de Investigación de la Comunidad de Madrid: Robots de servicios para la mejora de la calidad de vida de los ciudadanos en áreas metropolitanas (RoboCity-2030). REST REST-2 Instituto de Automática Industrial - CSIC 3

6 Personal Dr. Salvador Ros Torrecillas, Investigador Científico, Director del IAI Dr. Manuel Ángel Armada Rodríguez, Investigador Científico, Vicedirector del IAI Dr. José de No Sánchez-de-León, Investigador Científico Dr. Pablo González de Santos, Investigador Científico, Jefe del Departamento Dra. Elena García Armada, Científico Titular Dr. Teodor Akinfiev, Contratado Programa Ramón y Cajal Jesús Reviejo Sánchez, Titulado Técnico Manuel Prieto Pérez-Borroto, Contratado CSIC Javier Sarria Paz, Contratado CSIC Samir Nabulsi, Contratado CSIC Roberto Ponticelli, Contratado CSIC José Antonio Cobano, FPI Carlota Salinas, FPI Cristian Espinoza, Estudiante de Maestría Álvaro Ramos de Santiago, Estudiante de Maestría TRACMINER PALAIOMATION 4 Instituto de Automática Industrial - CSIC SILO6

7 ROBOCLIMBER Principales contribuciones científicas Diseño de sistemas electromecánicos para accionamientos de robots caminantes Generación de modos de caminar estáticos para robots caminantes Control de robots bípedos Estudios de estabilidad de robots caminantes Optimización de los sistemas sensorial y locomotor de robots caminantes utilizando lógica borrosa Optimización de rendimientos energéticos en robots caminantes Control y distribución de fuerzas en robots caminantes Sistemas de actuación no lineal para robots bípedos Generación de trayectorias para barrido completo de áreas con robots caminantes Robots submarinos Extensores de potencia para humanos Dispositivos para ayuda inteligente RoboTab-2000 Instituto de Automática Industrial - CSIC 5

8 Proyectos financiados ( ) Auxiliary climbing robot for underwater ship hull cleaning of sea adherence and surveying (AURORA) Investigador responsable: M. Armada Rodríguez Entidad financiadora: UE (Growth 99 GRD ) Periodo de vigencia: Global optimization of disc cutter tool life for tunnel boring machine (GOODLIFE) Investigador responsable: M. Armada Rodríguez Entidad financiadora: UE (GROWTH 99 GRD ) Periodo de vigencia: Técnicas de sensorización y control para la detección y localización eficiente de minas antipersonal (DYLEMA) Investigador responsable: P. González de Santos Entidad financiadora: CICYT DPI Periodo de vigencia: Resumen de proyectos Organismos internacionales 6 Organismos nacionales 5 Empresas 5 Total 16 Control visual de robots caminantes Investigador responsable: María A. Jiménez Entidad financiadora: CICYT DPI C03-02 Periodo de vigencia: Técnicas de sensorización y control para la detección y localización eficiente de minas antipersonal: Segunda Fase (DYLEMA) Investigador responsable: P. González de Santos Entidad financiadora: CICYT DPI Periodo de vigencia: Entidad financiadora: Dispositivos robotizados para la instalación de paneles en la construcción de viviendas Tabiquería 2000 S.L. 6 Instituto de Automática Industrial - CSIC

9 Investigador principal: Pablo González de Santos Periodo de vigencia: Industrialización y comercialización de un robot para manipulación de cargas elevadas en la construcción de edificios Entidad financiadora: Comunidad de Castilla-La Mancha -- Tabiquería 2000 S.L. Investigador principal: Pablo González de Santos Periodo de vigencia: Estudio de un sistema automatizado de limpieza de tapices Entidad financiadora: Patronato de la Real Fábrica de Tapices. Investigador principal: Pablo González de Santos Periodo de vigencia: 2005 Amplificadores de potencia humana Entidad financiadora: Proyecto Intramural Especial - CSIC Investigador principal: Pablo González de Santos Periodo de vigencia: 2007 Sistema de control integrado para la optimización de la producción de pastelería industrial (OPTIPAS) Entidad financiadora: Comunidad Autónoma de Madrid y empresa CODAN S.A. Periodo de vigencia: Climbing and walking robots: mobile robotics demonstrator and applications (CLAWAR-2) Entidad financiadora: GROWTH G1RT-CT Periodo de vigencia: Entidad financiadora: Development of a teleoperated climbing robot for slope consolidation and landslice monitoring (ROBOCLIMBER ) GROWTH G1ST-CT Instituto de Automática Industrial - CSIC 7

10 Periodo de vigencia: Diseño, desarrollo y fabricación de un prototipo de robot pórtico para la automatización de la soldadura en bloques (IZAROB) Entidad financiadora: IZAR-SAIND Soldadura Periodo de vigencia: Robots de servicio para la mejorea de la calidad de vida de los ciudadanos en áreas metropolitanas (ROBOCITY2030) Entidad financiadora: Comunidad de Madrid (S-0505/DPI/000176) Periodo de vigencia: A remotely controlled autonomous walking and climbing robot for faster and safer landslide monitoring, slope stability análisis and consolidation (SAFERDRILL) Entidad financiadora: European Commission (FP6-CE- COOP-CT ) Periodo de vigencia: Spill Response Experience Entidad financiadora: European Commission (FP6-CE ) Periodo de vigencia: Instituto de Automática Industrial - CSIC

11 Resumen de publicaciones Revistas (SCI) 30 Congresos Internacionales 58 Tesis Doctorales 6 Libros publicados 1 Libros editados 4 Patentes 13 Publicaciones más representativas ( ) E. Garcia and P. Gonzalez de Santos, On the improvement of walking performance in natural environments by a compliant adaptive gait, IEEE Transactions on Robotics, Vol. 22, No. 5, pp , December P. Gonzalez de Santos, E. Garcia and J. Estremera, QUADRUPEDAL LOCOMOTION: An Introduction to the Control of Four- Legged Robots, Springer, London, T. A. Guardabrazo, M.A. Jimenez and P. Gonzalez de Santos, "Analysing and solving body misplacement problems in walking robots with round rigid feet", Robotics and Autonomous Systems, Vol. 54, pp , March, 2006 R. Caballero, M. Armada, P. Alarcon, Methodology for Zero-Moment Point Experimental Modelling in the Frequency Domain, Journal of Vibration and Control, 12, pp , J. Estremera and P. Gonzalez de Santos, "Generating continuous free crab gaits for quadruped robots on irregular terrain", IEEE Transactions on Robotics, Vol. 21, No. 6, pp , P. Gonzalez de Santos, E. Garcia, J. Estremera and M. Armada, "DYLEMA: Using Walking Robots for Landmine Detection and Location", Internacional Journal of Systems Science, Vol. 36, No. 9, pp , J. Estremera, P. Gonzalez de Santos and L.A. Lopez-Orozco, "Neural virtual sensor for terrain adaptation of walking machines", Journal of Robotic Systems, Vol. 22, No. 6, pp , P. Gonzalez de Santos, J. Estremera, E. Garcia and M. Armada, "Including Joint Torques and Power Consumption in the Stability Margin of Walking Robots", Autonomous Robots, Vol. 18, pp , January E. Garcia and P. Gonzalez de Santos, "An improved energy stability margin for walking machines subject to dynamic effect", Robotica, Vol. 23, No. 11, pp , R. Molfino, M. Armada, F. Cepolina, M. Zoppi, ROBOCLIMBER the 3 ton spider, Industrial Robot, vol. 32, No. 2, pp , M. Armada, Robotics: now and beyond, Industrial Robot, Vol. 32, No. 2, R. Fernández, J. Hespanha, T. Akinfiev, M. Armada, Dual Smart Drive Nonlinear Control Using Backstepping and a Time- Optimal Reference, Autonomous Robots, 19 (3), pp , H. Montes, S. Nabulsi, M. Armada, Built-in high accuracy force sensing implementation for walking robots The International Journal of Robotics Research, 25( 9) pp , C. Balaguer, G.S. Virk, M. Armada, Climbing and walking robots, IEEE Robotics and Automation Magazine, 13(1) pp. 5-6, E. Garcia and P. Gonzalez de Santos, Mobile Robot Navigation with Complete Coverage of Unstructured Environments, Robotics and Autonomous Systems, Vol. 46, No. 2, pp , T. A. Guardabrazo and P. Gonzalez de Santos, "Building an energetic model to evaluate and optimize power consumption in walking robots", Industrial Robot, Vol. 31, No. 2, pp , Instituto de Automática Industrial - CSIC 9

12 H. Montes, L. Pedraza, M. Armada, T. Akinfiev, R. Caballero, Adding extra sensitivity to the SMART non-linear actuator using sensor fusion, Industrial Robot, vol. 31, No. 2, pp , 2004 G.S. Virk, G. Muscato, A. Semerano, M. Armada, H.A. Warren, The CLAWAR project on mobile robotics, Industrial Robot, Vol. 31, No. 2, pp , 2004 R. Caballero, M. Armada, T. Akinfiev, Robust cascade controller for nonlinearly actuated biped robots. Experimental evaluation, The International Journal of Robotics Research, Vol. 23, No. 11, Nov P. Gonzalez de Santos, J.A. Galvez, J. Estremera and E. Garcia, "SILO4 - A true walking robot for the comparative study of walking machine techniques", IEEE Robotics and Automation Magazine, Vol. 10, No. 4, pp , December P. Gonzalez de Santos; J. Estremera, M.A. Jiménez, E. García and M. Armada, "Manipulators help out with plaster panels in construction", Industrial Robot, Vol. 30, No. 6, pp: , E. Garcia, J.A. Galvez and P. Gonzalez de Santos, "On finding the relevant dynamics for model based controlling walking robots", Journal of Intelligent and Robotic Systems, Vol. 37, No.4, pp , August M.A. Armada, P. Gonzalez de Santos, M.A. Jimenez and M. Prieto, "Application of CLAWAR machines", The International Journal of Robotics Research, Vol. 22, No. 3-4, pp April, J.A. Galvez, J. Estremera and P. Gonzalez de Santos, "A new legged-robot configuration for research in force distribution", Mechatronics, Vol. 13, pp , J. Estremera, E. Garcia and P. Gonzalez de Santos, "A Multi-Modal and Collaborative Human-Machine Interface for a Walking Robot," Journal of Intelligent and Robotic Systems Vol. 35, pp , E. Garcia, J. Estremera and P. Gonzalez de Santos, "A comparatice study of stability margins for walking machines", Robotica, Vol. 20, No. 6, pp November, E. Garcia, P. Gonzalez de Santos and C. Canudas de Wit, "Velocity dependance in the Cyclic Friction Arising with Gears", The International Journal of Robotics Research, Vol. 21, No. 9, pp Septiembre, P. Gonzalez de Santos, M.A. Jiménez and M.A. Armada, "Improving the motion of walking machines by autonomous kinematic calibration", Autonomous Robots, Vol. 12, No. 2, pp , March J. Estremera and P. Gonzalez de Santos, "Free Gaits for Quadruped Robots over Irregular Terrain", The International Journal of Robotics Research, Vol. 21, No. 2, pp , February T. Akinfiev, M. Armada, The Influence of Gravity on Trajectory Planning for Climbing Robots with Non-rigid Legs, Journal of Intelligent and Robotic Systems, Vol 35, pp , Instituto de Automática Industrial - CSIC