Sistemas de Locomoción de robots móviles. Automatización y Robótica Industrial 5 Ing Industrial

Transcripción

1 Sistemas de Locomoción de robots móviles

2 Consideraciones de diseño Maniobrabilidad Controlabilidad Tracción Capacidad de subir pendientes Estabilidad Eficiencia Mantenimiento Impacto ambiental Consideraciones de Navegabilidad

3 Tipos de Locomoción Con ruedas/cintas de deslizamiento Diferencial Síncrona Triciclo Ackerman Omnidireccionales Otras Con patas Otros

4 Algunos conceptos previos Rueda motriz: La que proporciona fuerza de tracción al robot Rueda directriz: Ruedas de direccionamiento de orientación controlable. Ruedas fijas: Sólo giran en torno a su eje sin tracción motriz. Ruedas locas o ruedas de castor. Ruedas orientables no controladas.

5 Algunos conceptos previos Rueda Fija Rueda orientable centrada Rueda orientable descentrada (Rueda de Castor) Ruedas Suecas: Ruedas omnidireccionales

6 Algunos conceptos previos Centro instantáneo de Rotación (CIR) o centro instantáneo de curvatura (CIC): El punto de intersección de todos los ejes de las ruedas

7 Algunos conceptos previos Restricciones no holónomas Qué significa? El robot puede moverse instantáneamente adelante o atrás pero no lateralmente por el deslizamiento de las ruedas

8 Algunos conceptos previos Restricciones no holónomas MATEMÁTICAMENTE R. Holónoma no depende de R. No Holónoma depende de y no es integrable NO INTEGRABLE

9 Locomoción diferencial ω No hay ruedas directrices. El cambio de dirección se realiza modificando la velocidad relativa de las ruedas a Izquierda y Derecha

10 Locomoción diferencial Ventajas: Sistema Barato Fácil de implementar Diseño simple Inconvenientes: Difícil de controlar Requiere control de precisión para trayectorias rectas

11 Problemas con locomoción diferencial: Deformación de neumáticos El cambio de diámetro de las ruedas distorsiona el control de dirección del vehículo

12 Locomoción síncrona (Synchro Drive) Ventajas: Motores separados para traslación y rotación simplifican el control El control en línea recta está garantizado mecánicamente Restricciones holónomas Inconvenientes: Diseño complejo y difícil implementación

13 Triciclo Ventajas: No hay deslizamiento Inconvenientes: Se requiere guiado no holonómo

14 Locomoción Ackerman Ventajas: Fácil de implementar Un sistema simple de 4 barras controla la dirección Desventajas: Restricciones no holonómas

15 Otros sistemas: Omniwheels Diseños complejos que permiten mayor libertad de movimiento que los sistemas de ruedas clásicos Ej : Ruedas Suecas

16 Omni Wheels Ventajas: Permiten Movimientos complicados (reducen restricciones cinemáticas) Ruedas Suecas Inconvenientes: El movimiento en línea recta no está garantizado por restricciones mecánicas: Es necesario control Implementación Complicada

17 Locomoción por cintas de deslizamiento Ventajas: Sistema simple de controlar Inconvenientes: Deslizamiento conduce a resultados pobres en odometría No se dispone de modelo preciso de giro Consume mucha potencia para girar.

18 Robots con patas Ventajas: Pueden moverse por cualquier terreno que un ser humano pueda (Ej : suben escaleras) Inconvenientes: Muchos grados de libertad Difícil de controlar Mantener la estabilidad es complicado. Consumen mucha energía Son mejores las patas que las ruedas?

19 Cinemática de Robots Móviles La cinemática de un robot móvil describe la evolución de la posición/orientación del mismo en función de las variables de actuación. Se desarrollará únicamente para robots con ruedas Hipótesis: El Robot se mueve sobre una superficie plana Los ejes de guiado son perpendiculares al suelo Rodadura pura (No hay deslizamiento) Robot como sólido rígido (no hay flexión) Las trayectorias se pueden aproximar como arcos de circunferencia entre dos periods de muestre consecutivos

20 Cinemática de Robots Móviles Modelo básico del monociclo: Velocidad lineal vehículo Velocidad angular vehículo En coordenadas locales

21 Cinemática de Robots Móviles Modelo básico del monociclo: El cambio de posición en coordenadas globales se obtebdrá aplicando una rotación pura Suponiendo O equivalentemente

22 Cinemática de Robots Móviles Modelo básico del monociclo: Pasando al límite podemos obtener el modelo cinemático diferencial como Evolución de la posición y orientación del monociclo en función de su velocidad lineal y angular de guiado (variables de actuación)

23 Cinemática de Robots Móviles Modelo cinemático Jacobiano En general la cinemática de un robot móvil puede expresarse Ej: Para el monociclo Coordenadas generalizadas Variables de actuación Matriz Jacobiana con

24 Cinemática de Robots Móviles Modelo cinemático inverso (Jacobiano) Permite obtener las variables de actuación necesarias para seguir una determinada trayectoria. Si partimos del modelo Jacobiano podemos obtener el modelo inverso como: Ej: Para el monociclo con

25 Cinemática de Robots Móviles Modelos cinemáticos de algunas configuraciones a) Locomoción Síncrona Las ruedas se mueven sincrónicamente en velocidad y orientación por lo que el modelo es idéntico al del monociclo

26 Cinemática de Robots Móviles Modelos cinemáticos de algunas configuraciones b) Locomoción Diferencial El modelo se reduce al del monociclo con

27 Cinemática de Robots Móviles Modelos cinemáticos de algunas configuraciones c) Triciclo/Bicicleta El modelo se reduce al del monociclo con Y el cambio de orientación del vehículo

28 Cinemática de Robots Móviles Modelos cinemáticos de algunas configuraciones d) Ackerman El modelo se reduce al del triciclo con Y para la rueda directriz o