SISTEMA DE CONTROL DE UNA ASPIRADORA AUTOMÁTICA. Entidad colaboradora: ICAI Universidad Pontificia Comillas

Transcripción

1 SISTEMA DE CONTROL DE UNA ASPIRADORA AUTOMÁTICA Autor: Rodríguez Navarro, Elena. Director: Sánchez Miralles, Álvaro. Entidad colaboradora: ICAI Universidad Pontificia Comillas RESUMEN DEL PROYECTO El proyecto que se ha llevado a cabo es la continuación de un proyecto anterior: "Aspiradora Inteligente para la Limpieza Automática de Suelos". Dicho proyecto anterior fue desarrollado con el propósito de crear un primer prototipo de robot aspirador que presentase la novedad de estar dotado de un brazo mecánico (Figura 1). La idea de incorporar a la base del robot un brazo surgió del director del proyecto en el año El diseño actual del brazo se basa en el diseño realizado en el año en el IIT (Instituto de Investigación Tecnológica) por dos alumnos con beca de colaboración. Con dicho brazo el robot aspiradora sería capaz de acceder a zonas de difícil acceso. En el proyecto que se está realizando se pretende innovar, no solo en el plano mecánico del aspirador (realizado por Nuño Sanllorente), sino también en el software con una programación inteligente del sistema de navegación. Este modelo puede ser el punto de partida de próximos proyectos que se pueden encargar de mejorar dicho software de control. Figura 1: Robot aspiradora y brazo extensible

2 Hasta este momento no se conoce ningún robot aspiradora en el mercado que cuente con estas características. Aunque hoy en día existen muchos robots orientados a esta finalidad, tienen algunas deficiencias como es la dificultad de acceder a ciertos sitios, lo cual impide la limpieza de algunas zonas como debajo de sofás, sillas u otros muebles. Otra de las deficiencias que tienen es que se mueven al azar por la habitación por lo que se pierde mucho tiempo y puede haber zonas que se queden sin limpiar. En el proyecto desarrollado en años anteriores la limpieza de zonas de difícil acceso se solucionaba con un brazo extensible que permitía ampliar la superficie barrida. Por tanto, el propósito principal es el diseño de un sistema de navegación inteligente para el robot que permita la limpieza automática de una habitación de la forma más eficaz posible, tanto en la superficie a limpiar, como en el tiempo necesario para ello. Para realizar el sistema de navegación se ha dividido éste en tres módulos: En primer lugar, la planificación a largo plazo, es decir, la planificación de la trayectoria a seguir, donde el robot realiza un análisis de las posibles trayectorias y elige las más óptimas. Para poder realizar dicho análisis es necesario que el robot aspiradora conozca el entorno que debe barrer, dónde están las paredes u obstáculos con los que debe contar para obtener la trayectoria. Por ahora esta información se la facilitamos al robot, pero en proyectos futuros podría ser el propio robot aspirador el que realizara un reconocimiento del entorno antes de barrer una habitación por primera vez. En cuanto al análisis de trayectorias se ha realizado mediante un sistema de búsqueda directa en árbol donde se obtendrán las mejores trayectorias a seguir por el robot aspiradora para realizar el barrido de la habitación en el menor tiempo posible. En segundo lugar y una vez determinada la planificación a largo plazo, se encuentra el módulo de Planificación a corto plazo. En esta planificación el robot aspiradora debe ser capaz de seguir la trayectoria óptima y detectar los obstáculos que puedan ir surgiendo en ésta, como pueden ser sillas o patas de

3 una mesa, y decidir que acción realizar para conseguir limpiar la máxima superficie posible evitando dichos obstáculos. Cuando se encuentre con sofás, sillas o muebles, donde el robot no puede acceder, comprobará si puede limpiar introduciendo el brazo extensible en estas zonas y en caso de que sea posible, deberá situarse de forma que el brazo quede en ese lado. El tercer módulo del proyecto consiste en un sistema de relocalización. Es casi inevitable que el robot se desoriente debido a la inexactitud de sus propios movimientos y por tanto es objetivo de este proyecto que en estos casos, con ayuda de los sensores que posee el robot, pueda detectar esta desviación y reorientarse. Este sistema de relocalización se basa en el concepto de regresión lineal. Una regresión lineal es un procedimiento de ajuste de datos experimentales a una línea recta de la cual obtenemos su pendiente y su ordenada en el origen. El robot aspirador obtiene, mediante los sensores, diversas medidas de algunos puntos de la pared. Pero estas medidas no son exactas, por lo que no forman una línea recta. Con todos los puntos que obtienen los sensores calcula una recta mediante una regresión lineal y dicha recta coincidirá de manera bastante aproximada con la recta que forma la pared. Sabiendo dónde está la pared puede calcular su posición. Se puede concluir que la idea de realizar un software de control, que optimice el barrido de un entorno en lo referente al tiempo y al espacio, es viable. Aunque siempre se ha de tener en cuenta que el robot aspiradora ha de programarse para un espacio predeterminado, y si se quiere emplear en otros entornos, éstos también deben ser incluidos en la memoria del robot. Es sin duda un proyecto innovador, que pretende ser una mejora de los hasta ahora desarrollados, ya que reduce al mínimo el tiempo de aspirado y realiza una limpieza mucho mas exhaustiva que los anteriores.

4 CONTROL SYSTEM FOR AN AUTOMATIC VACUUM CLEANER Author: Rodríguez Navarro, Elena. Project director: Sánchez Miralles, Álvaro. Collaborating entity: ICAI Universidad Pontificia Comillas PROJECT REVIEW The current project is just the continuation of the former one: "An intelligent vacuum cleaner for the automatic floor cleaning". The aforesaid project was developed with the main purpose to create a vacuum cleaner robot first prototype which introduced the innovation of being provided with a mechanical arm (Figure 1). The idea of providing the robot base an arm emerged from the project director in The current arm design is based in the other one realized in the year in the IIT (Technological Investigation Institute) by two students with a collaboration scholarship. Thanks to this arm the vacuum cleaner robot could be able to access the most difficult access areas. In the current project, it is expected to innovate, not only in the mechanical field of the vacuum cleaner (realized by Nuño Sanllorente), but also in the software with an intelligent programming of the navigation. This model can be the starting point for next projects that can be in charge of improving the aforesaid control software. Figura 1: Robot aspiradora y brazo extensible

5 So far there is not any vacuum cleaner robot like this in the market to be sold. Although nowadays there are a lot of robots aimed at this purpose, they have several faults as for example the difficulty to access certain areas, what can hamper the cleaning of some places as under the sofa, chairs or any other piece of the furniture. Another fault could be that they move at random all along the room, so people can waste time and some areas can be unclean. We will start from the project developed years ago, where the cleaning of difficult access areas was solved by an extensible arm which allowed the enlargement of the swept surface. Because of that, the main purpose of this project is the design of an intelligent navigation system for the robot to make possible the automatic cleaning of a room in an effective way bearing in mind to aspects: the surface to be cleaned and the time needed for that. In order to create the navigation system, it has been divided in three modules: First of all, we have the long term planning, that is to say, the planning of the trajectory to follow, where the robot makes an analysis of the possible trajectories and chooses the best ones. To be able to make the aforesaid analysis it is needed that the vacuum cleaner robot knows the environment to be swept, where the walls are or even the obstacles which can find in its way to get the trajectory. By now, this information has to be provided to the robot, but in future projects it could be itself the one which made an environment acknowledgement before sweeping a room for the very first time. Regarding the trajectory analysis, it has been done by means of a direct search in a mind map, where the best trajectories to follow by the vacuum cleaner robot will be obtained in order to sweep the room very fast. Secondly, and once we have finished the long term planning, we have the short term planning module. In this planning the vacuum cleaner robot must be able to follow the best trajectory and detect the obstacles that can emerge in the area, as for example chairs, table legs, and decide what to do to be able to clean the maximum surface avoiding these obstacles. When it bumps with sofas, chairs or

6 any other piece of furniture, where the robot cannot access, you will check if you can clean introducing the extensible arm in these areas and if it is possible, you will have to place yourself with the arm in this place. The third module of the project consists of a relocation system. It is nearly unavoidable that the robot becomes disoriented due to the inaccuracy of its movements and that is why it is an aim of this project that in these cases, with the help of the sensors the robot has, it can detect this diversion and find its way again. This relocation system is based on the linear return concept. A linear return is an experimental data adjustment procedure to a straight line from which we get its slope and its ordinate in the origin. The vacuum cleaner robot gets, by means of the sensors, several measurements of some points of the wall. However, these measurements are not exact, so they do not create a straight line. With all these points the sensors get, it calculates a straight line through a linear return and the aforesaid straight line will coincide very approximately with the straight line the wall makes. Once it knows where the wall is it can calculate its position. To conclude, we can say that the idea of making real a control software that takes an advantage to sweep an area taking into account the time and the space, is viable. However, we have always to bear in mind that the vacuum cleaner robot has to be programmed for a predetermine space and if it is wanted to be used in other environments, they have also to be included in the robot memory. It is undoubtedly an innovator project which expects to be an improvement in regard to the ones Developer up to nowadays, due to the fact that it reduces the minimum time to use the vacuum cleaner and makes a much more exhaustive cleaning than the others.