Robótica modular y locomoción: aplicación a robots ápodos

Abstract

Esta tesis se enmarca dentro del area de la locomocion de robots modulares y se centra especificamente en el estudio de las configuraciones con topologia de una dimension, que denominamos robots apodos. El problema a resolver es como coordinar el movimiento de las articulaciones de estos robots para que puedan desplazarse tanto en una como en dos dimensiones.%&/Uno de los grandes retos es el desarrollo de un robot lo mas versatil posible que sea capaz de desplazarse de un lugar a otro por diversos terrenos, por muy escarpados y abruptos que sean. Esto tiene especial interes en las aplicaciones en las que el entorno no es conocido, como la exploracion de las superficies de otros planetas, navegacion en entornos hostiles o las operaciones de busqueda y rescate.%&/Para aumentar la versatilidad en la locomocion, la robotica modular propone la creacion de robots a partir de unos modulos basicos. Cada configuracion tendra unas caracteristicas locomotivas diferentes que deben ser estudiadas. Si ademas los modulos son autoconfigurables, los robots podran seleccionar en cada momento la configuracion mas optima para cada entorno.%&/Un tipo de controladores empleados son los bioinspirados, basados en CPG (Central pattern generators), que son unas neuronas especializadas que producen ritmos que controlan la actividad de los musculos en los seres vivos. En estado estacionario se comportan como osciladores de frecuencia fija lo que permite sustituirlos por un modelo simplificado formado por generadores sinusoidales. La ventaja es que son extremadamente sencillos de implementar y se requieren muy pocos recursos para su realizacion. Ademas, se pueden materializar usando diferentes tecnologias: software, circuitos digitales o incluso electronica analogica.%&/En esta tesis establecemos una clasificacion de los robots modulares segun su topologia y tipo de conexionado y planteamos la hipotesis de emplear generadores sinusoidales como controladores para la locomocion de los robots apodos modulares con topologia de una dimension, de los grupos cabeceo-cabeceo y cabeceo-viraje. Los resultados muestran que este modelo simplificado es viable y los movimientos conseguidos son muy suaves y naturales. Los robots se pueden desplazar al menos utilizando cinco modos de caminar diferentes. Algunos de ellos, como el de rotacion, son novedosos y no habian sido previamente estudiados ni implementados por otros investigadores, a nuestro leal saber.%&/Otro problema planteado es el de las configuraciones minimas. Encontrar los robots de los grupos de estudio con el menor numero posible de modulos y que se pueden desplazar en una y dos dimensiones. Se han encontrado las dos configuraciones minimas capaces de ellos y las relaciones entre sus parametros.%&/Se ha demostrado que las soluciones encontradas al problema de la coordinacion son validas para su utilizacion en robots reales. Han sido probadas en cuatro prototipos de robots apodos construidos a partir de la union de los modulos Y1, disenados especificamente para esta tesis. La verificacion para robots con diferente numero de modulos se ha realizado utilizando el simulador desarrollado.%&/Por ultimo se ha resumido el conocimiento sobre la locomocion de los robots apodos de los grupos de estudio en 27 principios fundamentales.