Trabajo de iniciación a la investigación realizado en el segundo año de mi doctorado, para la obtención del DEA (Diploma de Estudios Avanzados). El trabajo fue expuesto en la E.P.S de la UAM ante un primer tribunal compuesto por lo profesores D. Eduardo Boemo Scalvinoni, D. Francisco Gómez Arribas y D. Javier Martínez Rodríguez, en Junio de 2003, y ante un segundo tribunal en Julio de 2003.

En esta página se puede encontrar el trabajo realizado así como las dos presentaciones realizadas y los resúmenes y otros informes que se entregaron.

En este trabajo se realiza un estudio teórico sobre los robots ápodos existentes, centrándose en la robótica modular reconfigurable aplicada al problema de la locomoción. Se diseña un módulo pequeño y sencillo, con un servomecanismo, que permite construir robots ápodos que se puedan mover bien en línea recta o bien en un plano. Con cuatro de estos módulos, se construye el robot ápodo Cube Reloaded y se adapta el software y la electrónica desarrolados en Cube 2.0, un gusano ápodo previamente diseñado. Se proponen dos maneras alternativas de controlar el gusano, usando FPGAs, una mediante lógica combinación y secuencial y otra con una CPU empotrada. Finalmente se realizan pruebas de movimiento y se consigue que Cube Reloaded pueda superar un circuito de pruebas constituido por un cilindro de 8 cm de diámetro y un escalón de 3.5 cm de alto, lo que pone de manifiesto la versatilidad en la locomoción.

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En la robótica existen dos grandes áreas: manipulación y locomoción. La manipulación es la capacidad de actuar sobre los objetos, trasladándolos o modificándolos. Este área se centra en la construcción de manipuladores y brazos robóticos. La locomoción es la facultad de un robot para poder desplazarse de un lugar a otro. Los robots con capacidad locomotiva se llaman Robots móviles.

Uno de los grandes retos en el área de la locomoción es el de desarrollar un robot que sea capaz de moverse por cualquier tipo de entorno, por muy escarpado que sea. Esto tiene especial interés en la exploración de otros planetas, en los que no se sabe qué tipo de terreno nos podemos encontrar.

Hasta 1993, se diseñaban robots para cada tipo de terreno. En 1994 apareció el primer robot basado en los paradigmas de la robótica modular reconfigurable : Polybot. ¿Por qué no trabajar en una nueva línea de investigación en la que no se diseñen robots específicos para cada terreno, sino que el propio robot se adapte al terreno, modificando su forma y su manera de de desplazarse?

Mark Yim se puede considerar como el padre de esta disciplina. Actualmente está en el PARC, trabajando en la tercera generación de módulos para Polybot.

El diseño de robots ápodos se puede abordar desde esta perspectiva. En vez de diseñar un robot ápodo específico, es mejor diseñar un módulo sencillo que se pueda unir formando cadenas. Este mismo módulo también servirá para construir otros robots diferentes.

Este trabajo se encuadra dentro del campo de la robótica modular reconfigurable, con aplicación a la locomoción estáticamente estable, centrándose en el movimiento en línea recta de los robots ápodos, que son un subconjunto de los robots tipo cadena.

Al estudiar los orígenes, características y prototipos de robots ápodos construidos en diferentes centros de investigación se ha descubierto una nueva área de investigación en robótica: los robots modulares y reconfigurables. Se han estudiado los dos robots más importantes dentro de esta área: Polypod, el precursor, creado por Mark Yim en Stanford y Polybot, desarrollado en el PARC y sobre el que se están realizando nuevas investigaciones. Ambos robots ponen de manifiesto una de las características más importantes: la versatilidad. Fundametalmente se han orientado hacia el problema de la locomoción.

En vez de diseñar robots específicios, lo que se pretende es diseñar unos módulos a partir de los cuales poder construir robots muy diferentes. Además estos robots se pueden reconfigurar, tomando una u otra forma en función del terreno por el que se desplacen.

Siguiendo este enfoque, hemos diseñado y construido el módulo Y1. Tienen una característica muy importante: la posibilidad de unirse dos módulos en fase o desfasados, lo que permite construir robots ápodos que bien se desplacen sólo por una línea recta (todos los módulos en fase) o bien que se puedan mover por un plano (desfasados).

Uniendo cuatro módulos Y en fase se ha construido la estructura de Cube Reloaded, y junto con el software y la electrónica de control constituyen una plataforma para realizar investigaciónes en esta área de la robótica, aplicada fundamentalmente a la locomoción.

La electrónica de control se ha mejorado, usándose un microcontrolador específico, igual que en Cube 2.0, pero usando un servidor más óptimo, capaz de controlar el doble de servos usando sólo un único comparador. Asimimos se han evaluado dos alternativas nuevas, basadas en FPGA. Una de ellas empleando lógica combinacional y secuencial para la implementación de las tablas de control y lograr la locomoción de Cube Reloaded en línea recta. Se ha implementado en la placa JPS. Otra alternativa basada en una CPU específica, empotrada en la FPGA, que necesita más recursos y no se puede implementar en una Spartan I. Se ha simulado pero no se ha aplicado al todavía al control del gusano.

Finalmente hemos realizado experimentos de locomoción, generándose diferentes patrones de movimiento a partir de ondas sinusoidales y semiondas. Las medidas tomadas indican que la velocidad del robot ápodo depende de la amplitud y la longitud de la onda empleadas, así como la estabilidad en el movimiento. Para demostrar la versatilidad en la locomoción, hemos hecho que Cube Reloaded pase por un circuito de pruebas y cambiando las características de la onda generadora, consigue superarlos.

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