Juan Gonzalez:Tesis

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Robótica Modular y Locomoción: Aplicación a Robots Ápodos

• Descripción: Tesis Doctoral, con mención Europea
• Autor: Juan González Gómez
• Director: Dr. Eduardo Boemo Scalvinoni
• Calificación: Sobresaliente cum laude por unanimidad
• Fecha de la defensa: 21-Noviembre-2008
• Tribunal:
  • Presidente: Dr. Vicente Matellán, Universidad de León
  • Vocal: Dra. Cristina Urdiales, Universidad de Málaga
  • Vocal: Dr. Jose María Cañas, Universidad Rey Juan Carlos
  • Vocal: Dr. Houxiang Zhang, Universidad de Hamburgo (Alemania)
  • Secretario: Dr. Miguel Ángel García García, Universidad Autónoma de Madrid
• Evaluadores Europeos:
  • Dr. Jianwei Zhang, Universidad de Hamburgo (Alemania)
  • Dr. Andrés Pérez-Uribe, Universidad de Canton du Vaud (Suiza)
• Evaluador del departamento de Ingeniería Informática de la UAM
  • Dr. Francisco Gómez Arribas, Universidad Autónoma de Madrid

Resumen

Esta tesis se enmarca dentro del área de la locomoción de robots modulares y se centra específicamente en el estudio de las configuraciones con topología de una dimensión, que denominamos robots ápodos. El problema a resolver es cómo 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 más versátil posible que sea capaz de desplazarse de un lugar a otro por diversos terrenos, por muy escarpados y abruptos que sean. Esto tiene especial interés en las aplicaciones en las que el entorno no es conocido, como la exploración de las superficies de otros planetas, navegación en entornos hostiles o las operaciones de búsqueda y rescate.

Para aumentar la versatilidad en la locomoción, la robótica modular propone la creación de robots a partir de unos módulos básicos. Cada configuración tendrá unas características locomotivas diferentes que deben ser estudiadas. Si además los módulos son autoconfigurables, los robots podrán seleccionar en cada momento la configuración más óptima 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 músculos 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 realización. Además, se pueden materializar usando diferentes tecnologías: software, circuitos digitales o incluso electrónica analógica.

En esta tesis establecemos una clasificación de los robots modulares según su topología y tipo de conexionado y planteamos la hipótesis de emplear generadores sinusoidales como controladores para la locomoción de los robots ápodos modulares con topología de una dimensión, 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 rotación, son novedosos y no habían sido previamente estudiados ni implementados por otros investigadores, a nuestro leal saber.

Otro problema planteado es el de las configuraciones mínimas. Encontrar los robots de los grupos de estudio con el menor número posible de módulos y que se pueden desplazar en una y dos dimensiones. Se han encontrado las dos configuraciones mínimas capaces de ellos y las relaciones entre sus parámetros.

Se ha demostrado que las soluciones encontradas al problema de la coordinación son válidas para su utilización en robots reales. Han sido probadas en cuatro prototipos de robots ápodos construidos a partir de la unión de los módulos Y1, diseñados específicamente para esta tesis. La verificación para robots con diferente número de módulos se ha realizado utilizando el simulador desarrollado.

Por último se ha resumido el conocimiento sobre la locomoción de los robots ápodos de los grupos de estudio en 27 principios fundamentales.

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Documentación

Fichero	Descripción
Tesis-Juan-Gonzalez-Gomez.pdf	Tesis, en formato PDF
Tesis-JGG-fuentes.tar.gz	Fuentes de la Tesis. Hecha con Lyx 1.4.3. Dibujos con Inkscape 0.44
tesis-JGG-transparencias.pdf	Transparencias de la presentación, en formato PDF
Tesis-JGG-transparencias-src.odp	Fuentes de las transparencias. Hechas con OpenOffice 2.0.4
Tesis-JGG-transparencias-figuras.zip	Fuentes de las figuras de la presentación. Hechas con Inkscape 0.44

Informes

Nombre	Descarga
Prof. Dr. Eduardo Boemo Scalvinoni	(PDF ) (ODT)
Prof. Dr. Francisco Gómez	(PDF )
Prof. Dr. Jianwei Zhang	(PDF ) (ODT)
Prof. Dr. Andrés Pérez-Uribe	(PDF )

Prototipos construidos

Modulos y1	Cube Revolutions	Hypercube	MiniCube

Videos

VER VIDEO Locomoción en 1D	VER VIDEO Locomoción en 1D Configuración mínima	VER VIDEO Locomoción en 2D	VER VIDEO Locomoción en 2D Configuración mínima

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27/Nov/2008: Primera version de esta página