Modelar o programar en prácticas de robótica

En este trabajo se muestra la experiencia de usar una herramienta de desarrollo de ingeniería basada en modelos (MDE) frente a otra herramienta tradicional de programacion de sistemas embebidos en lenguaje C, para la realizacion de clases practicas de robotica. Se ha plantea do una practica basada en el control cinemático de un robot móvil en ambos entornos con similares bloques y funciones de partida. Los resultados muestran tanto la comparación de las evaluaciones objetivas realiza das a los dos grupos como los datos relativos a los tiempos requeridos para la realización de las diferentes partes de la practica. Si bien, los resultados del aprendizaje son mayores en el caso del método basado en programacion, la diferencia en tiempos invertidos y otras valoraciones hacen m´as adecuado el MDE .

Sistema de entrenamiento para un brazo articulado portátil

El proyecto está enmarcado dentro del ámbito de la robótica enfocada a la rehabilitación, asistencia y compensación funcional de personas con discapacidades motoras. Se ha querido desarrollar un sistema de entrenamiento en el que el usuario final pueda decidir qué interfaces y configuraciones se adaptan mejor a sus habilidades para controlar el brazo articulado iARM.

Automatización de los recorridos del robot en un sistema de exploración basado en comportamientos

Automatización de los recorridos del robot en un sistema de exploración basado en comportamientos. Se muestran los resultados obtenidos en las simulaciones con Player/Stage de un sistema de exploración basado en comportamientos, donde la localización se realiza mediante los estadísticos de INCA.

Programación de un robot planar para que dibuje

Duración (en horas): De 41 a 50 horas. Destinatario: Estudiante y Docente

Automatización de los recorridos del robot en un sistema de exploración basado en comportamientos

Automatización de los recorridos del robot en un sistema de exploración basado en comportamientos. Se muestran los resultados obtenidos en las simulaciones con Player/Stage de un sistema de exploración basado en comportamientos, donde la localización se realiza mediante los estadísticos de INCA.

Software de control desarrollado en ROS para teleoperar de manera eficiente el robot Kuka Lightweight mediante el háptico Phantom Omni

La teleoperación o telerobótica es un campo de la robótica que se basa en el control remoto de robots esclavo por parte de un usuario encargado de gobernar, mediante un dispositivo maestro, la fuerza y movimiento del robot. Sobre dicho usuario recaen también las tareas de percepción del entorno, planificación y manipulación compleja. Concretamente se pretende desarrollar el control software necesario para teleoperar un manipulador esclavo, Kuka Lightweigh mediante un dispositivo háptico Phamton Omni, que se comporta como maestro, sin que afecten las diferencias dinámicas y estructurales existentes entre ambos dispositivos, aportando información adicional al operador para facilitar la operación. La principal motivación de la evolución de esta tecnología se debe a la necesidad de realizar trabajos en entornos hostiles, de difícil acceso, o perjudiciales para la salud del usuario.

Experimentos de coordinación multi-robot con quadcopteros

El objetivo principal de este proyecto es crear un sistema capaz de controlar varios UAVs y hacer experimentos con ellos de manera coordinada. El UAV utilizado será la plataforma robótica aérea AR.Drone. Estos drones son cuadricópteros con sus cuatro servomotores eléctricos que permiten un control muy robusto de sus maniobras en el aire. El sistema completo estará compuesto por varios drones y un controlador, que en este caso será un ordenador. A partir de la creación de la red compuesta por los drones y el controlador, se detallarán los programas que se han utilizado para controlar los drones, ya sea en los vuelos autónomos o vuelos controlados. El objetivo de estos vuelos será transportar objetos lineales, como pueden ser mangueras o cuerdas, mediante el vuelo coordinado de los drones dotados de sistemas de jación para que los puedan transportar. Esto es, gracias a un sistema de sujeción que le añadiremos a cada drone probaremos el transporte de varios tipos de cuerdas por dos o más drones a la vez guiados por un solo controlador. Los programas creados tendrán el objetivo de corregir el vuelo e intentar conseguir la estabilidad necesaria para que los drones puedan transportar las cuerdas o mangueras sin perder el control debido a su peso o algún efecto producido por los otros drones, como corrientes de aire inducidas por los rotores. Este proyecto tiene dos partes importantes: La primera es la creación del sistema que nos permite transportar las cuerdas y la segunda es observar y analizar el comportamiento del sistema durante diferentes experimentos. A la hora de explicar las pruebas experimentales se detallará la situación del sistema con el número de drones y el objeto a transportar. Además, se resumirán los resultados de los experimentos re ejados en valores de parámetros de vuelo recibidos de los drones. Para acabar, se detallarán las diferentes conclusiones a las que se ha llegado mediante los experimentos y que nos han servido también para escribir las lineas futuras de trabajo que se detallan al nal.

Pick and Place Aplikazioaren Garapena ABBko IRB120 Errobotarekin

[ES]El origen de este proyecto se encuentra dentro de la línea de investigación del equipo CompMech del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Escuela, el cual financia tanto la inversión como el mantenimiento del prototipo utilizado en este proyecto. Partiendo de esta base, el objetivo principal de esta línea de estudio es profundizar en el control del robot para poder después llegar a desarrollar una aplicación práctica. Para lograr este objetivo se trabajará con el software RobotStudio, mediante el cual se llevarán a cabo diferentes tareas tales como la generación de trayectorias, optimización de las mismas y la implementación de aplicaciones prácticas. En este trabajo se dan los primeros pasos hacia el control del robot, siendo una base de partida para estudios más complejos y profundos. De modo que el objetivo principal es dar los primeros pasos en el campo de estudio de la robótica, para proporcionar una base sólida y útil que sea válida para el desarrollo de posteriores aplicaciones prácticas más complejas.

Análisis cinemático del robot antropomórfico IRB120 de ABB

[ES]En el siguiente Trabajo Fin de Grado se va a exponer el análisis cinemático y desarrollo de un modelo virtual para la implementación de las ecuaciones cinemáticas del robot IRB120 de ABB llevados a cabo durante el curso 2013/2014. Comenzando por un estudio del Estado del Arte de la robótica industrial, se plantean seguidamente las ecuaciones de localización del robot en función de las variables de entrada mediante el método matricial. Estas ecuaciones son implementadas en un modelo de MatLab para usarlas en la resolución del problema de posición directo e inverso, y son también usadas en herramientas de creación de trayectorias. Además, sus derivadas se utilizan en el cálculo de velocidades del elemento terminal. Por último, se muestra la creación del prototipo 3D del robot, así como un interfaz gráfico de control del robot para el usuario, y los trabajos de validación llevados a cabo de los mencionados modelos virtuales sobre el robot real.

Aplicación de ROS: Sistema Operativo Robótico sobre Lego Mindstorms NXT

[ES]El objetivo de este Trabajo de Fin de Grado es estudiar el programa llamado ROS, un entorno para la programación de robots. Proporciona una serie de herramientas, librerías, drivers… que facilitan en gran medida la programación de sistemas robóticos. Para realizar este estudio se utilizará ROS para crear una aplicación para un robot LEGO Mindstorms NXT. Estos robots son pequeños y versátiles, y son adecuados para la investigación. La aplicación que se llevará a cabo será un seguidor de línea, un robot capaz de seguir una pista dibujada sobre una superficie de otro color. Para programar la aplicación, se utilizarán en la medida de lo posible las herramientas proporcionadas por ROS. De esta manera, se espera alcanzar una mayor comprensión de ROS y de su funcionamiento, con sus fortalezas y sus debilidades.

Interacción y programación de trayectorias de robot industrial tipo SCARA.

[ES]En el desarrollo de este Trabajo de Fin De Grado (TFG) en el curso 2014-2015 se ha trabajado con un robot de tipo SCARA, muy utilizado en la industria. El objetivo era analizar su cinemática y programar trayectorias que el robot pudiera realizar. En primer lugar se ha llevado a cabo un estudio del Estado del Arte, en el que se describe la robótica industrial y su desarrollo histórico hasta nuestros días, desarrollo que presenta un futuro prometedor. Además, se han descrito las particularidades que atañen al SCARA: sus características, su relevancia y su historia. En cuanto al robot, previamente se ha realizado un análisis cinemático del SCARA. Mediante métodos matriciales se han resuelto los problemas de posiciones y velocidades, para luego programarlas en MATLAB. Una vez comprendida su cinemática, se ha interactuado con él en el taller para poder entender su funcionamiento, sus componentes y su control. Después, con los conocimientos que se han adquirido, se han programado varias trayectorias usando el lenguaje del robot, el lenguaje V+, para finalmente ejecutar esos movimientos. El Trabajo se completa con la descripción de las tareas mediante un diagrama de Gantt, el presupuesto, la declaración de gastos y el análisis de riesgos.

Desarrollo de una herramienta analítica para resolución del problema directo e inverso de un robot serie de 6 grados de libertad.

[ES]En el presente trabajo de fin de grado se expondrá el análisis cinemático de un robot IRB120 de ABB y el desarrollo de una herramienta grafica para su visualización. Comenzando por un estudio del estado del arte de la robótica industrial. El análisis cinemático es plantear las ecuaciones del robot y la resolución del problema directo e inverso mediante el software Matlab. Por último, la herramienta grafica muestra el movimiento del robot y los sistemas de referencia en la trayectoria introducida por el usuario.

Algoritmos distribuídos para alocação dinâmica de tarefas em enxame de robôs.

A Inteligência de Enxame foi proposta a partir da observação do comportamento social de espécies de insetos, pássaros e peixes. A ideia central deste comportamento coletivo é executar uma tarefa complexa decompondo-a em tarefas simples, que são facilmente executadas pelos indivíduos do enxame. A realização coordenada destas tarefas simples, respeitando uma proporção pré-definida de execução, permite a realização da tarefa complexa. O problema de alocação de tarefas surge da necessidade de alocar as tarefas aos indivíduos de modo coordenado, permitindo o gerenciamento do enxame. A alocação de tarefas é um processo dinâmico pois precisa ser continuamente ajustado em resposta a alterações no ambiente, na configuração do enxame e/ou no desempenho do mesmo. A robótica de enxame surge deste contexto de cooperação coletiva, ampliada à robôs reais. Nesta abordagem, problemas complexos são resolvidos pela realização de tarefas complexas por enxames de robôs simples, com capacidade de processamento e comunicação limitada. Objetivando obter flexibilidade e confiabilidade, a alocação deve emergir como resultado de um processo distribuído. Com a descentralização do problema e o aumento do número de robôs no enxame, o processo de alocação adquire uma elevada complexidade. Desta forma, o problema de alocação de tarefas pode ser caracterizado como um processo de otimização que aloca as tarefas aos robôs, de modo que a proporção desejada seja atendida no momento em que o processo de otimização encontre a solução desejada. Nesta dissertação, são propostos dois algoritmos que seguem abordagens distintas ao problema de alocação dinâmica de tarefas, sendo uma local e a outra global. O algoritmo para alocação dinâmica de tarefas com abordagem local (ADTL) atualiza a alocação de tarefa de cada robô a partir de uma avaliação determinística do conhecimento atual que este possui sobre as tarefas alocadas aos demais robôs do enxame. O algoritmo para alocação dinâmica de tarefas com abordagem global (ADTG) atualiza a alocação de tarefas do enxame com base no algoritmo de otimização PSO (Particle swarm optimization). No ADTG, cada robô possui uma possível solução para a alocação do enxame que é continuamente atualizada através da troca de informação entre os robôs. As alocações são avaliadas quanto a sua aptidão em atender à proporção-objetivo. Quando é identificada a alocação de maior aptidão no enxame, todos os robôs do enxame são alocados para as tarefas definidas por esta alocação. Os algoritmos propostos foram implementados em enxames com diferentes arranjos de robôs reais demonstrando sua eficiência e eficácia, atestados pelos resultados obtidos.

Uma técnica híbrida para geração de rotas em espaço geográfico com obstáculos.

Este trabalho está inserido no campo da Geomática e se concentra, mais especificamente, no estudo de métodos para exploração e seleção de rotas em espaços geográficos sem delimitação prévia de vias trafegáveis. As atividades que poderiam se beneficiar de estudos desse tipo estão inseridas em áreas da engenharia, logística e robótica. Buscou-se, com as pesquisas realizadas nesse trabalho, elaborar um modelo computacional capaz de consultar as informações de um terreno, explorar uma grande quantidade de rotas viáveis e selecionar aquelas rotas que oferecessem as melhores condições de trajetória entre dois pontos de um mapa. Foi construído um sistema a partir do modelo computacional proposto para validar sua eficiência e aplicabilidade em diferentes casos de estudo. Para que esse sistema fosse construído, foram combinados conceitos de sistemas baseados em agentes, lógica nebulosa e planejamento de rotas em robótica. As informações de um terreno foram organizadas, consumidas e apresentadas pelo sistema criado, utilizando mapas digitais. Todas as funcionalidades do sistema foram construídas por meio de software livre. Como resultado, esse trabalho de pesquisa disponibiliza um sistema eficiente para o estudo, o planejamento ou a simulação de rotas sobre mapas digitais, a partir de um módulo de inferência nebuloso aplicado à classificação de rotas e um módulo de exploração de rotas baseado em agentes autônomos. A perspectiva para futuras aplicações utilizando o modelo computacional apresentado nesse trabalho é bastante abrangente. Acredita-se que, a partir dos resultados alcançados, esse sistema possa ajudar a reduzir custos e automatizar equipamentos em diversas atividades humanas.

Flexible management of bandwidth and redundancy in fieldbuses

Os sistemas distribuídos embarcados (Distributed Embedded Systems – DES) têm sido usados ao longo dos últimos anos em muitos domínios de aplicação, da robótica, ao controlo de processos industriais passando pela aviónica e pelas aplicações veiculares, esperando-se que esta tendência continue nos próximos anos. A confiança no funcionamento é uma propriedade importante nestes domínios de aplicação, visto que os serviços têm de ser executados em tempo útil e de forma previsível, caso contrário, podem ocorrer danos económicos ou a vida de seres humanos poderá ser posta em causa. Na fase de projecto destes sistemas é impossível prever todos os cenários de falhas devido ao não determinismo do ambiente envolvente, sendo necessária a inclusão de mecanismos de tolerância a falhas. Adicionalmente, algumas destas aplicações requerem muita largura de banda, que também poderá ser usada para a evolução dos sistemas, adicionandolhes novas funcionalidades. A flexibilidade de um sistema é uma propriedade importante, pois permite a sua adaptação às condições e requisitos envolventes, contribuindo também para a simplicidade de manutenção e reparação. Adicionalmente, nos sistemas embarcados, a flexibilidade também é importante por potenciar uma melhor utilização dos, muitas vezes escassos, recursos existentes. Uma forma evidente de aumentar a largura de banda e a tolerância a falhas dos sistemas embarcados distribuídos é a replicação dos barramentos do sistema. Algumas soluções existentes, quer comerciais quer académicas, propõem a replicação dos barramentos para aumento da largura de banda ou para aumento da tolerância a falhas. No entanto e quase invariavelmente, o propósito é apenas um, sendo raras as soluções que disponibilizam uma maior largura de banda e um aumento da tolerância a falhas. Um destes raros exemplos é o FlexRay, com a limitação de apenas ser permitido o uso de dois barramentos. Esta tese apresentada e discute uma proposta para usar a replicação de barramentos de uma forma flexível com o objectivo duplo de aumentar a largura de banda e a tolerância a falhas. A flexibilidade dos protocolos propostos também permite a gestão dinâmica da topologia da rede, sendo o número de barramentos apenas limitado pelo hardware/software. As propostas desta tese foram validadas recorrendo ao barramento de campo CAN – Controller Area Network, escolhido devido à sua grande implantação no mercado. Mais especificamente, as soluções propostas foram implementadas e validadas usando um paradigma que combina flexibilidade com comunicações event-triggered e time-triggered: o FTT – Flexible Time- Triggered. No entanto, uma generalização para CAN nativo é também apresentada e discutida. A inclusão de mecanismos de replicação do barramento impõe a alteração dos antigos protocolos de replicação e substituição do nó mestre, bem como a definição de novos protocolos para esta finalidade. Este trabalho tira partido da arquitectura centralizada e da replicação do nó mestre para suportar de forma eficiente e flexível a replicação de barramentos. Em caso de ocorrência de uma falta num barramento (ou barramentos) que poderia provocar uma falha no sistema, os protocolos e componentes propostos nesta tese fazem com que o sistema reaja, mudando para um modo de funcionamento degradado. As mensagens que estavam a ser transmitidas nos barramentos onde ocorreu a falta são reencaminhadas para os outros barramentos. A replicação do nó mestre baseia-se numa estratégia líder-seguidores (leaderfollowers), onde o líder (leader) controla todo o sistema enquanto os seguidores (followers) servem como nós de reserva. Se um erro ocorrer no nó líder, um dos nós seguidores passará a controlar o sistema de uma forma transparente e mantendo as mesmas funcionalidades. As propostas desta tese foram também generalizadas para CAN nativo, tendo sido para tal propostos dois componentes adicionais. É, desta forma possível ter as mesmas capacidades de tolerância a falhas ao nível dos barramentos juntamente com a gestão dinâmica da topologia de rede. Todas as propostas desta tese foram implementadas e avaliadas. Uma implementação inicial, apenas com um barramento foi avaliada recorrendo a uma aplicação real, uma equipa de futebol robótico onde o protocolo FTT-CAN foi usado no controlo de movimento e da odometria. A avaliação do sistema com múltiplos barramentos foi feita numa plataforma de teste em laboratório. Para tal foi desenvolvido um sistema de injecção de faltas que permite impor faltas nos barramentos e nos nós mestre, e um sistema de medida de atrasos destinado a medir o tempo de resposta após a ocorrência de uma falta.