1. No category

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ROBÓTICA AUTÓNOMA:
ACERCAMIENTO A ALGUNOS
PROBLEMAS CENTRALES
Fredy Hernán Martı́nez Sarmiento
Diego Mauricio Acero Soto
Mariela Castiblanco Ortiz
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ROBÓTICA AUTÓNOMA:
ACERCAMIENTO A ALGUNOS
PROBLEMAS CENTRALES
Fredy Hernán Martı́nez Sarmiento
Diego Mauricio Acero Soto
Mariela Castiblanco Ortiz
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Martı́nez Sarmiento, Fredy Hernán
Robótica autónoma : Acercamiento a algunos problemas centrales / Fredy H.
Martı́nez S., Mariela Castiblanco O., Diego M. Acero S. – Bogotá : Universidad
Distrital Francisco José de Caldas, 2015.
148 p.; 17×24 cm.
ISBN: 978-958-8897-56-1
1. Robótica 2. Robots - Diseño y construcción 3. Control automático 4.
Teorı́a de las máquinas 5. Algoritmos I. Castiblanco Ortiz, Mariela II. Acero S.,
Diego M. III. Tı́t.
629.892 cd 21 ed.
A1489004
CEP-Banco de la República-Biblioteca Luis Ángel Arango
c Universidad Distrital Francisco José de Caldas
c Centro de Investigaciones y Desarrollo Cientı́fico
c Fredy Hernán Martı́nez Sarmiento, Mariela Castiblanco Ortiz, Diego Mauricio Acero Soto
Primera edición: Bogotá D.C., julio de 2015
ISBN: 978-958-8897-56-1
Dirección Sección de Publicaciones
Rubén Eliécer Carvajalino C.
Coordinación editorial
Miguel Fernando Niño Roa
Corrección de estilo
Editorial UD
Diagramación en LATEX
Daniel Contreras Niño
Impresión
Talleres gráficos de la Editorial Universidad Nacional de Colombia
Sección de Publicaciones
Editorial UD
Carrera 24 No. 34-37
Teléfono: 3239300 ext. 6202
Correo electrónico: [email protected]
Todos los derechos reservados. Esta obra no puede ser reproducida sin el permiso previo por
escrito de la Sección de Publicaciones de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas
Impreso y hecho en Colombia
Printed and made in Colombia
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Contenido
Introducción
13
Marco teórico
Robots y ser humano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Problemas centrales de la robótica . . . . . . . . . . . . . . .
Robots humanóides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
17
23
37
Prototipo de robot humanóide
Perfil del prototipo . . . . . . . . . . . . .
Robots humanóides . . . . . . . . . .
RoboCup . . . . . . . . . . . . . . .
El Hombre de Vitruvio . . . . . . . .
Dimensiones del diseño . . . . . . . .
Diseño estructural . . . . . . . . . . . . .
Parámetros de la marcha . . . . . . .
Articulaciones . . . . . . . . . . . . .
Diseño fı́sico y construcción del prototipo .
Materiales usados en robótica . . . .
Actuadores: Selección de los motores
Diseño mecánico y construcción . . .
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Procesos de balance y marcha
Sistema de control hı́brido difuso-deslizante . . .
Esquema hı́brido difuso-deslizante . . . . . .
Inyección de energı́a . . . . . . . . . . . . .
Control alrededor de la posición de equilibrio
Resultados de laboratorio . . . . . . . . . . . . .
Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Proceso de identificación visual
Regiones en imágenes binarias . . . . . . . .
Formulación del problema . . . . . . .
Algoritmo basado en Quorum Sensing
Metodologı́a . . . . . . . . . . . . . . .
Prototipo experimental . . . . . . . . .
Simulación del algoritmo . . . . . . . .
Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Índice de figuras
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
Ideales robóticos pupularizados por el cine y la televisión.
Realidades robóticas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Evolución humana frente a evolución robótica (ASIMO).
Nivel de familiaridad frente a similaridad humana. . . .
Plataforma Lego Mindstorms NXT 2.0. . . . . . . . . .
ASIMO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
REEM-B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
JUSTIN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
CHARLI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SURENA II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ejemplo de un robot humanoide para la RoboCup kidsize. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Hombre de Vitruvio de Leonardo da Vinci. . . . . . . .
Relaciones geométricas del Hombre de Vitruvio. . . . .
Modelo antropométrico para estudio de la marcha humana. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Modelo antropométrico con etiquetas. . . . . . . . . .
Planos de movimiento del cuerpo humano. . . . . . . .
Base de sustentación. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Modelo mecánico de la cadera. . . . . . . . . . . . . .
Ángulos de rotación de la rodilla. . . . . . . . . . . . .
Modelo cinemático del tobillo de Dul y Johnson. . . .
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21.
22.
23.
24.
25.
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29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
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41.
42.
43.
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47.
48.
49.
50.
51.
52.
53.
54.
55.
Posibilidades de movimiento cuerpo humano. . . . . .
Pequeños motores DC. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Motores paso a paso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Servomotores para radio control. . . . . . . . . . . . .
Ensamble primer prototipo bı́pedo. . . . . . . . . . . .
Diseño ensamble de la estructura de la rodilla. . . . .
Corte láser de la estructura de la rodilla. . . . . . . . .
Partes en acrı́lico de la estructura de la rodilla. . . . .
Ensamble final de la estructura de la rodilla. . . . . .
Diseño ensamble de la estructura del tobillo. . . . . . .
Corte láser de la estructura del tobillo. . . . . . . . . .
Partes en acrı́lico de la estructura del tobillo. . . . . .
Ensamble final de la estructura del tobillo. . . . . . . .
Ensamble final de la estructura del tobillo y la rodilla.
Diseño ensamble de la estructura de la cadera. . . . .
Corte láser de la estructura de la cadera. . . . . . . . .
Partes en acrı́lico de la estructura del robot bı́pedo. . .
Ensamble final de todo el robot bı́pedo (tobillo, rodilla
y cadera). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Diagrama de barras en MatLab. . . . . . . . . . . . .
Modelo simplificado de perfil del protitipo. . . . . . . .
Esquema de control de posición hı́brido difuso-deslizante.
Diagrama de cuerpo libre de la articulación del robot.
Conjuntos difusos para las variables de entrada y salida.
Respuesta en prototipo. Plano de fase. . . . . . . . . .
Respuesta en prototipo. Plano de fase. . . . . . . . . .
Imágen binaria con cinco objetos. . . . . . . . . . . . .
Población bacterial y bacterias de aplicación. . . . . .
Robot diferencial con microcontrolador Atmel de 8 bits
ATmega328. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Combinador lineal adaptativo con recurrencia. . . . . .
Proceso de reproducción. . . . . . . . . . . . . . . . .
Proceso de agrupamiento. . . . . . . . . . . . . . . . .
Diagrama esquemático del sistema EyeShield. . . . . .
Diseño del circuito impreso para sistema EyeShield. . .
Prototipo EyeShield con Arduino y cámara. . . . . . .
Digitalización binaria en blanco y negro. . . . . . . . .
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64.
65.
Samsung SCH-R720 Vitality. . . . . . . . . . . . . . .
Identificación en tiempo real de landmark. . . . . . . .
Etiquetado por colores en tiempo real. . . . . . . . . .
Diagrama esquemático del sistema de comunicación por
audio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Diseño del circuito impreso para sistema de comunicación por audio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Prototipo del sistema de comunicación por audio. . . .
Navegación sencilla por landmark de colores. . . . . .
Partes estructura robot diferencial. . . . . . . . . . . .
Simulación tarea de cubrimiento. . . . . . . . . . . . .
Simulación tarea de agrupamiento. . . . . . . . . . . .
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