17/06/2013 - Rosphere. Una esfera robotizada para misiones de exploración

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Uno de los objetivos del Grupo de Robótica y Cibernética de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) es el desarrollo de robots capaces de desenvolverse en entornos donde la locomoción pueda verse dificultada por irregularidades del terreno que comprometan su estabilidad.

Motivados por este reto, han abordado el estudio, diseño y construcción de un vehículo móvil terrestre que cuenta con un sistema no convencional de movimiento. El resultado es Rosphere, un robot que carece de ruedas, orugas o patas, limitándose a un único cuerpo esférico que, literalmente, rueda sobre sí mismo para realizar sus diferentes misiones, siendo por ello intrínsecamente estable. En las distintas pruebas de evaluación realizadas, el robot ha demostrado su potencial para diversas aplicaciones.

¿Cómo logra una simple bola o cuerpo esférico moverse aparentemente sin ninguna fuerza externa? Si bien existen diferentes técnicas, en este caso particular el funcionamiento está basado en un principio de relativa simplicidad que involucra el entendimiento de un concepto físico fundamental: el centro de masa. El funcionamiento del robot puede compararse con el de una bola de juegos de un hámster. En este ejemplo, lo que realmente ocurre es que a medida que el hámster se mueve, este cambia la ubicación del centro de masa del sistema desestabilizando el cuerpo esférico y, en consecuencia, generando movimiento.

En general, los diferentes sistemas de locomoción de los robots esféricos pueden entenderse como modos alternativos de reemplazar al pequeño animal por un sistema mecánico complementado por instrumentos electrónicos y programas, de modo que, en conjunto, el sistema mecatrónico puede inducir movimientos en una bola de manera controlada. Rosphere cuenta con un sistema pendular con capacidad de dos movimientos independientes (o dos grados de libertad). Con este mecanismo interno, puede realizar movimientos rectos y curvilíneos similares a los de un coche.

Una parte importante del tiempo invertido en esta investigación ha estado relacionada con el desarrollo mecatrónico del robot, esto es, todo lo que involucra su mecánica y electrónica de control, comunicaciones y programación. Se generaron dos versiones en las que se han probado diferentes evoluciones del sistema pendular y su accionamiento.

La labor del Grupo de Robótica y Cibernética no se ha limitado a la construcción del robot. Tras el desarrollo de la plataforma de pruebas y la validación de sus sistemas de control, se situó al robot en diferentes escenarios para evaluar sus aplicaciones reales más allá de su particular forma de desplazarse.

En el primero de los escenarios, el robot se utilizó para realizar mediciones in situ de variables ambientales en los surcos de los sembrados, donde su forma resulta ideal para que este no afecte a los cultivos, realizando recorridos y recolectando información que pueda ser utilizada para la monitorización y aplicación de técnicas de agricultura de precisión.

Otro escenario ensayado fue la monitorización de espacios compartidos con personas, en donde se pretende verificar que este tipo de robot puede interactuar de manera segura sin que represente una amenaza para las personas. Como escenario prototipo se escogió el parque del Retiro de Madrid.

Aunque aún es un sistema en desarrollo, Rosphere ha demostrado en sus pruebas preliminares el potencial para diferentes aplicaciones. Aspectos como las mejoras en su navegación autónoma o en su robustez mecánica aumentarán sus campos de aplicación.
 

Ref.

J. D. HERNÁNDEZ, J. BARRIENTOS, J. DEL CERRO, A. BARRIENTOS, D. SANZ. “Moisture measurement in crops using spherical robots,” Industrial Robot: An International Journal, vol. 40, pp. 59–66, 2013.

Imagen:

Robótica y Cibérnetica - Grupo de Investigación

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

Más información:

http://www.robcib.etsii.upm.es/index.php/es/proyectos/rosphere

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