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ROSPHERE: una esfera robotizada para misiones de exploración

Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid, UPM, desarrollan un prototipo de robot con un modo de locomoción no convencional para llevar a cabo misiones en entornos agrestes.


FUENTE | UPM - mi+d
17/06/2013
 
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Uno de los intereses del Grupo de Robótica y Cibernética de la Universidad Politécnica de Madrid es desarrollar robots capaces de desenvolverse en entornos donde la locomoción puede verse dificultada por las irregularidades del terreno que comprometen su estabilidad. Motivados por este objetivo se ha 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 bola' puede compararse con el de una bola de juegos de un hámster. Allí, lo que realmente ocurre es que a medida que el hámster se mueve, éste 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, el prototipo desarrollado por el Grupo de Robótica y Cibernética de la UPM, por ejemplo, cuenta con un sistema pendular con capacidad de dos movimientos independientes (o dos grados de libertad). Con este mecanismo interno, ROSPHERE puede realizar movimientos rectos y curvilíneos similares a los de un coche.

ROSPHERE
Figura 1: ROSPHERE v1.1 (izquierda) y sistema locomotor v1.2 (derecha). (Autor Robcib_UPM)

Una parte importante del tiempo invertido en esta investigación ha estado relacionado con el desarrollo 'mecatrónico' del robot o, en otras palabras, todo lo que involucra su mecánica y electrónica de control, comunicaciones y programación, generándose dos versiones en las que se han probado diferentes evoluciones del sistema pendular y su accionamiento (Figura 1).

NROSPHERE
Figura 2: ROSPHERE en operación en cultivo de maíz. (Autor Robcib_UPM)

Los desarrollos del grupo de la UPM, no obstante, no se han limitado a la construcción del robot. Tras el desarrollo de la plataforma de pruebas y la validación de sus sistemas de control, el robot ha sido puesto en diferentes escenarios para evaluar sus aplicaciones reales más allá de su particular forma de desplazarse.

En el primero de los escenarios se ha utilizado el robot para realizar mediciones in situ de variables ambientales en los surcos de los cultivos, donde la forma de robot resulta ideal para que éste no afecte los mismos, realizando recorridos y recolectando información que pueda ser utilizada para la monitorización y aplicación de técnicas de agricultura de precisión (Figura 2).

Otro escenario ensayado ha sido 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 ha escogido el parque del Retiro de Madrid. (Figura 3)

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.

ROSPHERE en el Retiro
Figura 3: ROSPHERE en operación en el parque del Retiro de Madrid registrando variables ambientales (Autor Robcib_UPM)





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.





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IMDEA Nanociencia


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