DOI:
https://doi.org/10.14483/22484728.15184Publicado:
2019-07-30Número:
Vol. 13 Núm. 2 (2019)Sección:
Visión InvestigadoraAssembly and implementation of modular quadrupedal architecture
Ensamblaje e implementación de arquitectura cuadrúpeda modular
Palabras clave:
Bioinspired, Legged robots, Mobile robots, Modular robots, Quadrupedal robots, Tetrapodal animals (en).Palabras clave:
Bioinspirado, Robots con patas, Robot móviles, Robots modulares, Robots cuadrúpedos, Animales tetrápodos (es).Descargas
Resumen (en)
This paper describes the assembling process of a quadrupedal architecture using the modular robotic system Mecabot. Several possible topologies are addressed to finally opt for a design that allows the use of an active column. Based on this, the mathematical model of the control is proposed to perform the movements of displacement, open turn and rotation. The locomotion profiles for these first two movement modalities are bio-inspired. For the rotation modality, a characteristic quadrupedal robot transition is used to allow the correct rotation execution without using a great number of degrees of freedom. The robot is tested on structured and unstructured terrains by measuring its speed in function of the movement frequency variation. For the open turn modality, the described circumference radius is measured in function of the offset variation. With the tests, the second Mecabot configuration with legs is finally obtained complementing the research work carried out for apodal configurations (snake, wheel caterpillar) and hexapod.
Resumen (es)
En este documento se describe el proceso de ensamblaje de una arquitectura cuadrúpeda utilizando el sistema robótico modular Mecabot. Varias posibles topologías son abordadas para finalmente optar por un diseño que permita emplear una columna activa. En base a ello es planteado el modelo matemático del control para realizar los movimientos de desplazamiento, giro abierto y giro cerrado. Los perfiles de locomoción que debe ejecutar el robot para estas dos primeras modalidades de movimiento son bioinspirados. Para la modalidad de giro cerrado se emplea una transición característica de los robots cuadrúpedos con el fin de poder seguir ejecutando correctamente la rotación sin necesidad de emplear un número mayor de grados de libertad. El robot es probado en terrenos estructurados y no estructurados midiendo su velocidad en función de la variación de la frecuencia de movimiento, para la modalidad de giro abierto se mide el radio de la circunferencia descrito en función de la variación del offset. Con las pruebas realizadas finalmente se obtiene la segunda configuración con patas implementada en el Mecabot, complementando así los trabajos de investigación previamente realizados para la configuración hexápoda y configuraciones ápodas (serpiente, oruga rueda).
Referencias
A. B. Cruz, C. Balaguer, L. F. Peñin and R. Aracil, “Fundamentos de robótica”, McGraw-Hill, 2007.
El Espectador, “Los diez grandes retos de la robótica”, 2018. [Online]. Available at: https://www.elespectador.com/noticias/ciencia/los-diez-grandes-retos-de-la-robotica-articulo-737149
T. Tosun, G. Jing, H. Kress-Gazit and M. Yim, “Computer-Aided Compositional Design and Verification for Modular Robots”, Robotics Research, 2018, pp. 237–252. https://doi.org/10.1007/978-3-319-51532-8_15
T. Wang, H. Li and C. Meng, “Collective grasping for non-cooperative objects using modular self-reconfigurable robots”, IEEERSJ Int. Conf. Intell. Robots Syst. IROS, 2015, pp. 3296-3301. https://doi.org/10.1109/IROS.2015.7353835
K. Stoy, D. Brandt and D. J. Christensen, “Self-Reconfigurable Robots”, 2018.
A. A. Vergara-Pulgar, “Diseño y fabricación de robots modulares blandos”, thesis, Universidad de Chile, Chile, 2015.
M. Yim, D. G. Duff and K. D. Roufas, “Walk on the wild side [modular robot motion]”, IEEE Robotics & Automation Magazine, vol. 9, no. 4, 2002, pp. 49-53. https://doi.org/10.1109/MRA.2002.1160071
M. Yim, D. G. Duff and K. D. Roufas, “PolyBot: a modular reconfigurable robot”, Proceedings 2000 ICRA. Millennium Conference. IEEE International Conference on Robotics and Automation. Symposia Proceedings, 2000, pp. 514-520. https://doi.org/10.1109/ROBOT.2000.844106
M. Park and M. Yim, “Distributed control and communication fault tolerance for the CKBot”, ASMEIFToMM Int. Conf. Reconfigurable Mech Robots, 2009, pp. 682-688.
S. Castro, S. Koehler and H. Kress-Gazit, “High-level control of modular robots”, IEEERSJ Int. Conf. Intell. Robots Syst, 201 1, pp. 3120-3125. https://doi.org/10.1109/IROS.2011.6094955
G. Jing, T. Tosun, M. Yim and H. Kress-Gazit, “An End-to-End System for Accomplishing Tasks with Modular Robots: Perspectives for the AI community”, International Joint Conferences on Artificial Intelligence Organization, 2017, pp. 4879-4883. https://doi.org/10.24963/ijcai.2017/686
T. Horvat, K. Karakasiliotis, K. Melo, L. Fleury, R. Thandiackal and A. J. Ijspeert, “Inverse kinematics and reflex based controller for body-limb coordination of a salamander-like robot walking on uneven terrain”, IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2015, pp. 195-201. https://doi.org/10.1109/IROS.2015.7353374
X. Yin, C. Wang and G. Xie, “A salamander-like amphibious robot: System and control design”, IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, 2012, pp. 956–961. https://doi.org/10.1109/ICMA.2012.6283272
W. G. Aguilar, M. A. Luna, J. F. Moya and V. Abad, “Robot Salamandra Anfibio con Locomoción Bioinspirada”, Ingenius, no. 17, 2017. https://doi.org/10.17163/ings.n17.2017.07
P. Manoonpong, “Neural Preprocessing and Control of Reactive Walking Machines: Towards Versatile Artificial Perception-Action Systems”, Springer-Verl., 2007. https://doi.org/10.1007/978-3-540-68803-7
S. Kim, M. Spenko, S. Trujillo, B. Heyneman, D. Santosn and M. R. Cutkosky, “Smooth Vertical Surface Climbing with Directional Adhesion”, IEEE Trans Robot, vol. 24, no. 1, 2008, pp. 65-74.
T. Horvat, “Control of a Salamander-Like Robot for Search and Rescue Applications”, 2014. [Online]. Available at: https://www.semanticscholar.org/paper/Control-of-a-Salamander-Like-Robot-for-Search-and-BioRob/91f22e7967b422940d2f0aebd57520aaae3845d7#extracted
K. Karakasiliotis, R. Thandiackal, K. Melo, T. Horvat, N. K. Mahabadi, S. Tsitkov, J. M. Cabelguen and A. J. Ijspeert, “From cineradiography to biorobots: an approach for designing robots to emulate and study animal locomotion”, J R Soc Interface, vol. 13, no. 119, 2016. https://doi.org/10.1098/rsif.2015.1089
P. N. Lancheros, L. B. Sanabria and R. A. Castillo, “Simulation of modular robotic system MECABOT in caterpillar and snake configurations using Webots software”, IEEE Colombian Conference on Robotics and Automation (CCRA), 2016, pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/CCRA.2016.7811417
A. M. Rubiano and A. C. Estepa, “Simulación e Implementación de Sistema Robótico en Arquitectura Tipo Rueda utilizando Robótica Modular”, thesis, Universidad Militar Nueva Granada, Colombia, 2017.
R. Castillo, M. Cotera and G. Vargas, “Simulation and implementation of a hexapod configuration using modular robotics”, Congreso Internacional de Innovación y Tendencias en Ingeniería (CONIITI), 2017, pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/CONIITI.2017.8273340
E. Sedeño, “Locomoción de un Robot Cuadrúpedo: Un Enfoque a Celdas Neuronales Analógicas”, thesis MSc., Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico, Cuernavaca, Morelos, México, 2011.
P. G. de Santos, E. Garcia and J. Estremera, “Quadrupedal Locomotion: An Introduction to the Control of Four-legged Robots”, London: Springer-Verlag, 2006. https://doi.org/10.1007/1-84628-307-8
K. Karakasiliotis, N. Schilling, J.-M. Cabelguen and A. J. Ijspeert, “Where are we in understanding salamander locomotion: biological and robotic perspectives on kinematics”, Biol. Cybern., vol. 107, no. 5, 2013, pp. 529–544. https://doi.org/10.1007/s00422-012-0540-4
A. Crespi, K. Karakasiliotis, A. Guignard and A. J. Ijspeert, “Salamandra Robótica II: An Amphibious Robot to Study Salamander-Like Swimming and Walking Gaits”, IEEE Trans. Robot., vol. 29, no. 2, 2013, pp. 308–320. https://doi.org/10.1109/TRO.2012.2234311
H. Ahmadzadeh and E. Masehian, “Modular robotic systems: Methods and algorithms for abstraction, planning, control, and synchronization”, Artif. Intell., vol. 223, 2015, pp. 27–64. https://doi.org/10.1016/j.artint.2015.02.004
A. Alberca, C. Adrián, R. Sánchez and D. Xavier, “Diseño e implementación de algoritmos de control inteligente para un robot Phoenix tipo hexápodo mediante la tarjeta STM32F4 discovery y simulink de matlab”, thesis, Universidad de las Fuerzas Armadas, 2016.
J. Braure, “Participation to the Construction of a Salamander Robot: Exploration of the Morphological Configuration and the Locomotion Controller”, thesis MSc., Swiss Federal Institute of Technology, Lausanne, 2004.