ROBOTS MÓVILES DE RUEDAS: APLICACIONES

C. Márquez-Sánchez1,
C. Y. Sosa-Cervantes1,
R. Silva-Ortigoza1,
M. Antonio-Cruz1,
J. R. García-Sánchez1 y
J. A. Rodríguez-Meza1. 1 Instituto Politécnico Nacional, CIDETEC.

Resumen

En este trabajo se presentan algunas aplicaciones de los robots móviles de ruedas (RMR) en diversas áreas como el almacenamiento, agrícola, energías alternas, milicia, inspección y vigilancia, limpieza, entretenimiento, minería, exploración planetaria, entre otras.

Introducción

El desarrollo de la robótica, inicialmente, se enfocó al análisis, diseño, construcción y control de robots de tipo manipulador, esto a causa de sus múltiples y variadas aplicaciones en la industria. Durante las últimas tres décadas, los robots móviles han recibido mayor atención por parte de la comunidad científica, siendo los robots móviles de ruedas (RMR) los más construidos, evaluados y reportados en trabajos de investigación, debido a sus crecientes aplicaciones en la exploración planetaria, la minería, la inspección y vigilancia, el rescate de personas, la limpieza de desechos peligrosos, la asistencia médica, entre otras. En ese sentido, algunas de las aplicaciones más relevantes en RMR se muestran en este trabajo. La estructura de este trabajo es de la siguiente manera: En la sección II se muestra algunas de las aplicaciones de los RMR como almacenamiento, orientación de paneles solares, inspección y vigilancia, entre otras. Finalmente en la sección III se presentan las conclusiones.

Aplicaciones de los RMR

Existe una amplia variedad de aplicaciones para los RMR, así como diversos diseños en los sistemas de locomoción, los cuales están directamente relacionadas con la tarea que se desea que lleven a cabo el RMR. Esto ha permitido que exista una gran variedad de RMR y que cada día se les encuentren nuevas aplicaciones, además con el avance de la tecnología cada vez se obtienen mejores dispositivos que al implementarlos incrementan la capacidad de autonomía de los RMR. A continuación se describen algunos RMR y sus aplicaciones.

Kiva Systems [1], es una empresa que fabrica robots móviles que pueden navegar por el piso de bodegas guiándose por etiquetas magnéticas para buscar objetos que necesitan ser empacados y llevados a los trabajadores. Los robots de Kiva reciben instrucciones inalámbricas de un ordenador central, el cual hace que no choquen unos con otros.

El sistema detecta automáticamente cuándo un artículo se vende mucho y coloca esos estantes más cerca de las estaciones de empaquetado. Otro tipo de robot y que realiza una tarea diferente es el robot SolBot [2], cuya función es orientar paneles solares hacia el sol en el transcurso del día para lograr que se recolecte una mayor cantidad de energía solar; ya que durante la tarde el sol no ilumina las mismas áreas que durante la mañana.

Para poder realizar dicha tarea, el pequeño SolBot cuenta con un riel por el cual es capaz de desplazarse en su área de trabajo. SolBot ha sido desarrollado por una compañía de California conocida como Qbotix. Si bien este tipo de robot no hace uso de sensores para recocer su entorno, hay otros robots que si lo hacen e incluyen una amplia gama de sensores de diferente tipo, como ejemplo tenemos al robot robuROC4 [3]. Este es un RMR para aplicaciones externas, incorpora varios dispositivos incluyendo un sistema de visión, un sistema láser, sensores infrarrojos, sensores ultrasónicos, cámara panorámica y comunicación inalámbrica.

La aplicación de este robot es la exploración y puede ser tanto en zonas urbanas como en rurales, además de que puede servir como transporte de carga ya que es capaz de soporta hasta 100 kg. Una aplicación diferente la podemos encontrar en el robot MOSRO [4], el cual es un robot autónomo de seguridad para la vigilancia tanto en interiores como en grandes superficies comerciales, en almacenes de logística, laboratorios, edificios de oficinas, estadios de fútbol, naves industriales y grandes eventos. Este robot permite una vigilancia estática o dinámica, mediante rutas de patrullaje pre-programadas. Por otro lado, la empresa de seguridad Alacom junto con el desarrollador de robots Tmsuk, han creado el robot T-34 [5] destinado a la seguridad, el cual es capaz de atrapar a un posible ladrón mediante el disparo de una red. El robot es capaz de localizar el lugar donde debe disparar gracias a sensores de calor y sonido instalados en el robot. Una aplicación poco común la podemos encontrar en [6], donde se emplea un robot móvil orientado a inspección no destructiva en tanques ferromagnéticos. Este robot fue diseñado para inspeccionar de forma automática tanques ferromagnéticos de grandes dimensiones, debido a que se necesitan hacer cientos de mediciones del espesor del tanque de forma manual, la inspección requiere un alto consumo de tiempo, además de que esta tarea representa un riesgo para las personas. El propósito de estas mediciones es determinar las condiciones de corrosión en los tanques, a fin de tomar decisiones referentes al mantenimiento cuando sea necesario.

Otro tipo de aplicación la encontramos en la agricultura, donde los robots se han ido abriendo campo y actualmente los podemos encontrar realizando algunas tareas repetitivas y peligrosas para el ser humano debido al manejo de químicos. Uno de estos robots es el robot móvil para invernaderos AURORA [7], el cual está equipado con sensores y dispositivos de operación para obtener un robot móvil autónomo capaz de sustituir el trabajo humano duro y poco saludable dentro de los invernaderos. Su sistema de control está basado en una PC industrial e incorpora una cámara para teleoperación.

Cambiando de aplicación, ahora nos enfocamos en los robots domésticos y de entretenimiento dentro de los cuales podemos encontrar al robot Trilobite [8] de la compañía Electrolux. Trilobite es un robot aspiradora que puede ser programado para limpiar en una hora en particular, tiene un sensor de infrarrojo para detectar escaleras y un algoritmo de navegación. Se puede configurar el robot para hacer la limpieza a determinada hora todos los días mientras uno está en el trabajo, sale a caminar o hacer cualquier otra actividad. Trilobite utiliza el ultrasonido, el cual rebota en las paredes, muebles y otros obstáculos, permitiendo que el robot pueda navegar entre ellos sin chocar. Como ejemplo de robots de entretenimiento tenemos el robot diseñado en [9], el cual se utiliza para llevar niños a través de un centro comercial siguiendo una línea en el piso. El robot tiene cinco niveles de velocidad diferentes, es capaz de seguir una línea negra de 4.8 cm ancho y puede llevar una carga nominal de 400 kg. El robot puede ser operado en 2 modos, a saber: modo seguidor de línea y modo manual. En el modo seguidor de línea sigue el camino de la línea negra en un terreno adecuado, mientras que en el modo manual se puede mover manualmente hacia adelante, atrás, izquierda o derecha. Otro tipo de robot de entretenimiento es el desarrollado en [10]. En este trabajo se proponen nuevos robots móviles que tienen el diseño de una flor. Estos tipos de robots fueron diseñados para imitar el vaivén de las ramas y la floración de las flores. Las ramas y las flores son accionadas por un mecanismo de tendón, además tienen una plataforma móvil que consiste en tres ruedas con la capacidad de dirección. La plataforma móvil del robot proporciona la locomoción y es capaz de realizar el seguimiento de una trayectoria deseada.

Una aplicación diferente la podemos encontrar en proyectos como el acometido en Canadá por el Engineering Service Incorporation y el Defense Research Establishment Suffield, que aunando sus experiencias en robótica de exteriores y desactivación de minas, respectivamente, han desarrollado un robot con ruedas denominado MR-2 [11] para tareas de detección de minas antipersonas. Este robot móvil emplea un sistema diferencial de seis ruedas, siendo capaz de detectar minas con contenidos metálicos ínfimos. El MR-2 es un sistema modular el cual está conformado por un vehículo operado remotamente, una unidad de control, un brazo manipulador para la detección de metales y un sistema móvil láser de medición de distancias. Actualmente podemos encontrar RMR en exploración planetaria tales como el robot Curiosity [12]. El Curiosity es un robot creado por la NASA para explorar el planeta Marte, el robot es propulsado por un generador termoeléctrico de radioisótopos, además contiene una decena de instrumentos científicos para tomar muestras del suelo y las rocas y analizarlas en la propia superficie marciana. El instrumental incluye un taladro y un láser para romper piedras. Además, el robot tiene un brazo de 2.13 m de longitud con un martillo neumático en su extremo, capaz de perforar las rocas marcianas y una torreta con cámaras láser de alta definición. Pesa una tonelada y utiliza seis ruedas para desplazarse.

Los robots aquí mencionados, son únicamente una porción de los tantos que se han diseñado, sin embargo, es posible notar, como se ha mostrado en la literatura citada, que las aplicaciones de éstos son vastas e ilimitadas debido al desarrollo cada vez más vertiginoso de la tecnología.

Conclusiones

En este trabajo se han presentado ejemplos de algunas aplicaciones de los RMR en diferentes áreas como en la militar, domestica, industrial, de seguridad, de exploración, etc. Con esto podemos apreciar que la robótica móvil tiene una muy variada gama de aplicaciones y su desarrollo continúa en pleno crecimiento, nuevos métodos para el control van surgiendo y algunos otros mejoran los actuales. Las tareas de seguimiento de trayectoria, posicionamiento, estabilización a un punto de equilibrio y la evasión de obstáculos tienen diversas aplicaciones en la vida cotidiana y las presentadas en este documento son sólo una porción de éstas. La robótica móvil seguirá evolucionando conforme se descubran nuevas tecnologías y aplicaciones de estos, con lo cual se lograra cada vez más la autonomía en los robots móviles.

Agradecimientos

Los autores C. Márquez-Sánchez, C. Y. Sosa-Cervantes, M. Antonio-Cruz, J. R. García-Sánchez y J. A. Rodríguez-Meza, desean agradecer el apoyo de CONACYT por medio de su beca escolar y a la Secretaría de Investigación y Posgrado del Instituto Politécnico Nacional por la beca BEIFI. Las cuales ayudan a los alumnos para adentrarse en el mundo de la investigación.

Referencias

[1] Disponible en: http://www.kivasystems.com/ Consultada en Abril de 2015.

[2] Disponible en: http://www.qbotix.com/ Consultada en Abril de 2015.

[3]Disponibleen:http://www.robosoft.com/products/outdoor -mobile/Robots/roburoc/index.html Consultada en Abril de 2015.

[4] Disponible en: http://www.robowatch.de/en/ Consultada en Abril de 2015.

[5] Disponible en: http://www.tmsuk.co.jp/english/pdf/t34.pdf Consultada en Abril de 2015.

[6] J. Solano, A. Ramírez y E. Vargas, “Robot Móvil Orientado a Inspección No Destructiva en Tanques Ferromagnéticos”, Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial, CIDESI, Querétaro, Qro., 2002.

[7] A. Mandow, J. M. Gomez-de-Gabriel, J. L. Martínez, V. F. Muñoz, A. Ollero, A. García-Cerezo, “The autonomous mobile robot AURORA for greenhouse operation”, IEEE Robotics & Automation Magazine, vol. 3, no. 4, pp. 18-28, 1996.

[8] Disponible en: http:// http://www.electrolux.co.uk Consultada en Marzo de 2013.

[9] I. Colak and D. Yildirim, “Evolving a Line Following Robot to Use in Shopping Centers for Entertainment”, Industrial Electronics, 2009. IECON '09. 35th Annual Conference of IEEE, pp. 3803-3807, Portugal, November, 2009.

[10] K. Woo-young, S. Il-hyeon, K. Kyung-whan, P. Suk-Ho, and P. Jong-Oh, “Group Dancing Mobile Flower Robots with Moving Mechanism, Mobility and Localization Functions”, 41st International Symposium on and 2010 6th German Conference on Robotics, pp. 1032-1037, Berlín, Alemania, 2010.

[11] R. C. Ponticelli Lima, Sistema de exploración de terrenos con robots móviles: Aplicación en tareas de detección y localización de minas antipersonas. Memoria para optar al grado de doctor, Universidad Complutense de Madrid, Madrid, España, 2011.

[12] Disponible en: http://www.nasa.gov/mission_pages/msl/index.html Consultada en Abril de 2015.