Sesión 1 (Teoría)
• Introducción a la robótica móvil • Introducción al hardware libre
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• Robótica – Técnica que aplica la informática al diseño y empleo de aparatos que, en sustitución de personas, realizan operaciones o trabajos, por lo general en instalaciones industriales
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Robótica móvil
• Móvil – Adj. Que puede moverse o se mueve por sí mismo
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Robótica móvil
• Definición – Rama de la robótica que estudia los robots que pueden desplazarse dentro de un entorno • Teledirigidos • Autónomos – Entorno: territorio o conjunto de parajes de que está rodeado un lugar o una población (el robot)
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Un poquito de historia
• Steam man, de Z. P. Dederick (1868) • Talking doll, de T. A. Edison (1890) • Electric dog, de J. Hammond Jr. (1912) • Elektro, de Westinghouse (1939)
• Turtles, de William Grey Walter (1948-1949) • Stanford Cart, (1960), carro móvil teleoperado • Shakey, Stanford (1966), capacidad de razonamiento • Phony Pony, (1968), primer cuadrúpedo • Lunokhod I (1970), primer rover lunar
• OSU Hexapod, Ohio State (1977), primer hexápodo • Genghis, MIT (1988), concepto de vida artificial • Khepera, EPFL (1994), microrrobot educación 55mm • Asimo P2, Honda (1996), bípedo que sube escaleras
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 – Primera misión (1991): mover un disco metálico de una zona de un campo de competición a otra – Se consiguió en 1995: ARL helicopter, Stanford
– Séptima misión (2014): Interacción entre robots aéreos y objetos móviles (robots móviles terrestres y aéreos)
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Challenges
• DARPA – Defense Advanced Research Projects Agency • Grand Challenge (2004) – Primera competición de larga distancia de vehículos autónomos – Conducir 240 kilómetros por el desierto de Mojave, en California – Tiempo límite de 10 horas – Premio de 1 millón de dólares
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Challenges
• Resultado: Premio desierto. El equipo de CMU liderado por Red Whitaker recorrió 11.9 km. ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Challenges
• 2nd Grand Challenge (2005) – Mismo reto: 5 equipos terminan el recorrido – Ganador: Stanley, Stanford University, 6h 54m
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Challenges
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Challenges
• Urban Challenge (2007) – Carrera de 96 kilómetros en área urbana – Tiempo límite de 6 horas – Normas • Obedecer las normas de tráfico • Detectar y evitar el contacto con otros vehículos, tanto autónomos, como pilotados – Reto a nivel de software • Toma de decisiones – Premio: 2 millones de dólares
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Challenges
• Urban Challenge (2007)
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Challenges
• Urban Challenge (2007)
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 ¿Esto vale de algo?
• Google car O_o
• Y no sólo eso…
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Challenges
• Robotics Challenge (DRC) (2012-2015) – Robots terrestres semi-autónomos que puedan realizar tareas complejas y heterogéneas en entornos peligrosos o deteriorados que habían sido diseñados para el ser humano – Premio de 2 millones de dólares – Finales Junio 2015
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Challenges: DRC Trials
• Vencedor de las clasificatorias – Schaft Inc., Tokyo, Japan
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Challenges: DRC Finals
• Vencedores (Corea del Sur)
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Tipos de robots móviles
• AUV (Autonomous Underwater Vehicles) • UGV (Unmanned ground vehicle)
Tavros-2
Wave Bluefin Glider • UAV (Unmanned Aerial Vehicles)
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Aplicaciones actuales
• Agricultura • Incendios • Búsqueda y rescate • Industria alimentaria • Cirugía • Inspección • Construcción • Paletizado • Detección explosivos • Rehabilitación • Educación • Asistencia • Guías • Rellenado automático • Telepresencia • Vigilancia y exploración • Hogar (limpieza)
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Exploración espacial
• Mars Exploration Missions ESA – Sojourner (1997) – Spirit and Opportunity (2004) Activa – Curiosity (2012) Activa
NASA
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Militares y de rescate
• MQ-9 Reaper – Vehículo de combate no tripulado • Foster-Miller TALON – Reconocimiento y combate • iRobot Packbot – Desactivación de minas
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Militares y de rescate
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Vigilancia
• K5 – Detecta de situaciones sospechosas. – Envía video en tiempo real. – Sensoriza el ambiente • Huele gases tóxicos • Monitoriza temperatura y humedad – Alquiler por $6,25 la hora. • PatrolBot – Mapea edificios on-the-fly (SLAM) – Navega a destinos dinámicos
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Inspección
• Versatrax Inspección de tuberias (1 milla sin parar) • Magnebike Inspección de elementos metálicos
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Exploración
• Dante II Recolección de muestras de gas volcánico • Bruie (Buoyant Rover for Under-Ice Exploration) • Deep-SCINI Exploración marina • Sepios Exploración marina
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Agricultura
• Yamaha R-Max – Capacidad: 246cc. Carga max: 30kg. – GPS para detectar altitud y velocidad – Yamaha Attitude ControlSystem – Alrededor de 1600 se emplean actualmente en Japón, principalmente en fumigación de cultivos
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Agricultura
• http://www.therobotreport.com/news/agricultural-robot-market-anticipated-to- reach-16.3-billion-by-2020
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Transporte de mercancías
• Terex Port Solutions – Grúas autónomas – Vehículos autónomas – Control de movimiento y sistema de navegación – Manipulación de contenedores – Puerto de Busan. Korea – http://www.terex.com/port- solutions/en/
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Transporte en almacenes
• Kiva Mobile Fulfillment System – En abril de 2008 ya habían vendido 1000 robots – Sexta compañía en crecimiento en USA (2010) – Vendida a Amazon por más de 775 M$ (2012)
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Transporte en hospitales
• TransCar – Distribución de comida, material, recogida de basura… – Camino virtual guiado por seguimiento de láser – No requiere balizas externas
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Robots guía
• REEM – Interactúa con personas – Habla el idioma deseado – Puede navegar entre multitudes
• Quiχote – Servidor y analizador de voz – Auto-localización mediante visión y balizas pasivas – Tele-operación vía web
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Entretenimiento
• Pleo – 14 motores – 38 sensores – 350 $ – +100000 unidades vendidas
• Aibo (Sony) – 1500 $ – 65000 unidades vendidas en el primer año – Producción detenida ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Asistencia
• TAO 7 Silla de ruedas inteligente (sensores) • iBot Mobility System Movilidad aumentada • Silla de ruedas que sube escaleras (UCLM)
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Limpieza
• iRobot – Roomba (creado en 2002) • Aspiradora automática • Utiliza SLAM para moverse – Scooba • Limpiasuelos – Braava • Encerador – Looj • Limpia canalones
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Limpieza
• RS 630 (Robotic Lawnmower) – Se desplaza automáticamente por toda la superficie a cortar – Superficies hasta 3000 m2 • Aquabot T4 – Limpia superficie, muros y fondo – Recorre la piscina de modo previamente planificado – Sistema de filtración de agua incorporado
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Limpieza del hogar
• Un robot aspirador ‘ataca’ a su dueña y la atrapa durante horas
• https://es.yahoo.com/noticias/un-robot-aspirador--ataca--a-su-due%C3%B1a-y-la-atrapa-durante-horas-170811460.html
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Robots colaborativos
• Fase de investigación • Proyectos europeos – Swarmanoid (2006-2010) – CoCoRo (2011-2014) • Y americanos – TERMES(2011-2014)
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Robots industriales
• Baxter
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Mercado Mundial (2009)
• Las investigaciones de la Japan Robotics Association (JRA), la United Nations Economic Comission y la International Federation of Robotics (IFR) indican que el mercado de la robótica personal y de servicio crecerá excepcionalmente en los próximos años. • La JRA predice que en 2025, la industria de la robótica personal generará más de 50.000 millones de dólares cada año en el mundo, por los 5.000 millones que genera actualmente.
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 The Rise of Robotics Boston Consulting Group (Sander & Wolfang, 2014)
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Un robot en cada casa
• Bill Gates, 2007 – “As I look at the trends that are now starting to converge, I can envision a future in which robotic devices will become a nearly ubiquitous part of our day-to-day lives.” – “The challenges facing the robotics industry are similar to those we tackled in computing three decades ago.”
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Las compras de Google
Filmación cinematográfica con robots
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Las compras de Google
Holomni Diseño de ruedas omnidireccionales
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Las compras de Google
Robot M1. Cabeza humanoide sociable
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Las compras de Google
Diseño de brazos robóticos de bajo coste
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Las compras de Google
Diseño de robots humanoides Ganador de DRC Trials
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Las compras de Google
Robótica militar
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Enlaces de noticias recientes
• http://www.engadget.com/2016/02/15/nissan-intelligent-parking-chair-stunt/ forecasts • https://www.youtube.com/watch?v=r0qWVKcJR3w • https://www.youtube.com/watch?v=btT3_SR7rE0 • http://mime.oregonstate.edu/research/drl/atrias/ • https://www.youtube.com/watch?v=OKoQMD0QZQs • http://www.therobotreport.com/news/nhtsa-redefines-driver-to-be-an-ai-self- • http://www.engadget.com/2015/09/20/volvo-robot-garbage-collectors/ driving-computer-system • http://www.engadget.com/2015/10/04/daimler-self-driving-truck-test/ • http://www.therobotreport.com/news/first-look-at-2015-stats-from-intl- • http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/drones/harvard-robot-bee-is- federation-of-robotics-ifr now-also-a-submarine • https://www.reportbuyer.com/product/1693045/the-global-uav-market-2015- • http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/drones/quadrotors-build-rope- 2025.html bridge • http://www.engadget.com/2015/04/14/prototype-navy-drones-swarm-like- • http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/industrial-robots/clearpath-otto- locusts/ can-autonomously-haul-a-ton-of-stuff • http://spectrum.ieee.org/cars-that-think/transportation/self-driving/freightliner-• http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/humanoids/honda-using- unveils-first-autonomous-semitruck-licensed-to-drive-itself-on-highways experimental-asimo-for-disaster-research • http://fetchrobotics.com/ • https://www.youtube.com/watch?t=151&v=E47EXsH9jWE • https://www.youtube.com/watch?v=_luhn7TLfWU • http://www.engadget.com/2015/10/08/singapore-post-delivery-by-drone- • http://www.engadget.com/2015/06/01/amazon-picking-challenge-winner/ program/ • https://www.youtube.com/watch/?v=xb93Z0QItVI • http://www.engadget.com/2015/10/28/yamaha-motobot/ • http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/humanoids/durus-sri-ultra- • https://www.youtube.com/watch?v=9X-5fKzmy38 efficient-humanoid-robot • https://www.starship.xyz/ • http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/industrial-robots/robotnik-enters-• https://www.youtube.com/watch?v=CplBeZgg0iA mobile-manipulator-market-with-the-rb1 • http://www.engadget.com/2015/12/11/tokyo-drone-net/ • https://www.post.ch/en/about-us/company/media/press-releases/2015/swiss- • https://www.youtube.com/watch?v=RDZu04v7_hc&feature=em-uploademail post-swiss-worldcargo-and-matternet-start-drone-tests • https://www.youtube.com/watch?v=TJu4kmcy8gQ • https://www.youtube.com/watch?v=tiwVMrTLUWg • http://www.therobotreport.com/news/service-robots-get-multiple-positive- ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Hardware…¿Libre?
• Está claro lo que es el hardware, pero ¿qué añade la palabra libre? • Haciendo analogía con el Software libre (GNU GPL), indica que no sólo tienes disponible el objeto manufacturado (programa compilado) sino también el ‘know-how’ de manufactura (código fuente) • Llevan asociada una licencia de permiso de modificación (e.g. Creative Commons) • Ejemplos: OpenROV, AMIGO
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Arduino
• Página oficial: http://www.arduino.cc/es/ • Igual que con Linux (a menor escala ) – Muchas contribuciones anónimas de aficionados a la electrónica/robótica/automática – Empresas que desarrollan productos para una arquitectura hardware abierta (más fácil!) – Crecimiento abrumador en los últimos años
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Arduino UNO
• Resumen de características – Microcontroller ATmega 328 – Operating Voltage 5V – Input Voltage 7-12V – Input Voltage 6-20V (limits) – Digital I/O Pins 14 (6 proporcionan salida PWM) – Analog Input Pins 6 – DC Current per I/O Pin 40 mA – DC Current for 3.3V Pin 50 mA – Flash Memory 32 KB (ATmega328) 0.5 KB used by bootloader – SRAM 2 KB (ATmega328) – EEPROM 1 KB (ATmega328) – Clock Speed 16 MHz
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Tipos de Arduino
• Varios diseños basados en su arquitectura – Variedad de propósitos – http://arduino.cc/en/Main/Hardware
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Shields
• Placas ‘hija’ de propósito específico – Superpuesta a Arduino le añade funcionalidades
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Diseños compatibles
• Existe una gran cantidad puesto que cualquiera puede replicarla – http://www.arduino.cc/playground/Main/SimilarBoards
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 ZUM CORE
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 ZUM CORE (ZUM BT-328)
• Esquema de pines
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Recursos en la web
• Páginas de proyectos – http://arduino.cc/blog/category/projects/?lang=es – http://blog.bricogeek.com/noticias/arduino/ – http://hacknmod.com/hack/top-40-arduino-projects-of-the-web/ – http://aeroquad.com/ • Libros – Arduino Programming Notebook – Practical Arduino – Arduino: Diseño y aplicaciones • Tiendas (http://arduino.cc/en/Main/Buy) – Sparkfun – Bricogeek
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Proyectos Kickstarter basados en Arduino
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Proyectos Kickstarter basados en Arduino
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Proyectos Kickstarter basados en Arduino
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Proyectos Kickstarter basados en Arduino
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Proyectos Kickstarter basados en Arduino
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Existen otras plataformas
Raspberry PI B+
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Esquema funcional de un robot móvil Manipulación/ Etapa de Locomoción potencia Planificación Etapa de Actuadores control Sistema de control Alimentación Baterías Estructura mecánica
PC Sensores internos Robot 2 (encoders...) Sensores Vista, tacto, oído
Robot 3 del entorno proximidad… Comunicación ... Percepción ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Esquema funcional de un robot móvil • Recibir la información de sensores
Planificación • Analizar la situación del robot y su entorno • Enviar comandos a los actuadores Sistema de control • Comunicarse con otros dispositivos – Ser comandado a distancia – Enviar información de su estado/entorno • Ejemplos – Microcontroladores: PIC16F84 – Microprocesadores: Motorola 68000
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Esquema funcional de un robot móvil • Elemento cada vez más importante Comunicación – Robótica cooperativa – Robots de vigilancia (detección de PC incendios) – Búsqueda y rescate Robot 2 • Tipos – Inalámbrica – Por cable Robot 3 • WiFi (IEEE 802.11x) • CAN-BUS . • Bluetooth • I2C . • ZigBee • USB . • RS-232
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Esquema funcional de un robot móvil • Actuadores Manipulación/ Locomoción – Generan el movimiento en un robot • Motores DC Actuadores • Servos • Pistones hidráulicos Estructura – Realizan tareas de manipulación mecánica • Agarre • Estructura mecánica – Da soporte físico a todo el robot – Debe ser ligera y compacta
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Esquema funcional de un robot móvil
Sensores internos (encoders...)
Vista, tacto, Sensores oído, del entorno • Sensores proximidad… – Internos Percepción • Dan información acerca del estado del robot • Ejemplos: encoders, brújulas, medidor de carga de baterías... – Externos • Dan información acerca del entorno del robot • Ejemplos: bumpers, ultrasonidos, cámaras... ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Esquema funcional de un robot móvil • Se utilizan elementos de bajo consumo • Baterías con alta densidad de carga – Generalmente Li-Ion ó Li-Po Etapa de potencia • Circuitos reguladores de tensión – Desde 3.3V hasta 15V Etapa de control • Etapa de potencia – Alimenta elementos que demandan más Baterías potencia como servos o motores (partes móviles) Alimentación • Etapa de control – Alimenta los dispositivos puramente electrónicos
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016 Fin de la primera sesión de teoría
ETSII – UCLM Curso de Robótica Móvil con Arduino, 5ª Edición Marzo 2016