Procedimientos de obtención de configuraciones de agarre en manipulación robótica

Resumen

[ES]Un robot autónomo se caracteriza por una conexión inteligente (planificación y razonamiento) entre su percepción y acción, que define su comportamiento y le permite llegar a la consecución de los objetivos programados sobre entornos con cierta incertidumbre. La capacidad de razonamiento del robot autónomo ha impulsado el desarrollo de subsistemas capaces de especificar una tarea en lenguaje de alto nivel, próximo al usuario, y automáticamente compilar esta especificación en un conjunto de primitivas de bajo nivel, dirigidas hacia los controladores realimentados, para realizar la tarea. Uno de estos subsistemas es el planificador manipulaciones, que es donde se centra esta tesis doctoral. Cuando el robot debe manipular objetos de forma autónoma, este planificador de manipulaciones se convierte en un elemento clave y de especial complejidad, pues debe integrar la planificación de caminos junto con la dificultad adicional de las operaciones de agarre. El resultado de este planificador son caminos donde el robot se dirige a coger el objeto (caminos de tránsito) y otros donde lo transporta (caminos de transferencia). La intersección de estos caminos es una configuración de agarre. La determinación del agarre más apropiado de un objeto es un proceso complejo, tanto por el número de grados de libertad del efector final, como por la necesidad de reconocer el tipo de objeto y seleccionar la mejor forma de agarrarlo. Sería muy conveniente disponer de métodos que permitan generar de forma automática este conjunto de posibles agarres. La búsqueda de algoritmos para determinar estas configuraciones de agarre se conoce como síntesis de agarres. En este trabajo se propone un formalismo matemático para la síntesis de agarres, en el espacio de las configuraciones de un robot, basado en la definición de la "frontera de agarre" a partir de una función que define al robot (pinza) y otra al entorno de trabajo donde se encuentran los objetos movibles. Se trata de un método genérico en el sentido de que no está restringido a un determinado efector final. Para un pinza concreta, habrá que particularizar la función que representa al robot según sus grados de libertad. También se pueden considerar manos, si se plantea, por ejemplo, el concepto de "dedos virtuales". Además dicho método es independiente de la geometría del robot y del objeto. Las configuraciones de agarre obtenidas son viables en el sentido de que la mano puede adoptar la configuración de agarre calculada. También, dicho método facilitará encontrar un camino libre de colisiones desde la configuración actual a la configuración de agarre. De esta forma, los agarres obtenidos dispondrán de una de las principales características que se suelen imponer a un agarre para determinar su calidad como es la alcanzabilidad. Además, de forma natural y simple, es posible imponer a las configuraciones de agarre calculadas distintos criterios de calidad, como los orientados a la tarea que se quiere realizar con el objeto. El método se ha aplicado a pinzas con diferentes grados de libertad, y se han propuesto las soluciones algorítmicas que permiten reducir la complejidad computacional. Los algoritmos propuestos se han validado sobre distintos entornos de trabajo, distintas geometría de pinzas y teniendo en cuenta diferentes criterios de calidad en el agarre. Se ha comprobado que la complejidad de los algoritmos depende del número de grados de libertad del robot con la pinza, la dimensionalidad del espacio de trabajo y de la resolución con la que se discretizan ambos. Otro problema abordado en este trabajo es determinar los camino/trayectoria de tránsito y de transferencia para un robot móvil con cinemática tipo Ackerman sujeto a restricciones no holónomas en sus movimientos. El enfoque seguido consiste en restringir su conjunto de movimientos a los especificados por unas pocas primitivas (Ej. girar a la derecha, ir recto, girar a la izquierda), y concretamente nos hemos apoyado en las curvas de Dubins. Estas curvas definen la trayectoria óptima, entre una configuración inicial y otra final del robot, considerando velocidad constante y radio de giro máximo. En este trabajo se propone un nuevo algoritmo para el cálculo de estas curvas. El método de síntesis de agarres junto con el del cálculo de trayectorias se ha integrado en un completo planificador de manipulaciones para una carretilla elevadora, robotizada por el grupo de investigación "Robótica y Sociedad", que manipula palés en un entorno industrial no estructurado.