17.2: Una introducción a la manipulación autónoma

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Si bien la manipulación robótica es un campo mucho menos maduro que los robots móviles autónomos, enseñar sus fundamentos, como los tratados en este libro, es un poco más fácil, principalmente debido a que conceptos como la incertidumbre y la no holonomía están en su mayoría ausentes. La manipulación robótica también es muy adecuada para un plan de estudios basado en la práctica debido a la amplia gama de brazos robóticos baratos y multi-DOF. Éstas, por supuesto, alcanzan rápidamente sus limitaciones para demostrar temas avanzados como la dinámica o el control de la fuerza, que están más allá del alcance de este libro.

17.2.1. Visión general

Un plan de estudios impulsado por la manipulación puede estar motivado por una tarea de “gran desafío” como la agricultura robótica, la construcción robótica o la vida asistida, todos los cuales tienen un problema de manipulación en su esencia. Aunque es probable que un proyecto de clase se limite a un ejemplo de juguete, aprovechando los marcos modernos de planificación de movimiento y las herramientas de visualización, por ejemplo, ¡RoS/MoveIt! , facilita poner la clase en un marco relevante para la industria y exponer a los estudiantes a plataformas de última generación en simulación.

17.2.2. Materiales

Los posibles proyectos de clase van desde “jardinería robot” o “robots de construcción de robots”, para los cuales se pueden crear configuraciones fácilmente. Estas incluyen plantas de tomate cherry o fresa reales o plásticas y kits de construcción robótica como “Cubelets” de Robótica Modular, que se unen fácilmente y tienen la ventaja de formar estructuras que son robots ellos mismos, agregando motivación adicional. El brazo del robot, como el brazo 7-DOF CLAM de código abierto, se puede montar en una estructura portátil que contiene un conjunto fijo de cámaras fijas (3D). Para permitir que un gran número de estudiantes se familiaricen con el software y hardware necesarios, el instructor puede proporcionar una máquina virtual con un entorno Linux preinstalado y herramientas de simulación. En particular, el uso de los “Sistemas Operativos Robot” (ROS) permite grabar los llamados “bag” -archivos de valores de sensores, incluyendo secuencias enteras de grabaciones conjuntas y video RGB-D. Esto permite a los estudiantes trabajar en gran parte de las tareas domésticas y la preparación de proyectos desde un laboratorio de computación o desde casa, maximizando la disponibilidad de hardware real.

17.2.3. Contenido

Las dos primeras semanas de este plan de estudios pueden ser en su mayoría idénticas a las descritas en la Sección E.1.3. Si se utiliza un sistema de paso de mensajes como ROS, un buen ejercicio es registrar un histograma de los tiempos de paso de mensajes para familiarizarse con el software.

En el Capítulo 3, la atención se centra en la manipulación de los brazos, incluyendo el esquema Denavit-Hartenberg y los métodos numéricos para la cinemática inversa. A su vez, no es necesario incluir los temas “Cinemática delantera de un robot de ruedas diferenciales”, y “Cinemática inversa de robots móviles”. La cinemática directa e inversa se puede convertir fácilmente en sesiones de laboratorio usando Matlab/Mathematica, simulación o una plataforma de robot real. Si la clase usa un brazo robot más complejo o industrial, una ruta alternativa es registrar trayectorias conjuntas en una bolsa ROS y dejar que los estudiantes exploren estos datos, por ejemplo, bocetos.