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Proyecto de investigación para una estancia posdoctoral en la
División de Estudios de Posgrado e Investigación del
Instituto Tecnológico de la Laguna
Tema de la investigación:
Planificación y control de locomoción de robots humanoides.
Posdoctorante:
José Víctor Núñez Nalda.
Responsables académicos:
Víctor Adrián Santibáñez Dávila
y
José Alfonso Pámanes García .
Financiamiento:
Beca para estancias posdoctorales de CONACYT.
Periodo:
Julio 2009 – Junio 2010.
Torreón Coah. a 21 abril de 2009
Resumen:
Durante esta estancia de posdoctorado se estudiara el control de la locomoción de robots
humanoides. Para tal efecto en el ITL se cuenta con un robot humanoide Bioloid de 18 grados de
libertad (gdl.) asi como un robot bípedo de 4 gdl de tamaño similar a un humano. En primer
término, se desarrollara un software de interacción y control para estos robots. El software permitirá
la validación experimental de patrones de marcha basados en movimientos cicloidales, y la
implementación de técnicas de control de todo el cuerpo que se han propuesto anteriormente y han
sido validadas en el robot humanoide HRP-2. Asimismo, se prevé verificar experimentalmente con
el robot Bioloid diversos tipos de movimientos que incluyen fases aéreas, tales como el salto y aún
la carrera del robot. Una de los aspectos específicos que se desea estudiar en nuestro proyecto se
refiere al control de los motores del robot en modo par, además de hacerlo en modo velocidad. Esto
permitirá considerar leyes de control que aprovechen la dinámica intrínseca del robot; es decir que
la inercia natural del mecanismo privilegie ciertos movimientos.
Palabras clave:
Robots humanoides, Control de la locomoción.
Objetivos y metas
El objetivo de la estancia posdoctoral propuesta, es el de colaborar con los estudios sobre locomoción de
robots humanoides que se llevan a cabo en el Instituto, y que cuentan con un robot humanoide y un bípedo.
Dichas plataformas de hardware servirán para la validación experimental de metodologías originales para la
planificación y control de movimientos dinámicos.
De forma particular se desarrollara un software de interacción y control para robots humanoides y se
implementaran metodologías originales para movimientos como la marcha, el salto y la carrera de este tipo
de robots.
Del punto de vista de publicaciones, se espera realizar al menos una publicación en una revista internacional
arbitrada y una más en un congreso internacional.
Avances y antecedentes :
En el grupo de mecatrónica y control del Instituto Tecnológico de la Laguna se estudia la
locomoción de los robots bípedos desde hace casi una década. Se han considerado patrones de
marcha basados en movimientos cicloidales, los cuales se caracterizan por una disminución de los
impactos en los momentos de cambio de apoyo del robot [1]. En esta línea de trabajo se ha
desarrollado un robot bípedo de 4 gdl. como prototipo para investigación experimental [2] [3] [4] y
se ha adquirido un robot Bioloid de 18 gdl [5].
El software que se desarrollará permitirá la implementación de técnicas de control de todo el cuerpo
que se han propuesto anteriormente [6], [7], [8], [9], [10]. Estas técnicas, en las que se especifican
el esfuerzo de interacción entre el robot y el medio ambiente, han sido validadas en el robot HRP-2,
pero solamente para movimientos simétricos. Asimismo, se prevé verificar experimentalmente, con
el robot Bioloid, movimientos como el salto y la carrera del robot.
1. Pámanes G.J.A., Núñez Nalda J.V.; “Análisis del Caminado de un Robot Bípedo Para un Patrón de
Marcha Basado en Movimientos Cicloidales”; CoMRob 2001.
2. Moquet S., Wenger P., Pámanes G.J.A., Moreno H., Franco G. ; “Aspectos del Diseño Conceptual de un
Robot Ambulante Bípedo de 4 Grados de Libertad”; CoMRob 2004.
3. Alvarez E., Pámanes J.A., Arias L.E.; “Modeling and Balancing of a 4 dof Biped Robot for a Walking
Pattern based in Cycloidal Motions”; COMRob 2007
4. Campa R., Velázquez A., Llama M. and Pámanes J. A.; “Real-Time Motion Control of a 4-Dof Biped
Robot for Research”; COMRob 2007.
5. http://www.roboporium.com/bioloid_comprehensive.html .
6. Nunez V., Yokoi K., Nadjar Gauthier N., Blazevic P., Stasse O; “Whole body posture controller based
on inertial forces”; Humanoids 2006.
7. Nunez V., Yokoi K., Nadjar Gauthier N., Blazevic P., Stasse O. “Inertial Forces Posture Control for
Humanoid Robots Locomotion”, Capitulo en Humanoid robots: human-like machines. ISBN:
3902613076, 2007.
8. Nunez V., Nadjar-Gauthier N., Blazevic P.; “Inertial force position control for jumping of humanoid
robots”; ISRA 2006.
9. Nunez V., Nadjar-Gauthier N.; “Control Strategy for Vertical Jump of Humanoid Robots”; IROS 2005.
10. Nunez V., Nadjar-Gauthier N.; “Humanoid vertical jump with compliant contact”; CLAWAR 2005.
Justificación:
La robótica humanoide es un campo de avance tecnológico con gran auge y crecimiento en la
actualidad. Cada vez un mayor número de centros de investigación y empresas particulares
dedicadas a la innovación tecnológica incluyen en sus temáticas la concepción, planificación de
movimientos, control y desarrollo de software para robots humanoides. Diversos especialistas
coinciden en que el desarrollo de los robots, en particular los humanoides, en las próximas dos
décadas, podría tener una repercusión comparable a la de las computadores personales en los 80’s y
90’s.
Algunos aspectos tratados son la planificación y generación de movimientos, la coordinación entre
la percepción y la acción o locomoción, la optimización mecatrónica de robots complejos así como
la interacción hombre máquina y la inteligencia artificial. La interacción de investigadores con
diversos enfoques y especialidades sobre un tema común de investigación conlleva una sinergia
importante en la generación de conocimientos y nuevas tecnologías.
Metodologia:
En primer lugar, nos enfocaremos en el desarrollo de un software de interacción y control para el
humanoide Bioloid. Este programa será desarrollado en lenguaje C++ y contará con una interfaz
gráfica para especificar los movimientos deseados del robot así como con un módulo de
interconexión con el microcontrolador encargado del envío y seguimiento de las consignas
angulares a cada uno de los 18 motores del humanoide.
Se estudiarán patrones de marcha intrínsecamente equilibrados, es decir que verifiquen que el punto
de momento cero (zmp) se encuentre en el polígono de sustentación durante el caminado del robot.
Una de los aspectos específicos que se desea estudiar en nuestro proyecto se refiere al control de los
motores del robot en modo par, además de hacerlo en modo velocidad.
El software que se desarrollará permitirá la implementación de técnicas de control como el Control
de Postura Lagrangiano (LPC) propuesto anteriormente y verificar experimentalmente con el robot
Bioloid diversos tipos de movimientos que incluyen fases aéreas, tales como el salto y aún el trote y
la carrera del robot.
Inserción en el posgrado receptor:
El control de robots humanoides es una línea de investigación prioritaria del grupo de mecatronica y
control del ITL. Actualmente dos estudiantes de doctorado desarrollan sus temas de tesis en esta
área: Lina E. Arias estudia el movimiento en 3d del caminado de un bípedo y Carla Campos
Caldera trabaja sobre el modelado y control de la plataforma experimental de un robot bípedo de 4
gdl. desarrollado completamente en el Instituto. Durante la estancia posdoctoral propuesta se
trabajara en conjunto para el desarrollo de estos temas de investigación.
Asimismo actualmente un estudiante de maestría realiza su tesis sobre el caminado basado en
movimientos cicloidales con el robot Bioloid y un estudiante mas iniciara en septiembre con un
tema sobre visión aplicada a la locomoción de robots humanoides. Durante el posdoctorado se
participara como co-asesor de estas tesis de maestría.
Compromiso Institución:
Para el adecuado desarrollo de su estancia posdoctoral, el Dr. Núñez Nalda contara con un cubículo
adecuado y con el equipo de computo correspondiente. Para la validación experimental y desarrollo
de controladores de locomoción de robots humanoides tendrá acceso al robot humanoide Bioloid y
al robot bípedo de 4 gdl.
Por parte se apoyara al posdoctorante para su participación en congresos y para la publicación de
artículos en revistas de prestigio.
Cronograma:
Actividad Fecha Fecha Productos
esperados
Impacto en el
posgrado
receptor
Revisión
bibliográfica
01/07/2009 01/08/2009
Manejo avanzado
C++
01/07/2009 01/10/2009
Interface PC - robot 01/08/2009 01/09/2009
Interfaz grafica de
usuario
01/10/2009 01/11/2009 Programa de
control de un
robot
humanoide
Trayectorias de
marcha
01/11/2010 01/02/2010 Colaboración
con el tema de
doctorado sobre
caminado en 3d
y Publicación de
articulo en
congreso
control postura
lagrangiano
01/02/2010 01/04/2010
Trayectorias salto y
corrida
01/04/2010 01/06/2010
Experimentación
fase aérea
01/05/2010 30/06/2010 Programa con
generación de
trayectorias
movimientos
dinámicos
Publicación
articulo revista
