Control de un robot manipulador bioinspirado

Abstract

El contexto en el que se enmarca este proyecto consiste en la creación de un sistema robótico aéreo con una estructura inspirada en la morfología del cuerpo de los pájaros. Alejado de los actuales quad-rotors, se busca realizar un robot volador con alas, que puede aportar ventajas en cuanto al consumo de energía. Muchas especies de aves tienen la capacidad de planear durante el vuelo. Esto significa que el animal apenas tiene que realizar esfuerzo para desplazarse, sino que aprovecha la energía que le aporta el viento. Aplicado al sistema robótico, supone una gran ventaja ya que se reduce el consumo de energía durante el vuelo, por lo que se aumentaría notablemente el tiempo de operación en comparación con los clásicos quad-rotors. Para ir más allá, se pretende dotar a este sistema de la capacidad de realizar diversas tareas mediante la incorporación de manipuladores. De hecho, en la naturaleza, se puede observar cómo los pájaros utilizan su propio pico como manipulador, para acceder a la comida o mover objetos. El proyecto que se recoge en este documento, consiste en la implementación de técnicas de control que se aplican sobre el sistema robótico cuando este se encuentra parado y apoyado en una superficie, y procede a realizar tareas de manipulación con el pico. Se estudiará la capacidad del sistema de mantener el equilibrio del cuerpo del robot mientras el efector final –o pico – ejecuta una trayectoria. Para validar el control y observar el comportamiento del sistema como si se tratase de un pájaro, se ha diseñado un modelo de robot en un entorno de simulación conocido como Gazebo, que es operado a través de ROS.

This project is part of a larger research project that consists in the creation of an aerial robotic system with a bio-inspired structure based on the morphology of the bodies of birds. Far from the current quad-rotors, the goal is to create a flying robot with wings, which can bring advantages in terms of energy consumption. Many species of birds have the ability to glide during flight. This means that the animal hardly has to make any effort to fly, but rather takes advantage of the energy provided by the wind. Applied to the robotic system, this is a great advantage as it reduces energy consumption during the flight, significantly increasing operating time compared to classic quad-rotors. Furthermore, it is intended to provide this system with the ability to perform several tasks by including manipulators. In fact, in nature, it is possible to observe how birds use their own beaks as manipulators, to access food or to move objects. The project presented in this document consists of the implementation of control techniques that are applied to the robotic system when it is stopped and standing on a surface, and proceeds to perform handling tasks with the beak. The ability of the system to maintain the balance of the robot body while the end effector - or beak - executes a trajectory will be studied. To test the control techniques and observe the behaviour of the system, a bio-inspired robot model has been designed in a simulation environment known as Gazebo, which is operated via ROS.