Modelado y simulación de robots terrestres para la inspección del alcantarillado

Abstract

La constante incorporación de la tecnología robótica en diferentes actividades del día a día y los beneficios que en ella otorga, ha permitido que el campo de la robótica tenga un gran auge y rápida evolución en los últimos años. Por esta razón son cada vez más las oportunidades para el uso de la robótica en diversas aplicaciones, especialmente aquellas que involucran un riego para los trabajadores u operarios. Bajo esta idea el proyecto SIAR (Sewer Inpection Autonomous Robot) ha desarrollado un robot terrestre para realizar tareas de inspección de alcantarillado, ambiente el cual presenta una serie de riesgos para los humanos debido a la generación de gases tóxicos, ambiente poco higiénico y especio reducido con difícil acceso en caso de emergencia. El inconveniente para el grupo a cargo del proyecto, es que el robot debe ser movilizado desde Sevilla a la ciudad de Barcelona, y una vez en esta movilizar el robot a través de camión y llevarlo hasta dentro del alcantarillado a través de una grúa. Por esta razón, y como complemento al proyecto, nace la idea de realizar un simulador, que considera el modelo del robot SIAR con las mismas características mecánica y dinámicas de la plataforma real, y las condiciones hostiles del alcantarillado, como angostamiento secciones, canal, zonas curvas, etc. De esta manera se obtiene una representación del entorno real con el modelo que es manipulado a través de un control de lazo abierto teleoperado. Para desarrollar el simulador, se considera la utilización de software de código abierto, que tengan un soporte y comunidad activa, que además incorpore motores físicos que otorguen realidad a la simulación y que permitan utilizar la misma programación de la plataforma real sobre la simulación. Así es como surge el simulador Gazebo como opción para realizar la simulación, el cual puede integrarse con ROS, para así generar una herramienta poderosa de simulación con potentes motores físicos y en la cual se pueden implementar los mismos códigos que la plataforma real. Además, ambos softwares son de código abierto, y, son soportados por la ORDF y nutridos constantemente por una comunidad muy activa. Cabe destacar que estos softwares son compatibles con otros softwares de código abierto como por ejemplo Meshlab, el cual permite editar figura 3D, lo cual genera un set de softwares que se complementan y permiten tener una simulación con buenos resultados. Gazebo, al igual que ROS, cuanta con una gran librería y además API que permite generar un gran control sobre los elementos de la simulación. De esta manera, a partir del uso de estos elementos se desarrollarón plugins que manipulan de forma teleoperada los elementos de la simulación, como el movimiento de las ruedas o los brazos del modelo del robot SIAR, y que además comunican Gazebo con ROS para entregar mensajes con información de los elementos de la simulación. Además, se utilizan plugin que generan simulación de sensores como cámaras para visualizar el alcantarillado, y así contar con percepción del entorno.

The constant incorporation of robotic technology in different day-to-day activities and the benefits it provides, has allowed the field of robotics to have a great boom and rapid evolution in recent years. For this reason, there are more and more opportunities for the use of robotics in various applications, especially those that involve a risk for workers or operators. Under this idea, the SIAR (Sewer Inpection Autonomous Robot) project has developed a terrestrial robot to perform sewer inspection tasks, an environment which presents a series of risks for humans due to the generation of toxic gases, an unhygienic environment and a reduced space with difficult access in case of emergency. The disadvantage for the group in charge of the project, is that the robot must be mobilized from Seville to the city of Barcelona, and once in this mobilize the robot through a truck and take it into the sewer through a crane. For this reason, and as a complement to the project, the idea of creating a simulator was born, which considers the model of the SIAR robot with the same mechanical and dynamic characteristics of the real platform, and the hostile conditions of the sewer, such as narrowing sections, channel, curved areas, etc. In this way, a representation of the real environment is obtained with the model that is manipulated through a teleoperated open loop control. To develop the simulator, it is considered the use of open source software, which have a support and active community, which also incorporates physical engines that give reality to the simulation and allow to use the same programming of the real platform on the simulation. This is how the Gazebo simulator emerges as an option to perform the simulation, which can be integrated with ROS, in order to generate a powerful simulation tool with powerful physical engines and in which the same codes can be implemented as the real platform. In addition, both softwares are open source, and, are supported by the ORDF and constantly nourished by a very active community. It should be noted that these softwares are compatible with other open source softwares such as Meshlab, which allows you to edit 3D figures, which generates a set of softwares that complement each other and allow you to have a simulation with good results. Gazebo, like ROS, has a large library and API that allows to generate a great control over the elements of the simulation. In this way, from the use of these elements, plugins were developed that manipulate in a teleoperated way the elements of the simulation, such as the movement of the wheels or the arms of the model of the SIAR robot, and that also communicate Gazebo with ROS to deliver messages with information of the elements of the simulation. In addition, plugins are used that generate simulation of sensors such as cameras to visualize the sewerage, and thus have perception of the environment.