Resúmen—El objetivo de nuestra investigación es la creación de una interfaz flexible de interacción y planificación de movimientos. Por flexible entendemos que tal interfaz sea capaz de tratar diferentes robots y planificar distintos tipos de movimientos tales como pasos omnidireccionales, pateo, etc. En este trabajo se presenta el estado actual de un programa que sirve para interactuar con el robot humanoide Bioloid Premium kit en configuración humanoide (HumBioPrem). Se tiene una visualización de un modelo en realidad virtual del humanoide en el que se pueden cambiar los colores y los elementos dibujados, una pestaña para mover individualmente las articulaciones del robot y otra pestaña para mover las extremidades del robot resolviendo su cinemática inversa. Consideramos que el programa presentado en este artículo, escrito en lenguaje MATLAB es una base importante hacia la consecución de nuestro objetivo de investigación. I. INTRODUCCIÓN OBOCUP es un torneo internacional de robótica que se viene realizando año con año desde 1997. La motivación de la RoboCup es impulsar el desarrollo en Inteligencia Artificial y Robótica. Existen 4 categorías: Soccer, Rescue, Junior, @Home. La RoboCup rescue se dedica a robots de búsqueda y rescate en caso de desastres mientras que la RoboCup @Home considera aplicaciones del mundo real y la interacción hombre-máquina con robots autónomos. La Junior RoboCup tiene por objetivo la participación de estudiantes de niveles primaria y secundaria e incluye retos enfocados en el aprendizaje de la robótica [1]. A. Robocup. La meta en lo que se refiere a Soccer es que un equipo de robots pueda competir y ganar al campeón del mundo de la FIFA a mediados del siglo presente; existe un símil de esta meta con el triunfo de DeepBlue ante Gary Kasparov en una partida de ajedrez. Para alcanzar esta meta, robots y agentes autónomos compiten jugando futbol bajo ciertas condiciones. Existen 5 ligas: Simulation league, Small size league, Middle size league, Standard platform league, Humanoid league. Las ligas simulation, small size y middle size league, consideran agentes y robots que no son humanoides (principalmente robots con ruedas). En la liga standard se participa programando el robot humanoide NAO [2]. El reglamento de la liga soccer Humanoid está disponible en [3]. Dependiendo de su tamaño se puede competir en las categorías siguientes: Kidsize (robots de 30 a 60 cm), TeenSize (robots de 100 a 120 cm) y AdultSize (robots de * Universidad Politécnica de Sinaloa. Email de contacto: jnunez@ upsin.edu.mx). más de 130 cm). La intención de nuestro equipo de investigación es participar en la categoría Kidsize en la RoboCup 2012 a realizarse en México. B. Robocup soccer kid size. Para cumplir tal compromiso, nos basaremos en el robot humanoide Bioloid de ROBOTIS [4] y probablemente en el KH3-3HV de KONDO [5]. El robot HumBioPrem fue seleccionado y adquirido ya que se tiene experiencia en su manejo y programación [6], [7], [8] y el KH3-3HV debido a recomendaciones en foros de internet y para tener un punto de comparación para investigaciones futuras. Consideramos que son dos prototipos adecuados para iniciar trabajos sobre el juego de futbol de robots humanoides, además de que tiene un costo accesible. Para participar en el torneo RoboCup del próximo año a llevarse a cabo en World Trade Center, se dividió el trabajo en tres áreas: Manejo de Hardware, Visión y Locomoción. La primer área encargada de armar adaptar y mejorar el robot HumBioPrem y el KH-3HV, la segunda de localizar el balón y las porterías y la tercera del caminado y pateo del robot en situaciones de juego. Asimismo, se está realizando un esfuerzo por concretar sinergias con otros laboratorios, expertos en tales temáticas. C. Objetivo del artículo. El trabajo presentado en este artículo se enmarca en la locomoción de un robot futbolista y presenta un programa para la interacción entre el usuario y el robot. Hay dos propósitos esenciales: El primero es entender la estructura del hardware a manejar desde un punto de vista de robótica y el segundo es el de generar el software en sí, lo que nos Interface para interacción con robots humanoides Víctor Núñez*, Josué Sapiens*, Dora Rodríguez*, Abraham Briceño*, Víctor Rodríguez*. R Fig. 1. El programa presentado en este artículo, visualiza el modelo en realidad virtual del robot Bioloid premium kit en configuración humanoide.
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Resúmen—El objetivo de nuestra investigación es la creación
de una interfaz flexible de interacción y planificación de
movimientos. Por flexible entendemos que tal interfaz sea capaz
de tratar diferentes robots y planificar distintos tipos de
movimientos tales como pasos omnidireccionales, pateo, etc. En
este trabajo se presenta el estado actual de un programa que
sirve para interactuar con el robot humanoide Bioloid
Premium kit en configuración humanoide (HumBioPrem). Se
tiene una visualización de un modelo en realidad virtual del
humanoide en el que se pueden cambiar los colores y los
elementos dibujados, una pestaña para mover individualmente
las articulaciones del robot y otra pestaña para mover las
extremidades del robot resolviendo su cinemática inversa.
Consideramos que el programa presentado en este artículo,
escrito en lenguaje MATLAB es una base importante hacia la
consecución de nuestro objetivo de investigación.
I. INTRODUCCIÓN
OBOCUP es un torneo internacional de robótica que se
viene realizando año con año desde 1997. La
motivación de la RoboCup es impulsar el desarrollo en
Inteligencia Artificial y Robótica. Existen 4 categorías:
Soccer, Rescue, Junior, @Home. La RoboCup rescue se
dedica a robots de búsqueda y rescate en caso de desastres
mientras que la RoboCup @Home considera aplicaciones
del mundo real y la interacción hombre-máquina con robots
autónomos. La Junior RoboCup tiene por objetivo la
participación de estudiantes de niveles primaria y secundaria
e incluye retos enfocados en el aprendizaje de la robótica
[1].
A. Robocup.
La meta en lo que se refiere a Soccer es que un equipo de
robots pueda competir y ganar al campeón del mundo de la
FIFA a mediados del siglo presente; existe un símil de esta
meta con el triunfo de DeepBlue ante Gary Kasparov en una
partida de ajedrez.
Para alcanzar esta meta, robots y agentes autónomos
compiten jugando futbol bajo ciertas condiciones. Existen 5
ligas: Simulation league, Small size league, Middle size
league, Standard platform league, Humanoid league.
Las ligas simulation, small size y middle size league,
consideran agentes y robots que no son humanoides
(principalmente robots con ruedas). En la liga standard se
participa programando el robot humanoide NAO [2].
El reglamento de la liga soccer Humanoid está disponible en
[3]. Dependiendo de su tamaño se puede competir en las
categorías siguientes: Kidsize (robots de 30 a 60 cm),
TeenSize (robots de 100 a 120 cm) y AdultSize (robots de
* Universidad Politécnica de Sinaloa. Email de contacto: jnunez@
upsin.edu.mx).
más de 130 cm). La intención de nuestro equipo de
investigación es participar en la categoría Kidsize en la
RoboCup 2012 a realizarse en México.
B. Robocup soccer kid size.
Para cumplir tal compromiso, nos basaremos en el robot
humanoide Bioloid de ROBOTIS [4] y probablemente en el
KH3-3HV de KONDO [5]. El robot HumBioPrem fue
seleccionado y adquirido ya que se tiene experiencia en su
manejo y programación [6], [7], [8] y el KH3-3HV debido a
recomendaciones en foros de internet y para tener un punto
de comparación para investigaciones futuras. Consideramos
que son dos prototipos adecuados para iniciar trabajos sobre
el juego de futbol de robots humanoides, además de que
tiene un costo accesible.
Para participar en el torneo RoboCup del próximo año a
llevarse a cabo en World Trade Center, se dividió el trabajo
en tres áreas: Manejo de Hardware, Visión y Locomoción.
La primer área encargada de armar adaptar y mejorar el
robot HumBioPrem y el KH-3HV, la segunda de localizar el
balón y las porterías y la tercera del caminado y pateo del
robot en situaciones de juego. Asimismo, se está realizando
un esfuerzo por concretar sinergias con otros laboratorios,
expertos en tales temáticas.
C. Objetivo del artículo.
El trabajo presentado en este artículo se enmarca en la
locomoción de un robot futbolista y presenta un programa
para la interacción entre el usuario y el robot. Hay dos
propósitos esenciales: El primero es entender la estructura
del hardware a manejar desde un punto de vista de robótica y
el segundo es el de generar el software en sí, lo que nos
Interface para interacción con robots humanoides
Víctor Núñez*, Josué Sapiens*, Dora Rodríguez*, Abraham Briceño*, Víctor Rodríguez*.
R
Fig. 1. El programa presentado en este artículo, visualiza el modelo en realidad virtual del robot Bioloid premium kit en configuración
humanoide.
facilitará la tarea de parametrizar movimientos, optimizarlos
y programarlos. En la siguiente sección de éste artículo,
describiremos el robot Bioloid Premium kit y el software
RoboPlus de Robotis, en la tercer sección tratamos la
estructura y algunos detalles de nuestra interface, en la
cuarta sección se detalla la parte de cinemática inversa (IK)
del robot; la quinta sección presenta el software operando
conectado al robot Bioloid y finalmente concluiremos y
mencionaremos las tareas pendientes en la sexta sección.
II. HARDWARE Y SOFTWARE ROBOTIS
El kit Bioloid Premium de ROBOTIS, contiene una unidad
de control llamada CM-510 basada en el microcontrolador
ATMEGA 2561, 18 servomotores dynamixel AX-12,
Frames o partes de plástico para formar los robots, una
unidad USB2Dynamixel, Baterias Li-Po de 11.1 V @ 1100
mA, un Giroscopio de 2 ejes, Un control Remoto, Receptor
IR, módulo de comunicación zigbee, un medidor de
distancia y un sensor IR para detección de obstáculos. La
Fig. 2 muestra el Bioloid Premium Kit.
El CM-510 puede conectarse con los dynamixels en cadena
margarita (daisy chain) con una velocidad de 1 MBaudio,
cada motor en la cadena tiene un numero de ID único. La
unidad de control, tiene 6 puertos en E/S de propósito
general que pueden ser configurados como convertidores
análogo/digital, interface para zigbee ó receptor IR,
micrófono y buzzer integrados, y 5 conectores para cadenas
de dynamixels.
Los servomotores dynamixel AX-12 tienen reductores de
velocidad por engranes de plástico con un ratio de 1/254,
torque máximo de 15 Kg.cm y una velocidad de 59 rmp. En
[9], [10] se estudia el comportamiento de estos dispositivos a
fondo. Cabe mencionar que para nuestros propósitos se
adquirieron motores AX-18 que son compatibles físicamente
y lógicamente con los AX-12 pero que tienen un torque de
18 Kg.cm y una velocidad de 97 rpm.
El robot se programa mediante movimientos y
comportamientos, una vez programado se puede
interaccionar con el robot por medio del control remoto, de
los botones del CM-510. Los programas Task y Manager
sirven para estas dos tareas respectivamente.
Para controlar y monitorear el HumBioPrem en línea desde
una laptop o PC, se conecta el ordenador al CM-510 por
cable serial, con una velocidad de 57.6 KBaudios; Los
programas Manger y Terminal pueden interactuar con el
CM-510 o con los dynamixel de esta forma. Un quinto
programa: Dynamixel wizard, permite la interacción con los
dynamixels conectados en cadena margarita, sin pasar por el
CM-510 con un cable especial, en modo TTL y a una
velocidad de 1 MBaudio.
Los 5 programas mencionados forman parte de la suite
RoboPlus cuya ventana principal se muestra en la Fig, 2. A
continuación describiremos con un poco mas de detalle el
programa Motion y justificaremos la creación de un software
propio para la creación de movimientos, el cual se detalla en
la sección siguiente.
A. Robotis Motion
El programa Motion sirve para crear y editar archivos que
contienen la información que especifica el movimiento del
robot. Estos archivos tienen la extensión .mtn y pueden ser
abiertos (además de con el programa Motion) con un editor
de textos para ver su contenido.
Al inicio del archivo se especifica el número de motores
activos con que cuenta un robot dado; esto se hace por
medio de un conjunto de 25 valores. Para el caso del
HumBioPrem el archivo bio_prm_humanoidtypea_en.mtn