ES2607136T3 - Plataforma de simulación para la validación de una arquitectura lógica y física de un robot - Google Patents
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Abstract
Plataforma de simulación (110) para la validación de un dispositivo que presenta un computador (12) programado para ejecutar un algoritmo (10), dicho dispositivo está previsto para ser instalado a bordo de un robot y conectado a un sensor (30, 32) del robot para recibir una señal de medida y a un automatismo (40, 46) del robot para transmitirle una señal de mando, la plataforma está prevista para ser conectada el computador y presenta un medio de cálculo adecuado para ejecutar las instrucciones de un programa de simulación (300) que consta de: - un módulo de configuración de un entorno en tres dimensiones (310), para crear un entorno virtual en tres dimensiones; - un módulo de simulación de una respuesta del sensor del robot (320, 330), diseñado para generar datos de salida que correspondan a señales de medida simuladas, a partir de una modelización del comportamiento del sensor del robot y de datos de entrada constituidos por el entorno virtual creado y por las magnitudes cinemáticas calculadas del robot, dichas señales de medida simuladas se introducen en el computador del dispositivo; - un módulo de simulación de una dinámica del robot (340), diseñado para calcular las magnitudes cinemáticas del robot, a partir de una modelización del automatismo del robot y de datos de entrada que correspondan a los parámetros dinámicos característicos del robot, a las señales de orden emitidas por el computador del dispositivo y al entorno virtual creado, caracterizada porque el programa de simulación presenta, además, un módulo de planificación temporal (350) que consta de: - un reloj lógico (410) que proporciona el instante lógico corriente; - un esquema de planificación (400), que asocia a cada instante lógico un conjunto de acciones que realizar; - un submódulo de llamada a una acción de simulación (440) diseñado para iniciar, en el instante lógico corriente proporcionado por el reloj lógico y en función del conjunto de las acciones asociadas a este instante lógico corriente por el esquema de planificación, la realización de una acción de simulación que corresponda a la ejecución del módulo de simulación de la respuesta del sensor o del módulo de simulación de una dinámica del robot; y - un submódulo de llamada de una acción de reacción del robot (450) capaz de lanzar, en el instante lógico corriente proporcionado por el reloj lógico y en función del conjunto de acciones asociadas a este instante lógico corriente por el esquema de planificación, la realización de una acción de respuesta del robot correspondiente al procesamiento por parte del computador del dispositivo de señales de medida simuladas introducidas en el computador en el instante lógico corriente, para generar señales de mando en el instante lógico corriente.
Description
DESCRIPCION
Plataforma de simulacion para la validacion de una arquitectura logica y flsica de un robot.
5 [0001] La invencion se refiere a una plataforma de simulacion para la validacion de una arquitectura logica y
flsica de un robot.
[0002] En adelante, por arquitectura flsica y logica de un robot se entendera un sistema implantado en un robot y constituido por una capa material que consta de un computador, uno o varios sensores y uno o varios
10 automatismos, as! como de una capa logica que consta de un algoritmo cuyas instrucciones son memorizadas por el computador para que este ultimo las ejecute.
[0003] El ciclo de desarrollo de la arquitectura de un robot requiere una etapa de validacion, en especial en cada nueva version del algoritmo ejecutado por el computador, que se lleva a cabo por una prueba en situacion.
15
[0004] Durante una prueba, el algoritmo es ejecutado por el computador implantado en el robot mientras que este se encuentra en un entorno real. Este entorno real esta constituido, en el caso de un robot movil, por ejemplo, por un circuito que presenta una pista de ensayo a lo largo de la cual se disponen obstaculos. El objetivo de esta configuracion es probar una funcion particular del robot. Los diferentes datos caracterlsticos comportamentales del
20 robot durante la ejecucion del algoritmo realizado por el computador, se recogen ya sea a traves de sensores instalados (sean estos sensores nativos del robot o sensores adicionales con los que se haya equipado especlficamente al robot durante la prueba), ya sea por sensores colocados en el entorno (camara de observacion, por ejemplo).
25 [0005] Tras las pruebas, los diferentes datos recogidos son reenviados a una estacion de trabajo, y despues
sincronizados espacial y temporalmente, antes de ser analizados para evaluar el rendimiento de la arquitectura que se va a validar.
[0006] Esta etapa de validacion en situacion requiere un tiempo de preparacion importante, en particular para
30 equipar al robot de sensores adicionales para la recogida de datos especlficos que permitan la validacion de la arquitectura que se va a validar, para transportar al robot equipado al lugar de la prueba, para preparar un entorno adaptado, para realizar las pruebas, y para el enviar y sincronizar posteriormente los datos recogidos para su analisis.
35 [0007] Ademas, una prueba permite en general evaluar el rendimiento de la arquitectura que se va a validar
segun un unico escenario preestablecido, puesto que el entorno se prepara en funcion de este escenario. Esto implica que hay que multiplicar las pruebas, introduciendo condiciones experimentales diferentes (como la modification del deslizamiento entre las ruedas del robot y el suelo, la modification de la iluminacion ambiente, etc), si se desea probar de manera exhaustiva el comportamiento del robot y, en particular, las diferentes funciones de la 40 arquitectura que se va a validar. Esto no solo lleva tiempo, sino que no siempre es posible. Ademas, puede que ciertas funciones no se prueben, porque el entorno real necesario para esta validacion serla demasiado complejo o costoso de realizar segun se describe en el documento DE 10 2006 036 490 A1.
[0008] Por estas razones, hay una necesidad de simplificar esta etapa de validacion de la arquitectura logica 45 y flsica de un robot, al mismo tiempo que se mejora el nivel de validacion.
[0009] El objetivo de la invencion es responder al problema que se acaba de mencionar.
[0010] Para ello, el objeto de la invencion es una plataforma de simulacion para la validacion de un 50 dispositivo que presenta un computador programado para ejecutar un algoritmo, dicho dispositivo esta preparado
para ser instalado a bordo de un robot y ser conectado a un sensor del robot para recibir una senal de medida y a un automatismo del robot para transmitirle una senal de mando, la plataforma esta preparada para ser conectada al computador y presenta un medio de calculo para ejecutar las instrucciones de un programa de simulacion que presenta:
55 - un modulo de configuracion de un entorno en tres dimensiones, para crear un entorno virtual en tres
dimensiones;
- un modulo de simulacion de una respuesta del sensor del robot, disenado para generar datos de salida correspondientes a las senales de medida simuladas, a partir de una modelizacion del comportamiento del sensor del robot y de datos de entrada constituidos por el entorno virtual creado,
- 5
- as! como por magnitudes cinematicas calculadas del robot, dichas senales de medida simuladas se introducen en el computador del dispositivo; un modulo de simulacion de una dinamica del robot, disenado para calcular las magnitudes cinematicas del robot, a partir de una modelizacion del automatismo del robot y de datos de entrada correspondientes a parametros dinamicos caracterlsticos del robot, a las senales de mando emitidas por el computador del dispositivo y al entorno virtual creado,
caracterizado porque el programa de simulacion presenta, ademas, un modulo de planificacion temporal que presenta:
10
- 15
- un reloj logico que proporciona el instante logico corriente; un esquema de planificacion, que asocia a cada instante logico un conjunto de acciones para realizar; un sub-modulo de llamada a una action de simulacion para lanzar, en el instante logico corriente proporcionado por el reloj logico, y en funcion del conjunto de las acciones asociadas a ese instante logico corriente por el esquema de planificacion, la realizacion de una accion de simulacion correspondiente a la ejecucion del modulo de simulacion de la respuesta del sensor o del modulo de simulacion de una dinamica del robot; y un sub-modulo de llamada de una accion de reaccion del robot, para lanzar, en el instante logico corriente proporcionado por el reloj logico, y en funcion del conjunto de las acciones asociadas a este
- 20
- instante logico corriente por el esquema de planificacion, la realizacion de una accion de respuesta del robot correspondiente al procesamiento por parte del computador del dispositivo de senales de medida simuladas introducidas en el computador en el instante logico corriente, para generar senales de mando en el instante logico corriente.
25 [0011] Segun los modos concretos de realizacion, la plataforma presenta una o varias de las caracterlsticas
siguientes, tomada(s) aisladamente o segun todas las combinaciones tecnicamente posibles:
- 30 -
- un submodulo de simulacion del automatismo del robot, que presenta una modelizacion del automatismo del robot; y un submodulo de calculo de magnitudes cinematicas y dinamicas para calcular las magnitudes cinematicas y dinamicas del robot en el instante logico corriente a partir de los datos de salida del modulo de simulacion de la respuesta del automatismo del robot y de las magnitudes cinematicas y dinamicas del robot en el instante anterior;
- 35
- el submodulo de llamada puede emitir una senal de control adaptada enviada al computador del dispositivo, de forma que sincroniza el reloj del computador para pautar la ejecucion del algoritmo; una interfaz de entrada/salida adaptada para permitir la conexion de dicha plataforma a una variedad de dispositivos que se vayan a validar, cada dispositivo esta previsto para ser instalado en un robot correspondiente, y la plataforma, que esta asociada a cada dispositivo y por tanto a cada robot, presenta un par de modulos constituido por un modulo de simulacion de una respuesta de un sensor
- 40
- de dicho robot y un modulo de simulacion de la dinamica de dicho robot.
[0012] Ademas, la invention tiene por objeto un procedimiento de simulacion para la validation de un
dispositivo que consta de un computador programado para ejecutar un algoritmo, dicho dispositivo esta previsto para ser instalado a bordo de un robot y estar conectado a un sensor del robot para recibir una senal de medida ademas 45 de a un automatismo del robot para transmitirle una senal de mando, caracterizado porque dicho procedimiento se utiliza sobre una plataforma de simulacion como la que se ha definido anteriormente conectado al computador del dispositivo, el procedimiento consiste en:
- crear un entorno virtual en tres dimensiones con el que interactua dicho robot;
- 50 -
- simular una respuesta del sensor del robot para generar datos de salida correspondientes a senales de medida simuladas, a partir de una modelizacion del comportamiento del sensor del robot y de datos de entrada constituidos por el entorno virtual creado y por las magnitudes cinematicas calculadas del robot, dichas senales de medida simuladas se introducen en el computador del dispositivo; simular una dinamica del robot para calcular las magnitudes cinematicas del robot, a partir de una
- 55
- modelizacion del automatismo del robot y de datos de entrada correspondientes a parametros dinamicos caracterlsticos del robot, a senales de mando emitidas por el computador del dispositivo y al entorno virtual creado; planificar temporalmente la llamada a una accion lanzando, en el instante logico corriente
proporcionado por un reloj logico y en funcion del conjunto de las acciones asociadas a dicho instante logico corriente por un esquema de planificacion, la realizacion de una accion de simulacion correspondiente a la ejecucion del modulo de simulacion de la respuesta del sensor o del modulo de simulacion de una dinamica del robot o lanzando, en el instante logico corriente proporcionado por el 5 reloj logico y en funcion del conjunto de las acciones asociadas a dicho instante logico corriente por el
esquema de planificacion, la realizacion de una accion de respuesta del robot correspondiente al procesamiento por el computador del dispositivo de senales de medida simuladas introducidas en el computador en el instante logico corriente, para generar senales de mando en el instante logico corriente.
10
[0013] Segun un modo particular de realizacion:
- la introduccion en el computador de una senal de medida simulada con una fecha compatible con el
15 instante logico corriente;
- la sincronizacion del reloj del computador que controla la ejecucion del algoritmo por la emision, en el instante logico corriente, de una senal de mando adaptada por la plataforma enviada a la plataforma; y
- la datacion de las senales de mando generadas emitidas por el computador con una fecha correspondiente al instante logico corriente a lo que se anade el tiempo de procesamiento del
20 computador.
[0014] Otras caracterlsticas y ventajas de la invencion se veran mas claramente con la descripcion detallada
que sigue, a tltulo indicativo y no limitativo, que se refiere a los dibujos en los que:
25 - la figura 1 es una representacion esquematica de un robot movil compuesto por una arquitectura
logica y flsica;
- la figura 2 es una representacion en forma de bloques de un sistema compuesto por una plataforma de simulacion y un dispositivo para validar que forman parte de la arquitectura del robot de la figura 1;
- la figura 3 es una representacion esquematica del programa de simulacion ejecutado por la plataforma
30 de la figura 2; y
- la figura 4 es una representacion del procedimiento de simulacion utilizado durante la ejecucion del programa de simulacion de la figura 3.
[0015] En adelante, el termino «dispositivo para validar» hace referencia al subconjunto compuesto por un
35 computador y un algoritmo ejecutado por el computador, destinado a ser integrado en la arquitectura flsica y logica del robot.
[0016] En referencia a la figura 1, el objeto de la invencion es facilitar la validacion de un dispositivo para validar 8 previsto para ser estar instalado a bordo de un robot 14.
40
[0017] En el modo de realizacion particular descrito a continuacion, el robot 14 es movil, pero, segun otro modo de realizacion, podrla ser un brazo articulado de manipulacion o de soldadura, etc.
[0018] El dispositivo 8 consiste en un computador 12 programado para realizar un algoritmo 10.
45
[0019] El computador 12 esta compuesto de un procesador 20, una memoria 22, un reloj 24 y una interfaz de entrada/salida 26 para la conexion del computador 12 a perifericos externos que pertenecen a la capa flsica de la arquitectura del robot 14.
50 [0020] Las instrucciones del algoritmo 10 se almacenan en la memoria 22 y son ejecutadas por el procesador
20.
[0021] El robot 14 esta equipado de, al menos, un sensor que constituye un periferico de entrada para introducir una senal de medida en la interfaz 26 del computador 12.
55
[0022] En el presente modo de realizacion, el robot 14 esta equipado con un primer sensor 30 que consiste en una camara fija respecto del robot de forma que su eje optico coincide con la direction longitudinal X del robot. Esta camara puede generar periodicamente (es decir, con un primer periodo) una primera senal de medida que corresponda a una imagen en dos dimensiones del entorno observado. La camara se caracteriza por un conjunto de
parametros, como un tiempo de respuesta (que separa el instante de incidencia de un rayo luminoso sobre el objetivo de la camara y el instante de emision por la camara de la senal de medida correspondiente), una frecuencia de adquisicion, una resolucion, un rango de longitudes de onda de observacion, una apertura del campo de observacion, etc.
5
[0023] El robot 14 esta equipado con un segundo sensor 32 que consiste en un telemetro laser fijo respecto del robot, capaz de emitir un impulso laser segun la direccion longitudinal X del robot y de recoger la energla reflejada por el entorno del robot, de forma que puede generar periodicamente (es decir, con un segundo periodo que eventualmente es diferente del del primer sensor) una senal de medida que corresponde a una distancia en
10 direccion longitudinal entre el robot y un elemento de la escena (como un obstaculo). El telemetro se caracteriza por un conjunto de segundos parametros, como un tiempo de respuesta (que separa el instante de emision de un impulso laser y la generacion de la senal de medida correspondiente), una frecuencia de adquisicion, una resolucion definida como el paso angular entre dos adquisiciones sucesivas, un rango de longitudes de onda de observacion, etc.
15
[0024] El robot 14 esta equipado de al menos un automatismo que constituye un periferico de salida y que puede recibir una senal de mando emitida por la interfaz 26 del computador 12.
[0025] En la presente solicitud, el termino «automatismo» se utiliza en su sentido mas amplio. Incluye: la 20 cadena electronica de procesamiento y de regulacion que permite, a partir de una senal de mando, generar una
senal de consigna; los medios electricos de alimentacion del automatismo que permiten, gracias a la senal de consigna, aplicar una potencia electrica a los medios de accionamiento del automatismo; los medios de accionamiento que permiten, gracias a la potencia electrica aplicada, generar una potencia mecanica para el desplazamiento de piezas mecanicas del automatismo; y las piezas mecanicas del automatismo.
25
[0026] En el presente modo de realizacion, el robot 14 esta equipado de un primer automatismo 40 que consiste en un sistema de propulsion que presenta un par de ruedas motrices 42 y un motor electrico 41 para arrastrar las ruedas 42 en rotacion. Este primer automatismo se caracteriza por un conjunto de parametros, como un tiempo de respuesta entre la recepcion de la senal de mando y la modification de la velocidad de rotacion de las
30 ruedas.
[0027] El robot 14 esta equipado con un segundo automatismo 46 que consiste en un sistema de direccion que presenta una rueda directriz 48 y un motor electrico 47 propio para modificar el angulo del plano de la rueda 48 respecto de la direccion longitudinal X del robot. Este segundo accionador esta caracterizado por un conjunto de
35 parametros como un tiempo de respuesta entre la recepcion de la senal de mando y la modificacion de la orientation de la rueda directriz 46 respecto del eje longitudinal del robot.
[0028] El computador 12 esta pautado por el reloj 24 a un periodo de funcionamiento caracterlstico, por ejemplo de 10 ms. Es decir, que todos los 10 ms, el computador 12 trata las primeras y las segundas senales de
40 medida que se introducen en la interfaz 26 y emite las primeras y segundas senales de orden a traves de la interfaz 26.
[0029] En referencia a la figura 2, el sistema de validation 100 presenta una plataforma 110 y el dispositivo para validar 8.
45
[0030] De forma general, la plataforma 110 presenta una capa flsica y una capa logica. La plataforma 110 presenta un medio de calculo, tomo un microprocesador 220, un medio de memorization, como una memoria 222 y una interfaz de entrada/salida 226.
50 [0031] El microprocesador 222 puede ejecutar las instrucciones de un programa de simulation 300 que se
almacenan en la memoria 222.
[0032] Cada conector de la interfaz de entrada/salida 26 del computador 12 esta conectado, por medio de una conexion adaptada, a un conector unido a la interfaz de entrada/salida 226 de la plataforma 110.
55
[0033] Como se describira mas adelante, la plataforma 110, al sustituir a los sensores del robot, puede introducir en el computador 12 senales de medida simuladas. La plataforma 110 tambien puede, al sustituir a los automatismos del robot, recibir a la salida del computador 12 las senales de mando generadas por el computador 12 y que son el resultado del procesamiento de las senales de medida simuladas.
[0034] La ejecucion del algoritmo 10 por el procesador 20 del computador 12 esta pautada por una senal de reloj emitida por el reloj 24. La emision de dicha senal de reloj esta controlada por una senal de control generada por la plataforma 110 y aplicada al reloj 24 a traves de una conexion de control especlfica, indicado por el numero 128
5 en la figura 2, entre la interfaz 226 y la interfaz 26.
[0035] Como se representa esquematicamente en la figura 3, el programa de simulacion 300 presenta un modulo de configuration 310, del primer y segundo modulo, 320 y 330, de simulacion de la respuesta del primer y segundo sensor 30 y 32 respectivamente, un modulo de simulacion de la dinamica del robot 340 y un modulo de
10 planificacion temporal 350.
[0036] El modulo de configuracion 310 esta disenado para permitir a un usuario crear un entorno virtual en tres dimensiones en cuyo interior se sumerge virtualmente el robot y con el que este interactua virtualmente. El modulo 310 permite crear una representation grafica en tres dimensiones del entorno (incluida la textura de los
15 elementos, un renderizado realista de los fenomenos de sombra y de luminosidad, etc.), as! como una representacion flsica de los elementos del entorno (coeficiente de adherencia de un camino, dureza de un obstaculo, coeficiente del reflejo de las ondas del telemetro en una pared, etc). El modulo 310 esta disenado, asimismo para permitir la configuracion de las modelizaciones utilizadas por cada uno de los modulos y submodulos de simulacion.
20 [0037] El primer modulo 320 puede simular la respuesta del primer sensor 30. Esta disenado para generar
una primera senal de medida simulada, a partir de una modelizacion del comportamiento del primer sensor 30 del robot (modelizacion que integra los diferentes parametros caracterlsticos del primer sensor) y de datos de entrada conformados por el entorno virtual que se ha creado a traves del modulo 310 y de las magnitudes cinematicas instantaneas del robot proporcionadas por el modulo 340.
25
[0038] De forma similar, el segundo modulo 330 puede simular la respuesta del segundo sensor 32 del robot. El modulo 330 esta disenado para generar una segunda senal de medida simulada, a partir de una modelizacion del comportamiento del segundo sensor 32 (modelizacion que integra los diferentes parametros caracterlsticos de este segundo sensor) y de datos de entrada conformados por el entorno virtual que ha sido creado y las magnitudes
30 cinematicas instantaneas del robot.
[0039] El modulo de simulacion de la dinamica del robot 340 puede simular el comportamiento dinamico del robot. El modulo 340 esta disenado para calcular las magnitudes cinematicas y dinamicas instantaneas del robot. El modulo 340 presenta un primer submodulo de simulacion de la respuesta del primer automatismo 342, un segundo
35 submodulo de simulacion de la respuesta del segundo automatismo 344, y un submodulo 346 de calculo de las magnitudes cinematicas y dinamicas.
[0040] El primer submodulo 342 puede simular la respuesta del primer automatismo 40 del robot. El submodulo 342 esta disenado para generar un primer conjunto de datos dinamicos en el instante corriente, a partir
40 de una modelizacion del primer automatismo 40 (modelizacion que integra los diferentes parametros caracterlsticos de este primer automatismo), de datos de entrada conformados por el entorno virtual que se ha creado gracias al modulo 310 y de una primera senal de mando emitida por el computador en el instante corriente.
[0041] De forma similar, el segundo submodulo 344 puede simular la respuesta del segundo automatismo 46 45 del robot. El submodulo 344 esta disenado para generar un segundo conjunto de datos dinamicos en el instante
corriente, a partir de una modelizacion del segundo automatismo 46 (modelizacion que integra los diferentes parametros caracterlsticos de este segundo automatismo), de datos de entrada constituidos por el entorno virtual que ha sido creado y de una segunda senal de mando emitida por el computador en el instante corriente.
50 [0042] El submodulo 346 puede calcular los valores de las magnitudes cinematicas y dinamicas del robot en
el instante corriente a partir de una modelizacion de la dinamica del robot y del primer y segundo conjunto de datos dinamicos en el instante corriente proporcionados por el primer y segundo submodulo de simulacion de la respuesta de un automatismo, 342 y 344, y de las magnitudes cinematicas y dinamicas del robot en el instante anterior.
55 [0043] El programa 300 presenta un modulo de planificacion temporal 350 que puede gestionar todos los
datos generados por el modulo o submodulo del programa 300 de modo que garantiza su coherencia temporal para simular la interaction en tiempo real entre el robot y el entorno.
[0044] Mas precisamente, el modulo 350 puede controlar el instante en que se realiza una action, ya sea
esta una accion de simulacion, definida como la ejecucion de un modulo de entre los modulos 320, 330 y 340 de la plataforma 110, o una accion de reaccion del robot, definida como la ejecucion del algoritmo 10 por el computador 12 para el procesamiento de las senales de medida.
5 [0045] En particular, el modulo 350 esta disenado para fechar los datos generados durante la realizacion de
una accion.
[0046] Para ello, el modulo de planificacion temporal 350 presenta un esquema de planificacion 400, un reloj logico 410, un submodulo de gestion de un reloj logico 420, un submodulo de lectura del esquema de planificacion
10 430, un submodulo de llamada de una accion de simulacion 440 y un submodulo de llamada de una accion de reaccion del robot 450.
[0047] El esquema de planificacion 400 consiste en una tabla que indica la cronologla de realizacion de las diferentes acciones. Mas concretamente, el esquema 400 asocia a cada instante una lista de acciones para realizar.
15
[0048] El paso de tiempo entre dos instantes sucesivos del esquema de planificacion 400 es inferior al periodo mas corto que caracteriza los diferentes procesos elementales utilizados en el robot 14. Este paso de tiempo del esquema de planificacion se elige de forma que haya un numero multiple entero que permite pasar de ese paso de tiempo a cada una de las frecuencias de repeticion. Por ejemplo, si el periodo caracterlstico de funcionamiento
20 del computador 12 del robot es de 10 ms, el tiempo de respuesta del primer sensor 30 es de 5 ms con un periodo de repeticion de 10 ms, el tiempo de respuesta del segundo sensor 32 es de 20 ms con un periodo de repeticion de 20 ms, el tiempo de respuesta del primer automatismo 40 es de 5 ms y el tiempo de respuesta del segundo automatismo 46 es de 4 ms, el paso de tiempo del esquema de planificacion se elegira por ejemplo en 1 ms.
25 [0049] Un reloj logico 410 es una variable entera. Cada unidad del reloj logico corresponde a un instante del
esquema de planificacion 400. El valor actual del reloj logico proporciona el instante logico corriente.
[0050] El submodulo de gestion del reloj logico 420 esta disenado para incrementar el reloj logico 410 en una unidad. El submodulo 420 recibe una llamada cuando se hayan realizan todas las acciones asociadas en el
30 esquema 400 al instante logico corriente. Despues de que al reloj se le ha anadido una unidad, el submodulo de gestion 420 puede llamar al submodulo de lectura 430.
[0051] El submodulo de lectura 430 esta disenado para leer el instante logico corriente, proporcionado por el
reloj logico 410, y despues leer el esquema de planificacion 400 para determinar las acciones que se van a ejecutar
35 en el instante logico corriente.
[0052] Si la accion es una accion de simulacion que corresponde a la ejecucion de un modulo de la
plataforma 110, el submodulo de lectura 430 inicia el submodulo de llamada de una accion de simulacion 440 indicandole el modulo de simulacion que debe ejecutar.
40
[0053] Al contrario, si la accion es una accion de reaccion del robot, correspondiente a la ejecucion del algoritmo 10 por el computador 12, el submodulo de lectura 430 inicia el submodulo de llamada a una accion de reaccion del robot 450.
45 [0054] El submodulo de llamada a una accion de simulacion 440 puede iniciar la ejecucion del modulo de
simulacion que se le indique. El submodulo 440 introduce en el modulo de simulacion requerido los datos de entrada que tengan una fecha compatible con el instante logico corriente.
[0055] Tras la ejecucion del modulo de simulacion requerido, el submodulo 440 puede fechar los datos 50 generados a la salida del modulo de simulacion requerido, con una fecha correspondiente al instante logico
corriente.
[0056] Los datos fechados se almacenan en la memoria 222 de la plataforma 110 para utilizarlos ulteriormente como datos de entrada de otro modulo de simulacion o del algoritmo 10.
55
[0057] El submodulo de llamada a una accion de reaccion del robot 450 esta disenado para aplicar, sobre la interfaz 26 del computador 12, senales de medida simuladas que han sido generadas por los modulos de simulacion de la respuesta de los sensores 320, 330, y cuya fecha cumple un criterio de compatibilidad con el instante logico corriente.
[0058] Este criterio de compatibilidad consiste, por ejemplo, en un intervalo de tiempo que separa la fecha de generacion de los datos del instante logico corriente, inferior a una duracion predeterminada. Esta duracion predeterminada corresponde a la duracion teorica de realizacion del proceso simulado por el modulo de simulacion que ha generado los datos. Asl, para el modulo de simulacion del primer sensor, esta duracion teorica es de 5ms,
5 para el modulo de simulacion del segundo sensor, de 20 ms, etc.
[0059] El submodulo 450 tambien puede sincronizar el reloj 24 del computador 12 para que este realice la ejecucion del algoritmo 10. Para ello, el submodulo 450 emite una senal de control, a traves del enlace 128, al computador 12 que realiza entonces la ejecucion del algoritmo 10.
10
[0060] La ejecucion del algoritmo 10 conduce al procesamiento de las senales de medida que se encuentran, en el instante corriente, introducidas en la interfaz 26 del computador 12 y a la generacion de senales de mando sobre la salida de la interfaz 26 del computador 12.
15 [0061] Despues del procesamiento de las senales de medida y de la generacion de las senales de mando, el
funcionamiento del procesador 22 queda suspendido hasta la recepcion de la siguiente senal de control, es decir, despues de una duracion logica de 10 ms.
[0062] El submodulo 450 puede fechar los datos generados a la salida del computador 12 con una fecha que 20 corresponda al instante logico corriente al que se le anade la duracion de la generacion de las senales de orden por
el computador 12 sobre la interfaz 26. Esta duracion corresponde al tiempo de procesamiento del computador 12 entre la recepcion de las senales de medida por la interfaz 26 y la emision de las senales de medida por la interfaz 26. Las senales de medida que se fechan asl se almacenan en la memoria 222 para poder ser utilizadas como datos de entrada por un modulo de simulacion de la respuesta de un accionador, 342 o 344.
25
[0063] Ventajosamente, el programa de simulacion 300 presenta igualmente un modulo de seguimiento 360 que puede proporcionar, para cada instante logico, los datos cinematicos y dinamicos del robot, los datos que provengan de sensores del robot o de sensores virtuales colocados en el entorno (como camaras parametrables de observacion de la escena). El modulo 360 permite que un usuario siga el desarrollo de la prueba con un transcurso
30 del tiempo adaptado. En concreto, el usuario puede elegir un desarrollo a tiempo real, en cuyo caso, el paso de tiempo entre dos instantes logicos sucesivos es igual al tiempo de un reloj real.
[0064] En referencia a la figura 4, el procedimiento de simulacion consiste en la sucesion de las siguientes etapas:
35
[0065] En la etapa 1000 de incremento del reloj, el submodulo de gestion del reloj logico 420 incrementa el reloj logico 410 de una unidad y despues llama al submodulo de lectura 430.
[0066] En la etapa 1010 de lectura del instante logico corriente y del esquema de planificacion, el submodulo 40 de lectura 430 lee el instante logico corriente, proporcionado por el reloj logico 410, y despues lee el esquema de
planificacion 400 para determinar las diferentes acciones que tiene que realizar en el instante logico corriente.
[0067] Entonces, el procedimiento entra en un bucle 1015 para procesar sucesivamente cada accion que debe realizarse en el instante corriente.
45
[0068] Si la accion que se va a realizar corresponde a una accion de simulacion, se inicia el submodulo 440 indicandole el modulo que simulacion que hay que ejecutar.
[0069] En la etapa 1020 de llamada de un modulo de simulacion, el submodulo 440 efectua las siguientes 50 etapas elementales:
[0070] En la etapa 1022 de introduccion de datos fechados, el submodulo 440 introduce en el modulo de simulacion requerido, los datos cuya fecha de validez sea compatible con el instante logico corriente.
55 [0071] En la etapa 1024 de ejecucion del modulo indicado, el submodulo 440 inicia la ejecucion del modulo
de simulacion requerido.
[0072] En la etapa 1026 de datacion de los datos generados, el submodulo 440 fecha los datos generados
emitidos por el modulo de simulacion ejecutado, con una fecha que corresponda al instante logico corriente.
[0073] Los datos fechados se almacenan en la memoria 222 de la plataforma 110 para una utilizacion ulterior como datos de entrada de un modulo de simulacion o del algoritmo 10.
[0074] Sin embargo, si la accion que se va a realizar corresponde a una accion de reaccion del robot, se 5 inicia el submodulo 450.
[0075] En la etapa 1030 de ejecucion del algoritmo 10, el submodulo 450 efectua las siguientes etapas elementales:
10 [0076] En la etapa 1032 de aplicacion de las senales fechadas, el submodulo 450 aplica sobre la interfaz 26
del computador 12, senales de medida simuladas generadas que han emitido los modulos de simulacion de la respuesta de los sensores 320, 330, y cuya fecha sea compatible con el instante logico corriente.
[0077] En la etapa 1034 de emision de la senal de control del reloj del computador, el submodulo 450 aplica
15 una senal de control que puede sincronizar el reloj 24 del computador 12 para que este retome la ejecucion del
algoritmo 10.
[0078] La ejecucion del algoritmo 10 conduce entonces al procesamiento de las senales de medida introducidas en la interfaz 26 del computador 12 y a la emision de senales de mando a la salida de la interfaz 26 del
20 computador 12.
[0079] Por ultimo, en la etapa 1036 de datacion de las senales de mando, el submodulo 450 fecha las
senales de mando generadas emitidas por el computador 12 con una fecha correspondiente al instante logico
corriente incrementado con la duracion de la generacion de las senales de mando por el computador 20. Esta
25 duracion corresponde al tiempo de procesamiento del computador 12 entre la recepcion de las senales introducidas en la interfaz 26 y de la emision de las senales de mando sobre la interfaz 26.
[0080] Las senales de mando as! datadas se almacenan en la memoria 222 para poder ser utilizadas por un modulo de simulacion de la respuesta de un automatismo 342 o 344.
30
[0081] Una vez que se han realizado todas las acciones que se deben efectuar para el instante logico corriente, el procedimiento sale del bucle 1015 y regresa a la etapa 1000 en la que el modulo de gestion del reloj 420 incrementa de una unidad el reloj 410 para pasar al instante logico siguiente del esquema 400.
35 [0082] En el presente modo de realizacion, la plataforma 110 se utiliza para la prueba del comportamiento de
un unico dispositivo para validar. Asl, un unico computador 12 depende de la plataforma. En una variante, la plataforma permite que se realicen pruebas simultaneas sobre N dispositivos para validar, correspondientes a N robots que actuan simultaneamente en un mismo entorno, un robot es un actor del entorno percibido por otro robot. Para ello, se conectan N computadores a la plataforma de simulacion que presenta, por lo tanto, una interfaz de 40 entrada/salida adaptada. La plataforma presenta entonces, asociada a cada dispositivo para validar y al robot correspondiente, un par de modulos constituido por un modulo de simulacion de una respuesta de cada sensor del robot y un modulo de simulacion de la dinamica del robot.
[0083] En una variante, la plataforma permite que se realice una prueba de un dispositivo para validar 45 correspondiente a un primer robot llamado a actuar en un entorno en el que haya un segundo robot. Para ello, la
plataforma esta adaptada para simular el comportamiento del segundo robot.
[0084] En el presente modo de realizacion, la plataforma 110 esta preparada para realizar una prueba del comportamiento de un robot equipado con una camara y un telemetro. En una variante, la plataforma permite probar
50 un robot equipado con cualquier tipo de sensor conocido por un experto en la materia.
[0085] En otra variante independiente de las anteriores, el dispositivo para validar presenta una interfaz hombre/maquina para el intercambio de datos con un operador.
55 [0086] Hay que senalar que la descomposicion en modulos del modo de realizacion presentado en detalle es
especlfico para este modo de realizacion. Se pueden considerar otras descomposiciones. El experto en la materia sabra como utilizar la invencion en un contexto que presente otro reparto de los modulos de simulacion.
[0087] En el modo de realizacion presentado detalladamente, el dispositivo para validar consta de un
computador que se implantara efectivamente sobre el robot. En una variante, el dispositivo para validar consta de un computador similar al que se implantara en el robot. En ese caso se trata de validar el algoritmo mas que el computador que ejecuta el algoritmo. Segun un modo de realizacion ventajoso, el computador se simplifica. En concreto, presenta, una interfaz mas sencilla que la del computador que se instala a bordo del robot. Esta interfaz 5 simplificada permite intercambiar los mismos datos con la plataforma, pero reacondicionados logicamente para modificar el tipo.
[0088] Por razones de claridad, en la presente description, se ha ejecutado un unico algoritmo para un computador que consta de un unico procesador. El experto en la materia comprendera que la plataforma segun la
10 invention permite validar cualquier tipo de arquitectura logica y flsica del robot: se pueden ejecutar simultaneamente varios algoritmos sobre una o varias particiones de la capa flsica del computador del robot; varios procesadores pueden funcionan paralelamente; una arquitectura compartida del algoritmo para validar, etc.
[0089] Preferentemente, la plataforma segun la invencion tiene la forma de una carcasa unica que presenta 15 las conexiones adaptadas para alimentar a uno o varios dispositivos para validar y, ventajosamente, para la
conexion de un medio de interfaz que permite que un usuario configure la plataforma y recoja los datos de una prueba virtual.
[0090] La plataforma de simulation constituye una herramienta de prueba practica, realista y rapida. Facilita 20 ventajosamente el prototipado de la arquitectura flsica y logica de un robot (computadores, sensores, automatismos,
etc.) a partir de unas especificaciones tecnicas.
Claims (6)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONES1. Plataforma de simulacion (110) para la validacion de un dispositivo que presenta un computador (12)programado para ejecutar un algoritmo (10), dicho dispositivo esta previsto para ser instalado a bordo de un robot y conectado a un sensor (30, 32) del robot para recibir una senal de medida y a un automatismo (40, 46) del robot para transmitirle una senal de mando, la plataforma esta prevista para ser conectada el computador y presenta un medio de calculo adecuado para ejecutar las instrucciones de un programa de simulacion (300) que consta de:- un modulo de configuration de un entorno en tres dimensiones (310), para crear un entorno virtual en tres dimensiones;- un modulo de simulacion de una respuesta del sensor del robot (320, 330), disenado para generar datos de salida que correspondan a senales de medida simuladas, a partir de una modelizacion del comportamiento del sensor del robot y de datos de entrada constituidos por el entorno virtual creado y por las magnitudes cinematicas calculadas del robot, dichas senales de medida simuladas se introducen en el computador del dispositivo;- un modulo de simulacion de una dinamica del robot (340), disenado para calcular las magnitudes cinematicas del robot, a partir de una modelizacion del automatismo del robot y de datos de entrada que correspondan a los parametros dinamicos caracterlsticos del robot, a las senales de orden emitidas por el computador del dispositivo y al entorno virtual creado,caracterizada porque el programa de simulacion presenta, ademas, un modulo de planificacion temporal (350) que consta de:- un reloj logico (410) que proporciona el instante logico corriente;- un esquema de planificacion (400), que asocia a cada instante logico un conjunto de acciones que realizar;- un submodulo de llamada a una accion de simulacion (440) disenado para iniciar, en el instante logico corriente proporcionado por el reloj logico y en funcion del conjunto de las acciones asociadas a este instante logico corriente por el esquema de planificacion, la realization de una action de simulacion que corresponda a la ejecucion del modulo de simulacion de la respuesta del sensor o del modulo de simulacion de una dinamica del robot; y- un submodulo de llamada de una accion de reaction del robot (450) capaz de lanzar, en el instante logico corriente proporcionado por el reloj logico y en funcion del conjunto de acciones asociadas a este instante logico corriente por el esquema de planificacion, la realizacion de una accion de respuesta del robot correspondiente al procesamiento por parte del computador del dispositivo de senales de medida simuladas introducidas en el computador en el instante logico corriente, para generar senales de mando en el instante logico corriente.
- 2. Plataforma segun la reivindicacion 1 en la que el modulo de simulacion de una dinamica del robot(340) presenta:- un submodulo (342, 344) de simulacion del automatismo del robot, que presenta una modelizacion del automatismo (40, 46) del robot; y- un submodulo de calculo de las magnitudes cinematicas y dinamicas (346) para calcular magnitudes cinematicas y dinamicas del robot en el instante logico corriente a partir de los datos de salida del modulo de simulacion de la respuesta del automatismo del robot y de las magnitudes cinematicas y dinamicas del robot en el instante precedente.
- 3. Plataforma segun la reivindicacion 1 o 2, en la que el submodulo de llamada (450) puede emitir una senal de control adaptada dirigida al computador del dispositivo, para sincronizar el reloj (24) del computador (12) para pautar la ejecucion del algoritmo (10).
- 4. Plataforma segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que presenta una interfaz de entrada/de salida adaptada para permitir la conexion de dicha plataforma a una variedad de dispositivos para validar, en la que cada dispositivo esta preparado para ser instalado en un robot correspondiente, y la plataforma, asociada a cada dispositivo y, por tanto a cada robot, presenta un par de modulos formados por un modulo de simulacion de una510152025303540respuesta de un sensor de dicho robot y un modulo de simulacion de la dinamica de dicho robot.
- 5. Procedimiento de simulacion para la validacion de un dispositivo compuesto por un computador (12)programado para ejecutar un algoritmo (10), dicho dispositivo esta previsto para ser instalado a bordo de un robot y conectado a un sensor (30, 32) del robot para recibir una senal de medida y a un automatismo (40, 46) del robot para transmitirle una senal de mando, caracterizado porque dicho procedimiento se utiliza sobre una plataforma de simulacion (110) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 conectado al computador del dispositivo, el procedimiento consiste en:- crear un entorno virtual en tres dimensiones con el que interacciona dicho robot;- simular una respuesta del sensor del robot para generar datos de salida correspondientes a lassenales de medida simuladas, a partir de una modelizacion del comportamiento del sensor del robot, y de datos de entrada constituidos por el entorno virtual creado y por las magnitudes cinematicas calculadas del robot, dichas senales de medida simuladas se introducen en el computador del dispositivo;- simular una dinamica del robot para calcular las magnitudes cinematicas del robot, a partir de una modelizacion del automatismo del robot y de los datos de entrada correspondientes a los parametros dinamicos caracterlsticos del robot, a las senales de orden emitidas por el computador del dispositivo y al entorno virtual creado;- planificar temporalmente la llamada a una accion iniciando, en el instante logico corriente proporcionado por el reloj logico y en funcion del conjunto de las acciones asociadas a este instante logico corriente por un esquema de planificacion, la realizacion de una accion de simulacion que corresponde a la ejecucion del modulo de simulacion de la respuesta del sensor o del modulo de simulacion de una dinamica del robot o iniciando, en el instante logico corriente proporcionado por el reloj logico y en funcion del conjunto de acciones asociadas a dicho instante logico corriente por el esquema de planificacion, la realizacion de una accion de respuesta del robot correspondiente al procesamiento por el computador del dispositivo de senales de medida simuladas introducidas en el computador en el instante logico corriente, para la generacion de senales de mando en el instante logico corriente.
- 6. Procedimiento segun la reivindicacion 5, en el que el inicio de una accion de respuesta del robotconlleva:la introduccion en el computador (12) de una senal de medida simulada, con una fecha compatible con el instante logico corriente;la sincronizacion del reloj (24) del computador (12) que controla la ejecucion del algoritmo (10) por la emision en el instante logico corriente de una senal de mando adaptada por la plataforma enviada al computador; y,la datacion de las senales de orden generadas emitidas por el computador con una fecha correspondiente al instante logico corriente a la que se anade el tiempo de procesamiento del computador (12).
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