WO2017220832A2

WO2017220832A2 - Método de configuración de un robot

Info

Publication number: WO2017220832A2
Application number: PCT/ES2017/070437
Authority: WO
Inventors: Victor MAYORAL VILCHES
Original assignee: Erle Robotics, S.L.
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2017-06-15
Publication date: 2017-12-28
Also published as: WO2017220832A3; ES2661067B1; ES2661067A1

Abstract

Se describe de forma detallada, y con la inclusión de un ejemplo de implementación de la correspondiente invención, un método que permite llevar a cabo la configuración de robots a partir de sus distintos componentes. Para llevar a cabo dicho método se hace uso de datos inerciales que se captan mediante, o se encuentran definidos en, elementos insertados en cada uno de los distintos componentes que configuran el robot. A partir de dichos datos se hace posible determinar la ubicación de cada uno de los componentes así como sus distintas capacidades, lo cual permite la reconfiguración de un robot cuando se inserta o elimina un componente del mismo. El objeto de la invención también permite generar un mapa físico del robot a partir de los datos de ubicación de cada uno de los componentes.

Description

MÉTODO DE CONFIGURACIÓN DE UN ROBOT

D E S C R I P C I Ó N OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención se encuadra la invención dentro del campo técnico de la robótica. Más concretamente el objeto de la invención está orientado a actividades como la adaptación y autoconfiguración de componentes para su uso en distintos robots, la creación de modelos físicos para un robot de forma dinámica o la reconfiguración de componentes conectados a un robot para la identificación de la posición global del robot en cuestión.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad, la mayoría de los componentes en robots cumplen un propósito específico y generalmente incluyen el sensado, o captación de datos, y la electrónica imprescindibles para desempeñar este propósito. Además de los dispositivos genéricos de computación y elementos de comunicación, existen dos grandes grupos de componentes en un robot: aquellos que permiten medir cambios en el entorno conocidos como sensores y los que permiten generar un cambio físico en este, los actuadores. En algunos casos, tanto sensores como actuadores se dotan de elementos adicionales (normalmente sensores, computación y electrónica) que les permite proporcionar información extra. Estos dispositivos reciben comúnmente la denominación de sensores y actuadores inteligentes. Un ejemplo común de sensor inteligente son aquellos sensores inerciales que, además de varias unidades de medida inercial, se componen de un sistema integrado de computación (Inertial Measurement Unit, IMU) donde mezclan la información de todas ellas utilizando diferentes técnicas de filtrado (comúnmente conocidas como sensor fusión) para obtener medidas más precisas y robustas. Un ejemplo de actuador inteligente son aquellos actuadores que integran sensores adicionales y un sistema de computación integrado para proporcionar respuestas y/o movimientos más precisos. El uso de componentes inteligentes en robots o la integración de captura de datos mediante sensores y electrónica adicional en componentes ya existentes permite la creación de robots más eficientes y precisos. De este modo en los documentos US6995536 y DE4225112 se divulga el uso de sensores inerciales en diferentes robots que permiten la inferencia de la posición de los diferentes elementos dentro de un robot (generalmente los denominados "endeffectors").

Sin embargo, ninguno de los dispositivos ofrecidos en la actualidad contempla la adaptación y autoconfiguración de componentes para su uso en distintos robots o la creación de un modelo físico y dinámico global del robot sin conocimiento previo de su estructura.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención permite tener un robot o sistema robótico que se configure de manera automática es decir se configure o reconfigure automáticamente; de esta manera se supera el problema existente de tener que configurar el robot o un sistema automatizado cuando se reemplaza, elimina, cambia o añade un componente al mismo.

Para ello el objeto de la invención presenta una solución tecnológica que permite, entre otras cosas, usar los mismos componentes o elementos (actuadores, sensores, etc.) en diferentes robots mediante un sistema inteligente que determina la disposición de cada componente y cómo debe ser utilizado.

Esto último se consigue mediante la dotación a los componentes del robot de un elemento que puede comprender u obtener información inercial de tal manera que una vez se inserta dicho componente en el robot, la información inercial de dicho elemento se usa para aportar datos de información inercial a cada dispositivo que pasa a formar parte de cada componente del robot. De esta manera se tiene un dispositivo que forma parte de un elemento de un sistema robótico el cual, una vez integrado, permite una re- configuración física para el robot y sus componentes, para ello se hace uso de la anteriormente citada información inercial implementada en el dispositivo.

Dado un conjunto de n i m componentes en un robot, siendo el subconjunto n componentes que tienen capacidad para proporcionar información inercial de este modo, se propone un mecanismo para la adaptación y autoconfiguración de cada componente para su uso en distintos robots y la creación de un modelo físico global para un robot de forma dinámica, en función de los componentes conectados. Dado este determinado número n de componentes en el robot, teniendo cada uno de ellos capacidad de reportar al menos su disposición inercial; la reconfiguración física se lleva a cabo en un proceso en el cual cada componente informa de su presencia en un entorno denominado red de componentes que comprende los n componentes y en la cual se encuentran dispuestos e interconectados todos los n componentes del robot, para pasar a notificar su posición inercial a cada instante. La invención propuesta funcionará igualmente en robots que contengan componentes reconfigurables (reportan o comprenden datos inerciales tales como su posición inercial) y no reconfigurables. En este escenario la invención reconfigurará únicamente aquellos componentes que reporten su posición inercial. La reconfiguración física del robot se coordina preferentemente haciendo uso de un componente principal que denominamos componente i. De forma iterativa, el componente i seleccionará de entre el resto de componentes en la red de n componentes al menos un componente j en el rango [l, n). Una vez seleccionado, el componente j ejecuta (en caso de disponer de capacidades) una rutina de reconfiguración, es decir lleva a cabo ciertos movimientos que son preferentemente una serie de movimientos predefinidos. Durante la ejecución de la rutina de reconfiguración, se recogen los movimientos inerciales del resto de componentes en el robot (n - 1). Con la información recogida se calcula la posición relativa del componente j con respecto al resto de los n componentes en el robot.

Adicionalmente, y una vez finalizado el proceso de reconfiguración, el robot podrá generar un mapa físico de la disposición de cada componente, al menos de los componentes n. El proceso de reconfiguración física podrá ser ejecutado cada vez que un nuevo componente se inserte o elimine y sea detectado en la red de componentes. De esta manera se tiene que, utilizando la información inercial disponible para cada componente en un robot, no sólo se puede llevar a cabo la adaptación y auto- configuración de cada componente robótico para su uso en distintos robots; sino que también se puede llevar a cabo la creación de un modelo físico global para un robot de forma dinámica, en función de los componentes m + n conectados.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una vista de una posible disposición de un robot destinado a ejecutar el método de la invención con las correspondientes direcciones de cada elemento etiquetadas. Figura 2.- Muestra un diagrama donde se aprecia un paso del método de la invención correspondiente al proceso de reconfiguración física.

Figuras 3 a 7.- Muestran diagramas de ejecución de un ejemplo de realización en un robot con tres componentes mostrando el proceso con un primer elemento, enmarcado en la Figura 3, para su identificación.

Figuras 8 y 9.- Muestran diagramas de ejecución de un ejemplo de realización en un robot con tres componentes mostrando el proceso con un segundo elemento, enmarcado en la Figura 8, para su identificación.

Figuras 10 y 11.- Muestran diagramas de ejecución de un ejemplo de realización en un robot con tres componentes mostrando el proceso con un tercer elemento, enmarcado en la Figura 10, para su identificación. REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

En una realización preferente del objeto de la invención se procede a reconfigurar un robot que corresponde a una configuración tal que representa un manipulador como el mostrado en la figura 1. En este ejemplo no limitativo se procede a la reconfiguración aquellos componentes del robot relacionados con elementos actuadores; si bien puede extrapolarse a sensores. En esta realización preferente del objeto de la invención se ha hecho uso de elementos o componentes comandados haciendo uso de un entorno de trabajo para robots como puede ser ROS, más concretamente un sistema operativo para componentes de robots como puede ser H-ROS que permite llevar a cabo el método de la invención mediante su implementación en componentes hardware tal y como se desprende de la observación de las figuras 2 a 1 1 donde se ilustran tanto los distintos componentes físicos como los diagramas que los interrelacionan junto con los distintos procesos.

Con el fin de representar la posición de cada elemento o componente actuador dentro de un robot con respecto a cada componente del mismo, como puede ser otro u otros actuadores, se hace uso de una representación matemática que denominamos matriz de reconfiguración; que no es sino una representación de los movimientos relativos de cada actuador o componente con respecto de cualquier otro componente o actuador dentro del robot.

De este modo se tiene que, dados n componentes dentro del robot, la matriz de reconfiguración es una matriz de n x n donde cada elemento e_¿7 de la matriz representa el movimiento de un componente j cuando un componente i está bajo reconfiguración y llevando a cabo la realización de un movimiento previamente definido. Donde e_u representan el movimiento de un componente con respecto de sí mismo. En una posible realización del objeto de la invención, referida a un escenario simplista de la misma, se representa los movimientos relativos de la siguiente manera:

• "1 " representa que el motor es estático (sin cambios IMU pertinentes detectado)

• "0" representa que el motor ha medido un cambio relevante en cualquiera de de los ejes ya sea guiñada, balanceo, cabeceo o alabeo; y por lo tanto podemos concluir que están vinculados de alguna manera. Un manipulador con cuatro articulaciones tiene la siguiente matriz de reconfiguración inicial:

1 1 1 1

1 1 1 1 Si se tiene un manipulador de dos articulaciones el resultado correspondiente sería aquel dado por la matriz de reconfiguración:

1 0

1 1

Esta matriz se entiende que un segundo motor, un primer componente, muestra un movimiento relativo con respecto de un primer motor (mostrado en la primera fila como [ 1 0 ] ). En otras palabras, cuando el primer motor estaba realizando un conjunto predefinido de movimientos para su reconfiguración, el robot detecta cambios relevantes a partir de una unidad integrada en el componente y que viene definida por un dispositivo que comprende datos inerciales de un segundo componente que es un segundo motor.

De esta manera, mediante el método de la invención se puede determinar cómo los distintos componentes están interconectados físicamente. Por otra parte, la matriz de reconfiguración también ayuda a detectar un enlace inicial (generalmente conocido como el enlace base). Con el fin de averiguar el enlace base, se procede a sumar los valores de cada fila de la matriz, de tal manera que la fila que obtiene el valor más alto se corresponde con un último elemento o componente del robot. En otras posibles realizaciones se puede dar el caso en el que se tiene varios componentes vinculados al enlace base, por lo que todos ellos obtendrán el mismo máximo valor.

En una posible realización en la cual se tiene un manipulador que presenta tres articulaciones, la invención aquí detallada genera la red de componentes a partir de tres motores identificados por sus respectivas direcciones o identificaciones MAC en la red, de esta manera haciendo uso de H-ROS tal y como se aprecia en la figura 1 , se tiene un nodo cognitivo ros_cognition_ciri_001c42c866ea y un maestro o master de comunicaciones hros_communication_master_b827eba0371d ambos conectados a la base que es el enlace base basejink cuyo diagrama aparece en la figura 2.

A continuación se conecta al conjunto anterior un nuevo motor, el proceso dinámico definido mediante D-URDF (Dynamic Unified Robot Description Formaf) permite realizar una detección en la red de dicho nuevo motor, el cual necesita una reconfiguración para poder determinar su ubicación tal y como se muestra en la figura 2. Dicho motor comprende datos inerciales del mismo, dichos datos inerciales corresponden, pero no se limitan, a una orientación en forma de cuaterniones junto a su matriz de covarianza y una velocidad lineal y angular en forma de vectores de tres posiciones también junto a sus matrices de covarianza.

En una realización preferente de la invención se tiene que los datos inerciales de al menos uno de los n componentes, preferiblemente de todos y cada uno de los n componentes, se encuentran definidos en Sistemas Microelectromecánicos conocidos por su acrónimo en inglés MEMS (Microelectromechanical Systems) que permiten portar dichos datos inerciales cuando se incorporan al componente del robot o captar dichos datos una vez han sido incorporados al robot y el correspondiente componente inicia su operación; en cualquiera de los casos el dispositivo citado comprende datos inerciales del componente respectivo. Dada la naturaleza de los datos inerciales, cualquier elemento que permita capturar dichos datos o información que pueda derivar en dichos datos puede ser utilizado a modo de dispositivo que comprende datos inerciales del componente respectivo.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S

Método de configuración de un robot que comprende un número m + n de componentes, donde se tiene un componente principal i, estando el método caracterizado por que comprende:

a. dotar a un subconjunto n de componentes de un dispositivo que comprende datos inerciales del componente respectivo,

b. seleccionar mediante el componente principal i al menos un componente j en el rango [l, n),

c. iniciar en el componente j una rutina de reconfiguración que comprende una serie de movimientos predefinidos,

d. recoger datos inerciales del resto de componentes en el robot (n - 1) durante la ejecución de la rutina de reconfiguración del paso anterior, e. calcular una posición relativa del componente j con respecto al resto de los n componentes en el robot, y

f. determinar respectivas ubicaciones de cada uno del resto de los n componentes en el robot a partir de los datos inerciales del componente j.

Método de configuración de un robot según reivindicación 1 caracterizado por que cada componente se encuentra identificado en la red de componentes por su identificación MAC.

Método de configuración de un robot según reivindicación 1 caracterizado por que el dispositivo que comprende datos inerciales del componente respectivo es un dispositivo tipo MEMS.

4. Método de configuración de un robot según reivindicación 1 caracterizado por que adicionalmente comprende generar un mapa físico del robot el cual comprende la disposición de al menos cada uno de los n componentes.