Control visual de robots paralelos : análisis, desarrollo y aplicación a la plataforma RoboTenis

La robotica ocupa en la actualidad un papel preponderante en el proceso de modernizacion e innovacion de las industrias. La mayoria de los sistemas robotizados operan en fabricas, donde el espacio de trabajo ha sido ideado para adecuarse al robot. Sin embargo los robots han tenido menos impacto en aplicaciones dentro de entornos dinamicos, donde el area de trabajo y la ubicacion de los objetos no puede controlarse exactamente. Esta limitacion se debe implicitamente a la falta de capacidad sensorial en los sistemas roboticos comerciales. La integracion sensorial es fundamental para incrementar la versatilidad y el dominio de aplicacion de los robots. En la actualidad, los sensores visuales son cada vez mas frecuentes en las aplicaciones roboticas. Su principal ventaja es que permiten una descripcion muy completa del entorno de forma no intrusiva. La expresion control visual se aplica a sistemas guiados visualmente, los cuales hacen uso de una o varias camaras para obtener informacion del entorno en forma de imagenes, que es empleada para controlar el efector final del robot durante la realizacion de una tarea. Las aplicaciones roboticas en entornos estructurados con presencia de objetos cuya posicion y orientacion es perfectamente conocida, es un problema suficientemente estudiado en la actualidad. Sin embargo, aplicaciones en las que la variabilidad del entorno anade un alto grado de incertidumbre al mismo, presenta numerosas dificultades aun no suficientemente resueltas. La realizacion de tareas roboticas en este tipo de entornos, requieren de estructuras roboticas de bajo peso y alta rigidez, actuadores que permitan altas aceleraciones y altas velocidades, sensores con procesamiento rapido y esquemas de control sofisticados que tomen en cuenta la dinamica no lineal del sistema. En este ambito, se centra el desarrollo de la presente Tesis Doctoral, en la cual, se pretende evaluar el nivel de integracion entre un sistema robotico y un sistema de vision, en aplicaciones con entornos no estructurados y dinamicos. Para ello, se plantea el diseno, construccion e implementacion de una innovadora plataforma experimental basada en un robot paralelo, que utilice la informacion suministrada por un sistema de vision, para modelar el entorno y lograr el control de las trayectorias del sistema robotico, en aplicaciones con alta variabilidad del entorno. La plataforma llamada RoboTenis, se construye con dos propositos en mente: i) desarrollar una estructura abierta para la investigacion en el campo del control visual de robots paralelos, y ii) evaluar el nivel de integracion entre un robot paralelo de alta velocidad y un sistema de vision en aplicaciones con entornos dinamicos. El diseno de la plataforma plantea la construccion del robot de estructura paralela, el control articular a bajo nivel, la integracion del sistema de vision y el desarrollo de algoritmos de control servo-visual. Para demostrar su versatilidad, en la presente tesis se implementa una arquitectura de control visual para el Sistema RoboTenis, la cual, permite el seguimiento tridimensional de objetos moviles a alta velocidad. Esta integracion es novedosa con respecto al tipo de manipulador (robot paralelo), al sistema de control (control visual) y a la velocidad de trabajo (1.0 m/s). Segun la revision bibliografica, se puede afirmar que el Sistema RoboTenis, es el primer sistema que plantea el control de un robot paralelo de alta velocidad mediante realimentacion visual. Los resultados experimentales muestran la versatilidad del sistema en la implementacion de estrategias de control visual con altos requerimientos temporales.