Grupo de Control Automático, Robótica y Simulación

I Jornadas de Trabajo de DocenWeb:Red Temática del Grupo de Educación en

Automática

Proyectos presentados� Escenario virtual de simulación de múltiples robots en funcionamiento concurrente

� Aplicación informática en entorno multiplataforma para simulación de robots con interface compatible en Internet

Emilio Jiménez Macías

Mercedes Pérez de la Parte

Rubén Celorrio Lázaro

Componentes del GrupoComponentes del Grupo

Félix Sanz Adán

Mónica Baigorri Martínez

Eduardo Martínez Cámara

Escenario virtual de simulación de múltiples robots en

funcionamiento concurrente

! Desarrollo de motor gráfico 3D para simulación de sistemas físicos basado en OpenGL.

! Entorno de simulación adaptable a diferentes tipos de robots con funcionamiento simultáneo con escenarios virtuales.

! Desarrollo de aplicación de base de datos relacional paraalmacenamiento de configuraciones de robots.

! Implementación de los principales tipos de robots a la base de datos.

! Análisis de lenguaje concurrente para programación coordinada de diversos robots.

! Análisis y modelado de sistemas físicos reales. Posibilidades de simulación a partir del modelo deducido del sistema.

! Empleo de lenguaje de alto nivel orientado a objetos.

ObjetivosObjetivos

Estructura de la aplicaciónEstructura de la aplicaciónProblemática: � Elevado volumen de datos

� Complejidad

Solución: � Estructuración total,P.O.O.

� Creación dinámica

� Objetos Robot

� Objetos Escenario

� Objeto Programa

Totalmente independientes

entre si

Objetos RobotObjetos Robot� Modelos cinemáticos directo (D-H) e inverso

� Modelo dinámico

� Control cinemático

� Servosistema de control articular:� Controlador PID

� Planta

� Coordenadas articulares y de trabajo, tipos articulaciones, configuración...

TransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformaciones

TransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesPlanta

TransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesq,v,x,vz...Translación

TransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesControlador PID

TransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesValMaxRotación

Estructura interna RobotEstructura interna RobotRobot

Modelo Gráfico

Generador Trayectorias

TransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesServosistemas

TransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesTArticulación

TransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformacionesTransformaciones

Modelo Cinemático Modelo DinámicoParámetros D � H

Valores configurablesValores configurables� Tipo Robot, nº artic

� Posición, orientación

� Texturas, modelo gráfico

� v,w,a,alfa base del Robot

Valores configurables RobotValores configurables Robot� Parámetros D - H

� Rangos artic, tipo artic, q0

� Tensores inercia, pos c.g.

� Parámetros planta y PID...

Objetos EscenarioObjetos Escenario� Permiten representar de forma elemental el entorno

� Formados por elementos cúbicos

� Objetos generados dinámicamente

� Creado por el usuario en una base de datos

Parámetros: Tipo Objeto, Posición Tamaño, Color (RGB+alfa), Textura...

ProgramaPrograma� Lenguaje concurrente propio

� Clase totalmente nueva compuesto por:

" Objetos Instrucciones

" Mapa de memoria

" Módulo de lectura programa

" Interprete del programa

Método de programaciónMétodo de programación� Número Instrucción� Instrucción anterior� Instrucción posterior

� Nombre Instrucción� Parámetros� Condiciones activación

Método de programación: Método de programación: EjemploEjemplo

AplicaciónAplicación

AplicaciónAplicación

AplicaciónAplicación

AplicaciónAplicación

AplicaciónAplicación

AplicaciónAplicación

Vías de desarrolloVías de desarrollo•• Desarrollo del actual sistemaDesarrollo del actual sistema

•• Implementación de nuevos sistemasImplementación de nuevos sistemas

•• Capacidades de comunicación en redCapacidades de comunicación en red

•• Control en tiempo realControl en tiempo real

•• Control de fuerza, control de colisionesControl de fuerza, control de colisiones

•• Telerrobótica, sistemas de visión...Telerrobótica, sistemas de visión...

Aplicación informática en entorno Aplicación informática en entorno multiplataforma para simulación de robots multiplataforma para simulación de robots

con con interfaceinterface compatible en Internetcompatible en Internet

Objetivos del proyecto (I)Objetivos del proyecto (I)

•• Realización de un simulador gráfico de Realización de un simulador gráfico de robots:robots:•• Capacidad de ejecución en entorno multiplataformaCapacidad de ejecución en entorno multiplataforma

•• InterfaceInterface compatible con Internetcompatible con Internet

•• Aplicación de uso general para cualquier tipo Aplicación de uso general para cualquier tipo de robotde robot•• Puma 560Puma 560

Objetivos del proyecto (II)Objetivos del proyecto (II)

•• InterfaceInterface de usuario claro y con gran de usuario claro y con gran capacidad de control:capacidad de control:## Cargar cualquier robot Cargar cualquier robot

## Modificar coordenadas articularesModificar coordenadas articulares

## Desplazamiento según posición y orientación dadas de Desplazamiento según posición y orientación dadas de

la herramientala herramienta

## Información de la posición, orientación actual del robotInformación de la posición, orientación actual del robot

## Simulación y control de varios robot simultáneamenteSimulación y control de varios robot simultáneamente

Objetivos del proyecto (III)Objetivos del proyecto (III)

• Estudio de la viabilidad del software para la

aplicación en el ámbito de la telerobótica y su

capacidad de ejecución en tiempo real

• Jinsight 2.0

Fases del proyecto (I)Fases del proyecto (I)

•• Estructura internaEstructura interna

ROBÓTICAROBÓTICA

REPRESENTACIÓN REPRESENTACIÓN GRÁFICAGRÁFICA

INTERFACE DE INTERFACE DE USUARIOUSUARIO

FICHEROS SCN FICHEROS SCN Y OBJY OBJ

Fases del proyecto (II)Fases del proyecto (II)

•• Generación del código:Generación del código:•• Java 1.2Java 1.2

•• Visual J ++ 6.0Visual J ++ 6.0

•• Visual caféVisual café

•• JflexJflex 1.31.3

•• CupCup 0.10j 0.10j

Programación en javaProgramación en java

•• Poca velocidad de ejecución Poca velocidad de ejecución

•• Fácil programaciónFácil programación•• Elimina los problemas de punterosElimina los problemas de punteros

•• Abundantes librerías:Abundantes librerías:

•• AwtAwt

•• Java3DJava3D

•• SwingSwing

Fundamentos Fundamentos robóticos robóticos (I)(I)

Cinemática inversaMétodo de resolución:

Genérico

Rápido

Eficiente

Real time inverse kinematics for general 6r

manipulatorUniversidad de California:

Dinesh Manocha y John F. Canny

Fundamentos Fundamentos robóticos robóticos (II)(II)

( ) ( )

=

1CSCSCCSCCSSS

PCS

Q

4

5

4

4

54

54

54

54

11

11( ) ( )

=

1CSCSCCSCCSSS

P

CSCCSCCSSS

Q

4

5

4

4

54

54

54

54

2

2

2

21

21

21

21

2

A3 · A4 · A5 = A2-1 · A1

-1 · ahand· A6

-1

� Pasos básicos de implementación

Preprocesamiento simbólico:Maple V

Eliminación gaussiana

Tratamiento matricial:

Fundamentos Fundamentos robóticos robóticos (III)(III)

=

2θtan x 5

5

=

2θtan x 4

4

=

2θtan x 3

3

25

25

5 x1x-1C+

=25

55 x1

2xS+

=

24

24

4 x1x-1C+

=24

44 x1

2xS+

=23

23

3 x1x-1C+

=23

33 x1

2xS+

=

� Pasos básicos de implementación

Sustitución trigonométrica

Tratamiento matricial:

Fundamentos Fundamentos robóticos robóticos (IV)(IV)

Σ′

Σ′

1xxxxxxx

xxxxx

xxxxx

00

5

25

4

54

254

24

524

25

24

34

534

25

34

� Pasos básicos de implementación

Proceso de eliminación

Tratamiento matricial:

Fundamentos Fundamentos robóticos robóticos (V)(V)

=

Σ ′′=Σ ′′

000000000000

1xxxxxxx

xxxxx

xxxxx

5

25

4

54

254

24

524

25

24

34

534

25

34

v

� Pasos básicos de implementaciónResolución de sistema de ecuaciones lineales:

Vectores y valores propios

Representación en pantalla:

Algoritmo de ordenamiento en profundidad (algoritmo

del pintor)

Coeficiente de iluminación

Algoritmo de Lambert de reflexión difusa

I = IpkdcosθNN

θθLL

Representación gráficaRepresentación gráfica

Jflex:Analizador léxico

TokensCup

Generador de compiladoresReglas gramáticas

JflexJflex y y cupcup

AplicaciónAplicación

AplicaciónAplicación

AplicaciónAplicación

AplicaciónAplicación

� Implementación en ambiente industrial� Mejorar las posibilidades gráficas del simulador� Mejorar el interface de usuario� Incorporar una conexión a una base de datos� Introducir nuevas trayectorias � Detección de colisiones� Simular otros elementos de uso industrial

Vías de desarrolloVías de desarrollo