Imagen del simulador del robot animal diseñado por los investigadores jienenses

Investigadores de la Universidad de Jaén han desarrollado un controlador para un nuevo prototipo de patas de animales aplicadas a robots que ofrece mayor estabilidad ante situaciones inesperadas. El autómata consigue no caer ante una perturbación y cambiar de trayectoria ante modificaciones en el terreno. La simulación de las respuestas que tendría el robot con este nuevo sistema ha demostrado un dominio más eficaz de los movimientos y mejora los conocidos hasta el momento, que no conseguían mantener la estructura en pie al ejercer una fuerza lateral sobre él.

El controlador facilita que el animal robótico, por sí mismo, analice las posibilidades de movimiento, con capacidad de cálculo y predicción de los riesgos de cada acción ante cualquier imprevisto. Ante la aparición de una fuerza lateral o irregularidad en el terreno, la estructura recalcula la siguiente posición de apoyo de cada pata a la vez que da unos pequeños pasos laterales para compensar las fuerzas de desequilibrio.

El estudio desarrollado por este grupo de ingenieros compuesto por miembros de la Universidad de Jaén y la Universidad de Castilla-La Mancha ha sido publicado en la revista Robotics and Autonomous Systems con el título ‘A new algorithm to maintain lateral stabilization during the running gait of a quadruped robot’.

“Hemos conseguido que tan sólo dando unos pasos con las cuatro patas, el animal robótico no caiga y mantenga la estabilidad después de recibir una fuerza lateral. Lo que puede parecer muy simple es fruto de complejas estructuras en los nuevos controladores que hemos diseñado”, indica a la Fundación Descubre el investigador principal del estudio Ángel Gaspar González Rodríguez, de la Universidad de Jaén.

Ántonio González Rodríguez, investigador principal del estudio, junto a un prototipo de robot

El sistema permite, por tanto, que las patas del robot permanezcan suficientemente alineadas en todo momento y se mantenga el movimiento deseado a pesar de haberse ejercido sobre él una fuerza o haber encontrado cualquier obstáculo en el camino.

La investigación ha necesitado de una etapa inicial en la configuración del hardware y de los sistemas eléctricos que han trasladado a una simulación por ordenador. En un primer momento, la representación se ha realizado en una marcha sin obstáculos ni perturbaciones en el terreno, observando que no existían variaciones en el paso. Finalmente, se han representado las distintas posibilidades que podrían experimentarse en situaciones reales y han confirmado que el robot modifica su propia trayectoria, adaptándola a la magnitud y dirección de la fuerza o el desnivel, impidiendo así la caída.

El estudio sobre la alineación sincronizada de las extremidades del cuadrúpedo se basa en una tesis anterior donde los investigadores han analizado el modelo dinámico del robot para, a continuación, comprobar su comportamiento mediante programas de simulación por ordenador. Dichos pasos son necesarios para validar el modelado y para probar los controladores que finalmente incorporará el prototipo para la puesta a punto de las pruebas a escala real.

Un modelo similar a los de la naturaleza

Las pruebas se han realizado en un modelo de patas creado también por el equipo en investigaciones precedentes. “El interés por estudiar este tipo de sistemas nos llegó tras la observación del prototipo ‘Big Dog’ del instituto Boston Dynamics de Estados Unidos, un proyecto financiado por el Ministerio de Defensa y, por tanto, creado con un conocimiento que no ha trascendido a la comunidad científica”, indica el experto.

Modelo de pata creada por el grupo de investigación de la Universidad de Jaén

Las patas que se han utilizado normalmente en este tipo de robots eran laterales, es decir, pueden parecerse más a las de un insecto o un cocodrilo que a las de un mamífero. Sin embargo, las incluidas en este estudio son verticales y descendentes, muy similares a las de cualquier cuadrúpedo de gran tamaño, como perros o caballos. La dificultad que presentan es que al colocarse de manera alineada requieren de un mayor dominio. Este problema ha sido superado a través de los resultados de este trabajo.

En estos momentos los investigadores están centrados en el diseño de un robot real que incluya una modificación del controlador desarrollado, enfocado a movimientos más rápidos, y en el que se aproveche la fuerza centrífuga como acción que restituya el robot a su posición de equilibrio, tal como sucede en las bicicletas.

Referencias:

Ángel Gaspar González Rodríguez, Antonio González Rodríguez, Iván González Luchena, Fernando José Castillo García: ‘A new algorithm to maintain lateral stabilization during the running gait of a quadruped robot’.  Robotics and Autonomous Systems.

Imágenes: 

Imagen del simulador del robot animal diseñado por los investigadores jienenses

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Ántonio González Rodríguez, investigador principal del estudio, junto a un prototipo de robot

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Modelo de pata creada por el grupo de investigación de la Universidad de Jaén

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