En esta tesis se desarrolla una arquitectura de control que involucra un CPG y dos pares controlador-identificador neurales para un robot planar bípedo, que es capaz de caminar en superficies planas sin conocer el modelo dinámico del robot, con este controlador se logra que un robot bípedo simulado camine dinámicamente por una superficie plana, con un caminar continuo y estable, la símilaridad biológica con el caminar humano es bastante aparente y el caminar se ve bastante natural, aunque lento. Se presentan también simulaciones sobre modelos comunes para el equilibrio humano, consiguiendo controlarlos exitosamente. también se desarrolla una extensión al caso de múltiples entradas y múltiples salidas del esquema de control con redes neurales diagonales recurrentes basado en modelos, demostrando que este nuevo controlador tiene la capacidad de efectuar tanto la cinemática inversa, como la dinámica inversa de un manipulador, cumpliendo objetivos de control que son medidas del rendimiento de la planta

En esta tesis se desarrolla una arquitectura de control que involucra un CPG y dos pares controlador-identificador neurales para un robot planar bípedo, que es capaz de caminar en superficies planas sin conocer el modelo dinámico del robot, con este controlador se logra que un robot bípedo simulado camine dinámicamente por una superficie plana, con un caminar continuo y estable, la símilaridad biológica con el caminar humano es bastante aparente y el caminar se ve bastante natural, aunque lento. Se presentan también simulaciones sobre modelos comunes para el equilibrio humano, consiguiendo controlarlos exitosamente. también se desarrolla una extensión al caso de múltiples entradas y múltiples salidas del esquema de control con redes neurales diagonales recurrentes basado en modelos, demostrando que este nuevo controlador tiene la capacidad de efectuar tanto la cinemática inversa, como la dinámica inversa de un manipulador, cumpliendo objetivos de control que son medidas del rendimiento de la planta

En el presente trabajo de memoria se realiza el diseño e implementación de un sistema de control, basado en la utilización de un Digital Signal Controller. El objetivo es construir completamente un sistema que permita el control de un robot bípedo para ser utilizado en las competencias RoboCup por el equipo de futbol robótico ROADRUNNERS. El diseño del sistema comienza con la identi cación de los requerimientos basado en la experiencia de otros sistemas de control. Ya jados los requerimientos, se seleccionan los componentes que los cumplan, siendo el más relevante controlador. La implementación de lo diseñado anteriormente se realiza etapa por etapa. Se diseñan los PCB (placas de circuitos impresos) desde la descripción de los componentes hasta la fabricación mediante la máquina de construcción de prototipos LPKF. Con lo anterior se genera un prototipo para realizar las pruebas necesarias para validar el funcionamiento de un rmware que fue implementado para controlar el robot UCH1 Tanker. El resultado obtenido del desempeño del prototipo permite validar los objetivos planteados en un comienzo y permite el diseño nal de la versión nal donde toman en cuenta las restricciones de espacio para la instalación en el robot HR18. En conclusión, la selección del Digital Signal Controller TMS320F28335 y la construcción del prototipo cumplen con los objetivos planteados, permitiendo controlar efectivamente un robot bípedo. Para trabajos futuros queda la optimización del rmware para aprovechar todas ventajas que ofrece el TMS320F28335.

El objetivo general del presente trabajo de título es el desarrollo e implementación de un sistema para el manejo de caídas en robots humanoides, que incluya la detección de inestabilidades en la postura del robot, junto con reflejos que permiten evitarlas o disminuir los daños en el caso de que la caída sea inevitable. El contexto en el cual se enmarca este trabajo es la competencia internacional de fútbol robótico Robocup, categoría humanoide. El sistema se implementa en el firmware del controlador de bajo nivel de un robot HR18 de Hajime Research Institute. El sistema de detección de caídas considera un sensor virtual, que entrega la inclinación y velocidad angular del robot, en los ejes lateral y sagital, combinando a través de un filtro de Kalman los datos obtenidos de un acelerómetro y un giróscopo de 3 ejes. Se presentan 5 métodos de detección de caídas basados en las lecturas del sensor virtual, de los cuales, en base a pruebas preliminares realizadas en MATLAB®, se seleccionan 3 para su implementación en el firmware del robot. El primero de ellos, se basa en la modelación de la inclinación a partir de la lectura de los ángulos de los motores. El siguiente, en el cálculo del punto de momento cero del robot y el último de ellos, en el test de de Hotelling. Para la evasión de caídas se implementa un reflejo en el cual se disminuye la altura del centro de masa del robot y se detiene la caminata hasta que se logra pasar a un estado estable. De manera similar, se implementa un reflejo para la disminución de daños, que consiste en la amortiguación de la caída con los motores de los brazos con torque reducido. Como conclusión principal, se puede afirmar que los objetivos fueron cumplidos exitosamente, pues se implementa en el firmware del robot un sistema completo para el manejo de caídas en robots humanoides, en que se abarca la detección, la evasión y la reducción del impacto de una caída, el cual queda completamente funcional, con parámetros ajustados para el normal funcionamiento del robot en un partido de fútbol robótico con tasas prácticamente nulas de falsos positivos y falsos negativos.

La robótica pasiva logra el movimiento de los robots utilizando solamente la fuerza de gravedad y es el concepto clave para comprender la orientación de este trabajo de título. Esta rama de investigación se origina del estudio biológico de los movimientos humanos, que busca principalmente, perfeccionar la robótica aplicada a los mismos, y, por otro lado, aumentar la eficiencia energética de los robots activos. El objetivo es diseñar un robot bípedo pasivo con rodillas que sirva de base para el diseño de un robot activo más eficiente. En primera instancia, se opta por diseñar uno sin rodillas, desde el cual se extrapola el diseño final. La creación de ambos requiere etapas de investigación, de modelación, de implementación en programa, de simulación y de construcción; esta última queda fuera del alcance de este trabajo. La etapa de simulación tiene por objetivo comprobar que el robot camina. Para ambos dieños, sin rodillas o de piernas rígidas y con rodillas, se dan a conocer los fundamentos teóricos extraídos de diferentes estudios relacionados con la robótica pasiva. Para el diseño del robot de piernas rígidas, los resultados derivan de las soluciones de la formulación matemática del modelo y de las simulaciones. Se logra una caminata de 10 pasos, cuyos parámetros se asemejan a los encontrados analíticamente. En el caso con rodillas, se plantean un bosquejo y la modelación matemática del mismo; sin embargo, la resolución de las ecuaciones no se lleva a cabo. Después de implementar en el programa el modelo con rodillas propuesto, se perfecciona el diseño usando ensayo y error, de lo cual se obtiene una caminata de 17 pasos. En ambos casos el programa utilizado para simular es Solidworks y los resultados numéricos se obtienen con Maple. Las caminatas tienen consumo bajo de energía de 0.257 y 0.137 [ J Kg m /( ) ⋅ ] para el robot con y sin rodillas, respectivamente. Si bien lo logrado requiere perfeccionamiento y mejoras en estabilidad, se considera que las caminatas obtenidas son un buen resultado para un primer diseño. Luego, junto con explicar algunos detalles del diseño, se analiza la influencia de algunos parámetros en la estabilidad y los resultados, por ejemplo: la relación entre masas, el roce, ciertas dimensiones, entre otros. Además, se discute sobre las caídas del robot y se presenta el desarrollo de las soluciones a éstas, donde destaca un mecanismo de bloqueo para la rodilla. Con el logro del objetivo planteado, se sustenta que es posible crear una máquina pasiva que camine semejante a los humanos a la cual se le pueda agregar un sistema de control actuado. El principal desafío hallado es pasar de un modelo plano a uno tridimensional funcional; esto se resuelve agregando una oscilación al modelo plano. Se concluye que el principal obstáculo para obtener la caminata del robot pasivo es la falta de coordinación de las oscilaciones que generan los pasos; en el trabajo esto se resuelve modificando con precisión el pie del robot, asegurando la amplitud de los movimientos con resortes y asignando correctas condiciones iniciales. Por otro lado, el roce juega un papel fundamental para la obtención de una caminata continua. Una simplificación interesante es que el conjunto de condiciones iniciales necesarias para producir la caminata pueden ser reducidas a sólo un impulso. Si bien la robótica pasiva ha sido investigada por varios científicos, en nuestro país constituye un estudio pionero. El diseño alcanzado puede ser mejorado en gran medida y no pretende ser un modelo acabado, sino que incentivar su desarrollo. Como trabajo futuro se propone construirlo (actualmente en realización) agregando las modificaciones sugeridas en esta memoria y resolver las ecuaciones del robot con rodillas. Además, junto con la idea de complementar el robot pasivo con un enfoque activo, se propone agregar brazos, torso y cabeza para completar sus características antropomórficas.