Simulation, integration and implementation of a collaborative robotics algorithm for two mobile robots of homogeneous architecture

En el presente trabajo de investigación se diseñó, implemento y desarrollo un algoritmo como estrategia, para el trabajo de dos robots móviles homogéneos, en el desarrollo de una tarea de manera colaborativa. El trabajo comenzó por el diseño de un robot omnidireccional en su parte estructural, mecánica, electrónica y programación, al tener el CAD del robot se simulo en el programa Webots® para crear el algoritmo de comportamiento y ejecución en el desarrollo de la tarea determinada. Se diseño un sistema multi-agente compuesto de 3 agentes que son dos robots omnidireccionales y un software supervisor, se comandó el sistema utilizando técnicas de Inteligencia Artificial clásica, utilizando capas híbridas que están compuesta de capas reactiva y deliberativa. TABLA DE CONTENIDO 2 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES 5 ÍNDICE DE TABLAS 9 AGRADECIMIENTOS 10 RESUMEN 11 CAPÍTULO I 12 INTRODUCCIÓN 12 1.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 13 1.2 OBJETIVO GENERAL 13 1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 13 1.4 JUSTIFICACIÓN 14 1.5 ALCANCE O DELIMITACIÓN DE LA PROPUESTA 14 1.6 METODOLOGÍA 15 CAPÍTULO II 17 MARCO REFERENCIAL 17 2.1 ANTECEDENTES 17 2.2 MARCO TEÓRICO 21 2.2.1 Robótica móvil 21 2.2.2 Robótica colaborativa 23 2.2.2.1 Ambientes colaborativos 24 2.2.3 Agentes 24 2.2.3.1 Clasificación de los Agentes 24 2.2.3.2 Sistemas multi-agentes. 25 2.2.3.3 Arquitectura de los RMAS 27 2.2.3.4 Características de un sistema multi-agente 27 2.2.3.5 Tipos de un sistema multi-agente 27 2.2.3.6 Agentes robóticos colaborativos 28 2.2.3.7 Diseño de grupos o enjambres de robots 28 2.2.4 Sistemas Colaborativos 29 2.2.5 Inteligencia artificial 31 CAPÍTULO III 35 DISEÑO MECATRÓNICO 35 3.1 METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO MECATRÓNICO 35 3.1.1 Concepto de Operación 36 3.1.2 Requisitos del sistema mecánico y estructural. 36 3.2 DISEÑO DETALLADO DE LA PARTE MECÁNICA Y ESTRUCTURAL 37 3.2.1 Software de Diseño Mecánico (SolidWorks®) 37 3.2.2 Selección de componentes estructurales de diseño del robot homogéneo 38 3.2.3 Diseño del prototipo No 1 Robot Diferencial 41 3.2.4 Diseño del prototipo No 2 Robot omnidireccional 41 3.3 DISEÑO DETALLADO PARTE ELECTRÓNICA DEL ROBOT MÓVIL 004. 49 3.3.1 Tarjeta de desarrollo 49 3.3.2 Sensores de contacto 51 3.3.3 Módulo de comunicación 52 3.3.4 Actuadores 53 3.4 DISEÑO DEL ALGORITMO COLABORATIVO 56 3.4.1 Percepción visual (visión de maquina) 56 3.4.2 Orientación de los robots y objeto 58 3.4.3 Corrección del ángulo 59 3.4.4 Posición de acoplamiento 61 3.4.5 Subprograma de acoplamiento 63 3.4.6 Subprograma de la trayectoria de los robots al objetivo 65 3.4.7 Subprograma de Orientación de la plataforma 67 3.4.8 Subprograma de la trayectoria de la plataforma al punto de entrega 69 CAPITULO IV 71 SIMULACIÓN 71 4.1 SOFTWARE DE SIMULACIÓN DE ROBÓTICA WEBOTS® 71 4.2 TUTORIALES DESARROLLADOS WEBOTS® 72 4.3 DESARROLLO DE LA SIMULACIÓN DE TRABAJO COLABORATIVO 80 4.3.1 Simplificación del modelo en SolidWorks 80 4.3.2 Nuevo sistema de coordenadas del CAD 81 4.3.3 Importación del CAD a software de simulación 82 4.3.4 Ensamble de los robots en la simulación 86 4.3.5 Capas de desarrollo del software 89 4.3.5.1 Fase 1 90 4.3.5.1.1 Capa reactiva de los robots 91 4.3.5.1.2 Capa deliberativa del supervisor 91 4.3.5.2 Fase 2 91 4.3.5.2.1 Capa reactiva de los robots 92 4.3.5.2.2 Capa deliberativa del supervisor 93 4.3.5.3 Fase 3 93 4.3.5.3.1 Capa reactiva de los robots 94 4.3.5.3.2 Capa deliberativa del supervisor 94 CAPITULO V 96 IMPLEMENTACIÓN 96 5.1 CONSTRUCCIÓN DEL MODELO ESTRUCTURAL, MECÁNICO Y ELECTRÓNICO. 96 5.2 DESARROLLO DEL SISTEMA MULTI-AGENTE 99 5.2.1 Programa del Agente Supervisor 100 5.2.1.1 Forma de captura de la posición de los robots en la visión de maquina 100 5.2.1.2 Capa deliberativa del Agente Supervisor 100 5.2.2 Programa de los Agentes Robot Azul y Robot Rojo 101 5.2.2.1 Capa reactiva de los robots 101 5.3 COSTOS DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LOS ROBOTS 103 CAPITULO VI 104 PRUEBAS Y RESULTADOS 104 6.1 PROGRAMA DE IDENTIFICACIÓN DE COLORES 104 6.2 PROGRAMA DEL AGENTE SUPERVISOR 105 6.3 RESULTADOS DE LAS TRAYECTORIAS DE LOS ROBOTS VS TIEMPO 112 6.3.1 Trayectorias directas 112 6.3.2 Cruce de trayectorias 114 CONCLUSIONES 117 BIBLIOGRAFÍA 121 ANEXOS 124 ANEXO 1: PLANO DE ROBOTS Y PIEZAS. 124 ANEXO 2: PROGRAMA EN C DE LOS ROBOTS AZUL Y ROJO 125 In this research work an algorithm was designed, implemented and developed as a strategy, for the work of two homogenous mobile robots, in the development of a task in a collaborative way. The work began with the design of an omnidirectional robot in its structural, mechanical, electronic and programming part, since the CAD of the robot was simulated in the Webots® program to create the algorithm of behavior and execution in the development of the determined task. A multi-agent system composed of 3 agents that are two omnidirectional robots and a supervisory software was designed, the system was commanded using classical Artificial Intelligence techniques, using hybrid layers that are composed of reactive and deliberative layers. Pregrado