Un robot asequible parecido a un coche en miniatura para probar algoritmos de control y estimación

El desarrollo y prueba de algoritmos para aplicaciones robóticas generalmente requiere evaluaciones tanto en entornos físicos como simulados. Sin embargo, algunos algoritmos pueden ser difíciles de implementar en experimentos de hardware simples, debido a los altos costos del hardware robótico o a las dificultades asociadas con la instalación de este hardware dentro de los laboratorios de robótica. Además, a menudo los desarrolladores carecen de software fiable que les permita integrar sus algoritmos en una plataforma robótica específica.

Un equipo de investigadores del Instituto de Control y Sistemas Dinámicos de ETH Zurich presentó recientemente un nuevo robot similar a un automóvil en miniatura y un kit de software asociado que podría simplificar la prueba de algunos algoritmos para aplicaciones robóticas. Sus soluciones de hardware y software, presentadas en un artículo prepublicado en arXivson más asequibles que muchas plataformas similares y más fáciles de configurar en entornos de laboratorio.

«Este artículo presenta un robot en miniatura similar a un automóvil de código abierto con detección de bajo costo y un canal para la identificación, estimación del estado y control del sistema basado en optimización», escribieron Sabrina Bodmer, Lukas Vogel y sus colegas en su artículo. «La plataforma robótica general tiene un coste de menos de 700 dólares y, por lo tanto, simplifica significativamente la verificación de algoritmos avanzados en un entorno realista».

El hardware desarrollado por Bodmer, Vogel y sus colegas es una versión mejorada de Cronos, un robot de bajo costo similar a un automóvil que presentaron en la Conferencia Internacional IEEE sobre Robótica y Automatización (ICRA) de 2023. La nueva versión del automóvil en miniatura tiene una estructura de carrocería similar, pero también incluye codificadores de ruedas personalizados y una plataforma de posicionamiento Lighthouse disponible en el mercado.

Los datos recopilados por los sensores del vehículo se pueden utilizar para estimar el estado del vehículo con gran precisión. Los investigadores también desarrollaron diseños de firmware, software y hardware detallados que otros equipos podrían utilizar para implementar su automóvil en sus laboratorios.

«También presentamos un modelo de bicicleta modificado con las fuerzas del neumático Pacejka para modelar la dinámica del vehículo con tracción total en cuestión y evitar singularidades del modelo a bajas velocidades», escribieron Bodmer, Vogel y sus colegas. «Además, proporcionamos un enfoque de identificación de sistemas basado en optimización y un esquema de estimación de horizonte móvil (MHE)».

En particular, la plataforma robótica desarrollada por Bodmer, Vogel y sus colegas es modular, lo que significa que puede adaptarse para probar algoritmos para varios otros sistemas, incluidos modelos de cohetes y equipos de robots multiagente. Los investigadores ya han probado su hardware y software en varios experimentos reales, lo que confirmó su potencial para la investigación en robótica.

«En extensos experimentos de hardware, demostramos que el enfoque de identificación del sistema presentado da como resultado un modelo con alta precisión de predicción, mientras que el MHE da como resultado estimaciones de estado precisas», escribieron Bodmer, Vogel y sus colegas. «Finalmente, se ha demostrado que el sistema general de circuito cerrado funciona bien incluso en presencia de fallas del sensor durante intervalos de tiempo limitados».

El hardware, firmware y software del equipo fue disponible en GitHub y pronto podría ser utilizado por otros dentro de la comunidad para probar sus algoritmos en un laboratorio. El costo relativamente bajo del nuevo robot y su software de soporte confiable podrían, en última instancia, convertirlo en una plataforma competitiva para la investigación académica y el trabajo de laboratorio.

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