Nuevo Campeonato Mundial en Robótica para la UP

• Fue en la Robocup 2015 en Hefei, China, donde los alumnos del Campus Bonaterra repitieron la hazaña

Aguascalientes, Ags, 23 de julio 2015.- (aguzados.com).- Fernando Ochoa Ortiz, 21 años, estudiante de 8° semestre de Ingeniería Mecatrónica; Luis Daniel Arriaga Esparza, 20 años, estudiante de 6° semestre de Ingeniería Mecatrónica; Irving Alejandro Ávila Santos, 20 años estudiante de 6° semestre de Ingeniería en Electrónica y Sistemas Digitales; Fernando Dávalos Hernández, 20 años estudiante de 6° semestre de Ingeniería en Electrónica y Sistemas Digitales; José Santiago González Machen, 21 años, estudiante de 8° semestre de Ingeniería en Electrónica y Sistemas Digitales; Daniel Carlos Madrid, 21 años estudiante de Ingeniería Mecatrónica, y el Ing. José Maximiliano Ruiz, 23 años, recién egresado de Ingeniería en Electrónica y Sistemas Digitales; asesorados por el Ing. Ricardo Rangel Ruelas, son los miembros del equipo de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Panamericana campus Aguascalientes que dirige el Dr. Ramiro Velázquez Guerrero que obtuvo el primer lugar en la prueba de manipulación y sexto lugar general en la Robocup 2015 que se celebró del 19 al 22 de julio en Hefei, China donde participaron en la categoría de rescate (donde compite la Universidad Panamericana Bonaterra), 13 equipos de Tailandia, Alemania, Irán, China, Grecia, EUA, Austria y México. El primer lugar general fue para Irán, segundo Tailandia y tercero otro robot de Irán, el sexto sitio para la Universidad Panamericana Bonaterra. En la categoría de Manipulación el primer lugar fue para la Universidad Panamericana de Aguascalientes, México, el segundo para Irán y para Tailandia el tercero.

El equipo representativo de la Universidad Panamericana Bonaterra se llama UP Robotics y participa con

“Ixnamiki Nahui” que es el nombre para esta nueva plataforma. “Ixnamiki”, en náhuatl significa “buscar personas” y “Nahui” es el número 4.

El robot sabe y realiza exitosamente su labor en el complicado proceso de rescate en derrumbes por terremotos e incluso en casos de inundaciones, donde personas quedan atrapadas en los techos de casas y edificios. Por eso este año el proyecto fue más allá de un simple robot y esta vez se desarrolló un equipo completo con la más alta tecnología que consta de un robot tele-operado, un carro autónomo y un cuadricóptero que combinan el trabajo terrestre y aéreo para llegar a zonas de difícil acceso y zonas peligrosas, sin necesidad de arriesgar al personal de rescate.

El proyecto completo incluye a Nahui, que es un robot tele-operado es decir, que existe una comunicación de usuario operador y robot.  En sus partes mecánicas posee 4 flippers con tracción y dos tracs, dándole de esta forma la posibilidad de dar giros en su propio eje; además cuenta con un brazo manipulador de 7 grados de libertad siendo este el instrumento que proporciona la ayuda a las víctimas e interactúa con su entorno.

Es un robot eléctrico alimentado con baterías de litio, controlado con drivers diseñados y manufacturados por integrantes del equipo.

El operador, a través de la interfaz en una computadora, puede ver en las cámaras y revisar los niveles de bióxido de carbono que identifica si la persona aún sigue con vida; también checa los niveles de temperatura y tiene sensor de movimientos, así como un micrófono y bocina para que el rescatista pueda tener comunicación con las víctimas. Los sistemas permiten generar mapas en 2D para ubicar a las víctimas debajo de escombros.

Sus brazos tipo polea les permite esquivar y quitar obstáculos de su camino.

Su cuerpo de aluminio les da gran resistencia y también los hace más ligeros, algo necesario para desplazamientos más rápidos.

Se cuenta con el Robot Autónomo, los ojos del Nahui que es 100% independiente; este equipo no necesita ninguna comunicación con el operador, pues el carro es capaz de moverse solo y crear un mapa en 3D que puede visualizarse en una pantalla; toma decisiones en el mapeo y determina las mejores rutas para darle acceso fácil y rápido al Ixnamiki.

Este es un dispositivo más pequeño 4x4 que fue desarrollado de la siguiente manera:

Para el software del robot autónomo se utiliza un framework llamado ROS (Robot Operating System). ROS corre únicamente en entorno Linux, precisamente en Ubuntu, y para la programación usa tanto C++ como Python. El robot cuenta con varios sensores para poder ubicarse en su entorno. Estos sensores son:

•Un sensor LIDAR (Laser Imaging Detection and Ranging): este hace un barrido de 270° con un láser para tomar distancias, y en base a esto puede saber la distancia de los objetos que lo rodean, e incluyendo información de más sensores, se puede ir trazando un mapa.

•Encoders: estos sirven para contar el número de revoluciones de las ruedas, cuentan con una precisión de 4096 divisiones por vuelta. Nos ayudan para saber exactamente la distancia recorrida por el vehículo, así como la velocidad a la que se va (odometría).

•Cámara digital: sirve para obtener imágenes que pueden ser procesadas en búsqueda de personas, o como también lo requiere la competencia, códigos QR. Con las cámaras también es posible realizar odometría visual, para apoyar a los encoders en caso de que una llanta quede levantada en el aire y gire confundiendo al robot.

•Cámara térmica: es una cámara de ondas infrarrojas la cual permite “ver” la temperatura de los objetos. Esto permite identificar si hay una persona en algún lugar.

•Sensores ultrasónicos: pueden medir distancias en una sola dirección, se usan como apoyo para el sensor LIDAR.

•Acelerómetro y giroscopio: se usan para saber la posición actual del robot (si se encuentra en alguna rampa o si está en una superficie plana) además de detectar alguna colisión o caída.

Para procesar toda la información se usa una pequeña computadora de uso industrial, la cual como se dijo anteriormente, corre Ubuntu. Esta computadora debe tener suficiente potencia debido a que todo el procesamiento y la toma de decisiones se deben llevar a cabo en el robot, y no puede haber procesamiento en alguna computadora externa a este. Sin embargo, si es muy potente, consumirá demasiada energía y agotará las baterías muy rápidamente, por esto se debe de tener un muy buen equilibrio entre potencia y consumo.

Algo que distingue al robot es que en su mayoría se apoya en el Open Source, debido a que usa Linux, y además ROS pertenece a la Open Source Robotics Foundation. Otra plataforma que también es Open Source y que se usa en el robot para la captura de algunos de los sensores es el Arduino, una pequeña placa de desarrollo que contiene un pequeño microcontrolador AVR.

ROS consiste en una serie de herramientas que facilitan la implementación de distintos módulos (sensores, actuadores, etcétera), la comunicación entre estos, y muchas otras cosas más.

Open Source es el software que es distribuido y desarrollado libremente, y cualquiera puede contribuir a los proyectos.

La tercera parte del proyecto y no menos importante es el cuadricóptero,  desarrollado tomando en cuenta el peso a cargar, como por ejemplo una botella de agua de 600 ml, por lo que se hizo lo más compacto posible, utilizando como material principal el aluminio para tener una estructura ligera y resistente.

Este equipo cuenta con:

•Sensor barométrico utilizado para calcular la altitud con bastante precisión.

•Magnetómetro de 3 ejes que sirve para cuantificar en fuerza o dirección la señal magnética de una muestra.

•Acelerómetro para medir la aceleración de movimiento

•Giroscópico de 3 ejes que mide, mantiene o cambia la orientación en el espacio de algún aparato

•GPS para mantener ubicación o recibir un punto y dirigirse a éste

Teniendo un total 10 grados de libertad, se le añadió un algoritmo para cargar la botella y mantener el equipo en equilibrio y soltarla sin perder el control, incluye también una cámara full HD que transmite video en vivo y otra que sirve como registro de vuelo.

Los datos de control se transmiten por medio de interfaces seriales inalámbricas de alto alcance Apc200a a 433mhz (frecuencia)

Los controladores de cada motor son modelos estándar del mercado los cuales fueron reprogramados con un software propio para mayor control de ellos.

La Robocup es la competencia internacional más importante de Robots en el mundo, su principal objetivo es fomentar la investigación de nuevas tecnologías para incrementar la innovación de productos tecnológicos que podrían ayudar a la sociedad. La competencia está dividida en varias ligas, como Soccer (tal vez la más popular), at Home, Rescue, Junior, Deminer, Open Demonstration, Open UAV, Open ROV.

El equipo concursa en la Liga “Robot Rescue League”, enfocada en la creación de robots de rescate en momentos de desastre, ya sea lugares donde no es conveniente que esté una persona por riesgo a sufrir algún daño, o donde simplemente es imposible que el personal tenga acceso.

El robot es tele-operado, eso quiere decir que es controlado por un integrante del equipo desde una computadora. Está compuesto por un brazo que permite la manipulación de objetos, sensor de temperatura y CO2, cámaras, antenas que permiten la comunicación y un láser que hace mapeo de la zona.

En los últimos años, la plataforma de este prototipo ha asistido a 5 competencias Robocup2010 Singapur, RoboCup 2011 Estambul, Robocup2012 en México, Robocup2013 Eindhoven y Robucup 2014 en Irán, The Iran Open; ganando siempre el premio como el mejor equipo mexicano. En 2013 y ahora en 2015, apenas el día de hoy, además de ser el mejor equipo mexicano obtuvo el primer lugar en Manipulación.

Este es uno de los tantos desarrollos de la Facultad de Ingeniería de  la Universidad Panamericana campus Bonaterra en robótica móvil, robótica aérea, robótica de asistencia a discapacidades físicas y sistemas mecatrónicos inteligentes; todos ellos se presentan en foros especializados alrededor del mundo y son publicados en revistas especializadas y arbitradas de alto impacto.

Premios obtenidos por el equipo de Robótica de UP-Bonaterra

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