Algoritmo estocástico para la generación automática de trayectorias de un robot humanoide

Introducción: La incorporación de sistemas de aprendizaje autónomos en la robótica permitirá la resolución de una gran cantidad de problemas. Uno de ellos es la marcha autónoma para el caso de los robots humanoides debido a la complejidad que tiene por la gran cantidad de variables que influyen en e...

Full description

Autores:: Villate, Cristian
Peña Cortes, Cesar Augusto
Gualdron Guerrero, Oscar Eduardo

Tipo de recurso:: Article of journal

Fecha de publicación:: 2018

Institución:: Corporación Universidad de la Costa

Repositorio:: REDICUC - Repositorio CUC

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description	Introducción: La incorporación de sistemas de aprendizaje autónomos en la robótica permitirá la resolución de una gran cantidad de problemas. Uno de ellos es la marcha autónoma para el caso de los robots humanoides debido a la complejidad que tiene por la gran cantidad de variables que influyen en este proceso.Objetivo: Desarrollar algoritmos que generen marchas autónomas en un robot humanoide con varios grados de libertad.Metodología: El estudio inicia con el desarrollo de algoritmos estocásticos con pocas dimensiones; luego, se extiende a situaciones n-dimensionales. Posteriormente, se realizan pruebas en simulación, y, por último, las pruebas experimentales. Resultados: Se generó un algoritmo basado en el modelo físico del robot para crear las trayectorias de marcha estocásticamente.Se implementó un simulador que contempla las restricciones cinemáticas incluyendo colisiones para verificar los resultados. Adicionalmente, se realizaron cien pruebas experimentales donde se verificó el correcto funcionamiento de las trayectorias.Conclusiones: Se pudo corroborar que es posible crear un algoritmo estocástico que mezcla reglas determinantes y aleatorias para generar marchas automáticamente en robots humanoides, extendiendo conceptos generados en espacios bidimensionales y tridimensionales a coordenadas articulares n-dimensionales.
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Peña Cortes, “Advances in the control of bipedal platforms using the system,” Revista Colombiana de Tecnologías de Avanzada, vol. 2, pp. 117–124, 2013. DOI: https://doi. org/10.24054/16927257.v22.n22.2013.419. URL: http://revistas.unipamplona.edu.co/ojs_viceinves/index.php/RCTA/article/view/419 K. Teachasrisaksakul, Z. Q. Zhang, G. Z. Yang y B. Lo, “Imitation of dynamic walking with bsn for Humanoid robot,” IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, vol. 19, no. 3, pp. 794–802, 2015. DOI: 10.1109/JBHI.2015.2425221. URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/7096914/ A. Barrientos, L. Peñin, C. Balager y R. Aracil, Fundamentos de Robótica, 2nd ed. Madrid: McGraw-Hill, 2007. E. Luhta, “Walk Cycles,” in How to Cheat in Maya 2010, Boston: Focal Press, pp. 177–221, 2010. DOI: 10.1016/B978-0-240-81188-8.50008-4. URL: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/B9780240811888500084 K. H. Koch, K. Mombaur y P. Soueres, “Optimizationbased walking generation for humanoid robot,” in IFAC Proceedings Volumes (IFAC-PapersOnline), vol. 45, no. 22, pp. 498–504, 2012. DOI: 10.3182/20120905-3-HR-2030.00189. URL: http://dx.doi.org/10.3182/20120905-3-HR-2030.00189 J. V. Nunez, A. Briseno, D. A. Rodriguez, J. M. Ibarra y V. M. Rodriguez, “Explicit Analytic Solution for Inverse Kinematics of Bioloid Humanoid Robot,” in 2012 Brazilian Robotics Symposium and Latin American Robotics Symposium, pp. 33–38, 2012. DOI: 10.1109/SBR-LARS.2012.62. URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/6363315/ P. Wawrzynski, J. Mozaryn y J. Klimaszewski, “Robust estimation of walking robots velocity and tilt using proprioceptive sensors data fusion,” Robotics and Autonomous Systems, vol. 66, pp. 44–54, 2015. DOI: 10.1016/j.robot.2014.12.012. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.robot.2014.12.012 L. W. Tsai, Robot Analysis: The Mechanics of Serial and Parallel Manipulators. Maryland, USA: Wiley, 1999. 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Resultados: Se generó un algoritmo basado en el modelo físico del robot para crear las trayectorias de marcha estocásticamente.Se implementó un simulador que contempla las restricciones cinemáticas incluyendo colisiones para verificar los resultados. Adicionalmente, se realizaron cien pruebas experimentales donde se verificó el correcto funcionamiento de las trayectorias.Conclusiones: Se pudo corroborar que es posible crear un algoritmo estocástico que mezcla reglas determinantes y aleatorias para generar marchas automáticamente en robots humanoides, extendiendo conceptos generados en espacios bidimensionales y tridimensionales a coordenadas articulares n-dimensionales.Introduction: The incorporation of an autonomous learning system in robotics will allow the resolution of a large number of problems. One is the autonomous march of the humanoid robots due to its complexity in the great number of variables regarding this process.Objective: Develop algorithms that generate autonomous paths in a humanoid robot with various degrees of freedom.Methodology: The study begins with the development of stochastic algorithms with few dimensions. Then, it will be extended to n-dimensional situations. Afterward, simulation tests will be carried out. And finally, the experimental tests are performed.Results: An algorithm was generated based on the physical model of the robot to create walking paths stochastically. A simulator that contemplates the kinematic constraints, including collisions, was implemented to verify the results. In addition, one hundred experimental tests were done. With these tests, the correct operation of the trajectories was verified.Conclusions: It was verified that it is possible to create a stochastic algorithm that mixes determinant and random rules to automatically generate paths in humanoid robots, hence, extending concepts generated in two-dimensional and three-dimensional spaces to n-dimensional articulated coordinates.application/pdfspaUniversidad de la CostaINGE CUC - 2018https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2https://revistascientificas.cuc.edu.co/ingecuc/article/view/1615Humanoid RobotsPath PlanningAutonomous RobotRobots humanoidesplanificación de trayectoriasrobots autónomosAlgoritmo estocástico para la generación automática de trayectorias de un robot humanoideStochastic algorithm for automatic path planning of a humanoid robotArtículo de revistahttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501http://purl.org/coar/resource_type/c_2df8fbb1Textinfo:eu-repo/semantics/articleJournal articlehttp://purl.org/redcol/resource_type/ARTinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85Inge CucZ. Mohamed y G. Capi, “Development of a new mobile humanoid robot for assisting elderly people,” Procedia Engineering, vol. 41, no. Iris, pp. 345–351, 2012. DOI: 10.1016/j.proeng.2012.07.183. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2012.07.183G. Wiedebach et al., “Walking on partial footholds including line contacts with the humanoid robot atlas,” in IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots, pp. 1312–1319, 2016. DOI: 10.1109/HUMANOIDS.2016.7803439 URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/7803439/B. Ding, A. Plummer y P. Iravani, “Investigating Balancing Control of a Standing Bipedal Robot With Point Foot Contact,” IFAC-PapersOnLine, vol. 49, no. 21, pp. 403–408, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ifacol.2016.10.587E. ; Ackerman y E. Guizzo, “Its Wheel-Leg Robot: ‘Best of Both Worlds,’” IEEE Spectrum, 2017. [En línea]. Disponible en: https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/humanoids/boston-dynamics-handle-robot. [Accessed: 20-Jul-2017] URL: https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/humanoids/ boston-dynamics-handle-robotY. Hosoda, S. Egawa, J. Tamamoto, K. Yamamoto, R. Nakamura y M. Togami, “Basic design of human-symbiotic robot EMIEW,” in IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, no. c, pp. 5079–5084, 2006. DOI: 10.1109/IROS.2006.282596. URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/4059227/B. Henze, A. Dietrich y C. Ott, “An Approach to Combine Balancing with Hierarchical Whole-Body Control for Legged Humanoid Robots,” IEEE Robotics and Automation Letters, vol. 1, no. 2, pp. 700–707, 2016. DOI: 10.1109/LRA.2015.2512933. URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/7368116/Y. Liu, P. M. Wensing, J. P. Schmiedeler y D. E. Orin, “Terrain-Blind Humanoid Walking Based on a 3-D Actuated Dual-SLIP Model,” IEEE Robotics and Automation Letters, vol. 1, no. 2, pp. 1073–1080, 2016. DOI: 10.1109/LRA.2016.2530160. URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/7407320/ [8] M. W. Clearfield, “Learning to walk changes infants’ social interactions,” Infant Behavior and Development, vol. 34, no. 1, pp. 15–25, 2011. DOI: 10.1016/j.infbeh.2010.04.008. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.infbeh.2010.04.008E. P. Shaw et al., “Measurement of attentional reserve and mental effort for cognitive workload assessment under various task demands during dual-task walking,” Biological Psychology, vol. 134, no. January, pp. 39–51, 2018. DOI: 10.1016/j.biopsycho.2018.01.009. URL: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0301051118300413K. B. Lee, H. Myung y J. H. Kim, “Online multiobjective evolutionary approach for navigation of humanoid robots,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 62, no. 9, pp. 5586–5597, 2015. DOI: 10.1109/TIE.2015.2405901. URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/7047860/D. A. López, J. E. Hernández y C. A. Peña Cortes, “Advances in the control of bipedal platforms using the system,” Revista Colombiana de Tecnologías de Avanzada, vol. 2, pp. 117–124, 2013. DOI: https://doi. org/10.24054/16927257.v22.n22.2013.419. URL: http://revistas.unipamplona.edu.co/ojs_viceinves/index.php/RCTA/article/view/419K. Teachasrisaksakul, Z. Q. Zhang, G. Z. Yang y B. Lo, “Imitation of dynamic walking with bsn for Humanoid robot,” IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, vol. 19, no. 3, pp. 794–802, 2015. DOI: 10.1109/JBHI.2015.2425221. URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/7096914/A. Barrientos, L. Peñin, C. Balager y R. Aracil, Fundamentos de Robótica, 2nd ed. Madrid: McGraw-Hill, 2007.E. Luhta, “Walk Cycles,” in How to Cheat in Maya 2010, Boston: Focal Press, pp. 177–221, 2010. DOI: 10.1016/B978-0-240-81188-8.50008-4. URL: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/B9780240811888500084K. H. Koch, K. Mombaur y P. 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Algoritmo estocástico para la generación automática de trayectorias de un robot humanoide

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