Robótica móvil

Son precisamente estos argumentos los que motivan el análisis de este tipo de robots, y surge la necesidad, en primera instancia, de tener una definición que satisfaga el contexto de los robots móviles con ruedas. De esta manera, se puede definir un robot móvil de ruedas como un sistema electromecánico controlado, que utiliza como locomoción ruedas de algún tipo, y que es capaz de trasladarse de forma autónoma a una meta preestablecida en un determinado espacio de trabajo. Se entiende como autonomía de un robot móvil, al dominio que tiene éste para determinar su curso de acción, mediante un proceso propio de razonamiento en base a sensores, en lugar de seguir una secuencia fija de instrucciones. En lo referente a las partes de las que se compone un robot móvil con ruedas, se tiene un arreglo cinemático y un sistema de actuadores. Ambos sistemas están íntimamente ligados y son dignos de estudiarse en conjunto, no obstante, se ha logrado un mayor avance, en el estado del arte, al estudiarlos por separado.

Según Azcon, en la tesis escrita el año 2003 titulada “Análisis y diseño del control de posición de un robot móvil con tracción diferencial”, existen diferentes configuraciones cinemáticas para los robots móviles con ruedas, estas dependen principalmente de la aplicación hacia dónde va enfocado, no obstante, de manera general se tienen las siguientes configuraciones: Ackerman, triciclo clásico, tracción diferencial, mini cargadoras, síncrona y tracción omnidireccional. En palabras del investigador Goris, en la tesis escrita el año 2005 titulada “Diseño mecánico de un robot móvil autónomo”, dependiendo de la configuración cinemática que lo conforme, los robots móviles con ruedas utilizan cuatro tipos de ruedas para su locomoción: Convencionales, tipo castor, ruedas de bolas y omnidireccionales. En el marco de las configuraciones cinemáticas posibles y las ruedas que estas utilizan, los robots móviles con ruedas documentados en la literatura utilizan comúnmente la configuración de tracción diferencial, como ruedas motrices y una o dos ruedas tipo castor, de bola, u omnidireccionales, respectivamente, para proveer de estabilidad al móvil.

En relación con los actuadores utilizados para dotar de movimiento a los robots móviles con ruedas, es común que se utilicen motores. Según el investigador Sandin, en el libro escrito el año 2003 titulado “Mecanismos robóticos y dispositivos mecánicos ilustrados”, existe una gama bastante amplia dependiendo de su empleo, los más utilizados en la robótica móvil son los de corriente directa, por el argumento de que su modelo es lineal, lo que facilita enormemente su control, y específicamente los de imán permanente debido a que el voltaje de control es aplicado al circuito de armadura y el circuito de campo es excitado de manera independiente. Hablando de motores de corriente directa de imán permanente, se tienen dos tipos: con escobillas y sin escobillas. Ambos tipos brindan ventajas semejantes, sin embargo, los motores sin escobillas tienen algunas ventajas significativas sobre los motores con escobillas, como: (1) Al no contar con escobillas, no se requiere el reemplazo ni mantenimiento por residuos originados de las mismas. (2) No presentan chispas que las escobillas generan, de esta forma se pueden considerar más seguros en ambientes con vapores o líquidos inflamables. (3) La interferencia causada por la conmutación mecánica de las escobillas se minimiza considerablemente mediante una conmutación electrónica. (4) Los motores sin escobillas alcanzan velocidades de hasta cincuenta mil revoluciones por minuto comparadas con las cinco mil revoluciones por minuto máximas de los motores con escobillas.

Por su parte, según Silva Ortigoza y sus colegas, en el artículo escrito el año 2007 titulado “Una panorámica de los robots móviles”, el tema del control de los robots móviles con ruedas ha venido acaparando la atención de gran cantidad de investigadores. Desde el punto de vista de la teoría de control, estos se encuentran en el área que se conoce como control de sistemas no-holónomos, estos sistemas se caracterizan por tener un número menor de grados de libertad controlables respecto al número de grados de libertad totales, en el caso de un robots móviles con ruedas de tracción diferencial, el número total de grados de libertad son 3, sin embargo únicamente se puede controlar el desplazamiento hacia adelante y hacia atrás así como su orientación, quedando como incontrolable el desplazamiento transversal.