Coordinación de manipuladores en entornos dinámicos: modelo de programación para laboratorios virtuales y remotos
- Autores: Almudena Ruiz Saez
- Directores de la Tesis: Humberto Martínez Barberá (dir. tes.), Francisco Esquembre (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Murcia ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Vicente Matellán Olivera (presid.), David Herrero Pérez (secret.), Carlos A. Jara Bravo (voc.)
- Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Informática
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: DIGITUM
- Resumen
- español
RESUMEN La Robótica se ha convertido en una herramienta indispensable en diferentes áreas como son la industria, la ingeniería, la educación o la investigación.
Dentro de cada una de estas áreas, la coordinación de diferentes robots tanto en entornos estáticos como dinámicos es una de las principales cuestiones que se debe analizar.
La coordinación de robots consiste en mucho más que evitar las posibles colisiones que puedan existir entre ellos. Los usuarios desean una sincronización más precisa para que los robots puedan trabajar en equipo y completar tareas que un solo robot no podría llevar a cabo.
Evidentemente, la utilización de múltiples robots que comparten un mismo espacio de trabajo puede aumentar la productividad e incrementar la versatilidad de las aplicaciones a tareas mucho más complejas. Como contrapartida, cuando más de un robot se mueve en un espacio de trabajo común cada uno de ellos se transforma en un obstáculo móvil para los demás.
Una forma idónea de entender y estudiar el comportamiento complejo de estos robots es mediante la creación de laboratorios virtuales y remotos.
Uno de los principales problemas que el usuario se encuentra a la hora de diseñar estos laboratorios es que cada robot usa un lenguaje propio de programación. Este hecho, junto a las peculiaridades propias de cada robot, complica la implementación de operaciones comunes y reducen la posibilidad de reutilizar código.
En esta tesis se ha modelado, conceptualizado y diseñado una nueva librería Java, para la coordinación de robots manipuladores tanto en entornos estáticos como dinámicos. Esta librería establece un HAL (hardware abstraction layer) y facilita una API (application programming interface) que incluye todas las operaciones básicas que se requieren a la hora de trabajar con robots manipuladores: posicionamiento, planificación de trayectorias, definición de restricciones, detección de colisiones, visualización 3D, y comunicación con el robot real. Además, ofrece una súper clase RoboticsLab que permite coordinar fácilmente los movimientos de todos los elementos de un laboratorio robótico evitando las colisiones que pudiesen existir entre ellos.
Esta API ha sido implementada para dos robots manipuladores particulares: el robot TX60L de Stäubli y el robot Scara de Omron, y ha integrado otros elementos que pueden ser básicos a la hora de configurar un laboratorio robótico, como, por ejemplo, una cinta transportadora. Esta lista de elementos puede ser fácilmente extendida a otros robots o elementos robóticos ya que estas implementaciones se han llevado a cabo de una manera transparente al usuario y fácilmente reutilizable.
Es una librería fácil de usar, de código abierto y compatible en la mayor parte de los sistemas (todos aquellos que soporten Java). Todo este conjunto de características hacen que los programadores de Java sean capaces de crear laboratorios virtuales y remotos de alto nivel de una forma cómoda, sencilla y reutilizable.
Por otro lado, esta librería ha sido embebida en el software Easy Java Simulations (EJS). Esta implementación se ha llevado a cabo mediante la definición de nuevos elementos del modelo de EJS que incorporan todas las operaciones y propiedades de la nueva API.
La ventaja fundamental de esta implementación es permitir tanto a los programadores como no programadores de Java la posibilidad de crear laboratorios robóticos virtuales y remotos sin necesidad de tener altos conocimientos ni de Java ni de Robótica.
En conclusión, esta nueva librería presentada en esta tesis es una herramienta muy útil en diversos ámbitos: en educación, ya que permite aprender los conceptos robóticos de una manera sencilla, en investigación, porque permite a los investigadores representar situaciones robóticas complejas para su estudio, y en ingeniería, como base para la creación de prototipos de plantas industriales que estén compuestas por robots manipuladores.
- English
ABSTRACT Robotics has become an indispensable tool in different areas such as industry, engineering, education or research.
In each of these areas, the coordination of different robots both in static and dynamic environments is one of the main questions to be analyzed.
The coordination of robots is much more than just avoiding possible collisions among them. Users desire a perfect synchronization among the robots so that they can work as a team and complete tasks that a single robot would be unable to do by itself.
Evidently, the use of multiple robots that share the same workspace could improve the productivity and increase the versatility of the applications to more difficult tasks. However, when more than one robot is moving in a common workspace, each of them becomes an obstacle for the others.
A good way to understand and study the complex behavior of these robots is to create virtual and remote laboratories.
One of the main problems the user faces when designing these robotic simulations is that each robot has its own programming language. This fact, together with the own peculiarities of each robot, makes difficult the implementation of common operations and reduces the possibility to reuse the code.
In this thesis, a new Java library has been modeled, conceptualized and designed, for the coordination of manipulator robots in both statics and dynamics environments. This library sets a HAL (hardware abstraction layer) and facilitates an API (application programming interface) that includes all basic operations required when working with manipulator robots: positioning, path planning, definition of restrictions, collision detection, 3D visualization and communication with the real robots. Furthermore, this library offers a super class RoboticsLab that allows to easily coordinate the movements of all the elements of the robotic lab and so to avoid the collisions that might take place.
This API has been implemented for two particular manipulator robots: the TX60L from Stäubli and the Scara from Omron. At the same time, it has integrated other elements that will be essential at the time of configuring the robotic lab; for example, a conveyor belt. This list of elements can be easily extended to other robots or robotic elements, since such implementations have been done in a transparent way for the user and can be easily reused.
Our library is user friendly, open source, and compatible with the majority of operating systems (all that support Java). All these features allow Java programmers to create virtual and remote labs with ease at a high level, in a simple and reusable way.
Furthermore, this library has been embedded in Easy Java Simulations (EJS) authoring tool. Such implementation has taken place by defining new model elements for EJS that incorporate all the operations and properties of the new API.
The main advantage of such implementation is that it allows Java programmers and non-programmers to create virtual and remote robotic labs without the need of having high skills of either Java or Robotics.
In conclusion, the new library presented in this thesis is a very useful tool in various fields: in education, since it allows the learning of Robotic concepts in a simple way; in the research field, because it allows researchers to represent complex robotic situations for their study; in engineering, practice as basis for the creation of prototypes of industrial plants that are composed of manipulator robots.
- español
