Validación experimental de la eficiencia energética del robot cuadrúpedo DOGO II

• Autores: Francisco Javier López Lombraña
• Directores de la Tesis: Fernando J. Castillo García (dir. tes.), Antonio González Rodríguez (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Castilla-La Mancha ( España ) en 2022
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Erika Ottaviano (presid.), Francisco Moya Fernández (secret.), Manuel Guillermo Forero Vargas (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencias y Tecnologías aplicadas a la Ingeniería Industrial por la Universidad de Castilla-La Mancha
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: RUIdeRA
• Resumen

  • Este documento estudia la capacidad y viabilidad de maniobrar de forma eficiente y estable del robot cuadrúpedo DOGO II.

    Dentro de este estudio se persiguen dos propósitos o finalidades principales: La primera consiste en obtener el Costo del Transporte de un robot híbrido formado por el tren de patas delanteras del robot DOGO II al que se le ha sustituido el tren de patas traseras por dos ruedas libres. Con esto se pretende comprobar que el diseño original de pata robótica del citado robot contribuye a un bajo Costo de Transporte, es decir, una alta eficiencia energética. Para ello, la pata está desacoplada gravitacionalmente mediante un nuevo esquema en el que la misma se compone de tres mecanismos de cuatro barras que se pueden sintetizar de forma independiente. Dichos mecanismos implican movimiento frontal y vertical dentro del mismo plano de trabajo. Un mecanismo genera una trayectoria horizontal para remolcar el robot, mientras que otro genera una trayectoria vertical, y un tercero tiene la misión específica de hacer que la velocidad de remolque sea constante en el extremo de la pata cuando el motor correspondiente opere, también, a una velocidad constante.

    El Costo del Transporte es uno de los parámetros más importantes para estudiar la eficiencia y autonomía de operación de un robot caminante. Este análisis tiene en cuenta factores como el peso, consumo de los actuadores, velocidades, aceleraciones, superficies de trabajo o modelo de ciclo de pasos, que deben estudiarse en detalle para producir una locomoción estable y energéticamente eficiente. En este trabajo se presentan los resultados obtenidos del robot híbrido anteriormente mencionado en diferentes condiciones y entornos de trabajo que permiten obtener una media del citado parámetro.

    El Costo de Transporte, para el robot DOGO II, se obtiene realizando un análisis detallado de la cinemática, dinámica, estabilidad y consumo de energía. Esto ha permitido obtener unos resultados comprendidos entre 0,11 y 0,24, dependiendo del entorno de actuación, con un valor de 0,18 para las condiciones nominales, esto es, caminando en un plano horizontal sin carga adicional. En este sentido, y para ubicar dónde se enmarca el robot, se realiza un estudio comparativo con otros de la misma familia, pero con distintas características y tecnologías arrojando las correspondientes conclusiones.

    La segunda finalidad, una vez validado el bajo Costo de Transporte gracias al mecanismo de pata utilizado, persigue poner de manifiesto la maniobrabilidad del robot DOGO II, en su forma cuadrúpeda, realizando giros y trayectorias rectas de una manera estable. La sincronización de numerosos actuadores, grados de libertad y condiciones externas de equilibrio es un desafío continuo para la robótica caminante, debiendo atender además a un consumo razonable. Este trabajo pretende contribuir a la evolución tecnológica hacia un uso más presente y habitual de los robots con patas ya que, aunque en la actualidad los robots predominantes hacen uso de ruedas u orugas, bien es cierto que la necesidad de superar terrenos irregulares y de explorar otros desconocidos han puesto el foco de investigación en este tipo de robots. En este sentido, los ensayos aquí presentados muestran unos resultados experimentales prometedores en lo que a eficiencia y capacidad de maniobra se refiere.