Diseño y construcción de un robot tipo serpiente que implementa movimientos de marcha rectilínea y sidewinding

Palabras clave: Control de robots, modelado de simulación, movimiento del robot, robot biomimético, robot serpiente

Resumen

Los robots bioinspirados ofrecen versatilidad de locomoción en una amplia variedad de terrenos a los que los robots convencionales no pueden acceder. Una de esas plataformas bioinspiradas son los robots con forma de serpiente, que son mecanismos diseñados para moverse como serpientes biológicas. El objetivo de este artículo fue implementar y validar, mediante la comparación en pruebas reales y de simulación sobre un terreno llano, el diseño de un robot serpiente que permite movimientos en dos planos perpendiculares mediante la aplicación de modos tridimensionales de locomoción. El prototipo del robot contó con una arquitectura modular y secuencial compuesto por ocho segmentos impresos en 3D. Los pares necesarios para cada motor se encuentran mediante una simulación en Matlab – Simulink y la herramienta SimScape. El simulador de robótica móvil Webots se utilizó para crear un modelo virtual parametrizado del robot, donde se programaron dos tipos de marcha: sidewinding y rectilínea. Los resultados mostraron que el comportamiento del robot evidencia valores menores a 1 segundo en el tiempo de ejecución para alcanzar la distancia total en cada una de las marchas propuestas en comparación con la simulación. Además, se obtuvieron diferencias en promedio de 6 cm para las distancias durante el experimento del modo sidewinding y de 1.2 cm en el desvió rectilíneo sobre un terreno plano. En conclusión, existe una gran similitud entre las pruebas de simulación y las realizadas al robot real; igualmente se pudo verificar que el comportamiento del prototipo del robot es satisfactorio en recorridos cortos.

Biografía del autor/a

Jairo José Marín Arciniegas* , Universidad del Cauca, Colombia

Universidad del Cauca, Popayán – Colombia, jjmarin@unicauca.edu.co

Oscar Andrés Vivas Albán , Universidad del Cauca, Colombia

Universidad del Cauca, Popayán – Colombia, avivas@unicauca.edu.co

Referencias bibliográficas

F. Reyes and S. Ma, “Snake robots in contact with the environment: Influence of the friction on the applied wrench,” in 2017 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), Sep. 2017, pp. 5790–5795. https://doi.org/10.1109/IROS.2017.8206471

G. S. Chirikjian and J. W. Burdick, “The kinematics of hyper-redundant robot locomotion,” IEEE Transactions on Robotics and Automation, vol. 11, no. 6, pp. 781–793, Dec. 1995, https://doi.org/10.1109/70.478426

P. Liljeback, S. Fjerdingen, K. Y. Pettersen, and O. Stavdahl, “A snake robot joint mechanism with a contact force measurement system,” in 2009 IEEE International Conference on Robotics and Automation, May 2009, pp. 3815–3820. https://doi.org/10.1109/ROBOT.2009.5152276

C. Nidhi and S. Shruti, “A review study on future applicability of snake robots in India,” IOSR J Comput Eng, vol. 17, no. 5, pp. 3–6, Sep. 2015. Accessed: Feb. 17, 2022. [Online]. Available: https://www.iosrjournals.org/iosr-jce/papers/Vol17-issue5/Version-1/B017510306.pdf

S. Manzoor, U. Khan, and I. Ullah, “Serpentine and Rectilinear Motion Generation in Snake Robot Using Central Pattern Generator with Gait Transition,” Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Electrical Engineering, vol. 44, no. 3, pp. 1093–1103, Sep. 2020, https://doi.org/10.1007/s40998-019-00301-8

F. Sanfilippo, E. Helgerud, P. A. Stadheim, and S. L. Aronsen, “Serpens, A Low-Cost Snake Robot with Series Elastic Torque-Controlled Actuators and A Screw-Less Assembly Mechanism,” in 2019 5th International Conference on Control, Automation and Robotics (ICCAR), Apr. 2019, pp. 133–139. https://doi.org/10.1109/ICCAR.2019.8813482

J. Gray, “The Mechanism of Locomotion in Snakes,” Journal of Experimental Biology, vol. 23, no. 2, pp. 101–120, Dec. 1946, https://doi.org/10.1242/jeb.23.2.101

T. Owen, “Biologically Inspired Robots: Snake-Like Locomotors and Manipulators,” Robotica, vol. 12, no. 3, p. 282, May 1994, https://doi.org/10.1017/S0263574700017264

M. Mori and S. Hirose, “Three-dimensional serpentine motion and lateral rolling by active cord mechanism ACM-R3,” in IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and System, 2002, vol. 1, pp. 829–834. https://doi.org/10.1109/IRDS.2002.1041493

P. Liljebäck, K. Y. Pettersen, Ø. Stavdahl, and J. T. Gravdahl, “A review on modelling, implementation, and control of snake robots,” Rob Auton Syst, vol. 60, no. 1, pp. 29–40, Jan. 2012, https://doi.org/10.1016/j.robot.2011.08.010

A. H. Chang and P. A. Vela, “Evaluation of Bio-Inspired Scales on Locomotion Performance of Snake-Like Robots,” Robotica, vol. 37, no. 8, pp. 1302–1319, Aug. 2019, https://doi.org/10.1017/S0263574718001522

J. Liu, Y. Tong, and J. Liu, “Review of snake robots in constrained environments,” Rob Auton Syst, vol. 141, p. 103785, Jul. 2021, https://doi.org/10.1016/j.robot.2021.103785

W. Yang, “Biomorphic Hyper-Redundant Snake Robot: Locomotion Simulation, 3D Printed Prototype and Inertial-Measurement-Unit-Based Motion Tracking,” University of Nevada, 2016. Accessed: Mar. 26, 2022. [Online]. Available: https://scholarworks.unr.edu//handle/11714/2349

M. Saito, M. Fukaya, and T. Iwasaki, “Serpentine locomotion with robotic snakes,” IEEE Control Syst, vol. 22, no. 1, pp. 64–81, Feb. 2002, https://doi.org/10.1109/37.980248

I. Virgala, M. Dovica, M. Kelemen, E. Prada, and Z. Bobovský, “Snake Robot Movement in the Pipe Using Concertina Locomotion,” Applied Mechanics and Materials, vol. 611, pp. 121–129, Aug. 2014, https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.611.121

K. Lipkin et al., “Differentiable and piecewise differentiable gaits for snake robots,” in 2007 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Oct. 2007, pp. 1864–1869. https://doi.org/10.1109/IROS.2007.4399638

I. Tanev, T. Ray, and A. Buller, “Evolution, Robustness, and Adaptation of Sidewinding Locomotion of Simulated Snake-Like Robot,” in Genetic and Evolutionary Computation – GECCO 2004, vol. 3102, Springer, 2004, pp. 627–639. https://doi.org/10.1007/978-3-540-24854-5_65

K. Wang, W. Gao, and S. Ma, “Snake-Like Robot with Fusion Gait for High Environmental Adaptability: Design, Modeling, and Experiment,” Applied Sciences, vol. 7, no. 11, p. 1133, Nov. 2017, https://doi.org/10.3390/app7111133

M. Tesch et al., “Parameterized and Scripted Gaits for Modular Snake Robots,” Advanced Robotics, vol. 23, no. 9, pp. 1131–1158, Jan. 2009, https://doi.org/10.1163/156855309X452566

F. Sanfilippo, J. Azpiazu, G. Marafioti, A. A. Transeth, Ø. Stavdahl, and P. Liljebäck, “Perception-Driven Obstacle-Aided Locomotion for Snake Robots: The State of the Art, Challenges and Possibilities †,” Applied Sciences, vol. 7, no. 4, p. 336, Mar. 2017, https://doi.org/10.3390/app7040336

S. Xuandon, G. Junyao, Z. Zhengyang, W. Qianying, and H. Chengzu, “Structural analysis and design of round belt drive snake-like robot,” in IET International Conference on Information Science and Control Engineering 2012 (ICISCE 2012), Dec. https://doi.org/10.1049/cp.2012.2299

R. Featherstone, Rigid Body Dynamics Algorithms, 1a ed. Boston, MA: Springer US, 2008. https://doi.org/10.1007/978-1-4899-7560-7

M. Malayjerdi and A. Akbarzadeh, “Analytical modeling of a 3-D snake robot based on sidewinding locomotion,” Int J Dyn Control, vol. 7, no. 1, pp. 83–93, Mar. 2019, https://doi.org/10.1007/s40435-018-0441-z

W. Khalil and J. Kleinfinger, “A new geometric notation for open and closed-loop robots,” in Proceedings. 1986 IEEE International Conference on Robotics and Automation, May 1986, vol. 3, pp. 1174–1179. https://doi.org/10.1109/ROBOT.1986.1087552

O. A. Vivas, Diseño y control de robots industriales: teoría y práctica, 1a ed. Elaleph.com S.R.L., 2010. [Online]. Accessed: Feb. 09, 2022. Available: https://www.elaleph.com/libro/Diseno-y-control-de-robots-industriales-teoria-y-practica-de-Oscar-Andres-Vivas-Alban/576371/

R. Bogue, “Snake robots: A review of research, products and applications,” Industrial Robot, vol. 41, no. 3, pp. 253–258, May 2014, https://doi.org/10.1108/IR-02-2014-0309

Cómo citar
[1]
J. J. Marín Arciniegas y O. A. Vivas Albán, «Diseño y construcción de un robot tipo serpiente que implementa movimientos de marcha rectilínea y sidewinding», TecnoL., vol. 26, n.º 56, p. e2412, dic. 2022.

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Publicado
2022-12-06
Sección
Artículos de investigación
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