Resumen
En el presente capítulo se realiza una introducción al problema del control de robots manipuladores mediante realimentación visual, haciendo un repaso a los diferentes enfoques que del mismo pueden encontrarse en la literatura especializada. Se comentan las posibilidades y restricciones que ofrece cada una de las alternativas, realizándose una discusión comparativa al final del capítulo.Introducción
Cuando se combina el control de un robot manipulador con el uso de sensores visuales, ya sean estos últimos individuales o múltiples, debe decidirse la relación cinemática que ligará a ambos. Puede tratarse cámaras estáticas y/o móviles. En el primer caso, éstas se encuentran dispuestas en una ubicación fija y observan la escena en la que deben estar permanentemente visibles tanto el robot manipulador (típicamente, la atención se centra en el elemento terminal o efector final del mismo) como el efecto de interés. En el caso de cámaras móviles, la configuración más habitual es aquella en la que éstas se encuentran unidas rígidamente al elemento terminal del brazo manipulador. A esta disposición particular se le da el nombre de "configuración cámra-en-mano" (eye-in-hand configuration). En este caso, toda la atención se centra en la observación del objeto, mientras que la disposición del robot queda implícita en la información que puede extraerse de las imágenes. En concreto, lo que interesa aquí es el posicionamiento del robot, y por tanto de la cámara, no de forma absoluta sino relativa al objeto observado.
Cuando se emplean cámaras estáticas, el principal inconveniente es la eventual oclusión que puede producirse cuando el brazo del robot se interpone entre la cámara y el objeto. Esto hace que en determinadas aplicaciones no resulte sencillo decidir la ubicación idónea del sensor. Por su parte, la configuración de cámara unida al elemento terminal del robot puede presentar problemas si la interacción con el objeto incluye el agarre del mismo o una aproximación excesiva. El problema radica en que, si la cámara está colocada de forma que el elemento terminal (que en aplicaciones de agarre de piezas suele ser un elemento en forma de pinza o garra) no interfiera en el campo de visión, es más probable que también el objeto deje ser visible, o como mínimo quede fuera de enfoque, antes de que esté al alcance de la garra. Este inconveniente puede resolverse haciendo un control híbrido: normalmente el robot es guiado mediante la realimentación visual hasta que el objeto se encuentra suficientemente próximo, momento en el cual se realiza una planificación de trayectoria de aproximación del brazo al objeto en el espacio cartesiano. Por decirlo de algún modo, en esta segunta etapa el robot se mueve a ciegas.
En cuanto el número de cámaras, las implementaciones más frecuentes hacen uso de una o dos cámaras, correspondiendo a lo que llamaríamos sistema de visión monocular o visión estereoscópica, respectivamente. Más adelante trataremos este tema en más detalle.
Algunos ejemplos de aplicaciones de sistemas con realimentación visual van desde las aplicaciones militares más tradicionales, como seguimiento de misiles, hasta asistencia a la teleoperación, pasando por manufactura flexible, recogida de fruta para clasificación, vehículos autónomos o robots móviles capaces de seguir a su(s) predecesor(es), a modo de caravana, o capaces de estacionar (docking). Podemos mencionar también aplicaciones más experimentales, como pueden ser: robots capaces de jugar interactivamente con contrincantes humanos al ajedrez u otros juegos de mesa, incluso capaces de jugar al ping-pong o al voleibol, control de un péndulo invertido, control de la trayectoria de una bola en el interior de un laberinto inclinable, aplicaciones en microrobótica, etc.
En algunas aplicaciones, lo que se intenta es mantener la posición y orientación (localización) fija respecto al objeto, contrarrestando los desplazamientos que el objeto realice de forma autónoma. A este problema se le suele denominar problema de fijación del objeto y resulta especialmente habitual en la configuración cámara-en-mano. Otra posibilidad es que la localización relativa de referencia entre objeto y cámara venga dada como una trayectoria en función del tiempo, mientras posiblemente el objeto se encuentre en movimiento.
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Algunos ejemplos de aplicaciones de sistemas con realimentación visual van desde las aplicaciones militares más tradicionales, como seguimiento de misiles, hasta asistencia a la teleoperación, pasando por manufactura flexible, recogida de fruta para clasificación, vehículos autónomos o robots móviles capaces de seguir a su(s) predecesor(es), a modo de caravana, o capaces de estacionar (docking). Podemos mencionar también aplicaciones más experimentales, como pueden ser: robots capaces de jugar interactivamente con contrincantes humanos al ajedrez u otros juegos de mesa, incluso capaces de jugar al ping-pong o al voleibol, control de un péndulo invertido, control de la trayectoria de una bola en el interior de un laberinto inclinable, aplicaciones en microrobótica, etc.
En algunas aplicaciones, lo que se intenta es mantener la posición y orientación (localización) fija respecto al objeto, contrarrestando los desplazamientos que el objeto realice de forma autónoma. A este problema se le suele denominar problema de fijación del objeto y resulta especialmente habitual en la configuración cámara-en-mano. Otra posibilidad es que la localización relativa de referencia entre objeto y cámara venga dada como una trayectoria en función del tiempo, mientras posiblemente el objeto se encuentre en movimiento.
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