Arquitectura software para el sistema robótico de manipulación dual HortiRobot
DOI:
https://doi.org/10.4995/riai.2024.20611Palabras clave:
Robótica agrícola, arquitectura software, manipulación robótica dual, percepción inteligente, inteligencia artificialResumen
La arquitectura software es un componente crucial en cualquier sistema robótico autónomo, ya que define la estructura organizativa y las interacciones de los diferentes módulos que lo integran. Para que un sistema robótico pueda ejecutar de forma autónoma diversas tareas, se requieren procesos variados, como percibir el entorno, representar conocimientos, tomar decisiones y planificar movimientos. Si bien el desarrollo de cada uno de estos procesos es fundamental, su integración en una arquitectura funcional para su implementación también lo es. Esta integración tiene profundas implicaciones en la gestión de recursos, la adaptabilidad a diferentes entornos y tareas, la flexibilidad para modificar o expandir las funcionalidades y hacer frente a nuevos requerimientos, y la facilidad para el mantenimiento y la actualización del sistema. Por ello, en este artículo se presenta la arquitectura software diseñada para controlar, comunicar e integrar los distintos módulos que componen un bimanipulador móvil, destacando entre sus principales ventajas, la facilidad para depurar errores y llevar a cabo pruebas de nuevas aplicaciones sin el riesgo inherente de dañar el equipo físico. Para demostrar la viabilidad de la propuesta, la implementación de la arquitectura se valida mediante su aplicación al sistema robótico de manipulación dual HortiRobot, concebido para realizar varias de las tareas implicadas en el ciclo de vida de los cultivos agrícolas.
Descargas
Citas
Bouguet, J.-Y., 2022. Camera Calibration Toolbox for Matlab. CaltechDATA. DOI: 10.22002/D1.20164
Cervantes, H., Velasco-Elizondo, P., Castro, L., 2016. Arquitectura de Software. Conceptos y ciclo de desarrollo. CENGAGE Learning
Chiabrando, F., Chiabrando, R., Piatti, D., Rinaudo, F., 2009. Sensors for 3D Imaging: Metric Evaluation and Calibration of a CCD/CMOS Time-of-Flight Camera. Sensors, 9(12), 10080. https://doi.org/10.3390/s91210080
Chikurtev, D., 2022. Service-oriented architecture for control of modular robots. International Conference on Circuits, Systems, Communications and Computers, 304-309. https://doi.org/10.1109/CSCC55931.2022.00059
Coleman, D., Sucan, I.A., Chitta, S., Correll, N., 2014. Reducting the Barrier to Entry of Complex Robotic Software: a MoveIt! Case Study. Journal of Software Engineering for Robotics, 5(1): 3-16. https://doi.org/10.1155/2014/535724
Duan, J., Gong, X., Zhang, Q., 2023. A digital twin-driven monitoring framework for dual-robot collaborative manipulation. Int J Adv Manuf Technol 125, 4579-4599. https://doi.org/10.1007/s00170-023-11064-2
Eurostat, 2021. Economic accounts for agriculture - values at current prices. https://ec.europa.eu/eurostat/databrowser/view/aact_eaa01/default/table?1ang=en, 2016-2021
Fernández, R., Salinas, C., Montes, H., Sarria, J., 2014. Multisensory System for Fruit Harvesting Robots. Experimental Testing in Natural Scenarios and with Different Kinds of Crops. Sensors, 14, 23885-23904. https://doi.org/10.3390/s141223885
Ferrati, M., Settimi, A., Muratore, L., Cardellino, A., Rocchi, A., Mingo, H.E., Pavan, C., Kanoulas, D., Tsagarakis, N.G., Natale, L., Pallottino, L., 2016. The Walk-Man Robot Software Architecture. Front. Robot. AI, 3. https://doi.org/10.3389/frobt.2016.00025
Geer, L., Gu, D., Wang, F., Mohan, V., Dowling, R., 2022. Novel Software Architecture for an Autonomous Agricultural Robotic Fruit Harvesting System. 27th international Conference on Automation and Computing, 1-6. https://doi.org/10.1109/ICAC55051.2022.9911161
Gillini, G., Di Lillo, P., Arrichiello, F., Di Vito, D., Marino, A., Antonelli, G., Chiaverini, S., 2022. Industrial Robot: the international journal of robotics research and application. 49(1), 11-20. https://doi.org/10.1108/IR-07-2020-0137
Gribov, V., Voos, H., 2014. A multilayer software architecture for safe autonomous robots. Proceedings of the 2014 IEEE Emerging Technology and Factory Automation (ETFA), 1-8. https://doi.org/10.1109/ETFA.2014.7005217
Hendrich, N., Bistry, H., Zhang, J., 2015. Architecture and Software Design for a Service Robot in an Elderly-Care Scenario. Engineering, 1(1), 027-035. https://doi.org/10.15302/J-ENG-2015007
Ibarguren, A., Eimontaite, I., Outón, J.L., Fletcher, S., 2020. Dual Arm Co-Manipulation Architecture with Enhanced Human-Robot Communication for Large Part Manipulation. Sensors., 20(21), 6151. https://doi.org/10.3390/s20216151
Ioan, A., Moll, M., Kavraki, L., 2012. The Open Motion Planning Library, IEEE Robotics & Automation Magazine, 19(4), 72-82. https://doi.org/10.1109/MRA.2012.2205651
Kalaycioglu, S., De Ruiter, A. 2023. Dual arm coordination of redundant space manipulators mounted on a spacecraft. Robotica, 41(8), 2489-2518. https://doi.org/10.1017/S0263574723000504
Kingston, Z., Moll, M., Kavraki, L. E., 2019. Exploring Implicit Spaces for Constrained Sampling-Based Planning, International Journal of Robotics Research, 38(10-11), 1151-1178. https://doi.org/10.1177/0278364919868530
Kortenkamp, D., Simmons, R., Brugali, D., 2016. Robotic Systems Architectures and Programming, Springer Handbook of Robotics. Springer Handbooks, 283-306. https://doi.org/10.1007/978-3-319-32552-1_12
Medvidovic, N, Tajalli, H., Garcia, J., Krka, I., Brun, Y., Edwars, G., 2011. Engineering Heterogeneous Robotics Systems: A Software Architecture-Based Approach. Computer., 44(5), 62-71. https://doi.org/10.1109/MC.2010.368
Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación. Gobierno de España, 2021. Producciones agrícolas. Cifras del Sector de Frutas y Hortalizas. https://www.mapa.gob.es/es/agricultura/temas/producciones-agricolas/frutas-y-hortalizas/informacion_general.aspx
Nakagawa, E. Y., Antonino, P. O., Schnicke, F., Capilla, R., Kuhn, T., Liggesmeyer, P., 2021. Industry 4.0 reference architectures: State of the art and future trends. Computers & Industrial Engineering, 1-13. https://doi.org/10.1016/j.cie.2021.107241
Phanomchoeng, G., Saadi, M., Sasithong, P., Tangmongkhonsuk, J., Wijayasekara, S.K., Wuttisittikulkij, L., 2020. Hardware software co-design of a farming robot. Engineering Journal. 24(1), 1-10. https://doi.org/10.4186/ej.2020.24.1.199
Pramod U., C., Murugan, M., Prajakta, C., 2015. A review on Software Architecture Styles with Layered Robotic Software Architecture. International Conference on Computing Communication Control and Automation. 827-831. https://doi.org/10.1109/ICCUBEA.2015.165
Richards, M, 2015. Software Architecture Patterns. O'Reilly Media Inc.
Sadjadi, E.N., Fernández, R. Challenges and Opportunities of Agriculture Digitalization in Spain, 2023. Agronomy, 13, 259. https://doi.org/10.3390/agronomy13010259
Salinas, C., Fernández, R., Montes, H., Armada, M. 2015. A New Approach for Combining Time-of-Flight and RGB Cameras Based on Depth-Dependent Planar Projective Transformations. Sensors, 15: 24615-24643. https://doi.org/10.3390/s150924615
Vrochidou, E., Tziridis, K., Nikolau, A., Kalampokas, T., Papakostas, G., Pachidis, T. P., Mamalis, S., Koundouras, S., Kaburlasos, V. G., 2021. An Autonomous Grape-Harvester Robot: Integrated System Architecture. Electronics. 10(9), 1056. https://doi.org/10.3390/electronics10091056
Xu, R., Li, C., 2022. A modular agricultural robotic system (MARS) for precision farming: Concept and implementation. Journal of Field Robotics. 39(4), 387-409. https://doi.org/10.1002/rob.22056
Descargas
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2024 Daniel Rodríguez Nieto, Marta Ojeda Velázquez, Eduardo Navas Merlo, Roemi Emilia Fernández Saavedra
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.
Esta revista se publica bajo una Licencia Creative Commons Attribution-NonCommercial-CompartirIgual 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0)
Datos de los fondos
-
Agencia Estatal de Investigación
Números de la subvención PID2020-116270RB-I00 -
Agencia Estatal de Investigación
Números de la subvención TED2021-132710B-I00