Planificación jerárquica de movimientos de un robot trepador bípedo en estructuras tridimensionales reticulares

Marc Fabregat-Jaén

https://orcid.org/0009-0002-4327-0900

Spain

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Instituto de Investigación en Ingeniería de Elche (I3E) 

Adrián Peidró

https://orcid.org/0000-0002-4565-496X

Spain

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Instituto de Investigación en Ingeniería de Elche (I3E)

Paula Mollá-Santamaría

https://orcid.org/0009-0003-5447-0278

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Instituto de Investigación en Ingeniería de Elche (I3E) 

Francisco José Soler

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Instituto de Investigación en Ingeniería de Elche (I3E)

Oscar Reinoso

https://orcid.org/0000-0002-1065-8944

Spain

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Instituto de Investigación en Ingeniería de Elche (I3E) 

ValgrAI: Valencian Graduate School and Research Network of Artificial Intelligence

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Aceptado: 23-06-2024

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Publicado: 29-01-2024

DOI: https://doi.org/10.4995/riai.2024.20779
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Palabras clave:

Robots trepadores, Robots redundantes, Estructuras reticulares, Espacio de trabajo, Planificación de trayectorias

Agencias de apoyo:

Esta investigación no contó con financiación

Resumen:

Los robots trepadores deben ser capaces de navegar autónomamente estructuras tridimensionales reticulares para evitar que operarios humanos se expongan a riesgos significativos al realizar tareas de mantenimiento en tales escenarios. Para dotarlos de esta capacidad, este artículo introduce un algoritmo de planificación jerárquica de movimientos para robots trepadores bípedos. A diferencia de las técnicas convencionales, nuestro algoritmo descompone el problema global en varios subproblemas, cada uno dedicado a gestionar aspectos específicos del proceso de generar una secuencia de puntos de adhesión. De forma inicial, se planifica la ruta global, que incluye la secuencia de caras que se atravesarán para alcanzar el punto designado, y qué puntos de transición se emplearan para cambiar de una cara a otra de la secuencia. Posteriormente, se calcula el camino que deberá recorrer el robot a lo largo de cada una de las caras que conforman la ruta global. Para la validación del método presentado, se incluyen imágenes y vídeo en un entorno de simulación.
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Citas:

Bentley, J. L., 1975. Multidimensional binary search trees used for associative searching. Communications of the ACM 18 (9), 509-517. https://doi.org/10.1145/361002.361007

Breitenmoser, A., Siegwart, R., 2012. Surface reconstruction and path planning for industrial inspection with a climbing robot. In: 2012 2nd International Conference on Applied Robotics for the Power Industry (CARPI). IEEE, pp. 22-27. https://doi.org/10.1109/CARPI.2012.6473354

Chen,W., Gu, S., Guan, Y., Zhang, H., Liu, G., Tang, H., 2016. A multi-layered path planning algorithm for truss climbing with a biped robot. In: 2016 IEEE International Conference on Information and Automation (ICIA). IEEE, pp. 1200-1205. https://doi.org/10.1109/ICInfA.2016.7832002

Chen, X., Wu, Y., Hao, H., Shi, H., Huang, H., 2019. Tracked wall-climbing robot for calibration of large vertical metal tanks. Applied Sciences 9 (13), 2671. https://doi.org/10.3390/app9132671

Fabregat-Jaén, M., Peidró, A., Reinoso, Ó., Soler, F.-J., Jiménez, L. M., May 2022. Automatización del pegado de las garras magnéticas de un robot trepador bípedo. In: Jornadas de Robótica, Educación y Bioingeniería - JREB22. Vol. 1. pp. 57-63.

Fang, L., Yang, Q., Yang, T., 2020. Research on path planning algorithm of twomachine cooperative wall climbing and sanding robot based on ant colony algorithm. In: Proceedings of the Seventh Asia International Symposium on Mechatronics: Volume I. Springer, pp. 501-511. https://doi.org/10.1007/978-981-32-9437-0_52

Gimenez, A., Abderrahim, M., Padron, V., Balaguer, C., 2002. Adaptive control strategy of climbing robot for inspection applications in construction industry. IFAC Proceedings Volumes 35 (1), 19-24. https://doi.org/10.3182/20020721-6-ES-1901.00815

Hart, P. E., Nilsson, N. J., Raphael, B., 1968. A formal basis for the heuristic determination of minimum cost paths. IEEE transactions on Systems Science and Cybernetics 4 (2), 100-107. https://doi.org/10.1109/TSSC.1968.300136

Huang, H., Li, D., Xue, Z., Chen, X., Liu, S., Leng, J., Wei, Y., 2017. Design and performance analysis of a tracked wall-climbing robot for ship inspection in shipbuilding. Ocean Engineering 131, 224-230. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2017.01.003

Jang, K., An, Y.-K., Kim, B., Cho, S., 2020. Automated crack evaluation of a high-rise bridge pier using a ring-type climbing robot. Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering 36, 14 - 29. https://doi.org/10.1111/mice.12550

Lee, D.-T., Preparata, F. P., 1984. Euclidean shortest paths in the presence of rectilinear barriers. Networks 14 (3), 393-410. https://doi.org/10.1002/net.3230140304

Nguyen, S. T., La, H. M., 2021. A climbing robot for steel bridge inspection. Journal of Intelligent & Robotic Systems 102, 1-21. https://doi.org/10.1007/s10846-020-01266-1

Pagano, D., Liu, D., 2017. An approach for real-time motion planning of an inchworm robot in complex steel bridge environments. Robotica 35 (6), 1280-1309. https://doi.org/10.1017/S0263574716000047

Peidró, A., Gil, A., Marín, J. M., Berenguer, Y., Payá, L., Reinoso, O., 2016. Monte-carlo workspace calculation of a serial-parallel biped robot. In: Robot 2015: Second Iberian Robotics Conference: Advances in Robotics, Volume 2. Springer, pp. 157-169. https://doi.org/10.1007/978-3-319-27149-1_13

Peidro, A., Gil, A., Marin, J. M., Reinoso, O., 2015. Inverse kinematic analysis of a redundant hybrid climbing robot. International Journal of Advanced Robotic Systems 12 (11), 163. https://doi.org/10.5772/61748

Peidró, A., Reinoso, Ó., Gil, A., Marín, J. M., Payá, L., 2017. An improved monte carlo method based on gaussian growth to calculate the workspace of robots. Engineering Applications of Artificial Intelligence 64, 197-207. https://doi.org/10.1016/j.engappai.2017.06.009

Peidró, A., Tavakoli, M., Marín, J. M., Reinoso, Ó., 2019. Design of compact switchable magnetic grippers for the hyrecro structure-climbing robot. Mechatronics 59, 199-212. https://doi.org/10.1016/j.mechatronics.2019.04.007

Prados, C., Hernando, M., Gambao, E., Brunete, A., 2023. Romerin: Organismo robótico escalador basado en patas modulares con ventosas activas. Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial 20 (2), 175-186. https://doi.org/10.4995/riai.2022.18749

Quin, P., Paul, G., Alempijevic, A., Liu, D., 2016. Exploring in 3d with a climbing robot: Selecting the next best base position on arbitrarily-oriented surfaces. In: 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). IEEE, pp. 5770-5775. https://doi.org/10.1109/IROS.2016.7759849

Stumm, E., Breitenmoser, A., Pomerleau, F., Pradalier, C., Siegwart, R., 2012. Tensor-voting-based navigation for robotic inspection of 3d surfaces using lidar point clouds. The International Journal of Robotics Research 31 (12), 1465-1488. https://doi.org/10.1177/0278364912461537

Tavakoli, M., Marques, L., de Almeida, A. T., 2011. 3dclimber: Climbing and manipulation over 3d structures. Mechatronics 21 (1), 48-62. https://doi.org/10.1016/j.mechatronics.2010.08.006

Yang, C.-h. J., Paul, G., Ward, P., Liu, D., 2016. A path planning approach via task-objective pose selection with application to an inchworm-inspired climbing robot. In: 2016 IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM). IEEE, pp. 401-406. https://doi.org/10.1109/AIM.2016.7576800

Zhu, H., Lu, J., Gu, S., Wei, S., Guan, Y., 2020. Planning three-dimensional collision-free optimized climbing path for biped wall-climbing robots. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 26 (5), 2712-2723. https://doi.org/10.1109/TMECH.2020.3045089

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