robots humanoides: la evolución -...

ROBOT’2007Zaragoza, 14/09/2007 Universidad Carlos III de Madrid

Robots Humanoides: La Evolución

ROBOT’2007: Workshop Español de RobóticaCongreso Español de Informática (CEDI)

Carlos BalaguerRoboticsLab

Universidad Carlos III de Madridhttp://roboticslab.uc3m.es


Sueños Robóticos

Metropolis, 1926Hombre Bicentenario, 1999


Evolución Robótica (I)

Manipulador móvilManipuladores

Robot con patas

1961-2007

Robot móvil


Evolución Robótica (II)

• Robots industriales• Tecnología madura y robusta• 1M población mundial de robots• 125K nuevos robots instalados 2005

• Necesidad de nuevas aplicaciones• Nuevos mercados de servicios

• Necesidad de nuevas locomociones• Rueda: robustez, sistemas comerciales• Patas: varios prototipos con 4↑ patas


¿Por que Humanoides?• El cuerpo humano es fruto de la evolución

de la naturaleza → Supervivencia durante millones de años, gran adaptabilidad a nuestro entorno y a nuestra forma de vida en la tierra

• Todo nuestro entorno y todas nuestras herramientas están adaptados al cuerpo humano → Si hacemos robots humanoides(universales) no es necesario hacer cambios en nuestro entorno, en las máquinas, las herramientas, etc.


¿Aceptaríamos a Humanoides?• Son muy parecidos a nosotros → Mayor

aceptabilidad social (si no son de grandes dimensiones y muy “metálicos”)

• ¿Qué aceptaríamos mejor, a un androide ó a C-3PO? →

vs


“Uncanny Valley”Podemos apreciar la respuesta emocional de un sujeto humano ante el antropoformismo de un robot (M. Mori, 2005). El Valle Inexplicable (Uncanny Valley) es la región de respuesta emocional negativa para un robot que parece "casi humano". El movimiento amplifica esta respuesta emocional.


Desventajas del bipedismo

• Todos los animales (en la actualidad) cuentan con 4 patas → Corren mas rápido que los bipedos, pueden subir/bajar grandes pendientes, las crías aprenden a andar muy rápido

• La naturaleza evolucionó hacia el bipedismopero el hombre tuvo que inventar la rueda → Para grandes desplazamientos es mejor la rueda (que no existe en la naturaleza)


Evolución de la especie humana

Erectus

Pre- sapiensSapiens


Ventajas del bipedismo (I)

• El cuerpo humano y su locomoción no son las óptimas → Pero es el sistema más flexible que se adapta a una variedad de tareas (andar, gatear, saltar, agacharse, subir escaleras, nadar, …, excepto volar)

• El bipedismo dejo libre las manos para poder hacer fuego y herramientas, evolucionando hacia la inteligencia


Manos libres para otras tareas

Homínido → Humano


Ventajas del bipedismo (II)• Somos más lentos en desplazarnos pero

podemos andar mucho más lejos → Pudimos desplazarnos largas distancias para cazar y durante los cambios climáticos


Ventajas del bipedismo (III)• Disminución del consumo energía que

permitió la supervivencia en épocas frías0.80 0.203.23

ASIMO Chimpancé Humano

Cost

e en

ergé

tico

de

tran

spor

te(p

or u

nida

d de

des

plaz

amient

o)

Además, mejor relación térmica


Bípedismo e inteligencia

• Es posible desarrollar inteligencia sin el bipedismo?

• El concepto de “embodiment” confirma que sin el cuerpo no es posible la conciencia.

Hall 9000

2001:Space OdysseyMono


Evolución de humanos y humanoides

P1 P2 P3 Asimo

1,90

m17

5 kg

1,20

m52

kg

1,70

m75

kg

1,00

m27

kg

30 años

4M años


Evolución de Humanoides (I)

Universidad Waseda (J)Humanoid Robotics Institute (HRI)

Wabot 1 1973

Wabot 21984 Wabian

1997

Wabian 22006


“Prehistoria” de los Humanoides


Evolución de Humanoides (II)

E5, 1992E0, 1986

Honda (J)

P3, 1997 2000-2004New ASIMO

P2, 1995


El Robot Honda-P2 (1995)

Subir escalerasAndar

Girar


El Robot Honda-Asimo (2000-04)

Andar y girar Bajar escaleras

Subir rampa


Evolución de Robots de Honda

P1 P2 P3 Asimo

1915 18201600

1200

0

500

1000

1500

2000

2500

P1 P2 P3 Asimo

Altu

ra (m

m)

175

210

130

52

0

50

100

150

200

250

P1 P2 P3 Asimo

Peso

(kg)

3230

2826

0

5

10

15

20

25

30

35

P1 P2 P3 Asimo

Núm

ero

de G

DL


HRP-2P (2003-04)

Andando

Kawada + AIST (J)

Levantándose


Otros Desarrollos “grandes”

H6, 2001Universidad de Tokio (J)

Johnnie, 2001Univ. Técnica Munich (D)

Partner, 2004Toyota (J)


El fenómeno QRIO (I)

SDR-4X, Marzo 2002

Sony (J)

58 cm6.5 kg


El fenómeno QRIO (II)


Los Humanoides de la UC3M

Rh-0, 2004 Rh-1, 2007

Leroy, 2001


Robot Rh-1 de la UC3M (I)• Tamaño natural: ~1.500 mm• ~50 kg incluidas baterías• 21 GDL

• 6 GDL en cada pierna• 3 GDL en cada brazo• 1 GDL en la cabeza

• 2 computadores a bordo• 2 CanBus de comunicación• Sensores a bordo

• 2 Fuerza/par en los brazos• 3 inclinómetros• 3 acelerómetros

• Conexión wi-fi


Cinemática del Rh-1


Mecatrónica del Rh-1

Más de 1.900 piezas


Arquitectura Hardware del Rh-1


HMI del Rh-1


Control estable del andarEl algoritmo de estabilidad estática es:

1. Control de la reacción del suelo 2. Control del ZMP (Zero Moment Point)3. Planificación del aterrizaje del pie (pZMP)


Gait Dinámico del Rh-1 (I)

• Modelo del robot Rh-1 como péndulo invertido linealizado 3D

• División sagital del cuerpo del robot, con restricciones


Gait Dinámico del Rh-1 (II)

• Control utilizando la lógica Lie y el POE (Products of Exponentials)

• Control teniendo en cuenta la flexión 3D de la estructura


Gait Dinámico del Rh-1 (III)


Experimentación del RH-1 (I)

2004 (Static gait) 2006 (Dynamic gait)

Lp=130 mm, Tp=20 seg (0.02Km/h) Lp=180 mm, Tp=1.25 seg (0.52Km/h)


Experimentación del RH-1 (II)


Interacción Gesticular del Rh-1 (I)


Cabeza sensorizada del Rh-1

Custom Made6 Microphone

Board

PC/104 DataAcquisition

Board

BluetoothHeadset

Network

Camera

Speaker

CPU Board


Interacción Gesticular del Rh-1 (II)


La Evolución …

1.2 m

1.5 m

Honda Asimo(26 GDL

1.2 m, 52 kg)

Nariokotome boy1.64 Maños

(1.6 m, 45 Kg)

Kawada HRP-2P(30 GDL

1.65 m, 54 kg)

UC3M Rh-cero (21 GDL

1.5 m, 50 kg)

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