Robot humanoide con capacidades de gestión de caídas y procedimiento de gestión de dichas caídas.

Robot humanoide capaz de desplazarse sobre una superficie que comprende al menos un módulo de detección del contacto de al menos un primer extremo del robot (110a,

110b, 110c) con dicha superficie y un módulo de cálculo de la posición (120b, 120d, 120f) del punto de proyección del centro de masa de dicho robot con respecto a un primer polígono de sustentación (110b, 110d, 110f) constituido al menos por dicho al menos un primer extremo, estando dicho robot caracterizado porque comprende, además, al menos un módulo de detección de la proximidad de al menos un segundo extremo (120a, 120b, 120c, 320, 330, 340, 350) de dicho robot con dicha superficie, y porque dicho módulo de cálculo de la posición del punto de proyección del centro de masa de dicho robot con respecto a un primer polígono de sustentación está también capacitado para calcular la posición de la proyección del centro de masa de dicho robot con respecto a un segundo polígono de sustentación (530a, 530b, 530c), deduciéndose dicho segundo polígono del primer polígono al añadir a este los puntos de proyección sobre dicha superficie de dichos segundos extremos de dicho robot que pertenecen al grupo de los extremos detectados como casi en contacto con dicha superficie.

Robot humanoide con capacidades de gestión de caídas y procedimiento de gestión de dichas caídas La presente invención pertenece al campo de los robots humanoides. Específicamente, se aplica a la gestión de caídas de dicho robot, siendo este último un evento particularmente perjudicial para el desarrollo de las aplicaciones de estos robots.

Un robot puede calificarse como humanoide desde el momento en que posee algunos atributos de aspecto y funcionalidad humanos: una cabeza, un tronco, dos brazos, dos manos, dos piernas, dos pies…Más allá del aspecto, las funciones que un robot humanoide puede realizar dependerán de su capacidad para efectuar movimientos, para hablar y “razonar”. Los robots humanoides pueden caminar, gesticular, con los miembros o con la cabeza. La complejidad de los gestos que pueden efectuar aumenta sin cesar. Sin embargo, los robots siguen siendo frágiles, particularmente por los motores de sus articulaciones. Esta fragilidad es un obstáculo importante para el desarrollo de aplicaciones para el usuario común. De hecho, en el contexto de estas aplicaciones, es particularmente perjudicial tener que enfrentarse a casos en los que se producen roturas o fallos debidos a caídas repetidas, ya que sería necesario que los productores y distribuidores de robots humanoides desplegasen un servicio postventa de importancia desproporcionada con la primera venta, lo que supondría un coste inaceptable para los usuarios comunes.

Una primera estrategia que puede aplicarse a los robots humanoides con capacidad de marcha para minimizar el riesgo de caídas, es garantizar que dicha marcha es suficientemente estable. Un medio muy utilizado para hacer esto es regular la trayectoria del robot de tal manera que el Punto de Momento Cero (ZMP) (es decir, el punto en el suelo donde el momento del eje de rodamiento y el momento del eje de acimut son cero) esté incluido en el polígono de sustentación del robot (es decir, en el caso de un robot andador, si este último se tiene sobre un pie, el polígono de sustentación tendrá la forma de ese pie. Si se tiene sobre los dos pies, la superficie de ese polígono será la de los dos pies, más la superficie interpodal) . Sin embargo, esta estrategia no es suficiente para garantizar la estabilidad del robot en todas las condiciones, particularmente en los casos en los que el robot deba desplazarse sobre un terreno accidentado, efectuar movimientos que limiten su equilibrio o encajar golpes provocados por terceros.

Las soluciones convencionales a este problema utilizan principios comunes que consisten en verificar que la proyección del centro de masa del robot sobre la superficie de desplazamiento permanece incluida en el polígono de sustentación del robot después, en caso de salida del mismo centro de masa de dicho polígono, de determinar la mejor postura de caída en función del ángulo de salida de dicho polígono. Estas soluciones funcionan bien en el caso simple de un robot estático con sensores que permiten determinar sin ambigüedades que el robot está en posición de caída. No así en el caso de los robots en marcha, particularmente cuando dichos sensores de detección de caídas pueden confundir un gesto normal incluido en la trayectoria de marcha y el inicio de una caída. De hecho, en este caso, los mecanismos de protección contra caídas se activarán de manera inoportuna mientras que no hay necesidad de interrumpir el trayecto normal de las actividades del robot.

La presente invención resuelve este problema proporcionando medios que permiten discriminar con mayor precisión los casos donde es realmente necesario aplicar mecanismos de protección del robot adecuados contra las caídas. Esta discriminación se realiza definiendo un polígono de sustentación virtual, derivado del polígono físico añadiéndole puntos que estén casi en contacto con la superficie de progresión.

Para esta finalidad, la presente invención divulga un robot humanoide que puede desplazarse sobre una superficie que comprende al menos un módulo de detección de contacto de al menos un primer extremo del robot con dicha superficie y un módulo de cálculo de la posición del punto de proyección del centro de masa de dicho robot con respecto a un primer polígono de sustentación constituido al menos por dicho al menos un primer extremo, caracterizándose dicho robot porque adicionalmente comprende al menos un módulo de detección de la proximidad de al menos un segundo extremo de dicho robot con dicha superficie, y porque dicho módulo de cálculo de la posición del punto de proyección del centro de masa de dicho robot con respecto a un primer polígono de sustentación es también adecuado para calcular la posición de la proyección del centro de masa de dicho robot con respecto a un segundo polígono de sustentación, deduciéndose dicho segundo polígono del primer polígono añadiéndole al mismo los puntos de proyección sobre dicha superficie de dichos segundos extremos de dicho robot que pertenecen al grupo de extremos detectados como casi en contacto con dicha superficie.

Ventajosamente, el módulo de detección de la proximidad de dicho al menos un segundo extremo con dicha superficie recibe en la entrada la posición de dicho al menos un segundo extremo con respecto a dicha superficie, estando dicha posición provista en la salida de un modelo geométrico del robot que comprende al menos la posición espacial de dicho extremo en un sistema de referencia del robot.

Ventajosamente, la condición según la cual un segundo extremo del robot está casi en contacto con dicha superficie se caracteriza por un umbral de distancia seleccionado en función de criterios que pertenecen a un grupo de criterios que comprenden al menos el tamaño del robot y el desplazamiento máximo en altura de sus miembros inferiores.

Ventajosamente, dicho al menos un primer extremo es uno de los pies del robot, estando dicho pie provisto de al menos un sensor de fuerza de presión.

Ventajosamente, dicho al menos un segundo extremo es una de las manos del robot.

Ventajosamente, el robot de la invención comprende adicionalmente, en la entrada de dicho módulo de cálculo de la posición del punto de proyección del centro de masa de dicho robot con respecto a un polígono de sustentación, un módulo de filtrado de posturas del robot por comparación según un criterio predefinido de distancia entre sus modelos geométricos y los modelos geométricos de posturas de referencia.

Ventajosamente, el robot de la invención comprende adicionalmente una central inercial que proporciona al módulo de cálculo de la posición del punto de proyección del centro de masa de dicho robot un eje vertical cuyo ángulo con el eje une el tórax y uno de los pies del robot en contacto con el suelo provisto de un ángulo de rotación a aplicar en el eje de proyección del centro de masa del robot.

Ventajosamente, el robot de la invención comprende adicionalmente, en la salida de dicho módulo de cálculo de la posición del punto de proyección del centro de masa de dicho robot con respecto a un polígono de sustentación, un módulo de control de un grupo de acciones de protección contra las caídas, activándose una al menos de dichas acciones cuando dicho módulo de cálculo proporciona al menos una salida característica de un estado de caída del robot en la cual el punto de proyección de su centro de masa es exterior al segundo polígono de sustentación.

Ventajosamente, el grupo de acciones de protección comprende al menos el corte del servomotor de las articulaciones de las piernas del robot, la colocación en postura de protección de al menos un elemento que pertenecen al grupo que comprende al menos la cabeza, los brazos y la pelvis, el corte de las articulaciones de al menos un elemento que pertenece a dicho grupo.

Ventajosamente, dicho módulo de cálculo proporciona adicionalmente al módulo de control del grupo de acciones de protección contra las caídas, para un estado característico de caída del robot, un ángulo característico de la dirección de caída en un sistema de referencia de robot, determinando el valor de dicho ángulo de caída con respecto a los valores de referencia seleccionados la elección de las acciones de protección del grupo de acciones de protección contra las caídas a ejecutar.

Ventajosamente, cuando el ángulo de caída determina una caída hacia delante, la postura de protección de la cabeza consiste en echarla sustancialmente hacia atrás, la postura de protección de los brazos consiste en colocarlos sustancialmente hacia delante y la postura de protección de la pelvis consiste en cerrarla.

Ventajosamente, cuando el ángulo de caída determina una caída hacia la izquierda o hacia la... [Seguir leyendo]

1. Robot humanoide capaz de desplazarse sobre una superficie que comprende al menos un módulo de detección del contacto de al menos un primer extremo del robot (110a, 110b, 110c) con dicha superficie y un módulo de cálculo de la posición (120b, 120d, 120f) del punto de proyección del centro de masa de dicho robot con respecto a un primer polígono de sustentación (110b, 110d, 110f) constituido al menos por dicho al menos un primer extremo, estando dicho robot caracterizado porque comprende, además, al menos un módulo de detección de la proximidad de al menos un segundo extremo (120a, 120b, 120c, 320, 330, 340, 350) de dicho robot con dicha superficie, y porque dicho módulo de cálculo de la posición del punto de proyección del centro de masa de dicho robot con respecto a un primer polígono de sustentación está también capacitado para calcular la posición de la proyección del centro de masa de dicho robot con respecto a un segundo polígono de sustentación (530a, 530b, 530c) , deduciéndose dicho segundo polígono del primer polígono al añadir a este los puntos de proyección sobre dicha superficie de dichos segundos extremos de dicho robot que pertenecen al grupo de los extremos detectados como casi en contacto con dicha superficie.

2. Robot humanoide según la reivindicación 1, caracterizado porque el módulo de detección de la proximidad de dicho al menos un segundo extremo con dicha superficie recibe en la entrada la posición de dicho al menos un segundo extremo con respecto a dicha superficie, proporcionándose dicha posición en la salida de un modelo geométrico del robot que comprende al menos la posición en el espacio de dicho extremo en un sistema de referencia del robot.

3. Robot humanoide según la reivindicación 2, caracterizado porque la condición según la cual un segundo extremo del robot está casi en contacto con dicha superficie, está caracterizada por un umbral de distancia seleccionado en función de unos criterios que pertenecen a un grupo de criterios que comprenden al menos el tamaño del robot y el desplazamiento máximo en altura de sus miembros inferiores.

4. Robot humanoide según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicho al menos un primer extremo es uno de los pies del robot, estando dicho pie dotado con al menos un sensor de fuerza de presión.

5. Robot humanoide según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicho al menos un segundo extremo es una de las manos del robot.

6. Robot humanoide según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende, además, en la entrada de dicho módulo de cálculo de la posición del punto de proyección del centro de masa de dicho robot con respecto a un polígono de sustentación, un módulo de filtrado de las posturas del robot por comparación según un criterio predefinido de distancia entre sus modelos geométricos y los modelos geométricos de posturas de referencia.

7. Robot humanoide según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque comprende, además, una central inercial que proporciona al módulo de cálculo de la posición del punto de proyección del centro de masa de dicho robot un eje vertical cuyo ángulo con el eje que une el tórax y uno de los pies del robot en contacto con el suelo proporciona un ángulo de rotación a aplicar al eje de proyección del centro de masa del robot.

8. Robot humanoide según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque comprende, además, en la salida de dicho módulo de cálculo de la posición del punto de proyección del centro de masa de dicho robot con respecto a un polígono de sustentación, un módulo de control de un grupo de acciones de protección contra las caídas, activándose una al menos de dichas acciones cuando dicho módulo de cálculo proporciona al menos una salida característica de un estado de caída del robot en el cual el punto de proyección de su centro de masa es exterior al segundo polígono de sustentación.

9. Robot humanoide según la reivindicación 8, caracterizado porque el grupo de acciones de protección comprende al menos el corte del servomotor de las articulaciones de las piernas del robot, la colocación en postura de protección de al menos un elemento que pertenece al grupo que comprende al menos la cabeza, los brazos y la pelvis, el corte de las articulaciones de al menos un elemento que pertenece a dicho grupo.

10. Robot humanoide según una de las reivindicaciones 8 a 9, caracterizado porque dicho módulo de cálculo proporciona, además, al módulo de control del grupo de acciones de protección contra las caídas, para un estado característico de un estado de caída del robot, un ángulo característico de la dirección de caída en un sistema de referencia del robot, determinando el valor de dicho ángulo de caída con respecto a los valores de referencia seleccionados la elección de las acciones de protección del grupo de acciones de protección contra las caídas a ejecutar.

11. Robot humanoide según una de las reivindicaciones 9 a 10, caracterizado porque, cuando el ángulo de caída determina una caída hacia delante, la postura de protección de la cabeza consiste en echarla sustancialmente hacia atrás, la postura de protección de los brazos consiste en colocarlos sustancialmente hacia delante y la postura de protección de la pelvis consiste en cerrarla.

12. Robot humanoide según una de las reivindicaciones 9 a 10, caracterizado porque, cuando el ángulo de caída determina una caída hacia la izquierda o hacia la derecha, la postura de protección de la cabeza consiste en colocarla sustancialmente hacia delante, la postura de protección de los brazos consiste en reagruparlos sustancialmente hacia el cuerpo y la postura de protección de la pelvis consiste en abrirla.

13. Robot humanoide según una de las reivindicaciones 9 a 10, caracterizado porque, cuando el ángulo de caída determina una caída hacia atrás, la postura de protección de la cabeza consiste en colocarla sustancialmente hacia delante, la postura de protección de los brazos consiste en llevarlos sustancialmente hacia atrás y la postura de protección de la pelvis consiste en cerrarla.

14. Procedimiento de gestión de las caídas de un robot humanoide capaz de desplazarse sobre una superficie y que comprende al menos un módulo de detección del contacto de al menos un primer extremo del robot con dicha superficie, comprendiendo dicho procedimiento una etapa de cálculo de la posición del punto de proyección del centro de masa de dicho robot con respecto a un primer polígono de sustentación constituido al menos por dicho al menos un primer extremo y caracterizándose porque comprende, además, una etapa de detección de la proximidad de al menos un segundo extremo de dicho robot con dicha superficie y una etapa de cálculo de la posición de la proyección del centro de masa de dicho robot con respecto a un segundo polígono de sustentación, deduciéndose dicho segundo polígono del primer polígono al añadir a este los puntos de proyección sobre dicha superficie de dichos segundos extremos de dicho robot que pertenecen al grupo de los extremos detectados como casi en contacto con dicha superficie.

15. Programa de ordenador que comprende unas instrucciones de código de programa que permiten la ejecución del

procedimiento según la reivindicación 14 cuando el programa se ejecuta en un ordenador, estando adaptado dicho programa para permitir la gestión de las caídas de un robot humanoide capaz de desplazarse sobre una superficie y que comprende al menos un módulo de detección del contacto de al menos un primer extremo del robot con dicha superficie, comprendiendo dicho programa un módulo de cálculo de la posición del punto de proyección del centro de masa de dicho robot con respecto a un primer polígono de sustentación y caracterizándose porque comprende,

además, al menos un módulo de entrada de datos de detección de la proximidad de al menos un segundo extremo de dicho robot con dicha superficie y un módulo de cálculo de la posición de la proyección del centro de masa de dicho robot con respecto a un segundo polígono de sustentación, deduciéndose dicho segundo polígono del primer polígono al añadir a este los puntos de proyección sobre dicha superficie de dichos segundos extremos de dicho robot que pertenecen al grupo de los extremos detectados como casi en contacto con dicha superficie.