Planificación y control de trayectorias en robótica espacial para tareas extravehiculares en órbita y su aplicación a robots humanoides

Résumé

Las misiones espaciales actuales y futuras no se entienden sin la utilización de robots. Es dentro de este ámbito general en el que se plantea la presente Tesis Doctoral, con el propósito de proponer tecnologías para el control y guiado de robots en órbita que les permita desarrollar las misiones en las que están actualmente implicados y en las que, sin duda, estarán en un futuro próximo. Para la implementación y simulación de los distintos algoritmos y controladores propuestos se ha implementado un framework basado en ROS denominado OnOrbitROS. Este entorno extiende las capacidades de ROS para permitir la simulación de sistemas robóticos espaciales en órbita. Tras definir y validar esta herramienta se han realizado distintas aportaciones tanto para la planificación como para el control de robots espaciales en órbita. Estas aportaciones se han aplicado tanto a sencillos manipuladores en libre flotación como a complejos robots humanoides guiados empleando realimentación sensorial procedente de cámaras y sensores de fuerza. Así, se ha propuesto un algoritmo de planificación para robots en órbita capaz de generar de forma automática los movimientos que ha de describir un robot para alcanzar un determinado objetivo. Este algoritmo, basado en optimización, definirá las trayectorias de las articulaciones o del efector final del robot. Tras proponer este algoritmo se ha trabajado en la propuesta de controladores con el propósito de realizar el seguimiento de las trayectorias definidas. Se han propuesto nuevos controladores con distintas propiedades, aplicaciones y características dinámicas cuyos resultados avalan su aplicación en robots de estas características. Cabe destacar, por ejemplo, la definición de ontroladores basados en optimización, controladores con realimentación visual y fuerza, controladores basados en velocidad, fuerza o aceleración, etc. A lo largo de la Tesis se exponen cada uno de estos controladores, se describen sus características y aplicaciones, y se muestra su desempeño en la realización de tareas típicas desarrolladas por estos robots en órbita.