Desarrollo de controladores para la coordinación de robots móviles mediante comunicaciones inalámbricas

Abstract

[EN] For the development of mobile robotic applications it is very important to have an efficient wireless communication that allows you monitor the situation in which you are, modify behavior guidelines or, as in this case is, allow communication with others mobile robots to coordinate for doing a difficult task. Depending on communication protocol supported by the mobile robot, the type of network that can be implemented will be different. In this sense, in recent years the use of Wi-Fi networks has been extended to provide us wireless communications in mobile robots, which allows a type of mesh network in which any network node can communicate with each other. This advantage can be used for many applications, but in this case it will be demonstrate for the development of controllers for mobile robots that need coordination between them to do a task. In this case it will be used Lego Mindstorms EV3. This version of Lego Mindstorms offers the possibility of communicating via Wi-Fi the “brick” that acts as a controller, unlike older versions that only had Bluetooth communication. This new version allows having an operating system based on Linux (ev3dev) on an SD card and the Lego controller starts with this operating system. This last feature allows the programming of controllers to be similar to what would be done in any embedded card that can be used for this applications and that this can be done with different programming languages. In this case, the programming will be done using C language, so the different control algorithms have been programmed in this language, the communication between them and the code has been organized with a multithread structure so that the communication does not influence the control features. The algorithms would be extrapolated to other platforms which work with Linux operating system.

[ES] Para el desarrollo de aplicaciones de robótica móvil resulta de gran importancia contar con un sistema eficiente de comunicación inalámbrica que permita monitorizar la situación en que se encuentra, modificar sus pautas de comportamiento o, como es el caso de este trabajo, permita establecer comunicación con otros robots móviles para coordinarse en la realización de una tarea más compleja. Dependiendo del protocolo de comunicaciones soportado por el robot móvil la tipología de red que pueda implantarse será distinta. En este sentido, en los últimos años se ha ido extendiendo el uso de las redes WiFi para proporcionar comunicaciones inalámbricas en los robots móviles, lo cual permite una tipología de red de tipo malla en la que cualquier nodo de red puede comunicar con cualquier otro. Esta ventaja se podría usar para muchas aplicaciones, pero en el caso de este trabajo se va a demostrar su uso en el caso del desarrollo de controladores para robots móviles que necesiten una coordinación entre ellos para llevar a cabo una determinada tarea. En el caso del presente trabajo se va a usar como plataforma robótica Lego Mindstorms EV3. Esta versión de Lego Mindstorms ofrece la posibilidad de comunicar vía WiFi el “ladrillo” que hace las veces de controlador, a diferencia de las versiones anteriores que únicamente disponían de comunicación Bluetooth. Esta nueva versión permite además tener un sistema operativo basado en Linux (ev3dev) en una tarjeta SD y que el controlador de Lego arranque con este operativo. Esta última característica permite que la programación de los controladores sea similar a la que se haría en cualquier tarjeta empotrada de las que se pueden utilizar para estas aplicaciones y que ésta pueda realizar con distintos lenguajes de programación. En el caso de este trabajo, dicha programación se realizará mediante lenguaje C de manera que se han programado en este lenguaje los distintos algoritmos de control, la comunicación necesaria entre ellos y se ha organizado el código en cada robot con una estructura multihilo para que la comunicación no influya en las prestaciones de control. Los distintos algoritmos programados serían fácil mente extrapolables a otras plataformas que trabajen con el sistema operativo Linux.

[CA] Per al desenvolupament d’aplicacions de la robòtica mòbil resulta de gran importància comptar amb un sistema eficient de comunicació sense fil que permeta monitoritzar la situació a la qual es troba, modificar les seues pautes de comportament o, com és el cas d’aquest treball, establir comunicació amb altres robots mòbils per a coordinar-se en la realització d’una tasca més complexa. Depenent del protocol de comunicacions suportat per el robot mòbil la tipologia de xarxa que puga implantar-se serà diferent. En aquest sentit, en els últims anys s’ha anat estenent l’ús de les xarxes Wi-Fi per a proporcionar comunicacions sense fil en el robots mòbils, la qual cosa permet una tipologia de xarxa de tipus malla en la qual qualsevol node de xarxa pot comunicar amb qualsevol altre. Aquest avantatge es podria usar per a moltes aplicacions, però en el cas d'aquest treball es va a demostrar el seu ús en el desenvolupament de controladors per a robots mòbils que necessiten una coordinació entre ells per a dur a terme una determinada tasca. En el cas del present treball s’utilitzarà com a plataforma robòtica Lego Mindstorms EV3. Aquesta versió de Lego Mindstorms ofereix la possibilitat de comunicar via Wi-Fi el “brick” que fa de controlador, a diferència de les versions anteriors que únicament disposaven de comunicació Bluetooth. Aquesta nova versió a més permet tenir un sistema operatiu basat en Linux (ev3dev) dins d’una targeta SD i que el controlador de Lego treballe amb aquest operatiu. Aquesta última característica permet que la programació dels controladors siga pareguda a la qual es faria en qualsevol targeta encastrada les quals es poden utilitzar per a aquestes aplicacions i que aquesta puga realitzar-se amb diferents llenguatges de programació. En el cas d'aquest treball, la programació es realitzarà utilitzant llenguatge C de manera que s'han programat en aquest llenguatge els diferents algorismes de control, la comunicació necessària entre ells i s'ha organitzat el codi en cada robot amb una estructura multitasca per a que la comunicació no influïsca en les prestacions de control. Els diferents algoritmes programats serien fàcilment extrapolables a altres plataformes que treballen amb el sistema operatiu Linux.