Antes de COVID-19, los robots móviles se limitaban sobre todo a la industria manufacturera, pero con el escenario actual, tanto la demanda como la necesidad han aumentado. La robótica como disciplina se centra en la combinación de la percepción con las acciones para la asistencia humana en el día a día y su seguridad.

El distanciamiento social era necesario a todos los niveles para aplanar la curva de la pandemia, pero también tenía sus retos para los servicios esenciales. Con menos manos trabajadoras, la necesidad de mantener el distanciamiento social nos dirigió hacia las innovaciones en robótica móvil.

La instalación minimizó el contacto humano, sustituyó a los humanos en la limpieza, la higienización y la entrega, y también supervisó las interacciones y las reuniones. Se desarrollaron varias aplicaciones como POC (prueba de concepto) en estos tiempos difíciles para garantizar la seguridad y el distanciamiento.

Los robots de rayos ultravioleta (UV) desinfectaron los espacios, los robots de pulverización de desinfectantes se utilizaron en el área de fabricación, los robots de entrega de alimentos y medicinas para los hospitales y, del mismo modo, los robots de interacción y seguimiento interactuaron con los pacientes. Se minimizó el impacto de COVID en los hospitales, las instalaciones de cuarentena y el área de fabricación. Se mantenía la distancia con las zonas contaminadas y permitía a los trabajadores centrarse en tareas importantes y continuar la lucha.

Algunas aplicaciones también utilizaron tecnologías de percepción y aprendizaje profundo para identificar a las personas con máscaras y realizar revisiones térmicas. El potencial de los robots móviles se ha hecho realidad y el horizonte se ha ampliado. Así, se ha creado una oportunidad para la investigación avanzada en robótica móvil sanitaria y robótica de interior de bajo coste mediante el uso de tecnologías innovadoras.

Introducción a los robots móviles

En la última década, la comprensión de la robótica y su aplicación se ha transformado mucho. Desde los manipuladores básicos hasta los robots móviles y los coches autónomos, este campo ha experimentado muchos avances e investigaciones.

La robótica como aplicación práctica se ha limitado principalmente a los usos industriales y a la configuración de brazos robóticos, mientras que se investiga continuamente en el campo de los robots móviles y los coches autónomos.

El principal inconveniente de la configuración de la robótica industrial es la movilidad y la capacidad de trabajar en el espacio compartido con los humanos. De ahí que surja la necesidad de contar con robots móviles.
Ante situaciones difíciles como la de COVID-19, se han realizado diferentes innovaciones para que los robots móviles sean más útiles.

COVID-19 es una enfermedad infecciosa causada por un SARS-CoV-2 recientemente descubierto, que es un nuevo coronavirus. El 31 de diciembre de 2019, la Organización Mundial de la Salud (OMS) recibió una notificación formal sobre un grupo de casos de neumonía en la ciudad de Wuhan, que alberga a 11 millones de personas y es el centro cultural y económico de China central.

La pandemia de COVID-19 se ha extendido con una velocidad alarmante, infectando a millones de personas y paralizando casi por completo las actividades económicas, ya que los países impusieron fuertes restricciones de circulación para frenar el virus. Además de las actividades económicas, la pandemia ha causado importantes trastornos en la vida cotidiana y las actividades sociales.

En la actualidad, la mejor manera de prevenir el contagio del COVID-19 es evitar la exposición al coronavirus. Organizaciones como los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) [1] recomendaron pautas que incluyen el distanciamiento social, el uso de mascarillas y el lavado de manos frecuente para reducir las posibilidades de contraer o propagar el virus.

El escenario actual señala que el papel de los robots móviles es muy crucial y esencial en el sector sanitario y social. La actual pandemia tuvo un enorme efecto catastrófico en todo el mundo. Esto creó una oportunidad para desarrollar nuevas tecnologías en el campo de la robótica y la tecnología del Internet de las Cosas (IoT) para trabajar junto a los guerreros de la corona.
También es el momento de desarrollar nuevas innovaciones en metodologías, conceptos e ideas para preparar al mundo y estar en primera línea para servir a la humanidad [2].

¿Qué es un robot móvil?

Un robot móvil [3] es una máquina controlada por un conjunto de comandos de software que utiliza una combinación de sensores para conocer su entorno y actuadores para moverse por él.

Los robots móviles se denominan principalmente robots móviles autónomos porque se espera que se muevan en el entorno sin ninguna ayuda externa y realicen su tarea.

Para lograr la movilidad y la capacidad de planificación, los fundamentos de los robots móviles se dividen en el campo de la locomoción, la cinemática, la percepción, el SLAM (localización y mapeo simultáneos) y navegación. La locomoción y la cinemática son importantes para moverse en diferentes tipos de superficies y manejar diferentes tipos de modelos. La percepción se ocupa de la comprensión del área y el entorno y ayuda a tomar decisiones basadas en sensores y tecnologías de visión por ordenador.

SLAM es el mapeo y la localización simultáneos, es decir, el mapeo del área para obtener la información de los lugares donde el robot tiene que correr mientras que la localización es el campo que se ocupa de la estimación de la pose en el mapa dado. Una vez que tenemos la postura, la navegación nos ayuda a tomar una decisión y hacer funcionar el robot en función de una tarea determinada.

La tarea puede ser cualquier cosa en función de la aplicación, desde fines industriales como el movimiento de materiales, robots de producción, co-bots, etc., hasta aplicaciones domésticas como robots de limpieza. Los robots móviles también se utilizan con fines de exploración en lugares a los que el ser humano no puede llegar, como los robots exploradores de Marte, los robots de exploración de túneles o los robots submarinos.

Componentes de los robots móviles

Locomoción y cinemática

La mayoría de los robots móviles trabajan en entornos definidos y controlados, pero no fijados a un entorno estático. A veces, tienen que maniobrar a través de terrenos difíciles y entornos desconocidos, lo que hace que haya muchas formas de moverse en el entorno, lo que hace que la locomoción sea un aspecto importante del diseño de los robots móviles.

La selección de la locomoción depende de muchos factores, como la estabilidad, la estructura del entorno, la dinámica, el tamaño y la forma de la trayectoria, el centro de gravedad, la fricción, el ángulo de contacto y la geometría de los puntos de contacto. En función de los requisitos y los retos, los robots móviles utilizan principalmente mecanismos con ruedas o con patas.

El mecanismo de ruedas es el más utilizado en comparación con el de patas u otros métodos, ya que es más fácil de diseñar y la complejidad de la integración es mínima. El mecanismo de ruedas se subdivide en los cuatro tipos siguientes:

1. Accionamiento diferencial: El accionamiento diferencial es el mecanismo en el que dos ruedas están montadas en el eje común y cada rueda puede ser controlada por separado para moverla hacia delante/atrás.

2. Accionamiento triciclo: El triciclo, como su nombre indica, consta de tres ruedas en las que dos ruedas están montadas en el eje común mientras que la tercera rueda es dirigible y accionada para proporcionar el movimiento.

3. Ackermann drive: Ackermann es un mecanismo similar al de un coche con cuatro ruedas en el que las delanteras son de tipo direccional para mover las ruedas hacia dentro y hacia fuera.

4. Tracción omnidireccional: La tracción omnidireccional es de naturaleza holonómica, lo que significa que puede conducir en cualquier dirección sin cambiar la orientación del robot.
El mecanismo más utilizado es el accionamiento diferencial. El cálculo de la odometría [4] es un aspecto importante que varía en función del tipo de mecanismo y se calcula en base a la cinemática del mismo, pero se requiere una calibración para obtener el valor adecuado. Además, existen técnicas de odometría visual [5] para aumentar y, en algunos casos, sustituir la odometría [6].

Percepción

Adquirir los datos del entorno dado y extraer la información útil para entender el entorno es una tarea importante para los robots móviles autónomos. Utilizando múltiples tipos de sensores como la cámara, el Lidar, el radar, la IMU, los codificadores, etc., la fusión de sensores [7] ayuda a reducir el error y la precisión de las mediciones del algoritmo.

La percepción se utiliza para adaptar los cambios en el entorno y ayudar a decidir el conjunto de operaciones para lograr el objetivo. La visión por ordenador y los métodos basados en el aprendizaje profundo se utilizan ampliamente
en este campo para la detección de objetos, la identificación de escenas, la segmentación, el reconocimiento de caras, la detección de temperatura, la monitorización y muchas aplicaciones en la navegación [8] como el robot follow-me [9].

Hay muchos tipos de sensores [10] que se pueden utilizar para recoger los datos que se agrupan en:
1. Propioceptivos: Para monitorizar las partes internas del robot móvil como la batería, la velocidad, etc.
2. Exteroceptivos: Para recoger datos del entorno del robot como las cámaras.
3. Pasivos: Sensores que miden la energía del entorno que entra en el sensor como los sensores basados en la visión, el giroscopio, etc.
4. Activos: Sensores que emiten energía al entorno, como los ultrasónicos, las balizas reflectantes, etc.

Slam (Simultaneous localization and mapping)

El SLAM (mapeo y localización simultáneos) [11] ayuda a resolver el problema de “¿Dónde estoy?” en el campo de la robótica.
Para poder trabajar sin ayuda externa, es importante que un robot móvil tenga un mapa del lugar por el que tiene que circular junto con la capacidad de localizarse en ese mapa.

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