Análisis y comparación de las principales plataformas de simulación robótica y su integración con ROS

Velasco Seguido-Villegas, Javier (2019). Análisis y comparación de las principales plataformas de simulación robótica y su integración con ROS. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Análisis y comparación de las principales plataformas de simulación robótica y su integración con ROS
Author/s:
  • Velasco Seguido-Villegas, Javier
Contributor/s:
  • Ferre Pérez, Manuel
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Date: September 2019
Subjects:
Freetext Keywords: Simulación, ROS, Gazebo, V-REP, integración, mecanismos de control
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

En el presente Trabajo de Fin de Grado se estudian y analizan diferentes plataformas de simulación orientadas a tareas robotizadas. El objetivo final es comparar las características, alcance y aplicaciones de Gazebo y V-REP, que son dos de los simuladores de software libre más importantes y mejor valorados del momento. Actualmente, la simulación es una etapa imprescindible en casi cualquier cadena de producción de un bien o servicio. Constituye el paso previo a la implementación en la realidad del proceso o tarea que se vaya a llevar a cabo. La simulación es una herramienta que permite al ingeniero recrear un producto o un software en un entorno virtual controlado, con las características adecuadas del dispositivo o emplazamiento real para el que ha sido creado. De esta manera se puede analizar, comprobar, corregir y mejorar el producto o el proceso que se pretenda desarrollar, en función de los resultados que se obtengan en la simulación. Esto reduce en gran medida la cantidad de fallos y posteriores modificaciones a realizar una vez que el proceso se ha llevado a la realidad, así como los costes y tiempo perdido asociados. Consecuentemente, el uso de la simulación en un proyecto lleva asociado un aumento de la eficacia, una mejor gestión de los tiempos y un considerable ahorro económico en el desarrollo de un proceso o producto. Aplicado al campo de las tareas robóticas, que es lo que se estudia en este proyecto, la simulación constituye un campo de pruebas donde se pueden recrear entornos similares al real, tanto en aspecto como en características físicas (gravedad, campo magnético…). En estos entornos virtuales el usuario puede introducir directamente los modelos de los robots con los que pretende trabajar, o bien diseñarlos y construirlos él de forma propia. Así, una vez que se cuenta con todos los modelos y elementos necesarios, se puede ir desarrollando el código de control de los robots, comprobando directamente su resultado en la plataforma de simulación, para luego proceder a su implantación en el entorno real. En este proyecto se recogen los principales fundamentos y características de una serie de simuladores robóticos, mostrando así el panorama actual de las plataformas de simulación, y las posibilidades de trabajo y alcance que ofrecen. A lo largo de todo el proyecto se abordan los simuladores Gazebo, V-REP, Webots, ARGoS y USARSim, así como la unidad de simulación del programa de modelado 3D Inventor. Con los que se ha trabajado directamente son Gazebo, V-REP y el módulo de simulación de Inventor. De entre todos ellos, Gazebo y V-REP han sido los que más se han estudiado y con los que más se ha trabajado, por ser considerados los más importantes, los más utilizados y los mejor valorados de entre todo el resto de simuladores. Por tanto, Gazebo y V-REP son abordados profundamente en sus correspondientes capítulos, mientras que el resto son tratados sólo en el Estado del Arte. Tanto en Gazebo como en V-REP se ha colaborado en una simulación relativa al desarrollo de una etapa inicial de la instalación automatizada de una subestación eléctrica. La tarea ha consistido en el transporte, colocación y fijación de elementos estructurales de la subestación en los lugares correspondientes para en una etapa posterior continuar con el montaje de la subestación. Esta tarea se ha llevado a cabo mediante el trabajo coordinado en simulación de una grúa y un robot móvil con dos brazos robóticos acoplados. El trabajo realizado al respecto con cada simulador se detalla en un apartado en el correspondiente capítulo. Es importante indicar que no es el objetivo de este Trabajo de Fin de Grado exponer los resultados de esta simulación, sino que esta simulación se ha utilizado como herramienta de aprendizaje. Así, esta simulación o trabajo práctico, junto con una labor de investigación, han sido los dos ejes principales para el desarrollo central de este trabajo, que es el estudio detallado de Gazebo y V-REP. Gazebo y V-REP se analizan detalladamente en varias áreas de estudio, que sirven para luego realizar una comparación directa entre ambos. Las áreas que se tratan son: integración con ROS, mecanismos de control, formatos de archivo de trabajo, interfaz de usuario, motores de simulación y algoritmos de cálculo utilizados, y la conexión o traslado de la simulación al robot real. Por último, se incluye un apartado dedicado al trabajo práctico realizado, que sirve de ejemplo para ver aplicadas las nociones teóricas estudiadas en cada simulador. De entre todos estos campos de análisis, cobra especial importancia la integración con ROS, por ser éste una herramienta muy poderosa y transversal a la hora de programar y controlar robots, así como para desarrollar aplicaciones robóticas. Comparando los simuladores en cada área se puede concluir que no hay un líder claro, sino que más bien cada uno tiene sus puntos fuertes. Gazebo es una plataforma muy ligada a ROS, mostrando así un alto nivel de integración, con los beneficios asociados que esto implica. Además, el motor de simulación da mejores resultados en cuanto a eficacia y consumo que V-REP, y las simulaciones tienen un aspecto más realista gracias a un mejor renderizado. En lo que se refiere a V-REP, este es un entorno que, aunque permite la conexión con ROS, no está ni mucho menos tan integrado. V-REP es una plataforma más independiente que ofrece al usuario sus propios recursos para realizar las simulaciones. Es mucho más manejable, intuitiva y fácil de usar que Gazebo, y ofrece muchas más herramientas y posibilidades de trabajo. Permite además importar y exportar distintos formatos, lo que resulta una gran ventaja comparativa respecto a otro tipo de programas, como pueda ser Inventor. Respecto a este último, además de tener una mecánica de simulación mucho más tediosa y compleja, es una plataforma cerrada, en el sentido de que solo trabaja con formatos propios. Así, todas las características, posibilidades y herramientas que ofrecen estos dos simuladores, Gazebo y V-REP, son la clave del éxito que los coloca por encima de otras plataformas o programas. En conclusión, este Trabajo de Fin de Grado tiene como objetivo servir de herramienta al lector para que pueda comparar y estudiar estos simuladores en las áreas citadas, y que esto le sirva para escoger con criterio el simulador con el que trabajar en función de la tarea robótica que pretenda simular.

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Item ID: 56724
DC Identifier: http://oa.upm.es/56724/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:56724
Deposited by: Biblioteca ETSI Industriales
Deposited on: 08 Oct 2019 14:18
Last Modified: 08 Oct 2019 14:18
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