OpenRRArch: una arquitectura abierta, robusta y confiable para el control de robots autónomos

Context: The control and navigation systems of autonomous robots constitute a dynamic field of research in robotics. The possible solutions to problems are often evaluated with laboratory prototypes in order to determine their real performance. We propose in this paper an architecture for the design and development of robotic systems (particularly autonomous multi-robot Systems) that facilitate the work in laboratory due to an open robust and reliable architecture.Method: The architecture is supported in open source hardware and software. The operation and communication strategy is characterized by a low consumption of resources, both in processing and communication, and real-time operation. As developement platform and Operating System, we used Linux: the communication scheme and the embedded systems run on a 32-bit processor, with a 16-bit instruction set (not ARM, but with Harvard architecture), at 80 MHz (Tensilica Xtensa LX106) for the implementation of the agents. The tools used allow the solution to be bothe efficient and inexpensive.Results: The architecture has been successfully applied in the implementation of a strategy of navigation for a set of small autonomous robots. A set of robots were provided with wireless communication capability, minimum capacity of environmental sensing (obstacle detection) and a navigation algorithm based on population sizes (mimicking the bacterial Quorum Sensing). The system is implemented with great ease, demonstrating both the viability of the navigation strategy and the versatility, robustness and scalability of the OpenRRArch architecture.Conclusions: The proposed architecture constitutes a solution for the construction of distributed control systems, in particular multi-agent robotic systems. It enables the rapid, low-cost and high-performance implementation of systems with real-time cooperation and communication capabilities. The architecture allows the integration of agents with different processing capabilities, which allows adaptation to the needs of the task. The functions of each agent can be reduced or increased from their code, and/or by selecting other embedded hardware.Contexto: Los sistemas de control y navegación de robots autónomos constituyen un dinámico campo de investigación en robótica. Los esquemas y estrategias propuestos como posible solución a problemas se evalúan siempre sobre prototipos de laboratorio a fin de determinar su desempeño real. Se propone en este artículo una arquitectura para el diseño y desarrollo de sistemas robóticos, particularmente sistemas autónomos multirrobot, que facilite el trabajo en laboratorio gracias a una arquitectura abierta con características de robustez y confiabilidad.Método: La arquitectura se soporta en herramientas hardware y software open source. La estrategia de operación y comunicación se caracteriza por un bajo consumo de recursos, tanto en procesamiento como en comunicación, y operación en tiempo real. Se utiliza Linux como plataforma de desarrollo y sistema operativo, en particular para el esquema de comunicación, y los sistemas embebidos sobre un procesador de 32 bits con set de instrucciones de 16 bit (no es ARM, pero con arquitectura Harvard) corriendo a 80 MHz (el LX106 de Tensilica Xtensa) para la implementación de los agentes. Dadas las herramientas utilizadas, la solución también demuestra ser eficiente y económica.Resultados: La arquitectura ha sido aplicada exitosamente en la implementación de una estrategia de navegación para un conjunto de pequeños robots autónomos. A un conjunto de robots se les proporciona capacidad de comunicación WiFi, capacidad mínima de localización del ambiente (detección de obstáculos) y un algoritmo de navegación basado en tamaños poblacionales (imitando el Quorum Sensing Bacterial). El sistema se implementa con gran facilidad, demostrando no sólo la viabilidad de la estrategia de navegación, sino también la versatilidad, robustez y escalabilidad de la arquitectura OpenRRArch.Conclusiones: La arquitectura propuesta constituye una solución para la construcción de sistemas de control distribuidos, en particular sistemas robóticos multiagente. Ésta permite una rápida implementación (a bajo costo y con alto desempeño) de sistemas con capacidad de cooperación y comunicación en tiempo real. La arquitectura permite la integración de agentes con diferentes capacidades de procesamiento, lo cual permite adaptación a las necesidades de la tarea. Las funciones de cada uno de los agentes pueden reducirse o aumentarse a partir de su código, o seleccionando otro hardware embebido