Hardware / Software Design and Implementation of a Low Cost General Purpose Robotic Swarm

RESUMEN: Una tendencia reciente de la robótica es el desarrollo de grupos robóticos formados por una colección de unidades robóticas simples y generalmente homogéneas, que operan de forma autónoma mediante interacciones locales con su entorno, y capaces de cooperar mediante la comunicación de dichas unidades entre sí sin necesidad de un control centralizado. En este nuevo enfoque, las unidades robóticas captan información de su entorno a través de sus sistemas de sensores. Dicha información es transmitida a las demás unidades robóticas de forma cooperativa, de modo que la inteligencia global del enjambre es mayor que la suma de sus partes, dando lugar a la llamada inteligencia de enjambres. La aplicación de dicha inteligencia al campo de la robótica recibe el nombre de robótica de enjambres. El objetivo de este proyecto es el diseño y la implementación de un enjambre robótico móvil formado por unidades simples de bajo coste y de propósito general. El proyecto incluye las fases de diseño de las unidades robóticas y del sistema en su conjunto, y la implementación de dichas unidades, tanto a nivel físico (el hardware de las unidades) como lógico (su programación), a fin de realizar diversas funciones de manera colaborativa y autónoma. Para ello, se hará uso de diversos sensores, que analizarán el entorno y serán manejados por un microcontrolador que, a su vez, estará controlado por un microprocesador integrado en cada robot y que se encargará de la ejecución de los algoritmos de la inteligencia artificial de la unidad robótica. El chasis de los robots será diseñado en 3D usando programas CAD (diseño asistido por computador), para ser luego generados físicamente mediante impresión 3D. Se integrará también una placa electrónica de fabricación propia que contenga de manera reducida el microcontrolador y la mayoría de los sensores. Posteriormente, se realizará la programación de los robots mediante Raspberry Pi y el microcontrolador. El resultado será un enjambre robótico de bajo coste y de propósito general, que puede ser utilizado en aplicaciones de robótica de enjambres.ABSTRACT: A recent trend in robotics is the development of robotic groups formed by a collection of simple and generally homogeneous robotic units, which operate autonomously through local interactions with their environment, and able to cooperate through the communication of such units without the need of a centralized control. In this new approach, robotic units capture information about their environment through their sensor systems. This information is transmitted to the other robotic units in a cooperative way, so that the global intelligence of swarm is greater than the sum of its parts, giving rise to the so called swarm intelligence. The application of swarm intelligence to the field of robotics is typically referred to as swarm robotics. The objective of this final degree thesis is the design and implementation of a mobile robotic swarm formed by simple low-cost and general purpose units. The project includes the design of the robotic units and the system as a whole, and the implementation of such units, both at the physical level (the hardware of the units) and logical (its programming), in order to perform various tasks in a cooperative and autonomous way. To this purpose, various sensors will be used, which will analyze the environment and will be handled by a microcontroller which, in turn, will be controlled by an integrated microprocessor on each robot and that will be responsible for the execution of the algorithms of artificial intelligence of the robotic unit. The chassis of the robots will be designed in 3D using CAD programs (computer-assisted design), to be physically generated by 3D printing. An electronic manufacturing plate is also integrated containing the microcontroller and most of the sensors. Subsequently, the programming of the robots will be carried out by Raspberry Pi and the microcontroller. The result will be a low cost and general-purpose robotic swarm, which can be used in swarm robotics applications.Grado en Ingeniería Informátic