Diseño e implementación de mecanismo para la deposición de una feromona ferromagnética desde un robot móvil utilizado para robótica de enjambres

Abstract

En este documento se presenta el diseño, la implementación y validación de un sistema de deposición de una feromona ferromagnética compuesta por óxido de hierro, azúcar, agua y levadura, a utilizarse como parte del proyecto “Planificación de Rutas Óptimas por medio de Enjambres” de la Escuela de Matemática y el Área Académica de Ingeniería Mecatrónica del Instituto Tecnológico de Costa Rica. El proyecto surge de la necesidad de implementar un método de comunicación bio inspirado -como lo son las feromonas- en un enjambre de robots móviles de modo que esto permita y contribuya a lograr un comportamiento colectivo que sea coordinado por medio de la interacción entre diversos robots por medio de una comunicación entre ellos. El sistema diseñado constituye una primera fase de la implementación de este sistema en el enjambre robótico disponible dentro del proyecto PROE pues en esta primera etapa este va colocado sobre un robot móvil Robotino® de la marca alemana Festo, el cual se encarga del transporte del mecanismo diseñado y de la deposición de la sustancia ferromagnética para que esta sea detectada -por medio de un magnetómetro- por los Atta Robots utilizados dentro del proyecto PROE. En una segunda instancia se pretende adaptar el sistema diseñado para que pueda colocarse sobre estos últimos, los cuales son robots más ligeros, de menor potencia y con menor capacidad de procesamiento que el Robotino® utilizado. Para el desarrollo del sistema diseñado se siguió la metodología de diseño para ingeniería propuesta por los autores Karl Ulrich y Steven Eppinger de modo tal que en el presente documento se muestran todas las etapas de determinación de necesidades, generación y selección de conceptos que permitieron llegar al prototipo funcional obtenido. Asimismo, se muestra la fase de validación para la cual se implementaron conceptos estadísticos de modo tal que se lograra asegurar una precisión de un 95% de los resultados obtenidos de distancia entre gotas, tamaño de gotas y magnetización de estas, con el objetivo de verificar el cumplimiento de los parámetros especificados por el usuario, así como también las características de localidad, difusión y evaporación propias de una feromona.

This paper presents the design, implementation, and validation of a ferromagnetic pheromone deposition system composed of iron oxide, sugar, water, and yeast, to be used as part of the project "Optimal Route Planning by means of Swarms" of the School of Mathematics and the Academic Area of Mechatronics Engineering of the Instituto Tecnológico de Costa Rica. The project arises from the need to implement a bio-inspired communication method -such as pheromones- in a swarm of mobile robots so that it allows and contributes to achieving a collective behavior that is coordinated through the interaction between different robots by means of communication between them. The designed system constitutes the first phase of the implementation of this system in the robotic swarm available within the PROE project, since in this first stage it is placed on a mobile robot Robotino® of the German brand Festo, which is in charge of the transportation of the designed mechanism and the deposition of the ferromagnetic substance so that it is detected -by means of a magnetometer- by the Atta Robots used within the PROE project. In a second instance, it is intended to adapt the designed system so that it can be placed on these Atta Robots, which are lighter robots, less powerful and with lower processing capacity than the Robotino® used. For the development of the designed system, the engineering design methodology proposed by the authors Karl Ulrich and Steven Eppinger was followed, so this document shows all the stages of needs determination, generation, and selection of concepts that led to the functional prototype obtained. Likewise, the validation phase is shown, for which statistical concepts were implemented in order to ensure a 95% accuracy of the obtained results of the distance between drops, droplet size, and magnetization of these, with the aim of verifying compliance with the parameters specified by the user, as well as the characteristics of locality, diffusion, and evaporation of a pheromone.