Ampliación funcional del robot Pololu 3Pi+ mediante la integración de un efector final de pinza para tareas de recolección y desplazamiento de objetos

Abstract

Guatemala es un país altamente vulnerable a desastres naturales, donde la intervención humana en escenarios de escombros puede resultar peligrosa. En este contexto, los manipuladores móviles permiten realizar tareas de inspección y transporte de objetos de forma más segura. El robot diferencial Pololu 3Pi+, utilizado dentro del ecosistema Robotat de la Universidad del Valle de Guatemala, ha sido empleado principalmente para experimentos de navegación, pero carece de un efector final que le permita manipular objetos, lo que limita su aplicación en tareas de recolección y desplazamiento. Este trabajo tiene como objetivo ampliar la funcionalidad del Pololu 3Pi+ mediante el diseño e integración de una pinza robótica ligera y compacta, capaz de sujetar distintas figuras geométricas durante el movimiento, y la implementación de una arquitectura de control para coordinar varios robots en una tarea cooperativa. La metodología incluye el diseño iterativo de la pinza, desde configuraciones rígidas en PLA hasta una geometría final en TPU, la selección de piezas de prueba y la evaluación experimental de la efectividad de agarre. Para validar la tarea cooperativa, varios robots transportan cubos y forman una gura con forma de letra "l". La navegación se organiza en tres etapas: aproximación al objeto con control PID, desplazamiento con un controlador no lineal y planificación de trayectoria, y posicionamiento final usando nuevamente control PID. Los resultados muestran una efectividad de agarre cercana al 87.5% y errores de posición y orientación que permiten formar la letra l" de manera precisa.

Guatemala is a country highly vulnerable to natural disasters, where human intervention in rubble scenarios can be hazardous. In this context, mobile manipulators enable safer execution of inspection tasks and object transportation. The Pololu 3Pi+ differential-drive robot, used within the Robotat ecosystem at Universidad del Valle de Guatemala, has been employed mainly for navigation experiments but lacks an end-effector capable of manipulating objects, which limits its application in collection and transport tasks. This work aims to expand the functionality of the Pololu 3Pi+ through the design and integration of a lightweight and compact robotic gripper capable of grasping different geometric shapes while in motion, as well as the implementation of a control architecture to coordinate multiple robots in a cooperative task. The methodology includes an iterative design process for the gripper, progressing from rigid PLA configurations to a final TPU geometry, the selection of test objects, and the experimental evaluation of gripping effectiveness. To validate the cooperative task, several robots transport cubes and assemble a figure in the shape of the letter "L". Navigation is organized into three stages: object approach using PID control, displacement with a nonlinear controller and trajectory planning, and final positioning again using PID control. The results show a gripping effectiveness of approximately 87.5% and position and orientation errors that still allow the robots to accurately form the letter "l".