Pumas@Home 2020 – RoboCup Burdeos

Descripción del Equipo: Pumas@Home 2020

Institución: Laboratorio de Bio-Robótica, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)

Participación: RoboCup@Home 2020 — Open Platform League (OPL)

Integrantes del Equipo: Jesús Savage, Julio Cruz, Reynaldo Martell, Hugo Estrada, Marco Negrete, Diego Cordero, Manuel Pano, Julio Martínez y Luis González.


1. Trayectoria y Antecedentes del Laboratorio

El Laboratorio de Bio-Robótica de la UNAM ha participado de forma continua en RoboCup@Home desde su inicio en Bremen 2006. El equipo Pumas obtuvo el 2.° lugar mundial en las ediciones de 2018 y 2019, así como el 4.° lugar y el galardón al Mejor Reconocimiento de Voz y Comprensión del Lenguaje Natural en Nagoya 2017, consolidando además participaciones en el certamen europeo ROCKIn.


2. Arquitectura de Software: ViRBot

El robot opera bajo la arquitectura ViRBot (Virtual and Real Robot), integrando nodos de ROS en Linux y módulos de Windows a través del middleware propio Blackboard:

  • Capa de Entradas (Inputs): Recolecta lecturas de LiDAR, sonares, sensores infrarrojos, micrófonos y cámaras RGB-D Kinect, aplicando procesamiento digital de señales para generar representaciones simbólicas y creencias sobre el estado del entorno.
  • Capa de Gestión del Conocimiento: Mantiene mapas de ocupación mediante SLAM, estimación de pose con Filtro de Kalman y razonamiento experto basado en reglas con CLIPS (NASA).
  • Capa de Planeación: Valida las creencias del entorno, reconoce situaciones operativas y genera secuencias de metas y operaciones en el espacio de estados.
  • Capa de Ejecución: Despliega máquinas de estados finitos que ejecutan procedimientos modulares preprogramados (detección y seguimiento de personas, agarre y navegación).

3. Líneas de Investigación y Desarrollos Técnicos

A. Comprensión del Lenguaje Natural mediante Dependencias Conceptuales (CD)

Representación semántica estructurada basada en la teoría de Dependencias Conceptuales de Schank dentro de un sistema experto:

  • Descompone comandos hablados en primitivas conceptuales como ATRANS (transferencia de posesión o relación abstracta, ej. entregar) y PTRANS (transferencia de ubicación física, ej. desplazarse).
  • Identifica actor, acción, objeto y dirección para poblar hechos en la memoria de trabajo de CLIPS sin depender de sintaxis gramaticales cerradas.
  • Permite que el motor de inferencias active reglas de producción jerárquicas y sintetice planes de acción deterministas en espacio de estados.

B. Interacción Humano-Robot Multi-Robot (Integración con Amazon Alexa)

Esquema de interacción distribuida que permite controlar múltiples robots desde cualquier habitación del hogar mediante dispositivos inteligentes:

  • Dispositivos Amazon Echo capturan las órdenes de voz y las envían a Alexa Voice Service (AVS) configurado con Skills especializadas.
  • Un nodo de servicios web en Node.js recibe las solicitudes en formato JSON, construye la Dependencia Conceptual (CD) y la comunica a Justina y Takeshi mediante ROS Bridge.
  • Permite la cooperación entre plataformas, demostrada en tareas conjuntas donde Takeshi recibe a los invitados en la entrada y Justina atiende y sirve bebidas en la sala.

C. Segmentación Semántica con Mask R-CNN

Implementación de la red convolucional Mask R-CNN acelerada por GPU para mejorar el reconocimiento de objetos en escenas complejas, extrayendo regiones de interés (RoI) y generando máscaras de segmentación píxel a píxel en tiempo real.


4. Ficha Técnica: Robot Justina

Base Móvil Base omnidireccional con configuración de par diferencial y ruedas omnidireccionales
Torso y Cabeza Torso elevador de 1 GDL (mecanismo de tornillo sin fin y engranes); cabeza mecatrónica de 2 GDL con servomotores Dynamixel
Manipuladores Dos brazos antropomórficos de 7 GDL accionados por 10 servomotores Dynamixel cada uno
Sensores y Visión LiDAR Hokuyo URG-04LX-UG01, sensor RGB-D Microsoft Kinect, cámara Logitech Pro C920 Full HD
Audio y Micrófonos Micrófono direccional Røde NTG2, arreglo de cuatro micrófonos para localización de fuentes acústicas, altavoces duales
Software y Nodos ROS Kinetic, middleware Blackboard, ROS Gmapping, navegación con A*, YOLO, FaceNet, OpenPose, síntesis con Loquendo, CLIPS (NASA)
Cómputo Embebido Kit de desarrollo NVIDIA Jetson TX2 para procesamiento gráfico y visión, corriendo Ubuntu 16.04 LTS y máquina virtual Windows 7