La navegación y manipulación en humanoides descansa en cuatro pilares: percepción/SLAM, planificación de movimiento, control de cuerpo completo y seguridad. En la práctica: usa Nav2 para navegar con mapas y sensores, MoveIt para planificar trayectorias de brazos/manos, y un control operativo (operational-space / whole-body) para coordinar equilibrio y tareas simultáneas. Mide éxito por tasa de tarea, latencias y límites de fuerza.
Navegación y manipulación en humanoides
Por qué importa dominar la navegación y manipulación en humanoides
Sin una buena navegación y manipulación en humanoides, tienes vídeos bonitos y poco más. La clave es llegar al sitio correcto (navegación) y hacer lo correcto con las manos (manipulación) sin perder equilibrio ni violar límites de fuerza junto a personas.
Percepción y SLAM: localizarse y mapear sin dramas
SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) permite que el robot estime su pose y construya un mapa del entorno mientras se mueve. La revisión de Cadena et al. resume 30 años de avances y retos de robustez en entornos reales (cambios de luz, dinámica, largo plazo).
Puntos finos:
- Sensores: RGB-D/LiDAR + IMU para fusión; calibración intrínseca/extrínseca.
- Representación: malla/ocupación; capas semánticas ayudan a manipular “cosas” y no píxeles.
- Latencia: si SLAM se atrasa, se fastidia la navegación y manipulación en humanoides (desincronización con control).
Planificación de movimiento: del objetivo al trayecto
Para brazos/manos, el estándar de facto en ROS es MoveIt, que integra planificadores (OMPL, etc.), cinemática, chequeo de colisiones y grasp planning. Te da trayectorias que respetan límites articulares y evitan choques.
Para cuerpo completo, planificas con restricciones: equilibrio, contacto de pies, alcance de manos. Aquí es donde la navegación y manipulación en humanoides se juntan: a veces mueves el cuerpo para que el brazo alcance la maneta, no al revés.
Control de cuerpo completo: que no se caiga… y haga la tarea
El Operational Space Control (OSC) de Khatib formula el control directamente en espacio de tarea (fuerza/movimiento del efector), con prioridades para cumplir equilibrio y objetivos. Extensiones de control de cuerpo completo (Sentis & Khatib) permiten coordinar múltiples tareas (manos, tronco) sin perder estabilidad. Esto es la base real para coordinar navegación y manipulación en humanoides sin dramas.
Ideas clave:
- Prioridades de tarea (equilibrio > colisión > mano).
- Null space para mover “graciosamente” sin estropear la tarea principal.
- Contactos múltiples (mano-objeto, pie-suelo) con límites de fuerza.
Integración práctica: Nav2 + MoveIt + percepción
- Nav2 (ROS 2): navegación con mapas, path planning, evitación de obstáculos y control local. Mantiene el robot bien posado mientras se mueve por pasillos y puertas.
- MoveIt: planifica agarres y trayectorias de brazos/manos, comprueba colisiones y ejecuta movimientos suaves.
- Capa de control (OSC/whole-body): asegura equilibrio mientras el brazo trabaja.
Patrón típico: Nav2 te lleva a la estantería; MoveIt mueve brazo y mano para coger; el control de cuerpo completo mantiene el centro de masas y los contactos estables. Esa ecuación es la esencia de una navegación y manipulación en humanoides fiable.
Métricas y KPIs de operación
- Navegación: éxito de llegada al goal, desvío (m), tiempos de ruta, colisiones evitadas.
- Manipulación: tasa de agarre a la primera, mm de precisión, tiempo de ciclo.
- Coordinación: reinicios de equilibrio, latencia percepción→control (ms).
- Seguridad: paradas por contacto, cumplimiento de límites de fuerza/energía.
- Robustez: éxito con luz difícil, cambios de disposición, obstáculos imprevistos.
Riesgos y seguridad (colaboración y contacto)
En entornos con personas, además del buen hacer técnico de la navegación y manipulación en humanoides, debes cumplir normas y validar modos colaborativos. Aunque las referencias canónicas son industriales y colaborativas, su marco ayuda a establecer límites de fuerza/energía y procedimientos de parada segura en células mixtas. (Consulta ISO/TS 15066 para modos colaborativos y revisa los principios de diseño seguro).
Checklist de puesta en marcha
- Mapa base y waypoints críticos (puertas, docks, estanterías).
- Calibración: cámara-cabeza, cámara-muñeca, IMU, hand-eye.
- Nav2 ajustado a tu ancho de pasillo y radios de seguridad.
- MoveIt con límites de velocidad/par y modelos de colisión del entorno.
- Control de cuerpo completo con prioridades (equilibrio>colisión>mano).
- Pruebas con escenarios “feos” (iluminación, obstáculos móviles).
- KPIs de navegación, manipulación y coordinación.
- Procedimientos de emergencia y paradas seguras.
La navegación y manipulación en humanoides va de coordinar percepción, planificación y control sin perder equilibrio ni seguridad. Con SLAM robusto, Nav2 bien afinado, MoveIt para brazos y un control de cuerpo completo, estarás en la senda de tareas reales medibles y repetibles. Para profundizar: Cadena et al. (SLAM), docs de Nav2 y MoveIt, y Khatib/Sentis en control operativo
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Team Evolupedia
Si el entorno cambia o hay incertidumbre en localización, sí: SLAM te ancla. Si todo es estático y bien balizado, puedes tirar de localización pura, pero en la práctica SLAM moderniza robustez.
Sirve también para humanoides: planifica trayectorias de brazos/manos y chequea colisiones; para cuerpo completo puedes integrarlo con control de prioridades y restricciones.
Es un marco que controla directamente en el espacio de tarea (fuerzas/velocidades del efector), manteniendo prioridades y usando el null space para no romper otras tareas (como el equilibrio). Base del control de cuerpo completo.
Minimiza la ruta percepción→planificación→control, usa cámaras en muñeca, reduce oversubscription de GPU y sincroniza relojes (ROS 2). Mide latencia end-to-end.
