¿Qué es exactamente un robot holonómico y cómo se diferencia de los no holonómicos?

La holonomía se refiere a una restricción (o no) entre ejes traslacionales. Si un robot es holonómico con respecto a N dimensiones, es capaz de moverse en cualquier dirección en cualquiera de esas N dimensiones físicas disponibles. Si no es autónomo, está restringido en qué direcciones puede moverse.

Por ejemplo, en un espacio unidimensional, solo hay un eje en el que algo puede moverse. Si finge que ese eje es una vía de ferrocarril, un tren se consideraría holonómico porque podría moverse en cualquier dirección. Si tomas algún objeto que solo puede moverse en una dirección en las pistas, ese objeto no sería autónomo.

Sin embargo, si expandió ese espacio en dos dimensiones de modo que hubiera dos ejes con uno todavía siendo vías férreas, un tren ya no se consideraría holonómico, ya que solo podría moverse a lo largo de un eje predefinido y no es capaz de moverse a lo largo del otro eje físicamente disponible para moverse de otra manera (¡los trenes no pueden moverse hacia los lados!).

Desde el punto de vista de la robótica, puede referirse a los humanos como holonómicos dentro de nuestro espacio bidimensional (no podemos volar). Si construyes un robot que pueda moverse en cualquier dirección como una lata humana, también sería holonómico. Si construyera un robot que solo pudiera moverse hacia adelante, hacia los lados o hacia atrás, ese robot no sería autónomo.

Un robot holonómico significa que el número de grados de libertad (por ejemplo, 3 parámetros de traducción en el espacio 3D y 3 parámetros de rotación) es igual al número de grados de libertad controlables. Sin embargo, no holonómico significa que el número de grados de libertad controlables es menor que el número de grados de libertad que experimenta el robot.

Esto es un poco confuso, así que mostraré algunos ejemplos. BB8 en la nueva película de Star Wars (antigua, supongo que ahora) se mueve al implementar un peso en la parte superior de su cuerpo. El número de DOF de este robot es 3: actúa en un plano 2D con rotación adicional. Sin embargo, el mecanismo real que controla el movimiento solo tiene dos DOF ​​(grados de libertad) porque se mueve en el plano 2D como se puede controlar pero no puede girar. Un automóvil es otro mecanismo no holonómico. No se puede colocar directamente un automóvil en el espacio, por lo que el estacionamiento en paralelo no es la cosa más fácil del mundo.

En comparación, las omni-ruedas son estructuras mecánicas que dirigen el control sobre el movimiento en el espacio 3DOF (2 traslaciones y una sola rotación).