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“DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN ROBOT CUADRÚPEDO EN LA HERRAMIENTA
SOLID EDGE PARA IMPLEMENTARLO EN MAQUINAS DE ACOMPAÑAMIENTO A
PERSONAS DISCAPACITADAS”
DANIEL ZETTA GIRÓN MEJÍA
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE PEREIRA
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES
PEREIRA
2013
“DISEÑO DE UN ROBOT CUADRÚPEDO EN LA HERRAMIENTA SOLID EDGE
PARA IMPLEMENTARLO EN MAQUINAS DE ACOMPAÑAMIENTO A PERSONAS
DISCAPACITADAS”
DANIEL ZETTA GIRÓN MEJÍA
INFORME DE PROYECTO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO
DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES.
ASESOR
GUILLERMO CESPEDES DE LOS RIOS
INGENIERO ELECTRÓNICO
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE PEREIRA
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES
PEREIRA
2013
INDICE DE ILUSTRACIONES Y CUADROS
A. TABLAS
1. Cronograma de actividades
2. Requerimientos del robot cuadrúpedo
B. IMÁGENES
1. Robótica para todos
2. El futuro de las prótesis de mano
3. Sensores propioceptivos
4. Visión de robot
5. Silla de ruedas motorizada
6. Exoesqueleto robótico
7. BigDog 01
8. BigDog 02
9. LittleDog
10. Silo4 01
11. Silo4 02
12. Cheetah
13. Hubo
14. Eco-energía x6 01
15. Eco-energía x6 02
16. Nao
17. Actuadores para robots
18. Parte A del cuadrúpedo
19. Parte B del cuadrúpedo
20. Parte C del cuadrúpedo
21. Parte A, B y C
22. Cuerpo del cuadrúpedo
23. Cabeza del cuadrúpedo
24. Distribución interna
25. Esquema de la simulación
26. Perro simulación
27. Simulación en proceso 01
28. Simulación en proceso 02
29. Simulación en proceso 03
30. Instalación 01
31. Instalación 02
32. Instalación 03
33. Instalación 04
34. Instalación 05
35. Instalación 06
36. Instalación 07
37. Instalación 08
38. Instalación 09
39. Instalación 10
40. Instalación 11
41. Instalación 12
42. Cuadrúpedo en solid edge
43. Pata del cuadrúpedo en solid edge
44. Dos cuadrúpedos en adobe flash player.
45. Cuadrúpedo en caminata 01.
46. Cuadrúpedo en caminata 02.
47. Cuadrúpedo en caminata 03.
48. Cuadrúpedo en caminata 04.
49. Cuadrúpedo en caminata 05.
50. Un cuadrúpedo en adobe flash player.
51. Cuadrúpedo en carrera 01.
52. Cuadrúpedo en carrera 02.
53. Cuadrúpedo en carrera 03.
54. Cuadrúpedo en carrera 04.
55. Cuadrúpedo en carrera 05.
56. Acción de caminar.
57. Caminata entre el invidente y el robot 01.
58. Caminata entre el invidente y el robot 02.
59. Caminata entre el invidente y el robot 03.
60. Caminata entre el invidente y el robot 04.
61. Simulación perro_persona 01
62. Simulación perro_persona 02
63. Simulación perro_persona 03
64. Simulación perro_persona 04
65. Simulación perro_persona 05
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………7
2. DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA……………………………8
3. PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN…………………………………………………..8
4. OBJETIVOS…………………………………………………………………………….8
4.1 OBJETIVO GENERAL ...……….………………………………………………….8
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ……………………………………………………...8
5. JUSTIFICACIÓN………………………………………………………………….…….9
6. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES……………………………………………….10
7. MARCO CONTEXTUAL……………………………………………………………..10
8. ANTECEDENTES……………………………………………………………………16
8.1 BIGDOG……………………………………………………………………………16
8.2 LITTLEDOG………………………………………………………………………..18
8.3 SILO4 .....………………………………..…………………………………..…….19
8.4 CHEETAH…………………………………………………………………………21
8.5 HUBO ....…………………………………………………………………………...22
PROTOTIPO ROBÓTICO A NIVEL NACIONAL. …………………………………24
8.6 ECO-ENERGÍA X 6………………………………………………………………24
8.7 NAO………………………………………………………………………………..25
9. MARCO CONCEPTUAL ……………………………………………………………27
9.1 DEFINICIÓN DE TERMINOS BÁSICOS ...……………………………………27
9.2 CARACTERÍSTICAS DE GRAN VARIEDAD DE ROBOTS…………………31
9.3 ROBOTS ASISTENTES ..………………………………………………………40
10. DISEÑO Y METODOLOGÍA ...…………………………………………………….42
10.1 ETAPAS DEL DISEÑO....……………………………………………………42
10.2 METODOLOGÍA DE LA PROGRAMACION………………………………48
10.3 ESTRUCTURA DEL ROBOT CUADRÚPEDO EN SOLID EDGE ……...60
11. ANIMACIÓN Y SIMULACIÓN……………………………………………………....62
12. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....………………………………….79
13. BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………….81
14. WEBGRAFÍA………………………………………………………………………….81
RESUMEN.
El presente documento aborda el tema de la robótica cuadrúpeda y la interacción que
este puede llegar a tener con las personas que poseen discapacidad visual, con el
propósito de ofrecerles un recurso diferente a los “Auxilios” ya existentes, mejorando el
estilo de vida que asumen hoy por hoy estas personas y con los cuales se tienes que
enfrentar cada día, mostrándoles así, las diferentes ventajas que pueden adquirir
cuando permiten el acceso de los innumerables avances tecnológicos que hoy tenemos
en sus vidas.
La idea de este proyecto es aportar mucha más información y documentación de un
robot cuadrúpedo, con el objetivo de que se implemente en un futuro prototipo, que
pueda ser controlado fácilmente por la persona, permitiéndole reemplazar las diferentes
acciones que realiza un bastón blanco o un perro lazarillo para así, realizar labores con
mayor seguridad, dándole mayor independencia, y brindándole a la vez la oportunidad
de introducirla en el mundo informático y robótico.
Palabras clave: robótica cuadrúpeda, discapacidad visual, estilo de vida, perro lazarillo,
mayor seguridad.
ABSTRACT.
The present document approaches the topic of the quadruped robotics and the
interaction that this one can manage to have with the persons who possess visual
disability, with the intention of offering them a resource different from the already
existing "Aids", improving the way of life that these persons assume today per today and
with which you have to face every day, showing them this way, the different advantages
that they can acquire when they allow the access of the innumerable technological
advances that today we have in his lives.
The idea of this project is to contribute great more information and documentation of a
quadruped robot, with the aim that it is implemented in a future prototype, which could
be controlled easily by the person, allowing him to replace the different actions that a
white cane or a seeing eye dog realizes for this way, to realize labors with major safety,
giving him major independence, and offering to him simultaneously the opportunity to
introduce her in the IT and robotic world.
Key words: quadruped robot, visual impairment, lifestyle, guide dog, greater safety.
7
1. INTRODUCCIÓN
Desde el principio de los tiempos el hombre ha tenido la incesante necesidad de poner
todos sus conocimientos al servicio de la humanidad, y dicho esfuerzo ha sido orientado
a través de diferentes ramas de las ciencias, las matemáticas, la física, la electrónica,
entre otras.
El gran avance tecnológico de los últimos años ha logrado que la electrónica y en
especial aplicaciones como la robótica y la automatización simulen actividades
cotidianas que aria cualquier persona, con el propósito de simplificar el día a día y
realicen las diferentes acciones que puedes ser riesgosa para el ser humano, en donde
cada vez se necesitan profesionales más capacitados, más experimentados y mas
preparados para desarrollar estos ayudantes mecánicos, los cuales pueden brindar un
acompañamiento continuo y seguro ya sea a una persona en particular, una empresa o
en una sociedad.
Estas autómatas se pueden clasificar en diferentes campos ya sea para usos
domésticos, educación y entretenimiento, en la sanidad, en una compañía o incluso en
el medio ambiente, pero la incorporación de estas máquinas requieren de sistemas
mecánicos muy actualizados, ligeros y que no impliquen riesgo alguno, para tener una
adecuada interacción con los humanos que lo requieren, y de igual forma, un excelente
medio de interacción en las interfaces de usuario que les permitan a las personas
controlar y disponer de estas máquinas con facilidad.
Hoy en día se pueden ver muchas de estas máquinas inteligentes en industrias muy
conocidas a nivel mundial trabajando en compañía de los seres humanos con el
propósito de obtener un resultado satisfactorio en alguna acción que llevan a cabo, las
personas emiten las diferentes acciones que quieren que ocurran y la herramienta ósea
el robot, simplemente cumple con su deber y teniendo en cuenta estos escenarios, se
quiere implementar esta misma acción de cooperación con un robot cuadrúpedo y los
seres humano que no poseen el sentido de la vista, conocidos como invidentes.
8
2. DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
Como Ingenieros de Sistemas y Telecomunicaciones nos damos cuenta que la robótica
cuadrúpeda ofrece una alternativa de cambio al problema que presentan las personas
con discapacidad visual, ya que este mundo está diseñado para personas “normales” y
entiéndase por normales aquellas que no tiene dificultad de sobrevivir por si solas, por
que presentan todas sus extremidades o sus sentidos funcionando correctamente.
Desde ese punto de vista se quiere implementar la robótica y los elementos que le
permitan a estas personas conllevar una vida de manera más simple, por medio de un
robot cuadrúpedo, con el fin de guiarlos siendo los ojos y oídos de su amo,
proporcionándole seguridad al momento de enfrentarse al mundo exterior, y dándoles
una conexión a la vez con el mundo de la tecnología.
3. PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN
¿Es posible a través de la robótica cuadrúpeda mejorar la calidad de vida de una
persona discapacitada?
4. OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GENERAL.
Diseñar e Implementar un robot cuadrúpedo a través de la herramienta Solid Edge.
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Indagar sobre el funcionamiento y los principales componentes de un sistema
robótico cuadrúpedo.
Elaborar el diseño de un robot cuadrúpedo en la herramienta “Solid Edge”
Realizar la simulación de interacción entre el robot cuadrúpedo y la persona
discapacitada por medio de flash player.
9
5. JUSTIFICACIÓN
Realizar el estudio de la robótica cuadrúpeda, es una buena oportunidad para simular el
movimiento y comportamiento de un animal que le facilite la vida a un ser humano
discapacitado, y demostrar que la maquina puede llegar a ser mejor que el mismo can,
ya que estos, los lazarillos, a pesar de ser muy entrenados presentan algunas
dificultades como por ejemplo, que se alteran con la comida o sienten nervios cuando
algo les inquieta, y por esta razón se quiere abordar el tema desde la mecánica y la
robótica, en donde estas maquinas simplemente se programen para realizar una acción
y se lleven a cabo teniendo en cuenta las diferentes leyes de la robótica, escritas por
Isaac Asimov aparecidas por primera vez en el relato Runaround (1942), en donde:
1. A robot may not injure a human being or, through inaction, allow a human being
to come to harm.
2. A robot must obey the orders given to it by human beings, except where such
orders would conflict with the First Law.
3. A robot must protect its own existence as long as such protection does not
conflict with the First or Second Laws.
Delgado R, Alberto (1998). Inteligencia Artificial y Minirobots. Santa fé de Bogota DC.
Colombia: Ecoe Ediciones
También se quiere determinar los aspectos relevantes de una maquina de cuatro patas
cuando está en la acción de caminar, correr e incluso saltar y hacer una buena
comparación ante los bípedos, hexápodos y octópodos para que se obtenga más
conocimiento en general de la robótica, y halla un mayor interés de las personas sobre
este tema.
Hoy en día podemos observar que un discapacitado, que no puede ver por causa de la
ceguera, normalmente anda acompañado de un perro lazarillo o en su defecto de un
bastón blanco para ciegos, con este proyecto se quiere brindar más información y
documentación de un cuadrúpedo robot, con el fin de que se implemente en un futuro
10
prototipo que pueda ser controlado fácilmente por la persona, que le permita
reemplazar las distintas acciones, ya sea con este objeto o este canino para así,
realizar labores con mayor seguridad, dándoles mayor independencia, brindándoles
continuo acompañamiento y reducir un posible aislamiento social que pueden presentar
este tipo de personas por ser un poco diferentes.
También, la robótica cuadrúpeda podría mejorar mucho el desarrollo de distintas
actividades de una persona, reforzar la seguridad de una empresa, o maquinas que
permitan el levantamiento y traslado de grandes cantidades de peso, y muchas otras
labores que ayuden a ampliar el panorama de la robótica en general.
6. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
El cronograma de actividades se basó en los tres objetivos específicos que se
plantearon inicialmente.
Tabla No. 1: Cronograma de actividades.
7. MARCO CONTEXTUAL
La robótica, se basa en una estructura mecánica universal capaz de adaptarse a
diferentes tipos de acciones realizadas por el ser humano como los son las
características de movilidad, programación, autonomía y multifuncionalidad, pero en un
sentido actual esta idea mecánica abarca un gran número de dispositivos de alta gama
basadas en trazos físicos y funcionalidades simultaneas, pero ¿Con qué nivel de
11
desarrollo en el tema de la tecnología y la robótica nos encontramos actualmente en
Colombia?
Según un estudio denominado Índice de Sociedad de Información “ISI” realizado por la
firma consultora Everis y la Escuela de Negocios IESE-Cela de España quien
selecciona los cinco países con mayor adopción de tecnología asegura que Colombia
ocupa el cuarto puesto en uso de tecnologías de América Latina y les asigna una
calificación teniendo en cuenta los indicadores económicos y sociales de cada uno.
En el informe del 2008, se establece que Colombia no solo se estableció entre los cinco
primeros en Latinoamérica, sino que su puntaje de 4,32 le permitió superar por primera
vez a Brasil, que cerró este período con 4,24 puntos.
Este estudio fue liderado por Chile, que sobresale entre los demás países con un
puntaje de 5,78; segundo está Argentina (4,79) y tercero México (4,61).
Según esta firma consultora Everis y la Escuela de Negocios IESE-Cela de España, si
Colombia continua evolucionando en tecnología es muy probable que Colombia supere
a México, en donde estos indicadores convierten a Colombia en el país más atractivo
para la inversión extranjera en la región.
“Portafolio.co”. [en linea]. [15 de Noviembre del 2012]. Disponible en la web:
http://www.portafolio.co/archivo/documento/CMS-4189767
Según la página web “Campus-Party”, Colombia tiene muy buenos desarrollos en los
parámetros de la robótica, como las prótesis de mano, visión de robot y otros que se
muestras a continuación.
12
A. Imagen No. 1: Robótica Para todos
Robótica para todos es una de las categorías de Campus Party que le permitió a las
personas asistir a charlas y conferencia sobre nanotecnología y robótica aplicada a la
medicina, participar en talleres y conocer algunos de los robots desarrollados en
Colombia que participan en retos internacionales.
B. Imagen No. 2: El futuro de las prótesis de mano
El futuro de las prótesis de mano fue una conferencia que realizó el Ingeniero
Electrónico Luis Eduardo Rodríguez Cheu, el cual aportó conceptos y características de
las prótesis clásicas de mano, así como la problemática del diseño de nuevas manos
robóticas poli articuladas y sus restricciones para el uso de pacientes amputados.
También se presentaron avances en nuevos controles para adquirir y procesar señales
neuronales que permiten generar comandos inspirados en el agarre y la manipulación
de la mano humana.
13
C. Imagen No. 3: Sensores propioceptivos. Unidades inerciales y su uso en robótica
Los sensores propioceptivos: unidades inerciales y su uso en robótica fue una
conferencia realizada por el Ingeniero Eléctrico y Magister Francisco Carlos Calderón,
en donde aporto información sobre el funcionamiento de los componentes internos de
una Unidad de Medición Inercial (IMU), dando a conocer que el costo de algunos
elementos como el acelerómetro, giróscopos y magnetómetros a descendido de tal
manera que hoy en día se pueden encontrar fácilmente en celulares o consolas de
videojuegos.
D. Imagen No. 4: Visión de robot
Visión de robot fue otra de las conferencias realizadas en Campus Party por el
conferencista Flavio Prieto, en donde manifestó que la visión en las maquinas pueden
modificar su funcionamiento ante cambios en la posición de objetos e incluso imitar al
ser humano. El aprendizaje por imitación permite la flexibilidad en la programación de
tareas que puede realizar un robot humanoide o un robot industrial, ya que posibilita
que pueda ser instruido por operarios sin conocimientos en programación de robots.
14
“Campus PartyTM”. [en linea]. [15 de Noviembre del 2012]. Disponible en la web:
http://www.campus-party.com.co/2012/Robotica.html
Con base en la robótica para apoyo a discapacitados, sabemos que el objetivo del
avance tecnológico ha sido el desarrollo de dispositivos que se asemejen y se
comporten como humanos. En 1921 Karel Kapek planteó la idea de un verdadero
hombre artificial, de robots industriales, robots móviles con ruedas, robots con patas, o
prótesis médicas, con una gran variedad de posibles y reales aplicaciones para asistir a
personas con algún tipo de discapacidad y gracias a esta idea, se inició la elaboración
de diferentes dispositivos y en especial de robots para ayuda a personas
discapacitadas o de edad avanzada, impulsando así, varios prototipos de nuevas sillas
de ruedas para ayuda a la movilidad de estas personas.
Con base en esta línea de trabajo, se dio a conocer un proyecto con el nombre de
“Desarrollo de una silla de ruedas motorizada con capacidad de conducción
supervisada y navegación autónoma”, que actualmente está finalizando el Grupo de
Robótica, Percepción y Tiempo Real del departamento de Informática e Ingeniería de
Sistemas de la Universidad de Zaragoza.
Imagen No. 5: Silla de ruedas motorizada.
15
“Aragón Investiga”. [en linea]. [15 de Noviembre del 2012]. Disponible en la web:
http://www.aragoninvestiga.org/Robots-para-ayudar-a-los-discapacitados/
Varias empresa se están enfocando en el diseño y elaboración de trajes robot para
ayudar a las personas con alguna discapacidad, para que adultos mayores recuperar
una mayor movilidad de su cuerpo, o simplemente para darle a las personas fuerza
sobrehumana como lo vemos en las series de ciencia ficción.
El profesor Yoshiyuki Sankai, jefe del laboratorio de cibernética de la universidad de
Tsukuba, en Tokio, Japón, creo el “Exoesqueleto Robótico” conocido como HAL (Hybrid
Assistive Limb)
Imagen No. 6: Exoesqueleto robótico.
El traje es un "exo-esqueleto de sistema de potencia asistida" que permite al usuario
levantar grandes cantidades de peso, una acción que no sería posible realizar sin el uso
de este traje.
16
Algunos sensores tales como sensores de ángulo, sensores mioeléctricos, sensores de
piso, y otros involucrados, se adaptan a las condiciones de HAL y del operador o
usuario.
“Bioingenud”. [en linea]. 27 de Marzo del 2011 [15 de Noviembre del 2012]. Disponible
en la web: http://bioingenud.blogspot.com/2011/03/robotic-exoskeleton.html
La robótica se apoya en gran medida en los progresos de la microelectrónica y la
microinformática, así como en nuevas disciplinas como el reconocimiento de formas y la
inteligencia artificial; en este sentido la robótica cuenta con valiosos recursos a su
alcance: electrónica, servomecanismos, controladores, sensores y equipos de
comunicación entre otros. Las investigaciones actuales se orientan especialmente a la
construcción de maquinas capaces de trabajar en medios parcialmente desordenados y
de responder con eficacia ante situaciones no totalmente previstas o sea que el robot
sea capaz de relacionarse con el mundo que le rodea a través de sensores y de tomar
decisiones en tiempo real.
8. ANTECEDENTES
Las robótica cuadrúpeda tiene mucho aporte tanto teórico como práctico que se dio a
conocer gracias a una gran número de maquinas que has sido diseñadas y
modificadas, estas máquinas han aportado datos valiosos a la investigación de la
robótica como tal. Algunos de estos proyectos son:
8.1 BIGDOG
Como lo traduce su nombre, BigDog es un robot de gran tamaño que alcanza hasta los
2,5 metros de alto, 3 metros de largo y pesa alrededor de 240 libras. Conocido como el
robot todoterreno, BigDog es capaz de correr y subir terrenos complejos con grandes
cantidades de peso en su cuerpo gracias al sistema hidráulico con el cual está
17
construido y la posibilidad de articular sus cuatro patas, similares a como lo hace un
animal común.
DARPA es la compañía que respaldo el desarrollo del robot original BigDog y con la
ayuda de los laboratorios de investigación del ejercito de los Estados Unidos, ahora
tiene la conocida "Manipulación Dinámica" que se acopla perfectamente con los
diferentes sensores que posee, el giroscopio y el sistema de visión estéreo.
Con la ayuda de todos estos avanzados componentes, este robot de gran tamaño es
capaz de correr cuatro kilómetros por hora, subir pendientes de hasta 35 grados y
desplazarse por medio de agua o nueve, todo esto, trasladando 340 libras de carga en
su cuerpo.
“BigDog – The most advanced rough-terrain robot on earth”, [en linea], [20 de Octubre
del 2012]. Disponible en la web http://www.bostondynamics.com/robot_bigdog.html
Imagen No. 7: BigDog_01
18
Wang, Brian. “Boston Dynamics Petman Robot”. [en linea]. 27 de Octubre del 2009, [20
de Octubre del 2012]. Disponible en la web: http://nextbigfuture.com/2009/10/boston-
dynamics-petman-robot.html
Imagen No. 8: BigDog_02
Zaka. “BigDog, manipulación dinámica del robot”. [en linea]. 06 de Marzo del 2013, [13
de Octubre del 2013]. Disponible en la web: http://www.probytes.es/blog/?p=1631
8.2 LITTLEDOG
Como lo traduce su nombre, LittleDog es un robot de tamaño pequeño que es perfecto
para las investigaciones en terrenos de reducidas dimensiones. Hace parte de la
clasificación de los robots cuadrúpedos donde cada una de sus patas es impulsada por
tres motores eléctricos.
Está conformado por diferentes sensores que miden los ángulos de las articulaciones,
las corrientes del motor y la orientación del cuerpo y del pie con respecto al suelo,
también, posee baterías de polímero de litio que le permiten mantener en continuo
19
funcionamiento hasta por 30 minutos y de igual forma, está financiado por la oficina de
información de tecnología de procesamiento de DARPA (Defense Advanced Research
Projects Agency)
“LittleDog – The locomotion legged robot learning ”, [en linea], [20 de Octubre del 2012].
Disponible en la web: http://www.bostondynamics.com/robot_littledog.html
Imagen No. 9: LittleDog
Betoman. “Cool but creepy robot”. [en linea]. 28 de Mayo del 2010, [20 de Octubre del
2012]. Disponible en la web: http://betolab.net/?m=201005
8.3 SILO4
SILO4 es uno de los diferentes robots cuadrúpedos diseñados para la investigación, su
objetivo principal es brindar un banco de pruebas para experimentos y temas de
discusiones basadas en la inteligencia artificial, la integración de la percepción y la
generación de movimiento. El desarrollo de SILO4 se basó en mostrar una buena
omnidireccionalidad en lugar de una gran velocidad, es una maquina estáticamente
estable y desde el punto de vista de la investigación, este rasgo da mayor capacidad de
desarrollo a nuevos algoritmos de velocidad.
20
Una de las mejores características del SILO4 es que a pesar de su gran tamaño, es una
máquina de peso ligero capaz de ser trasladado por un solo hombre, pero su debilidad
se basa en que tiene un buen desempeño al aire libre bajo condiciones no extremas, es
decir, que SILO4 no puede ser accionado en clima de lluvia.
“Silo4”. [en linea]. 2 de Diciembre del 2010, [20 de Octubre del 2012]. Disponible en la
web: http://www.docstoc.com/docs/25327353/The-SILO4-Walking-Robot
Imagen No. 10: Silo4_01
“4 legs walking robot 1”. [en linea]. 7 de Enero del 2010, [20 de Octubre del 2012].
Disponible en la web: http://microcontroller.circuitlab.org/2010/01/4-legs-walking-robot-
1.html
21
Imagen No. 11: Silo4_02
“Agencia para la difusión de la ciencia y la tecnología”. [en linea]. 14 de Mayo del 2007,
[20 de Octubre del 2012]. Disponible en la web:
http://www.dicyt.com/viewItem.php?itemId=10758
8.4 CHEETAH
Este cuadrúpedo hace alusión al nombre en su totalidad, es el robot guepardo más
rápido del mundo hasta ahora, construido y financiado por DARPA, donde ha
superando las 29 millas por hora.
De la misma forma como lo hace el verdadero animal, Cheetah se dobla hacia atrás y
adelante en cada paso aumentando su velocidad y su zancada gracias al articulado que
lo conforma que ha venido mostrando grandes avances para hacer posible tan
sorprendente movimiento.
22
Actualmente Cheetah es alimentado por una bomba hidráulica que le permite su
continuo funcionamiento, pero ya se estableció que Wildcat (Gato Montés), su próxima
generación, estará diseñado para funcionar sin ataduras.
“CHEETAH - Fastest Legged Robot”. [en linea]. [20 de Octubre del 2012]. Disponible en
la web: http://www.bostondynamics.com/robot_cheetah.html
Imagen No. 12: Cheetah
“Cheetah Robot”. [en linea]. [20 de Octubre del 2012]. Disponible en la web:
http://www.bostondynamics.com/robot_cheetah.html
8.5 HUBO
Hubo es un humanoide creado en el 2004 por Jun-Ho Oh, un profesor del departamento
de ingeniería mecánica del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología (KAIST) en
Corea del sur.
Lo interesante de este robot es que camina en dos patas, pero cuando le conviene, es
capaz de cambiar a locomoción cuadrúpeda usando sus brazos para mejorar su
agilidad y estabilidad.
23
Desde su creación el robot ha tenido innumerables mejoras con diversos avances
tecnológicos estando disponible desde 2012 la última versión comercial de HUBO,
etiquetada como HUBO II.
Este robot está diseñado para superar obstáculos relacionados con catástrofes, en
donde es capaz de realizar ocho diferentes tareas como puede ser ascender y
descender por los peldaños de una escalera, usar herramientas y hasta conducir una
camioneta. Hubo tiene en su mano derecha cuatro dedos en donde uno de estos
funciona de manera independiente, mientras que su mano izquierda solo tiene tres
dedos, pero ambas manos son bastante fuertes como para sostener un peso de hasta 7
kilogramos en cada una de ellas.
Hubo tiene aproximadamente 1.5 metros de altura, un peso de unos 54 kilogramos y
tiene mejores capacidades de visión y coordinación.
Imagen No. 13: Hubo
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“Perfeccionando al robot humanoide HUBO”. [en linea]. 12 de Septiembre del 2013, [14
de Octubre del 2013]. Disponible en la web:
http://noticiasdelaciencia.com/not/8201/perfeccionando_al_robot_humanoide_hubo/
Prototipos Robóticos a Nivel Nacional y Local.
8.6 ECO-ENERGIA X 6
ARISMA es una empresa que a lo largo de sus 35 años de experiencia se ha
especializado en el desarrollo, producción, distribución y comercialización de material
didáctico y tecnología educativa, está establecida en Bogotá, Colombia.
ARISMA cubre todo el mercado nacional y cuneta con distribuidores de toda América
Latina, es el reconocida por su gran invento el “Eco-Energía x 6”. Es un cuadrúpedo
elaborado en poliestireno de alta resistencia y un panel solar el cual le permite ejecutar
los diferentes movimientos, elaborado especialmente para iniciar a los niños en los
conceptos de la transformación de la energía, además del manejo de motores y como
se genera movimiento de manera fotovoltaica.
Imagen No. 14: Eco-energía x6_01
“Robotica”. [en linea]. [15 de Noviembre del 2012]. Disponible en la web:
http://www.robotica-educativa.com/
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Imagen No. 15: Eco-energía x6_02
“Robotica”. [en linea]. [15 de Noviembre del 2012]. Disponible en la web:
http://www.robotica-educativa.com/
8.7 NAO
Colombia tiene buen desempeño en el área de la robótica, pero su fuerte está basado
en las maquinas bípedas, y muchos de estos artefactos han llamado la atención en
otros países como por ejemplo el robot “Nao”
Nao, reconoce las emociones humanas que ve en el rostro de las personas con las dos
cámaras que tiene por ojos y las imita. Tiene temperamento y aprende nuevas formas
de comportamiento.
Nao es un robot en el que se incorporaron diferentes sentidos, similares a los del ser
humano, este autómata es capaz de escuchar, de hablar, observar, reaccionar al tacto,
caminar e incluso hace posible una conexión a Internet para recibir instrucciones. Este
humanoide que es capaz de levantarse del suelo sin ayuda de una persona u otro
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robot, sus características físicas están basadas en una máquina de mediana estatura,
diseñado y desarrollado por la empresa Francesa Aldebaran Robotics.
“Vinces”. [en linea]. 17 de Octubre del 2011. [15 de Noviembre del 2012] Disponible en
la web: http://jvinceso.blogspot.com/2011/10/conozcan-al-nao-robot.html
Imagen No. 16: Nao
“NUManoids' Gallery 2008”. [en linea]. [15 de Noviembre del 2012] Disponible en la
web: http://robots.newcastle.edu.au/robogallery.html
En Colombia, el grupo de investigación Inteligencia Artificial en Educación de
la Universidad Nacional de Colombia adelanta varios proyectos. A través de la robótica
educativa se busca enseñar a los adolescentes que están mirando opciones
profesionales, cómo construir robots con múltiples mecanismos para sensar un
ambiente de trabajo. Con la ayuda de ejemplos de construcción, se abordan varios
principios de la física mecánica, ondulatoria, electrónica y la algoritmia. También
comprende la experimentación de diversas teorías de aprendizaje, retando a los actores
27
del proceso educativo al cambio de un paradigma pasivo por otro proactivo. Ver robot
bípedo Nacho.
Actualmente también se desarrolla en menor escala, pequeños proyectos
metodológicos, en donde se están incluyendo procesos ínter-disciplinarios en escuelas
de la ciudad de Montería, esto está siendo llevado a cabo por un grupo de
investigación, perteneciente a la UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA, los cuales se
encuentran elaborando un Modelo de Inserción de la Robótica Educativa en el Currículo
Escolar llamado (PROYECTO MIRECE CÓRDOBA).
9. MARCO CONCEPTUAL
9.1 DEFINICIÓN DE TERMINOS BÁSICOS
A) Robótica: El término robótica se refiere al estudio y uso de los robots, la palabra
fue acuñada por el escritor de ciencia ficción Isaac Asimov. La robótica hace
referencia a una automatización importante de numerosos sectores de la
actividad humana en los cuales se ha estimado imprescindible, la presencia del
hombre. Por lo tanto, La robótica es una tecnología o un conjunto
de tecnologías que promete resolver problemas que son difíciles aburridos o
peligrosos para humanos. Los robots son visibles en tareas de manufactura,
actividades peligrosas como trabajos submarinos, desarme de bombas y
limpieza de residuos nucleares.
La Robótica está ligada a la aparición de un nuevo tipo de máquinas en la que se
ha soñado desde siempre: el robot, especie de maquina universal. Gracias a la
aparición del robot, asociado a otras máquinas de inspiración "herramientas", las
funciones consideradas como no automatizables llegaran a serlo.
B) Domótica: La domótica se aplica a la ciencia y a los elementos desarrollados
por ella que proporcionan algún nivel de automatización o automatismo dentro de
la cada; pudiendo ser desde un simple temporizador para encender y apagar una
28
luz o aparato a una hora determinada, hasta los más complejos sistemas
capaces de interactuar con cualquier elemento electrónico de la casa.
HOIDABRO, José Manuel. MILLÁN, Ramón J. Domótica, edificios inteligentes. Moya. –
Mexico: Limusa, Noriega Editores, 2006. Pag 2, 3.
La vivienda domótica es, por lo tanto, aquella que integra una seria de
automatismos en materia de electricidad electrotecnia robótica, informática y
telecomunicaciones con el objetivo de asegurar al usuario un aumento del
confort, de la seguridad, del ahorro energético de las facilidades de
comunicación y de las posibilidades de entretenimiento La domótica, pues, busca
la integración de todos los aparatos del hogar, de manera que todo funcione en
perfecta armonía, con la máxima utilidad y con la mínima intervención por parte
del usuario
C) Teleoperación: La teleoperación es el abuelo de la robótica y se desarrolló por
necesidad de manipulación robótica de materiales radioactivos. La teleoperación
ha permanecido importante por su papel en la exploración espacial y debido a
mejoras en sensores
La robótica ha avanzado considerablemente desde sus inicios, hoy día se
consigue en el comercio manipuladores programables, robots que caminan,
aprenden e interactúan entre sí, también se han hecho grandes avances en los
componentes de robots, en visión sensores, materiales y algoritmos de control.
la robótica es un área de investigación multidisciplinaria, el diseño de robots
requiere el conocimiento de estructuras, materiales, dinámica actuadores,
sensores, control y programación
D) Sensores: Un sensor es un convertidor que mide una cantidad física y la
convierte en una señal que puede ser leída por un observador o por un
instrumento. Por ejemplo, un termómetro de mercurio en tubo de vidrio convierte
la temperatura medida en la expansión y contracción de un líquido que se puede
29
leer en un tubo de vidrio calibrado o un termopar convierte la temperatura a una
tensión de salida que puede ser leído por un voltímetro. Para mayor precisión, la
mayoría de los sensores son calibrados contra estándares conocidos.
E) Actuadores: Un actuador es un tipo de motor para mover o controlar un
mecanismo o sistema. Es operado por una fuente de energía, generalmente en
forma de una corriente eléctrica, la presión de fluido hidráulico o de presión
neumática, y convierte esa energía en algún tipo de movimiento. Un actuador es
el mecanismo por el cual un sistema de control actúa sobre un entorno. El
sistema de control puede ser simple (un sistema mecánico o electrónico fijo), el
software de base, o un ser humano.
F) Servomotor: Un servomotor es un actuador giratorio que permite un control
preciso de la posición angular. Se compone de un motor acoplado a un sensor
de realimentación de posición, a través de una caja de engranajes de reducción.
También se requiere un controlador relativamente sofisticado, a menudo un
módulo dedicado específicamente diseñado para su uso con servomotores. Los
servomotores se utilizan en aplicaciones tales como la robótica, maquinaria CNC
o la fabricación automatizada.
G) Microcontrolador: Un microcontrolador es una pequeña computadora en un
solo circuito integrado que contiene un núcleo de procesador, la memoria, y los
periféricos de entrada / salida programables. La memoria del programa en forma
de flash NOR o OTP ROM también se incluye a menudo en el chip, así como
una típica pequeña cantidad de RAM. Microcontroladores están diseñados para
aplicaciones embebidas, en contraste con los microprocesadores utilizados en
ordenadores personales u otras aplicaciones de propósito general.
H) Discapacidad: La discapacidad es la consecuencia de una deficiencia que
puede ser física, cognitiva, mental, sensorial, emocional, de desarrollo, o alguna
30
combinación de estos. Una discapacidad puede estar presente desde el
nacimiento, o aparecer durante la vida de una persona.
Discapacidad es un término genérico, cubriendo las deficiencias, limitaciones en
la actividad y restricciones en la participación. Un deterioro es un problema en la
función o estructura corporal, una limitación de la actividad es una dificultad que
una persona en la ejecución de una tarea o acción, mientras que una restricción
de la participación es un problema experimentado por un individuo en la
participación en situaciones de la vida.
I) Solid Edge: Solid Edge, un componente básico de la cartera de Velocity
Series™, es el sistema más completo de CAD 2D/3D híbrido que utiliza la
tecnología síncrona para diseño acelerado, el cambio más rápido y una mejor
reutilización importado. Con parte superior y modelado de montaje, diseño,
gestión de datos transparente, y construido en el análisis de elementos finitos,
Solid Edge facilita la creciente complejidad de diseño de producto.
J) Robot: El diccionario define robot como un dispositivo automático que realiza
funciones propias de humanos o una maquina con forma de humano. La palabra
robot fue propuesta por el escritor checo Karel Caapek y significa trabajo
forzado.
Según Oxford English Dictionary: a mechanical apparatus resembling and doing
the work of a human being es decir, un aparato mecánico que se parece y hace
el trabajo de un ser humano
Según Robot Institute of America: Un manipulador re-programable y
multifuncional concebido para transportar materiales, piezas, herramientas o
sistemas especializados, con movimientos variados y programados, con la
finalidad de ejecutar tareas diversas.
31
DELGADO R, Alberto. Inteligencia artificial y minirobots. Primera Edición: Santa fe de
Bogotá DC Colombia, Ecoe ediciones, 1998. Pag 159, 160, 161.
K) Robot doméstico: Aquel robot destinado a ser usado por humanos sin
formación técnica específica, al objeto de servirle como ayudante o colaborador
en sus quehaceres o actividades diarias.
L) Robots teleoperados (NASA): Dispositivos robóticos con brazos manipuladores
y sensores y cierto grado de movilidad, controlados remotamente por un
operador humano de manera directa o a través de un ordenador.
M) Robot Teleoperado (ISO): Un robot que puede ser controlado remotamente por
un operador humano, extendiendo las capacidades sensoriales y motoras de
éste a localizaciones remotas.
N) Telerobot: cualquier robot cuya tarea pueda ser monitorizada y reprogramada a
distancia por el humano.
O) Cobot: Dispositivo robótico que manipula objetos en colaboración física directa
con él.
P) Robot móvil (ISO 8373): Robot que contiene todo lo necesario para su pilotaje y
movimiento (potencia, control y sistema de navegación).
9.2 CARACTERÍSTICAS DE GRAN VARIEDAD DE ROBOTS
A) VERSATILIDAD: Es una propiedad presente en todos los robots existentes, es
la capacidad de ejecutar una misma tarea de diferentes maneras lo que impone
al robot una estructura mecánica de geometría variable.
32
B) AUTOADAPTACION AL ENTORNO: Esto significa que un robot debe realizar la
acción que le corresponde mientras se somete a las diferentes perturbaciones
del entorno, es decir, que posee diferentes sentidos artificiales que le ayuden a
concientizarse de su entorno a lo largo de la ejecución de la tarea.
COIFFET, P. CHIROUZE, M. Elementos de robótica. S.A Barcelona, Editorial Gustavo
Gili, 1986. Pag 9, 12, 30, 150.
Como sabemos, la Robótica es una maquina caracterizada por poseer un nivel de
inteligencia destinado a ser en un futuro el reemplazo del hombre en el proceso de
realizar diferentes acciones.
La robótica en general es una tecnología que ha despertado un interés exorbitante e
incalculable en sí misma desde su aparición en 1960, seguido por el mundo de los
ordenadores o dispositivos electrónicos que facilitan responsabilidades como lo es
hacer una simple suma.
El proceso que lleva implícito la construcción de una de estas maquinas no es tan
complejo ya que se basa principalmente en las matemáticas, las mecánica, la
electrónica y la automática entre otras aéreas de la ciencia y solamente hay que pensar
en el proceso del diseño para llegar a la finalidad de un ideal mecánico
La unión de estas diferentes ciencias, han dado el surgimiento de una nueva doctrina
llamada Biónica, La cual busca imitar y curar enfermedades y deficiencias físicas. A
todo esto se une la robótica, la cual se encarga de crear mecanismos de control los
cuales funcionen en forma automática. La biónica es la ciencia que estudia los:
principios de la organización de los seres vivos para su aplicación a las necesidades
técnicas. Una realización especialmente interesante de la biónica es la construcción de
modelos de materia viva, particularmente de las moléculas proteicas y de los ácidos
nucleicos.
33
DARRIENTOS, Antonio. PEÑIN, Luis Felipe. BALAGUER, Carlos. ARACIL, Rafael.
Fundamentos de robótica. Madrid, Editoria Concepción Fernández, 1997. Pag 20, 21,
24, 25, 28, 36, 42.
En cuanto a la física es la ciencia natural que estudia las propiedades y el
comportamiento de la energía y la materia, así como el tiempo y el espacio y las
interacciones entre sí. Esta área está orientada a los componentes de una cultura
científica, tratando de comprender nuestro mundo físico y viviente, y su influencia en el
desarrollo científico y tecnológico, como por ejemplo teorizar, sistematizar y avaluar su
importancia en la sociedad, la física es significativa e influyente, ya que las nuevas
ideas de la física resuenan con las demás ciencias que se desprenden de esta como lo
es, la mecánica.
La ingeniería por lo tanto conlleva a un conjunto de conocimientos y técnicas científicas
aplicadas a la implementación de estructuras físicas para la resolución de diversos
inconvenientes que están involucradas con la actividad cotidiana de la sociedad, y de
igual forma es considerada como la actividad de transformar el conocimiento en algo
práctico, también es la aplicación de los conocimientos científicos a la invención o
perfeccionamiento de nuevas técnicas.
En cuanto a las aplicaciones industriales, se encuentras los procesos de fabricación
para la creación, implementación y traslado de piezas, materiales y herramientas. Los
diferentes tipos de robots en este sector se pueden distribuir en tres categorías
diferentes:
A) Aplicaciones de manipulación de materiales y carga y descarga de máquina, en
donde estas aplicaciones la función de robot consiste en desplazar materiales o
piezas en la célula de trabajo de uno a otro lugar.
B) Aplicaciones de procesos, en donde se incluye la soldadura por puntos, la
soldadura por arco, la pintura por pulverización y otras operaciones en las que la
34
función del robot consiste en manipular una herramienta para realizar algún
proceso de fabricación en la célula de trabajo.
C) Y finalmente el montaje, en donde es un campo en que la industria está
mostrando gran interés, debido a su potencial económico ya que cuenta con
valiosas herramientas que lo ayudan en este proceso que esta relacionado con
levantamiento de grandes maquinas pesadas.
Reyes Ibarra, I. & Medina M, G. (2002) Procesos de manufactura para el administrador
(Automatización y robótica). Editorial Spanta. Disponible en la web:
http://148.204.211.134/polilibros/Portal/Polilibros/P_terminados/procmanuf-p-admon-
Malpica/61d.htm
Actualmente, los robots móviles se conforman por diferentes mecanismos de
locomoción y es posible clasificar estos mecanismos según un determinado enfoque.
Los enfoques más importantes para realizar la clasificación del movimiento del robot
son:
A) Enfoque biológico, el cual genera una estructura de locomotor basado en
características propias, aprovechando de esta forma las distintas ventajas que
estas puedan obtener de un caso determinado.
B) Enfoque aplicativo el cual intenta hallar una efectiva solución optimizando una o
varias arquitecturas impuestas en el diseño, este enfoque es mucho más visto en
aplicaciones comerciales e industriales.
C) Y finalmente tenemos el enfoque modernista el cual esta más que todo basado
en la investigación tratando de fortalecer las diversas acciones de la locomoción.
Estos tres tipos de enfoques explicados anteriormente son sometidos a las distintas
aplicaciones robóticas móviles, las cuales permiten agruparse según su mecanismo de
locomoción, ya sea las ruedas y las patas.
Los robots que tienen la capacidad de desplazarse por medio de sus extremidades
tiene una seria de ventajas sobre otras maquinas que lo hacen por medio de ruedas,
como por ejemplo:
35
A) VELOCIDAD MEDIA: Si el programador del robot lo desea, su máquina tiene
la capacidad de superar pequeñas dificultades o barrera haciendo que este
tenga un movimiento constante en su velocidad.
B) DAÑO MEDIOAMBIENTAL: Cuando un robot con patas se desplaza a través
de la superficie del punto A al punto B, no “desgarra” tanto las superficie de la
tierra como cuando lo hace una maquina que utiliza ruedas, ya que estas
tienden a tener más contacto con la superficie.
C) DESLIZAMIENTO: Las maquinas con patas tienden a ser menos resbaladizas
que las maquinas con ruedas ya que sus extremidades actúan como tenazas
sobre la superficie y de esta forma depositan todo su peso directamente en el
suelo.
D) SUSPENSIÓN ACTIVA: Una maquina con ruedas siempre estará paralelo al
suelo, donde su posición depende del terreno en el que se encuentre,
mientras que un robot con patas posee suspensión por adaptación mediante
la variación de la altura de su cuerpo con la posición de sus patas en un
terreno irregular.
E) SUPERACIÓN DE OBSTACULOS: Cuando el obstáculo que se le presenta a
un robot con ruedas es mayor que el radio de su misma rueda, este queda
impedido para continuar su trayecto, mientras que un robot con patas puede
superar fácilmente este obstáculo de igual forma dependiente del tamaño de
la maquina.
A pesar de los anteriores beneficios, también existen dificultades en este tipo de
robots, como lo son:
A) COSTO: Como sabemos cada extremidad del robot es individual y por lo tanto
tiene un valor comercial de a cuerdo a la cantidad de patas que este posee,
36
por esta razón es mucho más costoso los robots con patas que un sistema de
locomoción por ruedas.
B) ALGORITMOS DE CONTROL: Un robot caminante cuando va a realizar una
acción de desplazamiento debe coordinar el movimiento de todas sus patas
para hacer dicha acción, cosa que no pasa con un robot que se traslada con
ruedas.
C) ELECTRÓNICA: Como cada extremidad del robot se controla de manera
individual, estas maquinas requieren mayor numero de sensores, actuadores,
enlaces y articulaciones que un robot con ruedas
D) MECÁNICA: La mecánica que maneja un robot con ruedas es demasiado
sencilla a comparación de un robot con patas, ya que cada una de las
extremidades de un robot necesita como mínimo 3 actuadores para realizar un
movimiento sencillo
Darrientos, A., Peñin, L. F., Balaguer, C. & Aracil, R., (1997) Fundamentos de robótica.
Madrid, Editorial Concepción Fernández.
E) SENSORES PARA ROBOTS: Existe una amplia variedad de dispositivos
diseñados para percibir la información externa de una magnitud física y
transformarla en un valor electrónico que sea posible introducir al circuito de
control, de modo que el robot sea capaz de cuantificarla y reaccionar en
consecuencia.
Un sensor consta de algún elemento sensible a una magnitud física como por
ejemplo la intensidad de la luz, sonido y ultrasonido, gravedad, temperatura,
humedad, presión o fuerza, velocidad, magnetismo, proximidad entre otros
que permitan que el autómata tenga algún conocimiento del entorno en donde
pueda transformar esa magnitud física en un cambio eléctrico que se pueda
37
alimentar en un circuito que la utilice directamente para que finalmente se la
pueda utilizar en el control del robot.
Uno de los sensores más recomendados para el robot en esta simulación es
el sensor de proximidad, el cual cuenta con indicadores de posición en los que
no existe contacto mecánico entre el actuador y el detector como los de
ultrasonido. Con este tipo de sensores el can puede seguir una trayectoria y
cuando se encuentre con el obstáculo poder rodearlo y llegar a su punto final.
F) ACTUADORES PARA ROBOTS: un robot precisa los movimientos motrices
capases de convertir señales de control en movimiento con una potencia de
actuación de acuerdo a las acciones que deba realizar el autómata, estos
están presentes en las articulaciones de los robots para generar el movimiento
Los diferentes tipos de actuadores utilizados en robótica suministran energía
mecánica y difieren en particular por su energía de activación que puede ser
eléctrica, neumática o hidráulica.
De los tres sistemas de alimentación enunciados anteriormente, el que utiliza
la energía eléctrica es el más manejable ya que precisa de una instalación
más simple. Los actuadores más utilizados son los motores de corriente
continua de baja inercia y los motores paso a paso, los cuales son los más
recomendados para semejar el movimiento de la simulación de este proyecto.
38
Imagen No. 17: Actuadores para robots
“Actuadores en robótica”. [en linea]. [5 de enero del 2014] Disponible en la web:
http://solorobotica.blogspot.com/2011/08/actuadores-en-robotica.html
Una vez conocidas las ventajas y desventajas de los robots caminantes surge la
siguiente cuestión, el número de patas. Algunos de estos poseen equilibrio estático en
donde este depende de su número de patas, como por ejemplo:
A) Los Bípedos que exteriorizan muy poca estabilidad ya que todo su peso lo
apoyan en una sola extremidad mientras realizan el desplazamiento con su otra
extremidad y de esta manera no presentan buena firmeza, lo que reduce
notablemente su autonomía. Los robots bípedos son una de las plataformas de
39
locomoción más desarrolladas actualmente por el ser humano principalmente por
su gran parecido físico con el mismo.
B) Los Cuadrúpedos son las máquinas más recomendables ya que su estabilidad
se incremente considerablemente frente a las máquinas bípedas cuando realizan
la acción de desplazamiento. Son establemente inferior a la de los hexápodos y
octópodos dado que utilizan tres patas como apoyo mientras realizan el avance
de una de las patas.
C) Los Hexápodos son máquinas mucho más rápidas a comparación de los bípedos
y los cuadrúpedos pero obviamente menos que los octópodos. Presentan las
mismas características que un octópodo pero con dos patas menos.
D) Y finalmente tenemos a los Octópodos los cuales son robots demasiado veloces
ya que su estructura les permite apoyar cuatro patas mientras avanzan con las
otras cuatro, adicional a esto, son extremadamente estables y con la capacidad
de trasladar mayor cantidad de peso comparado con los anteriores, pero su
desventaja radica en que a mayor cantidad de patas, se incrementa el consumo
de batería y son mucho más complejos en los algoritmos sin mencionar su
elevado costo que implica cada una de sus extremidades
Guzmán Valdivia, C. (2010) Construcción de un robot bípedo basado en caminado
dinámico. Tesis de maestría en ciencias. Universidad Politécnica de Zacatecas,
Cuernavaca, Mexico.
González de Santos, P. García, E. Estremera, J.Cuadrupedal Locomotion. 2006
Fielding, MR. Dunlop y CJ Damaren. Hamlet: Trabajo / Posición controlled hexapod
walker - Diseño y Sistemas. Ciudad de Mexico, 2001
Hay un motivo por el cual la robótica cuadrúpeda destaca con respecto al resto de las
demás disciplinas y esto no lo demuestra la misma naturaleza en donde existen
40
octópodos (arañas), hexápodos (insectos), cuadrúpedos y bípedos (mamíferos), pero
todos se rigen por una serie de reglas. No existe ningún animal que pese más de 100
gramos con seis o más patas. Serían redundantes, el animal chocaría constantemente
con sus propias patas. La naturaleza con millones de años de experiencia ha
proclamado como mejor plataforma de locomoción caminante a la cuadrúpeda. Se trata
de un hecho indiscutible. Los mamíferos en su inmensa mayoría son cuadrúpedos y
como se ha comentado anteriormente, el guepardo es una auténtica obra de ingeniería
que el ser humano tan solo sueña con imitar y que poco a poco lo está logrando.
9.3 ROBOTS ASISTENTES
Los robots asistentes están diseñados con el fin de brindarles auxilio en las tareas
diarias a personas con discapacidades tanto físicas como mentales.
Independientemente del costo que este tipo de proyectos pueda tener, los robots
asistentes que han sido implementados en algunos países, tienen un buen impacto de
acoplamiento con este tipo de personas, los invidentes, los cuales pueden llegar a
tener una visión más clara del mundo en el que viven, observando su entorno a través
de los ojos de estas máquinas, además de sentirse seguros por tener ese
acompañamiento continuo y de igual forma, reducir el aislamiento social que se ha
venido generando por el simple hecho de ser personas un poco diferentes.
Los robots para el servicio al ciudadano se pueden clasificar en diferentes campos
como por ejemplo: Usos domésticos, educación y entretenimiento, en la sanidad y en el
medio ambiente, pero la incorporación de estas máquinas requieren de sistemas
mecánicos muy actualizados, ligeros y que no impliquen riesgo alguno, para tener la
adecuada interacción con los humanos que lo requieren, de igual forma, un excelente
medio de interacción por medio de las interfaces de usuario que les permitan a las
personas controlar y disponer estas máquinas con facilidad.
Por esta razón y muchas otras, los retos tecnológicos a conseguir en los próximos años
en el campo de la robótica y más en los robots asistentes son:
41
Desarrollo de sistemas de percepción del entorno y del usuario: Los sistemas de
percepción han de ser más robustos y fiables para poder lograr mayores niveles de
interacción con el entorno y el usuario
A) Desarrollo de sistemas con autonomía capaces de aprender del usuario y de la
propia existencia del robot.
B) Desarrollo de sistemas cognitivos y de razonamiento que permitan operar en
entornos no estructurados y dinámicos.
C) Desarrollo de interfaces que permitan la interacción e integración de usuario:
este campo incluye el diseño de sistemas que permitan el guiado y programación
del robot de una manera natural.
D) Desarrollo de sistemas con autonomía energética eficaz, incluyendo las nuevas
fuentes energéticas como la solar, siendo hoy en día la autonomía energética
una de las principales barreras para la adaptación efectiva de robots de
servicios.
E) Diseño de arquitecturas modulares para el desarrollo de sistemas robustos con
capacidades avanzadas de asistencia entre las cuales se pueden encontrar:
vigilancia para la prevención de catástrofes, rescate de personas, vigilancia de
fronteras etc.
Robots para ayudar a los discapacitados. 25 de Enero del 2008. [25 de Noviembre del
2012] Disponible en la web: http://www.aragoninvestiga.org/Robots-para-ayudar-a-los-
discapacitados/
42
10. DISEÑO Y METODOLOGÍA
10.1 ETAPAS DEL DISEÑO
A) EXISTENCIA DE UNA NECESIDAD
Las personas invidentes, habitualmente apoyan su discapacidad en un lazarillo o en su
defecto en un bastón blanco, los cuales son métodos que se han usado durante mucho
tiempo para asistir a estas personas. El perro lazarillo, como ser vivo, tiene las
cualidades de tener sentidos que pueden alterarlo en algún momento y en cierta
manera se puede catalogar como una desventaja, y el bastón blanco es un objeto útil,
pero no del todo confiable, basándonos en estos dos aspectos, se quiere implementar
una solución para mejorar el estilo de vida de este tipo de estas personas.
Gracias a la información suministrada en el marco contextual, antecedentes y marco
metodológico, se elaboró un diseño que reuniera varias características que puedan ser
de gran utilidad para el usuario, entre estas se impone la información suministrada
sobre la visión del robot y el desarrollo de dispositivos que se asemejen o comporten
como humanos o en este caso como un animal, también se tuvo en cuenta que el robot
fuese de peso ligero por si la persona necesita transportarlo con facilidad que es una de
las características de Silo 4 y que este prototipo estuviese conformado por diferentes
sensores que miden los ángulos de las articulaciones, las corrientes del motor y la
orientación del cuerpo y del pie con respecto al suelo.
Una de las grandes características de este robot es la escucha activa por parte de su
acompañante invidente, en donde pueda reconocer sus órdenes por medio de
reconocimiento de voz y orientación de su posición a través de wifi o GPS como está
presente en el robot Nao, en donde este autómata también cuenta con auto adaptación
al entorno
43
B) IDENTIFICACIÓN DE SOLUCIONES
De acuerdo a lo mencionado anteriormente y con base en este proyecto, la robótica
cuadrúpeda puede ser la interacción que debe existir entre personas y máquinas, con el
fin de optimizar el día a día de dichas personas, esta interacción, puede mejorar la
seguridad de ejecutar una acción que realice cualquier individuo con estas limitaciones,
en donde la robótica cuadrúpeda busca minimizar el grado de riesgo que puede
presentar una persona con discapacidad visual en su vida cotidiana.
La discapacidad es la consecuencia de una deficiencia que puede ser física, cognitiva,
mental, sensorial, emocional, de desarrollo, o alguna combinación de estos. Una
discapacidad puede estar presente desde el nacimiento, o aparecer durante la vida de
una persona.
La necesidad primordial de una persona invidente es mostrarse ante la sociedad como
un adulto productivo, con el fin de demostrar que su limitación no es un impedimento
para realizar alguna acción específica, este tipo de personas realizan muchas acciones
como lo haría una persona habitual como puede ser:
Vestirse y ejecutar cuidados personales
Cocinar
Comunicarse con otras personas
Hacer uso de diferentes tecnologías (celulares / computadores)
Pero hay algo en lo que presentan un grave problema y es el hecho de transportarse de
un lugar a otro ó dar un pequeño paseo, ya que realizar esta acción influye en tener
contacto con el mundo exterior y poner en riesgo su seguridad ya que se convierte en
una tarea complicada para estas personas, señala la fundación estadounidense para
ciegos.
44
Gracias a la implementación del diseño propuesto en este proyecto, una persona con
esta discapacidad tiene la oportunidad de sentir mayor seguridad cuando desee salir de
su hogar, ya que este autómata le brindará la seguridad que necesita en todo momento,
incluso cuando se requiera cruzar de una calle a otra, además de que este diseño
contará con un dispositivo de reconocimiento de voz para que sigua las instrucciones
de su dueño original y haga caso omiso a otros ruidos, o en caso de pérdida del robot,
no pueda ser utilizado por otra persona.
C) ESTUDIOS DE FACTIBILIDAD
Medioambientales: En este punto de vista, la robótica presenta algunas desventajas
para su implementación ya que muchas de estas máquinas queman combustibles,
utilizan electricidad, producen contaminación acústica y producen dióxido de carbono.
Técnico: Demostrar el movimiento de un robot que interactué con los seres humanos y
que ayude a sus actividades, fue una de las mayores proezas tecnológicas del siglo XIX
y gracias a esto, desarrollar humanoides con facilidad de movimiento ha sido el desafió
técnico y mecánico de los ingenieros, con el fin de demostrar mayores avances en esta
área que no hayan sido descubiertos o expuestos al público.
Económico: Normalmente algunos aspectos de la robótica se han caracterizado por la
disminución de la productividad de trabajo para las personas, ya que suelen ser más
eficientes y a corto o mediano plazo vendrían siendo más económicos, pero como
estamos evaluando una máquina que reemplace a un can, no se vería mayormente
involucrado en este caso, a no ser, de que estos tipos de robots se implementen en la
seguridad de empresas y/o compañías.
Legal: Recientemente se dio a conocer un cierto tipo de máquinas que pasan por
encima de las leyes de la robótica y atentan contra la vida humana, haciendo de esto
una acción anti ética y que puede presentar problemas legales para las personas que
sobrepasen estos tipos de límites que son de gran magnitud, haciendo ver de forma
45
negativa las grandes evoluciones que ha tenido el hombre con la tecnología y que no se
sabe a donde podamos llevar a un futuro no tan lejano.
D) DISEÑO
A continuación se mostrará el esquema y/o planos del robot cuadrúpedo que se
construyo en la herramienta Solid Edge.
Imagen No. 18: Parte A del cuadrúpedo
46
Imagen No 19: Parte B del cuadrúpedo
Imagen No 20: Parte C del cuadrúpedo
47
Imagen No. 21: Parte A, B y C
Imagen No. 22: Cuerpo del cuadrúpedo
48
Imagen No. 23: Cabeza del cuadrúpedo
Imagen No. 24: Distribución interna
49
10.2 METODOLOGÍA DE LA PROGRAMACIÓN
1) Programación Orientada a Objetos
La orientación a objetos es un paradigma más de programación en el que un
sistema se muestra como un conjunto de objetos que interactúan entre sí. Un
paradigma de programación nos proporciona una abstracción del sistema real a algo
que podemos programar y ejecutar, y puede decirse que el tipo de abstracción está
directamente relacionada con los problemas que puede resolver o al menos con la
facilidad con que podremos resolverlos.
La orientación a objetos proporciona las herramientas para representar elementos
en el espacio del problema en general en donde el programador no está limitado a
cierta clase de problemas. Un lenguaje orientado a objeto nos proporciona las
siguientes prestaciones:
Objetos: empaquetan los datos y la funcionalidad conjuntamente. Son la base
para la estructura y la modularidad en un software orientado a objetos.
Abstracción: la habilidad de un programa para ignorar ciertos aspectos de la
información que está manipulando. Cada objeto del sistema es un modelo de
un “actor” que puede trabajar en el sistema, informar o cambiar su estado y
comunicarse con otros objetos, sin revelar cómo están implementadas estas
prestaciones.
Clases: son abstracciones que representan a un conjunto de objetos con un
comportamiento e interfaz común. Una clase no es más que una plantilla para
la creación de objetos. Cuando se crea un objeto, se ha de especificar de qué
clase es el objeto instanciado, para que el compilador comprenda las
características del objeto. Las clases presentan el estado de los objetos a los
que representan mediante variables denominadas atributos.
Encapsular: asegura que los usuarios de un objeto no pueden cambiar su
información o estado de formas permitidas. Sólo los propios métodos que
ofrece el objeto deben poder cambiar su información. Cada objeto ofrece una
50
interfaz que especifica cómo el resto de objetos deben trabajar con él. El
objetivo de encapsular es mantener la integridad del objeto.
Polimorfismo: diferentes objetos pueden tener la misma interfaz para
responder al mismo tipo de mensaje, y hacerlo apropiadamente según su
naturaleza.
Herencia: organiza y facilita el polimorfismo permitiendo a los objetos
definirse como especializaciones de otros, que pueden compartir y extender
su funcionalidad sin tener que implementarlo de nuevo. Esto suele hacerse
agrupando los objetos en clases, y definiendo otras clases como extensiones
de éstas, creando árboles de clases.
Entre los diferentes lenguajes de programación que existen hoy en día, se
implementará C# para el desarrollo de la simulación de interacción entre el robot y la
persona con discapacidad, este lenguaje de programación orientada a objetos esta
generado para realizar programas en plataformas .NET la cual, hace un énfasis en la
transparencia de redes, con independencia de plataforma de hardware y que permita un
rápido desarrollo de aplicaciones.
2) Ciclo de vida del Software
Se llama ciclo de vida del software a las fases por las que pasa un proyecto desde que
es concebido, hasta que está listo para usarse. Típicamente, incluye las siguientes
actividades: toma de requisitos, análisis, diseño, desarrollo, pruebas (validación,
aseguramiento de la calidad), instalación (implantación), uso, mantenimiento y
obsolescencia.
El proyecto tiende a pasar iterativamente por estas fases, en lugar de hacerlo de forma
lineal. Así pues, se han propuesto varios modelos (en cascada, incremental, evolutivo,
en espiral, prototipo etc.) para describir el progreso real del proyecto.
Para este proyecto se implementará el modelo prototipo, también conocido como
modelo de desarrollo evolutivo, el cual se efectúa para dar al usuario una vista
preliminar del modelo, el cual puede estar sujeto a cambios ya que el prototipo debe ser
51
construido en poco tiempo, usando los programas adecuados y teniendo en cuenta que
se debe construir con un bajo costo.
El modelo evolutivo permite que el sistema o parte de él, se construyan rápidamente
para percibir lo que el desarrollador, usuario y cliente necesitan como producto final
para encontrar la necesidad que se quieren abarcar, es decir, este modelo se encarga
de que el sistema sea analizado varias veces cuando el cliente define un conjunto de
objetivos generales del software, pero sin delimitar detalladamente los requisitos de
entrada, procesamiento y salida.
ETAPAS DEL CICLO DE VIDA.
2.1 Definición del Proyecto: realizar el simulación del perro robot en
acompañamiento con la persona que presenta discapacidad es el objetivo
principal para la etapa del ciclo de vida del proyecto, aquí, se quiere demostrar
cómo este autómata es capaz de guiar a su acompañante realizando una
trayectoria en donde debe llegar a un punto especifico encontrando el camino
menos extenso, en esta simulación, el usuario debe colocar ciertos obstáculos
en el área de desplazamiento y al iniciar la simulación, el can debe trasladarse
hasta un punto indicado por el usuario reconociendo la ruta más corta.
52
Tabla No. 2: Requerimientos del robot cuadrúpedo
REQUERIMIENTOS DEL ROBOT CUADRÚPEDO
No. Especificación
1. El perro robot debe estar acompañando a la persona con discapacidad en todo momento
2. El usuario debe indicar en qué parte del plano, estarán situadas los obstáculos que debe superar el perro robot
3. El perro robot debe seguir la ruta que él usuario indique
4. El perro robot debe encontrar la ruta más corta para llegar a su punto final
5. El sistema en general debe tener un botón de reinicio
6. El usuario tendrá que manejar por lo menos dos tipos de cámaras para ver el movimiento del perro robot
2.2 Análisis del sistema: En este punto debemos tener en cuenta las necesidades
del sistema por medio de revisiones con el fin de encontrar posibles errores en
los requerimientos y diseño del prototipo para tener unos sistemas eficientes.
Como se mencionó anteriormente el perro siempre debe estar acompañado por
la persona con discapacidad, cuando el perro robot en medio de su trayectoria
del punto A al punto B se encuentre un obstáculo debe rodearlo encontrando la
ruta más corta para llegar a su destino final.
53
Imagen No. 25: Esquema de la simulación
2.3 Diseño: A continuación se muestran diferentes ilustraciones de la simulación
de interacción entre el perro robot y la persona con discapacidad
Imagen 26: Perro simulación
54
En el proceso de la construcción del robot en Solid Edge se trabajo con lo que
denominamos “esqueleto mecánico” es decir, el conjunto interno del robot que
incorpora el motor, los músculos neumáticos, los actuadores rotativos, el giroscopio, el
sensor de fuerza, el cableado, entre otros elementos.
En el proceso de la simulación se visualiza un robot con una estructura de un perro
normal como se demostró en la imagen anterior que denominamos “coraza”, que es la
parte externa del robot construido en Solid Edge, esto se hizo para proteger tanto al
“esqueleto mecánico” y todos sus componentes como al usuario ó acompañante que
haga uso de esta máquina ya que es probable que la persona tenga contacto con
alguno de estos elementos y se inflija daño a el mismo o afecte el funcionamiento del
robot.
Imagen No. 27: Simulación en proceso 01
55
Imagen No. 28: Simulación en proceso 02
Imagen No. 29: Simulación en proceso 03
56
2.4 Instalación: Para el punto de la instalación se decidió hacerlo de dos formas,
una de estas es un ejecutable desde el PC y otra es ejecutarlo desde la web.
Si la preferencia del usuario es ejecutarlo del el PC, se selecciona la carpeta “Pc”
Imagen No. 30: Instalación 01
Luego se selecciona el icono negro con nombre “Perro”
Imagen No. 31: Instalación 02
Nos mostrara el siguiente cuadro y simplemente seleccionamos “Play!” para
iniciar.
Imagen No. 32: Instalación 03
57
Si por el contrario, el usuario quiere ejecutar el simulador desde la web, se
selecciona la carpeta con nombre “WebPlayer”
Imagen No. 33: Instalación 04
Estando aquí, buscamos el icono con nombre “WebPlayer” undimos click
derecho >> Abrir con >> Google Chrom, o cualquier navegador de preferencia
del usuario.
Imagen No. 34: Instalación 05
En el explorador de internet, aparecerá el siguiente recuadro y damos click en
este icono
58
Imagen No. 35: Instalación 06
Se descargara un complemento para instalar “UnityWebPlayer” y paso seguido
damos click en este recuadro.
Imagen No. 36: Instalación 07
Seleccionamos el botón ejecutar.
Imagen No. 37: Instalación 08
59
Seleccionamos el botón “I Agree”
Imagen No. 38: Instalación 09
Seleccionamos el botón “Finish”
Imagen No. 39: Instalación 10
60
Esperamos a que cargue el complemento.
Imagen No. 40: Instalación 11
Y finalmente podremos interactuar con el simulador.
Imagen No. 41: Instalación 12
61
10.3 ESTRUCTURA DEL ROBOT CUADRÚPEDO EN SOLID EDGE.
Solid Edge es un programa de diseño asistido por computadora para la construcción de
piezas tridimensionales el cual permite modelar gran cantidad de materiales, ensamblar
conjunto de piezas, soldaduras y dibujos en plano para ingenieros.
El modelado de Solid Edge y las herramientas de ensamble le ofrecen un entorno fácil
de usar, para el desarrollo completo de diferentes productos, desde partes pequeñas
hasta complejos ensambles que contengan muchos componentes.
Muchas empresas en el mundo realizan sus diseños en la interfaz que le ofrece esta
herramienta con el objetivo de enfrentar la elaboración de sus productos que es lo que
inicialmente les preocupa cuando desean construir algo, ya que este sistema esta
conformado por las diversas funcionalidades de la industria del Computer-aided design
“CAD”.
Diferentes industrias manufactureras afrontan sus propios desafíos únicos de diseño y
no es aceptable ni práctico para un sistema de CAD, pero entregar una colección
genérica de instrumentos y programas, y esperar que los usuarios los adapten a sus
propias necesidades es la solución que ofrece Solid Edge mediante la construcción de
estos instrumentos para aplicarlos en diferentes campos, como se menciona en este
ejemplo.
Solid Edge está compuesto por diferentes capacidades de diseño con los instrumentos
de CAD con los cuales se obtiene:
a) Grupo de Datos Integrada con revisión adentro/afuera
b) Posición del Usuario Totalmente Configurable.
c) Manejo de la estructura del producto
d) Manejo de datos
e) Un manejo completo del grupo de trabajo
En la siguiente figura, se muestra el montaje completo del robot cuadrúpedo con todas
sus piezas.
62
Imagen No. 42: Cuadrúpedo en solid edge
Como se evidencia en la imagen 17, el robot está conformado por 1 torso, 1 cabeza y 4
patas con 5 piezas cada una de ellas, las cuales están unidas por medio de unas placas
cilíndricas de diferentes tamaños de longitud pero con el mismo tamaño de radio.
Imagen No. 43: Pata del cuadrúpedo en solid edge
63
Existen ciertas ventajas que presenta este diseño de robot cuadrúpedo, una de ellas es
el equilibrio y estabilidad de su peso cuando lo apoya en dos de sus patas para
desplazarse en las dos restantes, en donde la pieza que tiene contacto con el suelo
tiene un esquema que no desgarra tanto el suelo como lo aria un pieza puntiaguda,
también, presenta un tamaño y contorno similar al de un canino real que es el esquema
de un cuadrúpedo en general, en donde sus patas traseras tienen más longitud que
sus patas delanteras para realizar la acción de impulso y velocidad.
11. ANIMACIÓN Y SIMULACIÓN
Según Robert E. Shannon, la simulación es el proceso de diseñar y desarrollar un
modelo computarizado de un sistema o proceso en este caso el robot, y conducir
experimentos con este modelo, con el propósito de entender el comportamiento del
sistema o evaluar varias estrategias con las cuales se puede operar el sistema.
A) ANIMACIÓN
Para esta etapa del proyecto se tuvo en cuenta la ejecución de dos tipos de
animaciones, que re realizaron en Adobe Flash Player, una aplicación en forma de
reproductor multimedia y que contiene la siguiente estructura:
1) La inicial que está conformada sólo por el robot cuadrúpedo, en donde se
muestra una animación cuando el robot está en el proceso de caminata y cuando
está en el proceso de carrera.
En esta aplicación se hizo la unión de cada una de sus partes y se fijo la
trayectoria de movilidad que tiene que realizar el robot final. Cuando se empieza
dicha animación se tiene que indicar la velocidad en la que tiene que
desplazarse el robot de acuerdo a la cantidad de fotogramas establecidos
previamente.
64
Imagen No. 44: Dos cuadrúpedos en adobe flash player
Como se quiere demostrar una simple caminata del robot cuadrúpedo, la velocidad que se
debe indicar en la pestaña de propiedades, debe estar en un rango mínimo de FPS: 10,00 a
un rango máximo de FPS: 24,00 para los 400 fotogramas establecidos. Con el valor mínimo,
la animación dura aproximadamente 40 segundos y con el valor máximo dura
aproximadamente 17 segundos, después de este tiempo para ambos valores, el ciclo vuelve
y empieza.
Esta animación está conformada por dos robots cuadrúpedos, uno de ellos (el robot_1) se
desplaza de izquierda a derecha, utilizando los 400 fotogramas para hacer dicho
desplazamiento, es decir utiliza los 40 segundos para su ciclo (FPS: 10,00), mientras que el
otro robot (el robot_2) se desplaza de derecha a izquierda en 200 fotogramas y se devuelve
en los otros 200 restantes, es decir, utiliza 20 segundos para ir de lado a lado, y finalmente
llega al final del ciclo al mismo tiempo que el robot inicial.
65
Imagen No. 45: Cuadrúpedo en caminata 1
El robot_1 empieza su recorrido al mismo tiempo que el robot_2, se puede apreciar la
diferencia del tamaño de ambos por razones de profundidad en el entorno. (Fotograma 32).
Imagen No. 46: Cuadrúpedo en caminata 2
66
En el fotograma 80, el robot_1 ha recorrido ¼ de su desplazamiento total, mientras que el
robot_2 se aproxima a la mitad de su recorrido, es decir que este segundo robot, tiene mayor
velocidad que el robot_1
Imagen No. 47: Cuadrúpedo en caminata 3
En el fotograma 159, el robot_1 está llegando a la mitad de su recorrido, aproximándose a
los 200 fotogramas, mientras que el robot_2 está terminando su desplazamiento de derecha
a izquierda en los mismos 200 fotogramas para girar y devolverse en los 200 restantes.
Imagen No. 48: Cuadrúpedo en caminata 4
67
En el fotograma 291, el robot_1 ha recorrido ¾ de su desplazamiento mientras que el robot_2
está llegando a la mitad del recorrido, cuando esté ya se está devolviendo a su punto inicial.
Imagen No. 49: Cuadrúpedo en caminata 5
.
En el fotograma 379, el robot_1 al igual que el robot_2 están terminando su recorrido, ya en
el ultimo fotograma el robot_2 finalmente se alinea por completo con el robot_1 para terminar
juntos el ciclo y volver a empezarlo.
68
Imagen No. 50: Un cuadrúpedo en adobe flash player
En esta parte de la animación se quiere demostrar el robot cuadrúpedo cuando está en
proceso de carrera, la velocidad que se debe indicar en la pestaña de propiedades, debe
estar en un rango mínimo de FPS: 50,00 a un rango máximo de FPS: 100,00 para los 81
fotogramas establecidos. Con el valor mínimo, la animación dura aproximadamente 1,25
segundos y con el valor máximo dura aproximadamente 0.60 segundos, después de este
tiempo para ambos valores, el ciclo vuelve y empieza.
Esta animación está conformada por un solo robot, el cual utiliza los 81 fotogramas para
hacer su desplazamiento, y utiliza los 0.60 segundo para concluir el ciclo (FPS: 50,00), El
desplazamiento se hace de izquierda a derecha a gran velocidad, pero se puede apreciar el
comportamiento físico que realizaría cualquier cuadrúpedo en carrera.
69
Imagen No. 51: Cuadrúpedo en carrera 01
El cuadrúpedo inicia su recorrido amortiguando un impulso inicial que realiza con sus patas
traseras, esta acción de impulso se visualiza mejor en una próxima imagen. (Fotograma 9)
Imagen No. 52: Cuadrúpedo en carrera 02
70
En el fotograma 24 el cuadrúpedo ha recorrido ¼ de su desplazamiento, aquí se ha
impulsado con sus patas delanteras después de que estas han amortiguado el impulso
anterior.
Imagen No. 53: Cuadrúpedo en carrera 03
. . .
En el fotograma 38, el cuadrúpedo amortigua el impulso de sus patas delanteras con las patas
traseras y las reclina para impulsarse nuevamente con ellas, se puede notar que su cuerpo re
reclina hacia arriba como lo haría un cuadrúpedo común.
71
Imagen No.54: Cuadrúpedo en carrera 04
En el fotograma 54, el cuadrúpedo a recorrido ¾ de todo su desplazamiento y se observa
como amortigua el impulso que realizo con sus patas traseras, esta imagen hace referencia a
la misma acción del fotograma 9, pero se puede ver toda la acción del cuerpo.
72
Imagen No. 55: Cuadrúpedo en carrera 05
En el fotograma 71, el robot está terminando su recorrido amortiguando el impulso que
realizó con sus patas delanteras, en el fotograma 80 termina el ciclo para volver a empezarlo.
2) La secundaria que está conformada por el robot cuadrúpedo y la persona con
discapacidad visual.
En esta parte de la animación, se define el proceso que lleva a cabo el robot con
el acompañamiento del ser humano realizando la simple acción de caminar. Se
define caminar al movimiento en el que una pata esta en el aire avanzando y las
otras 3 en el suelo, que desplazan al cuadrúpedo. Para esta acción ha sido muy
importante fijarse en la naturaleza para realizar este movimiento de
desplazamiento y se demuestra con la siguiente figura.
73
Imagen No. 56: Acción de caminar
Este esquema es usado para dar valores a los motores y se basa de la siguiente forma.
1. Una pata delantera se levanta y avanza, las otras tres desplazan al cuadrúpedo.
2. Se levanta la pata trasera contraria a la primera y avanza, las otras tres
desplazan al cuadrúpedo.
3. El siguiente paso es con la otra pata delantera
4. Por último la otra pata trasera.
En esta parte, la animación está conformada por 33 fotogramas, donde la velocidad se
establece en un valor mínimo de FPS: 10,00 y un valor máximo de FPS: 24,00, pero a
diferencia de las dos animaciones anteriores, esta no muestra desplazamiento alguno,
es decir, la persona y el robot realizan el movimiento de rebote y movimiento corporal,
pero lo hacen en un mismo punto, no se aleja ni se acerca de sus márgenes.
74
Imagen No. 57: Caminata entre el invidente y el robot_01
En el fotograma 1, el personaje se impulsa con su pie derecho y hace el movimiento
correspondiente con su mano izquierda, mientras que su mano derecha sostiene la
cuerda del perro robot guía.
75
Imagen No. 58: Caminata entre el invidente y el robot_02
En el fotograma 9, el personaje avanza su pie derecho mientras se sostiene con su otro
pie, la mano sigue haciendo el movimiento correspondiente cuando se hace la acción
de caminar.
76
Imagen No. 59: Caminata entre el invidente y el robot_03
El fotograma 19 la posición de las piernas es similar que en el fotograma 1, pero se
encuentran invertidas, aquí el personaje estaciona su pie derecho para estabilizarse en
el, también se pude ver el efecto de rebote.
77
Imagen No. 60: Caminata entre el invidente y el robot_04
En el fotograma 31, el personaje está apoyado en su pie derecho y el pie contrario lo
extiende para amortiguar el impulso y se prepara para iniciar su ciclo nuevamente.
Hay que tener en cuenta algunos aspectos necesarios que debe tener un robot
asistente que ayuda a este tipo de discapacitados como puede ser por un lado, que la
máquina de acompañamiento, es decir el robot, debe ser ligero o liviano para cuando la
persona necesite trasladarlo y por el otro que el sistema de interfaz, que es el medio de
comunicación entre los dos actores (invidente y robot) de la máquina de
acompañamiento, no debe ser compleja o confusa sino algo más agradable y
asequible teniendo en cuenta que la usará un invidente.
78
B) SIMULACIÓN
Al ejecutar la simulación se muestra esta primera pantalla en donde ya hay unos
obstáculos ubicados inicialmente.
Imagen No. 61: Simulación perro_persona 01
El usuario con el click izquierdo del mouse puede seleccionar el punto de destino del
robot y la persona.
Imagen No. 62: Simulación perro_persona 02
79
El usuario con el click derecho del mouse puede colocar nuevos obstáculos en el área
de la simulación y seleccionar el punto de destino del robot y la persona.
Imagen No. 63: Simulación perro_persona 03
El usuario tiene la posibilidad de cambiar de cámara “Estática” a cámara “Primera
Persona” en donde el usuario puede simular el recorrido que hace el perro robot y la
persona
Imagen No. 64: Simulación perro_persona 04
80
El usuario en cualquier momento puede activar o desactivar el recorrido del perro robot
y la persona y de igual forma reiniciar la simulación.
Imagen No. 65: Simulación perro_persona 05
12. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Un sistema robot cuadrúpedo está conformado por gran variedad de elementos que
hacen posible su funcionamiento, en su sistema dorsal se sitúa el motor principal y los
canales de conexión con el resto de su cuerpo, este puede variar en diferentes formas y
tamaños, pero su característica principal se basa en la estabilidad, flexibilidad y tamaño
de sus cuatro patas, estos son los componentes o instrumentos más importantes
adecuados con un gran número de sensores y actuadores para realizar el
desplazamiento de esta máquina caminante.
Por medio de la herramienta Solid Edge se pueden simular todas y cada una de las
piezas del robot cuadrúpedo, así como su tamaño y dimensión de las mismas, además
de visualizar el cuadrúpedo en tercera dimensión para hacerse a una idea de cómo
quedaría en la vida real.
81
Al hacer posible la simulación del robot cuadrúpedo y la persona discapacitada en la
herramienta de adobe flash player nos damos cuenta de la coordinación que tiene que
existir entre estos dos elementos que lo conforman, así como el movimiento de
amortiguamiento cuando hay desplazamiento y también la gran diferencia que existe
en cuanto a la inclinación del movimiento corporal cuando el robot está caminando y
cuando está en carrera.
A lo largo de la investigación y después de elaborar el prototipo en Solid Edge y a la
simulación que se hizo en flash, se puede afirmar y respondiendo a la pregunta de
investigación, que la calidad de vida de una persona mejoraría considerablemente, pero
con base en esto y con las innumerables implementaciones de la robótica cuadrúpeda
no se pueden desaparecer todas las complicaciones que se presentan en una persona
con discapacidad visual, sino reducirlas en su mayoría, y de igual forma tampoco se
quiere reemplazar por completo la labor de un perro lazarillo ya que una persona con
estas limitaciones normalmente tiende a ser rechazada por la sociedad, y desearía el
acompañamiento de otro ser vivo en lugar de una máquina.
Cuando vamos a realizar una simulación, la elaboración de un prototipo o la utilización
de un instrumento asistido por computadora, se recomienda trabajar en una
herramienta con un idioma el cual dominemos, para que la construcción de nuestro
objetivo no sea tan compleja y de igual forma que la versión de dicha herramienta este
actualizada ya que en muchos casos tienen más funcionalidades que sus versiones
anteriores.
82
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Mark W, Spong. M, Vidyasagar. Robot Dynamics and Control. Segunda Edición,
1989.
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González de Santos, P. García, E. Estremera, J.Cuadrupedal Locomotion. 2006
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Delgado R, A. Inteligencia Artificial y Minirobots. Santa fe de Bogotca DC.
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Coiffet, P. Chirouze, M. Elementos de robótica. S.A Barcelona, Editorial Gustavo
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http://noticiasdelaciencia.com/not/8201/perfeccionando_al_robot_humanoide_hu
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http://www.robotica-educativa.com/
http://jvinceso.blogspot.com/2011/10/conozcan-al-nao-robot.html
http://148.204.211.134/polilibros/Portal/Polilibros/P_terminados/procmanuf-p-
admon-Malpica/61d.htm
84
ANEXO Nº1
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE PEREIRA
Biblioteca Cardenal Darío Castrillón Hoyos
REGLAMENTO DE PRESENTACIÓN DE TRABAJOS
Los Informes de Práctica Académica, Informes de Trabajo de Línea de
Investigación, Tesis, Monografías o Trabajos de grado, se deben presentar a la
biblioteca Cardenal Darío Castrillón Hoyos de la Universidad Católica de Pereira,
de la siguiente manera:
Documento en FORMATO DIGITAL guardado como PDF el cual debe contener
marcadores en todo el cuerpo del documento e hipervínculos en toda la tabla de
contenido y listados especiales (listado de tablas, figuras, ilustraciones, anexo y
apéndices) con las normas de presentación establecidas por ICONTEC o APA
(generalmente aplica para los trabajos del programa de psicología), incluyendo
dentro de su contenido una síntesis de 120 palabras tanto en español como en
inglés, con sus correspondientes descriptores y/o palabras clave en ambos
idiomas, además deberá agregarse dentro del documento, la carta sobre cesión de
derechos de autor (AnexoNo.2) totalmente diligenciado y firmado.
Las normas se encuentran disponibles en formato impreso en la sección de
Circulación y Préstamo de la biblioteca, además de un documento digital, con las
características básicas en la dirección:
http://biblioteca.ucp.edu.co/2011/03/presentacion-de-trabajos/
85
En el caso de que el documento se encuentre compuesto por varios elementos o
archivos, se deberá crear una página principal llamada índex que por medio de
una tabla de contenido hipervincule todos los elementos que componen el
informe. Las imágenes deben estar en formato GIF o JPG. Las animaciones en
FLASH, los videos en formato JPEG.
El soporte electrónico será en Disco Compacto de lectura (CD-R) con su respectivo
label (éste debe contener la información de la portada). La caratula de la caja,
deberá tener una portada y en la contracarátula, la tabla de contenido del
documento.
Pereira, Marzo 12 de 2013
86
ANEXO Nº2
AUTORIZACIÓN
Yo, DANIEL ZETTA GIRON MEJIA
mayor de edad, vecino de Pereira, identificado con la Cédula de Ciudadanía N°
1088299286 de Pereira actuando en nombre propio, en mi calidad de autor del
trabajo de tesis___, monografía ____, trabajo de grado X_, informe de práctica
empresarial ____, denominado:
Diseño y simulación de un robot cuadrúpedo en la herramienta solid edge para
implementación en maquinas de acompañamiento a personas discapacitadas
Presentado como requisito para optar el título de Ingeniero de Sistemas y
Telecomunicaciones, en el año _2014_, hago entrega del ejemplar respectivo y de
sus anexos de ser el caso, en formato digital o electrónico (CD-ROM) y autorizo a
LA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE PEREIRA, para que en los términos establecidos en
la Ley 23 de 1982, Ley 44 de 1993, Decisión Andina 351 de 1993, Decreto 460 de
1995 y demás normas sobre la materia, utilice y use en todas sus formas, los
derechos patrimoniales de reproducción, comunicación pública, transformación y
distribución (alquiler, préstamo público e importación) y los demás derechos
comprendidos en aquellos, que me corresponden como creador de la obra objeto
del presente documento. También autorizo a que dicha obra sea incluida en
bases de datos. Esta autorización la hago siempre que mediante la
correspondiente cita bibliográfica se le de crédito a mi trabajo como autor.
Con todo, en mi condición de autor me reservo los derechos morales de la obra
antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. PARÁGRAFO: La
presente autorización se hace extensiva no sólo a las facultades y derechos de uso
sobre la obra en formato o soporte material, sino también para formato virtual,
electrónico, digital, óptico, usos en red, internet, extranet, intranet, etc., y en
general para cualquier formato conocido o por conocer.
87
EL AUTOR - ESTUDIANTES, manifiesta que la obra objeto de la presente
autorización es original y la realizó sin violar o usurpar derechos de autor de
terceros, por lo tanto la obra es de su exclusiva autoría y tiene la titularidad sobre
la misma. PARÁGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por
parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la obra en cuestión,
EL ESTUDIANTE - AUTOR, asumirá toda la responsabilidad, y saldrá en defensa de
los derechos aquí autorizados; para todos los efectos la Universidad actúa como
un tercero de buena fe.
Firma (s),
_____________________ _________________________
CC. 1088299286 CC. 94486712
Pereira, 5 de Febrero de 2014