Nuevo material = Nuevo robot

Yo no quería ... no tenía intención ... pero no pude evitarlo

El otro sábado tocaban compras y, entre otros, pasamos por un LM. Fuí a ver si tenían una plancha de pvc , sin suerte, pero encontré las planchas de metacrilato/plexiglass/-nombre propio de LM- y como no eran muy caras compre la más sencilla para probar -había leído que se podían trabajar con sierra y doblar con el calor de un mechero-

La plancha de 2.5mm que compre es bastante blanda, solo sirve para piezas no muy grandes, pero hay que admitir que se trabaja muy muy bien con una sierra de marquetería y con el calor de una vela y un poco de arte se puede moldear al gusto. Además al doblarla, como con el cartón, puedes darle mucha más solidez.


Aunque no se me había ocurrido de antemano, tene una ventaja sobre otros materiales... es transparente. Eso implica que puedes diseñar en el ordenador, sacar una plantilla de las piezas por la impresora, poner el plexiglass encima y copiar sin ningún esfuerzo :) ideal para transportar formas curvas, posicionar los agujeros, etc.


Y como este invierno se ha abierto la veda de bípedos, pues otro más, aunque este es chiquitín, que el de cartón es muy grande y un poco incomodo de trastear.
Como sigo sin encontrar un material con el que hacer un sensor de presión fácilmente -miento, quiero probar el Velostat, pero no quiero comprar un rollo de 100m- pues mientras hago cuerpos.

Aunque no es tán calido de aspecto como el de cartón, creo que este otro bicho es también bastante agradable, el plexiglass tiene buen aspecto.



Este chiquitín -poco más de 15cm- tiene 8 grados de libertad  -2 en la cadera, 1 en la rodilla y otro en el tobillo-, dos menos que el guerrero de cartón -que tenía 2 en el tobillo- , pero sigue siendo completamente actuado para suelos horizontales. Eso es gracias a que el eje x -frontal- del plano del pie es siempre paralelo al eje x de la cadera, de ahí esos segundos elementos articulados en la pierna que se pueden ver en la foto de perfil.

Se puede ver esta vez que los pies están mucho mas juntos, por lo que no hay que mover la cadera tanto para mover el centro de masas de pie a pie -sigue siendo equilibrio estático, pero ya tengo la idea para  el equilibrio dinámico .. a ver cuando tengo tiempo-
De nuevo, como en el Guerrero de Cartón, los servos están lo más arriba posible -solo uno en el pie- para que el movimiento de la cadera respecto al movimiento del centro de masas resulte más efectivo.

El principal cuidado que hay que poner en estos montajes son las holguras, tanto por la flexibilidad del material como por el exceso de diámetro o distancia entre los agujeros de las articulaciones, muchas veces es mejor hacer un agujero pequeño y roscarlo -aunque se quiera que gire libre-.

Intento fallido

Una tarde que mejor no salir + 6 mini servos sin usar = un engendro improvisado


La plataforma Steward siempre me ha llamado la atención y con 6 servos a mano esa tarde trate de hacer un híbrido de Steward y bípedo, pero sin gran éxito.

El principio no es malo, pero las articulaciones de las rodillas son chapuceras y tiene mucha holgura -eso pasa la improvisar- además de que los servos son de los mini y bajo par.

Moverse se mueve, pero duele con solo oír como se quejan los servos constantemente, así que este bicho será despedazado y en algún otro momento, con mas planificación, haré uno mejor.

Mientras tanto aquí queda la memoria de un robot efímero.

Guerrero de cartón

Este ha sido mi proyecto de Navidades, llevaba algún tiempo pensando en hacer un bípedo, incluso tenía ya pedidos unos servos de 15Kg-cm de par para tal ocasión, pero claro, siempre falta tiempo, diseño etc.

El diseño lo he ido haciendo a ratos muertos a lo largo de un tiempo .. aunque luego, cuando empece a construir, el diseño cambio según vi como iban encajando las cosas. La adaptación cuando se dispone de herramientas de baja tecnología es fundamental.

Y hablando de baja tecnología, una de las cosas no previstas pero que que he descubierto a lo largo de la construcción de este robot es el uso del cartón.
La idea inicial era hacerlo de aluminio fino ... es durillo de trabajar a mano pero es un buen material.
Antes de ponerme con las piezas finales, como había un par de articulaciones que no terminaba de ver, decidí hacer algún prototipo a escala real y así ver esas piezas en duda. La casualidad quiso que tuviese el fondo de una estantería billy -de las de ikea- en el cuarto en espera de ser tirada a la basura.
Como el fondo es de cartón duro, de unos 3mm, corte un trozo para las pruebas .. y he aquí que me encanto la relación de dureza que se puede alcanzar con lo fácil que es trabajarlo.
Las chapas de aluminio siguen en su balda y el robot entero son 40+cm de cartón y DM -y tornillos, servos, electronica, etc-

Aquí esta la máquina de matar :)

La estructura tiene bastante fuerza -el cartón es débil a la cizalla, pero al doblarlo en angulo recto el resultado es bastante fuerte- pero los puntos débiles son los pies y las caderas.

Los pies porque el cartón, en plano. no es suficientemente fuerte y se deforman un poco con el peso - se puede controlar, pero es un poco inestable-, en algún momento haré unos nuevos pero me esperaré a disponer de algún material que pueda usa como sensor de presión, porque lo realmente interesante es que la posición se ajuste en función de la carga.

Las caderas porque el ángulo de ataque de esos servos de la articulación de arriba no terminan de tener un buen ángulo de ataque, hice varias pruebas pero hay algo que no termino de ajustar ... en algún momento habrá que retocarla .. pero estéticamente me gusta mucho y no quiero desmontarlo :D

Otra de las pegas es la distancia entre pies y el hueco entre piernas. Si bien la mayoría de las medidas las he sacado de un patrón de escalas corporales humanas, a la hora de hacer control, esa separación entre pies supone que hay que desplazar mucho la cadera para mover el centro de masa de un pie al otro.

Ale alguna fotillo más y actualizare esto cuando saque tiempo para retocar algo

aa

Brazo Lápiz

Mas o menos cuando Wabot pasaba a ser Drapa, y al poco de montar las Cámaras Pan-Tilt, como me quedaban bases Pan-Tilt de sobra, pensé en aprovecharlas. El material era de la Universidad y del laboratorio, así que lo propio era que allí se quedase, pero no metido en una caja luego olvidada.

Mirando a Drapa y mirando a los Pan-Tilt sobrantes, pensé que no era difícil convertir un Pan-Tilt en una pata de robot, pero para que fuese útil necesitaba 4 patas y para que se pudiese emplear en el laboratorio tenía que montar al menos 6 plantas... y no había tantos Pan-Tilt. Pero oye! un pata no deja de ser un brazo simple, así que lo que sí podía montar eran 6 brazos.

La siguiente pregunta era que hacer con ellos que fuese útil en el laboratorio. Un poco acerca de brazos robot se veía en la asignatura teórica de robótica, de modo que jugar con un brazo en el laboratorio no quedaba fuera de lugar. Pero limitarse a mover el brazo a un par de posiciones fijas y pulsar un botón o empujar una caja -lo que se veía mediante simulación en la asignatura teórica- no me terminaba de llenar, de hecho me parecía bastante soso, no motivaba. Tras unas cuantas vueltas, traté de montar algún actuador interesante, pero no me terminaban de convencer las cosas que probaba, eran un poco rebuscadas... hasta que se me ocurrió ponerle un lápiz.

La solución del lápiz es sencilla, mecánicamente es muy fácil de montar, y da mucho, mucho juego.
Al mismo tiempo el feedback -la sensación recibida por lo que se está haciendo- del alumno es bastante alta, y el nivel de implicación también, porque aunque dibujar una linea recta en un papel es cosa de niños, convencer a un brazo robot con articulaciones angulares no lo es :)

Pero bueno, al final de la sesión pueden mover el brazo por el espacio alcanzable usando coordenadas cartesianas a las mil maravillas. Son capaces de dibujar cualquier curva tanto en el papel como en el espacio, escribir letras y en definitiva entender como funciona todo el proceso desde tener una estructura mecánica hasta hacerla moverse como uno quiere.

Es una practica que suele gustar y con la que se suelen picar, y, como el brazo es de construcción casera, alguno se ha montado el suyo propio después de pasar por el laboratorio.

Cuadrupedos: de Wabot a Drapa

Si bien Wabot funcionaba razonablemente bien, el movimiento no era todo lo suave que sería deseable. Con solo ocho grados de libertad, dos por pata, no se puede posicionar cada pata exactamente en el punto deseado, por tanto al desplazarse las patas están condenadas a patinar.

Además, al no poder controlar completamente la posición de cada pata, al desplazar el centro de masas del robot para que éste se mantenga entre las tres patas deseadas, el cuerpo se bambolea bastante.

--Para poder posicionar el extremo de una pata respecto a su hombro en cualquier posición del espacio alcanzable son necesarios 3 grados de libertad en cada pata--

De modo que Wabot creció. En la primera iteración de su crecimiento le salieron rodillas, justo donde antes tenía los pies (reaprovechando la pieza). De esa forma no quedaba muy proporcionado, de modo que las patas encogieron un poco hasta quedar estéticamente proporcionadas. Aun así seguían siendo largas, y el cuerpo era grandecito -- mayor que un folio-- y pesado. Aunque se movía, los servos estaban al borde de su capacidad y temblequeaban una barbaridad.

Una cosa que aprendí aquí fue a mantener las alimentaciones de motores y de lógica lo más aisladas posibles, la otra fue a estimar las cargas que iba a sufrir cada articulación para usar servos de la suficiente potencia o encoger las articulaciones para reducir la carga.

El Wabot Temblequeante, al cabo de no mucho tiempo pasó a mejor vida y cedió sus servos a Drapa, el perro que no es de Boston Dynamics :D

Drapa, en cuanto a construcción, es completamente opuesto a Wabot. El cuerpo es lo más ligero que podía hacer en aquel momento mantuviendo la suficiente rigidez. Los servos están enlazados entre sí directamente, los segmentos de las patas son bastante cortos, ~5cm, y en general es como un tercio del tamaño que tuvo Wabot --aunque sigue siendo proporcionado--.

Drapa no temblequea, se mantiene en cuatro o tres patas sin problemas, de hecho si le animas puede dar pequeños saltitos.

Drapa, el perro que no es de Boston Dynamics

Por ahora Drapa sigue vivo y no espera donar sus servos a nadie.

Lo uso de vez en cuando para jugar con distintos algoritmos de generación de pasos.

Su último añadido ha sido una radio bluetooth, con lo que tiene un aspecto más natural al caminar que cuando iba enganchado a un cable.

Como es para experimentar y los algoritmos tienen un poquito de trigonometría --que a los microcontroladores tiende a atragantárseles-- Drapa funciona dirigido desde el ordenador. El micro de a bordo genera pulsos de servos y movimientos de las patas en general, pero los algoritmos de donde poner cada pata y como ir desplazando el centro de masas los escribo en matlab y, --ahora mediante radio-- se transmiten al micro de a bordo. Estoy a la busca y captura de unos sensores de presión económicos para poderlo hacer más reactivo y no basarme sólo en la matemática sobre dónde esta su centro de masas, puede que incluso un día de estos me ponga con el equilibrio dinámico --la idea de como hacerlo ya la tengo, falta el tiempo y algún material--.

Y empiezan los robots...

Una vez se adquiere soltura con un microcontrolador, el número de robots que se pueden construir sólo dependen de la imaginación de uno.

Se pueden manejar los conversores ADC, los buses de datos, i2c, spi, etc, con lo que los sensores y otros periféricos están tan solo a un par de líneas de código de distancia. Y sabiendo las bases para usar motores de continua, servos, motores paso a paso y control de corriente en general, los actuadores son igualmente accesibles .

Bueno, realmente el dominio de un microcontrolador y un poco de arte a la hora de hacer piezas mecánicas te permite construir casi cualquier robot, pero lo que viene después es lo realmente interesante... y difícil: controlarlo.

Acoplar 12 servos entre si y programar un generador de pulsos para controlarlos es relativamente sencillo. Con 12 servos se puede construir un hexápodo básico, un cuadrúpedo completo o un bípedo, la única diferencia es la estructura mecánica y la forma en que los servos deben coordinarse.

Lo que realmente va a diferenciar un sistema mecánico de un robot es el sistema de control que coordina los servos, la lógica que analiza los sensores que pongas a bordo, los algoritmos que hacen que el sistema mecánico se comporto de forma mas o menos inteligente.

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Así que una vez empezaba a dominar los distintos elementos necesarios para construir la parte mecánica.. cualquier excusa fue buena para construir un robot.

Como Wabot, construido para una asignatura que no tenía nada que ver con la robótica. Porque hacer una buena presentación es importante, pero aplicar lo que se ve en clase a un robot y presentarlo como trabajo de la asignatura mola más.

Ocupa más tiempo, sí, pero motiva muchísimo más, se aprende más y el resultado es mucho mas gratificante que unas gráficas o una simulación mas o menos detallada.

En el caso de Wabot se trataba de usar algoritmos genéticos para desarrollar el control de movimiento para las patas.

Wabot, mi primer cuadrupedo

Primeros robots programables

El primer micro-controlador que programe fue en una asignatura en la facultad, el primer robot que programe también fue en la facultad.

El microcontrolador del robot era un micro/caja-negra llamado Basic ATOM, creo recordar que el micro base era un 16f876.

Tenia su propio entorno de programación, una variante reducida de Basic y solo podía subirse el programa al micro desde su propio entorno - y solo compilarse si estaba conectado-, probablemente por eso le cogí manía a los sistemas de caja negra.

Pero en cualquier caso programé mi primer robot: primero un obligado blinking led, luego servos, sensores, radio... al final navegaba por el mundo usando balizas de luz como referencias y sensores de proximidad para no chocarse, todo ello manejado y supervisado desde Matlab.

Se trataba de un trabajo academicamente dirigido -los fisicos no tenemos proyecto de fin de carrera, un trabajo dirigido es lo más parecido que puedes hacer- Así que me lo dieron todo: mecánica del robot, micro, sensores, radios, con sus datasheet y un puesto en el laboratorio; mi labor era juntarlo todo y ponerlo  en marcha. Lo que no me dijeron era como había que hacerlo, acababan de comprarlo.

El Dabot1 en toda su cableada gloria

No debí hacerlo tan mal porque al año siguiente me propusieron diseñar y montar un grupo de robots, basados en ese primero, para usarlos en un laboratorio de alumnos. Aun los usamos, aunque ya están algo mayores y no les queda mucho para jubilarse.

La familia de Dabot2

Aunque mi primer robot programable, el primero que monte por mi cuenta fue ... otro sigue lineas!

En paralelo al trabajo dirigido, una vez vi que aquello de ponerle un micro a un robot no era para tanto me puse a hacerme uno por mi cuenta.

Use un PIC16F84, mucho mas respetuoso con mi economía de estudiante y mas documentado que el Basic Atom. Hice una placa a mano para el micro (vivan los caminos de estaño!) y la conecte con lo que ya tenia/sabia de los robots analógicos previos: cuerpo de DM, un L293B para controlar un par de motores de juguete, CD's por ruedas -unidos a los motores con mucho arte- y cuatro CNY70 mirando al suelo.

Mi primer robot 'listo'

Inmediatamente después del primero vino un segundo porque alguien comento que en la Universidad de Alcala hacian una competición de robots. Asi que alli me fui yo, a Hispabot con mi robot.

Tocotón no lo hizo mal, funciono. Fue como el orgulloso representante de la UCM en categoría de rastreadores de aquel año, pues nadie mas supero la 'preliminar' (eramos 3). Ya en el Hispabot supero la primera ronda - completar el camino - y se quedo en la segunda al hacerse un lío en una desviación.

Niños un consejo: no retoquéis el código el día antes hasta las 4 de la mañana; no hubiese ganado porque no era muy rápido, pero al menos no se hubiese liado.

Tocoton, orgulloso participante del Hispabot'04

Primeros robots analogicos

Como tantos otros, mi primer robot fue un seguidor de luz, sin microcontrolador, reactivo puro y con un circuito de lo más sencillo.

Es uno de los robots más simples que hay, pero da una gran satisfacción cuando lo terminas de montar y... funciona!.

El esquema de conexión es algo como:

    LDR_izquierdo -- Comparador -- Transistor -- Motor_derecho

    LDR_derecho -- Comparador -- Transistor -- Motor_izquierdo

Es un montaje que he usado o recomendado muchas veces después para introducir y mostrar a otros que hacer robots no es tan difícil.

Probablemente lo más difícil de encontrar/montar fueron unos motores con reductora pequeños donde fuese fácil acoplar alguna rueda; vamos la parte mecánica. Pero tampoco lo fue tanto, use el chasis de un juguete y puse encima la protoboard con el circuito. Lo realmente difícil fue ponerme a ello, pensaba que sería mucho mas complicado.

>foto carro con breadboard<

Una vez que vi lo fácil que resultaba, monte toda una colección de pequeños robots "analógicos" añadiendo nuevos elementos en cada uno: CNY70 para hacer sigue lineas, GP2D12/15 para exploradores con sensores de proximidad infrarrojos, micrófonos electret amplificados con LM386 para guiarlos por sonido, ... lo que pillase.

La placas de puntos y los cordones de estaño sustituyeron rápido a las protoboard, los transistores cedieron puente a los puentes en H, especialmente cuando descubrí el L293B y las puertas lógicas empezaron a parecer para aumentar la capacidad de los robots.

En Don Electrón -mi tienda de electrónica de entonces- me querían, y si no había gente el dueño estaba encantado de charlar, aconsejarme y contarme historias de sus cacharros. Allí encontré unos pequeños motores con reductora, con eso y un poco de DM hacer los chasis ya no supuso ningún problema.

La super hormiga, perseguía la luz y 'evitaba' obstáculos con sus antenas

Primeros pasos

Lego, mucho lego, más lego.

Algunos mecanos y otros juguetes de construcción, pero sobre todo Lego. No podría decir que diseños monte, los oficiales de todas las cajas que tenia, eso seguro, pero sobre todo modelos libres. Recuerdo pistolas de gomas y tanques de orugas con motor, catapultas... recuerdo pasar tardes montando coches y lanzándolos contra la pared buscando los diseños que aguantasen el mayor impacto posible.

Pero de mi ultima época intensa con los legos recuerdo dos montajes que, aunque ahora sé que no entran en la definición de robot, fueron mis primeros "robots".

El primero era un bicho de 6 patas accionadas por un único motor. En su primera versión era capaz de andar recto y después,con un segundo motor, pudo variar la longitud de paso en cada lado con lo que podía girar y cambiar la velocidad.

El segundo fue un brazo tamaño natural accionado por motores, pistones, 'tendones' y todo elemento mecánico del que disponía. Estaba montado con 7 grados de liberad : 2 en el hombro, 1 en el codo, los 3 de la muñeca y una mano prensil. En alguna parte debo tener una foto porque llegue incluso a mandar el diseño a Lego --del que no dijeron nada. Ahora les entiendo, parecía recién arrancado de Franquestein--. 

Mi primer "robot" de patas  (recreado con Lego Digital Designer)