Construcción de Brazo Robótico Humanoide como Plataforma Educativa Nícolas Figueroa Mosquera nfigueroa@iberotec.edu.pe RESUMEN El presente proyecto muestra la construcción de un brazo robótico humanoide utilizando de filamento el material PLA para poder imprimir las piezas en una impresora 3D. El brazo robótico humanoide tiene la opción de poder desplazarse mediante ruedas, girar la muñeca y mover cada uno de los dedos de forma independiente. La escala de la mano robótica es a tamaño natural. Logrando tener una plataforma educativa tecnológica que estimule la creatividad en brindar soluciones sociales mediante la robótica, como por ejemplo la introducción a prótesis biónicas. Además de sentir mayor afinidad en programación y desarrollo de aplicaciones. Palabras clave: brazo robótico humanoide, inmoov, prótesis biónica, plataforma robótica educativa. ABSTRACT This project shows the construction of the humanoid robot arm-using filament PLA to print parts of it in 3D Printer. The humanoid robot arm has the option to move by wheels, it has a wrist and can move each one finger independently. The scale of the robotic hand is a natural size. Achieving have an educational technology platform that encourages creativity in providing solutions through social robotics, such as Introduction to bionic prostheses. In addition to feeling mayor affinity programming and application development. Keywords: humanoid robot arm, inmoov, bionic prostheses, educational robotics platform. INTRODUCCIÓN En la Unidad Didáctica de Microcontroladores y Robótica en Iberotec al final los alumnos realizas sus proyectos en base a lo aprendido durante el curso. Es donde se plantea la realización de proyectos en Robótica, de entre estos proyectos planteados se toma la iniciativa de que los alumnos escojan la utilización del brazo robótico humanoide. Así que se utiliza de base el proyecto Open Hardware de Gael Langevin para la construcción del
brazo robótico humanoide solo hasta la parte del brazo. Para hacerle unas modificaciones en que este se pueda desplazar y comandar de forma inalámbrica. Objetivo Principal OBJETIVOS Construir una plataforma educativa en base a la robótica que motive a los estudiantes a programar y desarrollar aplicaciones sintiéndolo más cercano a ellos. Y sea pie para realizar el proyecto Wirabot, el cual consiste en la creación del robot humanoide completo, siendo el Perú el primer país en Latinoamérica en construir un robot humanoide íntegramente en impresora 3D. Objetivo Secundario Terminar el brazo robótico humanoide y corregir posibles fallas de tal forma que logre mover cada uno de sus dedos y muñeca sin errores Lograr que el brazo robótico pueda escribir creando un dispositivo de agarre que realice los movimientos verticales mientras que los horizontales sean por medio de las ruedas que lleva. Crear por lo menos 3 aplicaciones: una sirva para comandarlo, otra que llame la atención como el juego del Yan Ken Po y la otra que realice una función de coger un objeto, desplazarse para luego soltarlo. DESARROLLO DEL PROYECTO Fases de Desarrollo Las fases que involucran el desarrollo del proyecto son las siguientes: Impresión de piezas de prueba Ensamblaje del brazo robótico Pruebas de funcionamiento con los servos acoplados a la estructura Realización de programación para comando de movimientos de los dedos Acople de base móvil Creación de pieza para que pueda escribir el brazo robótico
Corrección de errores en funcionamiento y creación de aplicaciones para su comando Infografía del Brazo Robótico Humanoide Construcción Figura 01 Infografía del brazo robótico humanoide Se decidió utilizar hilo de Nylon para evitar que el hilo se rompiera, además diera mayor firmeza al jalarlo a través de la estructura. Se procedió a realizar las pruebas con cada uno de los servomotores, para verificar que realice el movimiento esperado o se tenga que realizar alguna modificación en la estructura para facilitar su movimiento.
Figura 02 Prueba de funcionamiento de cada dedo con el hilo de Nylon sujetado al servo Para los movimientos individuales de los dedos se consideró, una programación definida que indicaran los valores del 1 al 5 mediante la posición de los dedos, ello permitiría el fácil comando de cualquier usuario. Para evitar movimientos entre los dedos que causen cruces entre ellos, dañando al servo que lo controle, se escogió el orden de la secuencia de movimientos. Para cerrar los dedos se empezaría del dedo meñique terminando con el dedo pulgar y para abrir la mano sería en sentido inverso, primero se abre el dedo pulgar y luego el meñique. Si existiese algunos dedos abiertos o cerrados, se leería el estado para saltearse al dedo que necesita abrirse o cerrarse, ahorrando tiempo en movimientos y así hacerlo más natural. Se cargó el estado de la posición del servo, para que a partir de ese ángulo se desplace a la posición deseada, así evitando movimiento innecesario como desplazarse hasta encogerse para luego estirarse.
Figura 03 Dedos de la mano formando el número 03 Se usó el chasis de un kit de robótica llamado Boe Bot, el cual los servos se conectaron al Arduino para poder comandar los giros izquierda, derecha, movimiento hacia adelante y hacia atrás. Además se creó una aplicación en app inventor para jugar al Yan Ken Po, se puede observar la aplicación en la figura 04. Esta aplicación la realizó uno de los integrantes del grupo de robótica. El cual consiste que al presionar un botón de la app, esta selecciona de forma aleatoria los valores de 0, 2 o 5 siendo el 0 piedra, 2 tijera y 5 tijera. Figura 04 Aplicación realizada para jugar el Yan-Ken-Po
Figura 05 Chiara Pinasco del programa TEC jugando al Yan Ken Po con el brazo robótico Para que los estudiantes pudieran crear aplicaciones se creó una serie de variables que identifique movimientos específicos de la mano. Estos son: 1: Cerrar todos los dedos menos el dedo índice 2: Cerrar todos los dedos menos el dedo índice y el dedo medio 3: Cerrar todos los dedos menos el dedo índice, medio y anular 4: Abrir todos los dedos menos el dedo pulgar 5: Abrir todos los dedos 0: Cerrar todos los dedos X: Giro de la muñeca hacia el lado izquierdo Y: Giro de la muñeca hacia el centro Z: Giro de la muñeca hacia el lado derecho 6: Desplazar el brazo con un Avance 7: Desplazar el brazo con un Retroceso 8: Desplazar el brazo con un Giro Izquierda 9: Desplazar el brazo con un Giro Derecha
10: Detener desplazamiento Para probar todos estos comandos, se creó una aplicación general, como se observa en la figura 06. Figura 06 Aplicación en Android para comandar el brazo robótico humanoide Dentro de los comandos se agregó después un comando más, permitiendo realizar una secuencia de movimientos incluyendo el desplazamiento del brazo. Siendo el valor de n la secuencia de movimientos para agarrar objeto, avanzar y soltar. Como se observa en la figura 07.
Figura 07 Secuencia de movimientos de agarrar objeto, desplazarse y luego soltar objeto La opción para que el brazo robótico pueda escribir, si bien la pieza ya está construida, además de haber sido configurada para su utilización. Aún está en fase de pruebas, ya que el desplazamiento del brazo sobre una superficie hace que al no mantenga la misma firmeza siempre al presionar el plumón sobre una pizarra. CONCLUSIONES Se construyó una plataforma novedosa y funcional relacionada a la robótica como herramienta para generación de muchas aplicaciones por parte de los estudiantes El nivel de interés en proyectos de robótica se incrementó por parte de los alumnos al ver la clase de proyectos novedosos que podrían participar al llevar las diversas unidades didácticas como Dispositivos Eléctricos y Electrónicos, Microcontroladores y Robótica, Aplicación de dispositivos móviles, entre otros. A partir del uso de las impresoras 3D es más asequible realizar proyectos cuyos diseños son complejos. A partir del diseño del brazo robótico humanoide se ha planteado la construcción de una prótesis biónica para poder ser controlada por mioelectrodos. A partir de la construcción del brazo robótico humanoide, en el grupo de robótica, se va a construir al robot humanoide completo, para ello los estudiantes miembros del grupo se les hará más sencillo la construcción, ya habiendo una muestra hecha a modo de prueba a la cual guiarse.
REFERENCIAS [1] Ejemplo de Control de un Servo http://www.electroensaimada.com/servomotor.html Accedido: agosto 2015 [2] Proyecto Robot Humanoide Inmoov http://inmoov.blogspot.fr/ Accedido: agosto 2015 [3] MIT App Inventor Tutoriales http://appinventor.mit.edu/explore/ai2/tutorials.html Accedido: setiembre 2015