Capítulo 3 Construcción del gusano robot. La construcción del modelo del gusano representa un reto muy importante, debido a que no existe ningún tipo de guía para la construcción, esto implica un exhaustivo proceso de construcción y pruebas para lograr la funcionalidad del modelo, en este capítulo analizaremos las partes fundamentales del modelo y la explicación de su diseño. El modelo también presenta un reto en el aspecto de los recursos disponibles, dado a que la mayoría de los proyectos que han sido realizados en esta área cuentan con los recursos necesarios para poderle dar al los robot un alto grado de eficiencia, para nuestro caso esto no es posible debido a que tenemos restricciones en potencia y sensores, por lo cual es necesario optimizar las capacidades de los recursos existentes. El modelo, al basarse en un gusano que consta de un cuerpo en el centro y extensiones a las cuales les llamaremos cabeza y cola, que se encuentran tanto al frente como al final. 23
Figura 3.1.- Gusano Robot. 3.1 Sensores. Un punto importante en la construcción de un robot inteligente es el uso de los sensores, como ya lo habíamos comentado en el capítulo anterior, pero en nuestro caso contamos únicamente con dos sensores de tacto (figura 3.2), por lo cual es necesario determinar la posición adecuada, para que detecten lo mejor posible los obstáculos que se presenten, y se debe tomar en cuenta el tipo de movimiento derivado del diseño. 24
Figura 3.2.- Sensor de Lego. Para detectar obstáculos no basta con colocar el sensor, aunque este es parte fundamental de un dispositivo llamado bumper. 3.1.1 Bumpers. La palabra bumper se puede traducir como parachoques, pero en el contexto en el que estamos esta palabra no es completamente adecuada; en una primera definición podemos decir que es un dispositivo que choca con algún obstáculo, lo importante de este dispositivo es que debe tener cierto grado de independencia de la estructura del robot. Como ya lo habíamos mencionado antes, los sensores de tacto son parte fundamental de los bumpers, para completar la definición podemos decir que un bumper es un dispositivo que al chocar contra un obstáculo envía una señal al robot para que este determine alguna acción a realizar. 25
Los bumpers los podemos dividir en dos tipos por la forma en que se activa el mecanismo, uno de ellos es el de presión. Este tipo de bumper se acciona al tocar algún objeto, provocando que el sensor se presione y detecte el impacto. Figura 3.3.- Bumper de presión. Otro tipo de bumper es el de liberación o release este tipo de bumper se acciona cuando al tocar un objeto, el botón del sensor se libera y entonces detecta el impacto. Figura 3.4.- Bumper de liberación, release. 26
Para tener precisión se decidió usar un bumper que trabaja de forma de liberación, debido a que es más sensible a impactos de poca fuerza, los bumpers se colocaron en la parte del centro del robot debido a que es la más fija, y se le adaptaron antenas para que tuviera suficiente longitud y con esto asegurar que toque antes el bumper que las extensiones del robot. Figura3.5.- Bumper Gusano. 3.1.1.1 Referencia espacial con el robot. Al tener únicamente dos Bumpers no es posible cubrir todos los lados del robot, de hecho sólo algunas partes especificas, dentro de las restricciones más importantes de este modelo de bumpers, es que al integrarlos al diseño del robot las antenas que se utilizan para chocar 27
quedan en la parte frontal y posterior del robot y el rango de impacto es reducido a solo una parte (Figura 3.6), además existe la limitación de que la punta de las antenas al ser de plástico tiende a resbalar en algunas superficies, haciendo que se abran las antenas y el botón del sensor no sea liberado. Figura 3.6.- Rango de detección de impacto horizontal. Por otro lado la altura de los bumpers provoca que las antenas se encuentren en una parte alta (Figura 3.7), esto ocasiona que el rango de impacto se reduzca aún más, esto es que para objetos cuya altura sea menor que la del robot, el bumper no se activará, algo bueno es que los bumpers quedan a una altura en el que los objetos altos, paredes, serán detectados sin ningún problema. 28
Figura 3.7 Rango de impacto vertical. En la Figura 3.8 podemos ver algunos casos en los que el botón del sensor no seria liberado. Figura 3.8.- Casos problema. 29
3.2 Extensiones (Cabeza y Cola). Las extensiones del modelo son flexibles, esto es, que al unirse a la parte del centro del robot estas son capaces de contraerse y expandirse, este movimiento se combina con los motores del centro, y se genera un movimiento en donde además de contraerse y expandirse se levantan, estos movimientos combinados hacen avanzar el robot. Figura 3.9.- Movimiento de las extensiones. 30
Tomando en cuenta que el modelo pretende representar a un gusano es necesario que la cabeza y la cola deben de funcionar de manera simétrica, esto es, que el robot debe tener la capacidad de avanzar hacia atrás, de la misma forma en que avanza hacia delante. Para lograr que el robot avance se le han adaptado llantas en donde termina cada extremidad para que de esta manera no derrape. Las extensiones mueven al robot debido a que la parte que vaya adelante jala el robot y la parte que esta atrás lo empuja. Figura 3.10.- Movimiento frontal. Otra característica a destacar es que se necesita que el robot se pueda mover hacia los lados para poder cambiar la trayectoria, para esto se colocaron llantas con movimiento al final de cada extremidad, esto para que al momento de mover el robot hacia algún lado la resistencia a derraparse solo se ejecute hacia delante o atrás, y no hacia los lados. 31
Figura 3.11.- Movimiento lateral. 3.3 Motores. Los motores han sido colocados en la parte de el centro del robot, en forma paralela uno del otro, ambos están directamente unidos a dos rines grandes los cuales a su vez se conectan entre sí por medio de una barra (Figura 3.12). Figura 3.12.- Motores. 32
Esto permite que la rotación de ambos motores esté sincronizada, para que la fuerza de ambos mueva las extremidades. Otra razón importante por la cual los motores están unidos es por que la barra que los une tiene sujetas en los extremos las extensiones del robot, por medio de esta barra es que se genera el movimiento de las extremidades. En este punto se puede lanzar una pregunta, Por qué es necesario utilizar dos motores para mover las extremidades?, la respuesta es, que no solo se basa en la potencia necesaria para mover las extremidades, también es necesario para que estas se levanten adecuadamente, en el caso de usar un solo motor la barra que mueve las extremidades se movería como una balanza (Figura 3.13), esto no permitiría que ambas extensiones se movieran de forma correcta, y por lo tanto el robot no avanzaría, detallaremos un poco mas este punto en la sección 3.4. Figura 3.13.- Con un solo motor. 33
Se utilizó un tercer motor ubicado a un extremo del robot, este motor esta ligado al control de dirección y por lo tanto hablaremos de él en la sección 3.6. 3.4 Mecánica de movimiento. El movimiento del robot está basado en el diseño de las extremidades, así como en el movimiento que generan los motores. Empecemos por entender como trabajan los motores. Ambos motores se encuentran en la parte del centro del robot, estos a su vez tienen conectados a ellos unos rines grandes (Figura 3.14), los rines sirven para generar un movimiento circular, los motores están sincronizados gracias a que están unidos por una barra, la cual se mueve en círculos manteniendo una posición horizontal (Figura 3.15). Figura 3.14.- Motores y rines. 34
Figura 3.15.- Movimiento circular. La barra que une los rines a su vez esta conectada a las extensiones, por lo tanto el movimiento circular se refleja en la extensiones, provocando contraer una de las extensiones y expandir la otra, así como levantarlas mientras la barra de unión va hacia arriba según el movimiento circular (Figura 3.16). Figura 3.16.- Reacción en las extensiones. 35
Cuando la barra de extensión va hacia abajo se vuelve a generar el movimiento de de expansión y contracción de las extensiones pero en este caso, como el centro del robot ejerce un peso este se mueve. La sucesión continua de los movimientos generados por la rotación de los motores se refleja en el avance del robot (Figura 3.17). Figura 3.17.- Reacción en la parte céntrica del robot. 3.5 Niveles. La altura de la parte del centro, representa una variable a considerar para el movimiento correcto del robot, debido a que se debe mantener horizontalidad tanto con el piso como al punto en que las extensiones del robot tocan el piso. Si no se logra un equilibrio adecuado 36
cuando la parte del centro intente desplazarse, las extensiones trataran de levantar el centro del robot para seguir con el movimiento circular, pero por la falta de potencia esto no sería posible y por lo tanto el robot no avanzaría. Se corre este mismo riesgo si las llantas no se encuentran a un mismo nivel, por que el robot trataría de levantar la parte más baja para poder avanzar (Figura 3.18). Figura 3.18.- Niveles del robot. 37
3.6 Dirección. Un robot que se mueva hacia adelante y hacia atrás seria un modelo muy primitivo de el animal que queremos simular. Es por esto que se implementó un sistema de dirección para el robot. La dirección del robot se basa principalmente en un pivote de dirección en la parte inferior frontal del robot. El pivote está controlado por una barra de dirección perpendicular a este; esta barra por su parte está conectada a una flecha de transmisión de potencia, que tienen por un extremo un engrane que mueve la barra de dirección y por el otro una polea para conectarse con el motor, este motor es el que produce el movimiento (Figura 3.18). El motor se conecta a la polea de la flecha de transmisión por medio de una polea más pequeña y una liga, se utiliza una polea pequeña en el motor y una grande en la flecha de transmisión para disminuir la velocidad de las revoluciones. El cambio de dirección del robot es contrario a la rotación del motor. Figura 3.18.- Control de dirección. 38