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FlexShapeGripper: el agarre de la lengua de un camaleón

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Un tema importante en automación es recoger, sostener y colocar en su lugar objetos. Los sistemas de agarre siempre han jugado un papel clave en la producción. La empresa Festo, así como otras en este mercado, están todo el tiempo a la búsqueda de nuevos métodos de agarre y soluciones innovadoras que aporten soluciones a los sistemas de producción en las fábricas futuras

Cada vez más la naturaleza es fuente de inspiración de nuevos conocimientos y tecnologías del futuro. Es por eso que Festo creó Bionic Learning Network, una alianza con universidades, institutos y empresas de desarrollo para estudiar un rango de diferentes mecanismos de agarre, en muchas ocasiones utilizando como modelo la biología.

Recoger y ubicar en su lugar todo tipo de formas

En colaboración con los Colegios de Ciencias Aplicadas de la Universidad de Oslo y de Akershus, Festo presenta ahora una pinza cuyo principio de funcionamiento deriva de la lengua de un camaleón. La FlexShapeGripper puede recoger, reunir y colocar en su lugar varios objetos de la más amplia variedad de formas en un único procedimiento, sin necesidad de una conversión manual. Esto es posible por extremo de silicona lleno de agua, que se envuelve alrededor de los artículos y los agarra de un modo flexible y ajustado.

La naturaleza como modelo

La capacidad inherente de adaptarse a diferentes formas le aporta su nombre a este sistema: FlexShapeGripper, o Pinza de Forma Flexible. En la naturaleza, la combinación única de fuerza y ajuste a la forma que posee la lengua del camaleón se pueden observar cuando éste caza insectos.

Una vez que el camaleón tiene a su presa en la mira, dispara su lengua disparar como una banda elástica. Justo antes de que la punta de la lengua alcance el insecto, se retrae en el medio, mientras que los bordes continuarán moviéndose hacia delante. Esto hace que la lengua se adapte a la forma y el tamaño de las respectivas presas, y que las atrape firmemente. La presa se adhiere a la lengua y el camaleón tira de ella como si se tratase de un hilo de pescar.

Nuevo impulso gracias a la innovación abierta

Entre los objetivos de la Bionic Learning Network (Red de Aprendizaje Biónico) no sólo está aprender de la naturaleza, sin embargo, sino también identificar buenas ideas en sus primeras etapas, y fomentarlas y al mismo tiempo aplicarlas más allá de las fronteras de la empresa. La pinza es un sobresaliente ejemplo de la estrecha colaboración de Festo con universidades internacionales que forman parte de la red.

El estímulo para este proyecto fue un taller sobre el tema de biónica en el Colegio de Ciencias Aplicadas de la universidad de Oslo y Akershus, donde Festo presentó sus actuales líneas de investigación en el Bionic Learning Network. Dos de los estudiantes se inspiraron, en primer lugar por la presentación, y luego por la propia naturaleza: como parte de su tesis de maestría, presentaron el principio de agarre biónico modelado en base a la lengua de un camaleón. Junto con los ingenieros de Festo, los materiales, diseño y componentes neumáticos de la pinza fueron optimizados y el diseño para la FlexShapeGripper se desarrolló aún más.

 

Configuración técnica de la pinza

La pinza consiste en un cilindro de doble acción, una cámara se llena con aire comprimido mientras que la segundo está permanentemente llena con agua. Esta segunda cámara está equipada con una pieza moldeada de de silicona elástica equivalente a la lengua de camaleón. El volumen de las dos cámaras está diseñado de manera que se compense la deformación de la parte de silicona. El pistón, que separa en forma estanca las dos cámaras una de otra, está fijado a una delgada varilla en el interior del extremo de silicona.

Un agarre ceñido gracias a la recarga

Durante el procedimiento de sujeción, un sistema de manipulación guía la pinza hacia el objeto de modo que toque el artículo con su extremo de silicona. A continuación, se retira el aire de la cámara de presión superior. El pistón se mueve hacia arriba a causa de un soporte de resorte y tira hacia adentro de la pieza de silicona llena de agua. Al mismo tiempo, el sistema de manipuleo lleva la pinza aún más hacia el objeto. Al hacerlo, la cobertura de silicona se envuelve alrededor del objeto a ser agarrado, que puede ser de cualquier forma, resultando en una manera apretada de soporte. La elasticidad de la silicona permite una precisa adaptación a una amplia gama de geometrías. La elevada fricción estática del material genera una buena fuerza de retención.

Ambos mecanismos de agarre y de liberación se activan neumáticamente. No se necesita energía adicional en el proceso de sostener la pieza. La calidad flexible de la compresión con el aire comprimido simplifica la coordinación entre el sistema de sostén y la pinza de manipulación durante la etapa de agarre. La fuerza y la deformación de la parte de silicona se puede ajustar de forma muy precisa con la ayuda de una válvula proporcional. Esto permite que se puedan agarrar varias piezas a la vez en un procedimiento único.

Las características especiales del camaleón

Los camaleones son criaturas fascinantes. Pueden mover sus ojos de forma independiente uno del otro y cambiar su color en función de su estado de ánimo, la temperatura y el ambiente que los rodea. Otra característica especial es su estrategia de caza. Con la única manera en que disparan su lengua, pueden atacar tan rápido como un rayo y traer de vuelta a su presa con toda seguridad.

Un camaleón puede coger todo tipo de insectos, poniendo su lengua sobre la presa, y asegurarla encerrándola. El uso de este principio en la FlexShapeGripper perimite agarrar todo tipo de objetos de forma precisa. Con su extremo de silicona elástica, incluso puede recoger varios objetos en una sola acción de agarre y ubicarlos en un nuevo lugar juntos.

Pinzas en la automatización de hoy

Ya hay una cantidad de pinzas diferentes en las áreas automatizadas de la industria de hoy, y cada una de ellas ha sido desarrollada para una tarea especial. Si cambia la forma de una pieza con la que se trabaja, la correspondiente pinza debe ser reemplazada en la máquina, o debe ser adaptada, lo que requiere un gran esfuerzo. En instalaciones que producen diversos productos, se utilizan con frecuencia sistemas de cambio, equipados con diferentes pinzas.

Requisitos de fábrica del mañana

En la producción del futuro, sin embargo, habrá una necesidad de instalaciones y componentes más flexibles, que deben ajustarse de manera independiente para el producto correspondiente en una línea de producción con el método de «enchufar y producir». Las pinzas adaptables como la FlexShapeGripper pueden asumir un papel importante en este sentido.

Usos futuros potenciales

En el futuro, la FlexShapeGripper podría ser utilizada en cualquier instalación donde se manejan al mismo tiempo varios objetos con un rango de formas diferentes; por ejemplo en el sector de la robótica de servicios, para tareas de montaje o para manipular piezas pequeñas.

En las plantas flexibles de producción, sería posible manejar todos los tipos de productos en un solo procedimiento, sin tener que cambiar la pinza. El trabajo de selección de frutas y verduras u otros objetos con formas irregulares también es una tarea posible para un pinza universal como la FlexShapeGripper.






Una vez que puesta en funcionamiento, la pinza es capaz de hacer varias tareas. Esta integración funcional es un buen ejemplo de cómo los sistemas y los componentes en sí se pueden adaptar en el futuro a una variedad de escenarios de producción.

El proyecto también muestra cómo Festo aprovecha nuevos hallazgos en la naturaleza para su negocio principal, el de la automatización, y la importancia del intercambio de información interdisciplinario más allá de las fronteras de la empresa.

Fuente: Festo. Aportado por Eduardo J. Carletti

Más información:

Raspberry Pi 2, nueva plaqueta mini-computadora

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La nueva plaqueta Raspberry Pi 2 incluye un CPU ARM de 900 MHz Cortex-A7 de cuatro núcleos (~ 6x rendimiento), 1 GB de SDRAM LPDDR2 (2x memoria), total compatibilidad con Raspberry Pi 1. Debido a que tiene un procesador ARMv7, puede correr la gama de distribuciones ARM GNU/Linux, incluyendo Snappy Ubuntu Core, así como Microsoft Windows 10

BCM2836 y Raspberry Pi 2

Nos comenta Eben Upton, fundador de raspberrypi.org, que desde que lanzaron la original Raspberry Pi Modelo B, allá por el 2012, realizaron una enorme cantidad de trabajo de software para sacar lo mejor del procesador BCM2835 de Broadcom y el CPU ARM11 de 700 MHz. «Hemos gastado mucho dinero en la optimización de una amplia variedad de bibliotecas y aplicaciones de código abierto, incluyendo WebKit, LibreOffice, Scratch, Pixman, XBMC/Kodi, libav y PyPy. Al mismo tiempo, el proyecto Raspbian, dirigido por Peter Green y Mike Thompson, nos ha proporcionado una reconstrucción de Debian compatible con ARMv6 con soporte de hardware de punto flotante, y Gordon, Dom y Jonathan [miembros del equipo de desarrollo de Raspberry Pi] han gastado miles de horas de trabajo en el firmware y soporte de la tarjeta para hacer Raspberry Pi la computadora en una plaqueta más estable del mundo. Vale la pena ir y ver una imagen de la vieja tarjeta SD de 2012 para tener una idea de lo lejos que hemos llegado».

Sin embargo, llega un momento en que ya no hay nada más por hacer para seguir adelante que tener más memoria y un mayor rendimiento de la CPU. «Nuestro desafío era encontrar la manera de conseguirlo sin lanzar a la nada nuestra inversión en la plataforma ni echar a perder todos esos proyectos y tutoriales que se basan en los detalles precisos del hardware de Raspberry Pi. Afortunadamente para nosotros, Broadcom estuvo dispuesto a dar un paso adelante con un nuevo SoC (Sistema en un chip, o System on a Chip en inglés), el BCM2836. Conserva todas las características del BCM2835, pero cambia el ARM11 de 700MHz único con un complejo ARM de cuatro núcleos Cortex-A7 de 900 MHz: todo lo demás se mantiene igual, por lo que no se da una transición dolorosa o una disminución de la estabilidad».

Una vez que estuvieron seguros de que BCM2836 funcionaba como se esperaba, diseñaron una serie de prototipos hasta llegar a la Raspberry Pi 2 Modelo B, que se acaba de lanzar el lunes (2 de febrero de 2015). Tiene una forma idéntica a la existente Raspberry Pi 1 Modelo B+, pero se las arregla para contener tanto el nuevo BCM2836 y un 1 GB de SDRAM de Micron. Todos los conectores están en el mismo lugar y tienen la misma funcionalidad, y la tarjeta todavía se puede ejecutar conectada a un adaptador de corriente micro-USB de 5V.

Raspberry Pi 2 está disponible para su compra desde los socios del fabricante element14 y RS Components. Su precio de venta es de u$s 35 (el mismo precio que el modelo B+ existente). Se requiere un NOOBS (New Out Of the Box Software) actualizado, la imagen Raspbian, incluyendo el kernel ARMv7 y módulos, que se pueden descargar gratuitamente. Al lanzamiento, se está utilizando el mismo espacio de usuario ARMv6 Raspbian tanto en la Raspberry Pi 1 como en la 2; pero en los próximos meses ellos investigarán si pueden obtener un mayor rendimiento con el Debian ARMv7, o si pueden reemplazar selectivamente una pequeña cantidad de bibliotecas para obtener lo mejor de ambos mundos. Ahora que están usando un núcleo ARMv7, también se puede ejecutar Ubuntu: ya está disponible un Snappy Ubuntu Core y estará disponible un paquete NOOBS en el próximo par de semanas.

Windows 10

Durante los últimos seis meses han estado trabajando estrechamente con Microsoft para producir el próximo Windows 10 para Raspberry Pi 2. Microsoft tendrá mucho más para compartir en los próximos meses. La versión de Windows 10 compatible con Raspberry Pi 2 estará disponible en forma gratuita para los creadores.

Indican que se debe visitar WindowsOnDevices.com para participar en el Programa de Desarrollo de Windows para IoT (Internet of Things, Internet de las Cosas) y recibir actualizaciones a medida que estén disponibles.

Preguntas frecuentes

¿Se descontinuará los Raspberry Pi 1 Modelo B y B+?

No. Tenemos una gran cantidad de clientes industriales que querrán seguir con el Raspberry Pi 1 por el momento. Vamos a seguir construyendo Raspberry Pi 1 Modelo B y el Modelo B+, siempre y cuando haya demanda de ellos. Ambas placas se seguirán vendiendo por u$s 35.

¿Qué pasa con el Modelo A+?

El modelo A+ sigue siendo el Raspberry Pi para iniciarse con un valor de u$s 20. Aunque la nueva plaqueta se llama Raspberry Pi 2 Modelo B, no tenemos planes para introducir una Raspberry Pi 2 Modelo A antes del final de 2015.

¿Qué pasa con el Módulo de Cálculo?

Esperamos introducir un módulo de cálculo basado en el BCM2836 en el mediano plazo, pero por ahora estamos enfocados en el lanzamiento de Raspberry Pi 2 Modelo B.

¿Todavía usa VideoCore?

Sí. VideoCore IV 3d es el único núcleo de gráficos 3d públicamente documentado para SoCs basados en ARM, y queremos mantener Raspberry Pi abierto.

¿De dónde viene la cifra «rendimiento 6x»?

El aumento de velocidad varía entre aplicaciones. Hemos visto pruebas de referencia de la CPU con un único subproceso que acelera por lo menos 1,5 veces, mientras que Sunspider resulta alrededor de 4 veces más rápido, y los códecs de vídeo NEON habilitados para multinúcleo pueden ser más de 20 veces más rápidos. 6x es un número típico para una prueba de comparación de CPU multi-hilo como SysBench.

¿Es esta una versión completa de Windows 10?

Por favor, consulte WindowsOnDevices.com.

Especificaciones Raspberry Pi 2

  • Procesador de cuatro núcleos Broadcom BCM2836 ARM Cortex-A7
  • GPU VideoCore IV doble núcleo con soporte OpenGL ES 2.0, aceleración por hardware OpenVG, 1080p 30 frames, H.264
  • 1 GB LPDDR2 SDRAM
  • Salida de vídeo 1080p
  • Salida vídeo compuesto (PAL / NTSC)
  • Salida de audio estéreo
  • Ethernet 10/100 Base
  • HDMI 1.3 y 1.4
  • Audio compuesto jack 3,5 mm
  • 4 puertos USB 2.0
  • MPI CSI-2
  • Socket MicroSD
  • Conector Serie
  • GPIO 40 pines




Precio y disponibilidad Raspberry Pi 2

RS, uno de los dos distribuidores principales, ya tiene a la venta el nuevo modelo. El precio es idéntico al anterior: 35 dólares, ofreciendo entonces más potencia al mismo precio en esta mini-computadora con base ARM y sistema operativo Linux en formato de placa única.

Fuente: RaspberriPi.com


Algunas notas sobre programación del robot didáctico programable

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En esta publicación: Robot Programable: Diagrama Básico en Bloques prometo, al final, que voy a continuar con los detalles de circuito y de programación. En la entrada: El microcontrolador «cerebro» del robot programable (básico) hay mucho de circuito (hardware), ya que el artículo contiene una descripción bastante detallada de las secciones del chip microcontrolador que utilizamos por ahora, y también detalles de configuración y uso del chip que tienen una enorme relación con la programación.

Concretamente, que algo he cumplido de la promesa.

Los artículos hasta ahora venían más o menos sincronizados con el avance de las clases, pero para esta fecha obviamente estamos en receso de verano y no hay actividad, ni la habría aunque me lo propusiera, ya que por suerte los chicos asisten a una colonia de verano. A mí tampoco el calor me favorece mucho para mover las neuronas, por eso estuve dedicando algunos artículos a la mecánica, a la búsqueda de soluciones para abaratar la construcción de la base mecánica del robot.

De eso aún falta, me quedan algunas cosas por solucionar, y me dedico casi diariamente al tema. Ya les contaré.

El robot programableRobot programable

Pero hay un programa básico ya escrito con el que hemos trabajado en clase, haciendo mover al robot. Este programa (escrito en assembler, o ASM) permite ordenar una secuencia de movimientos al robot. El programa tiene tres niveles: 1) las instrucciones básicas para mover los motores en el lenguaje del microcontrolador (son las mismas para toda la familia PIC16F, y se podrían utilizar en todos los modelos disponibles, si bien nuestro chip elegido es el PIC16F876A), 2) la inclusión posterior de las instrucciones básicas dentro de subrutinas a las que se puede llamar programando con palabras en castellano en lugar de con los mnemónicos de la programación ASM, lo cual facilita la comprensión, y finalmente 3) la conversión de estas subrutinas en macros.




Utilizando macros se programa directamente con la palabra que hemos definido para el comando; ni siquiera hace falta utilizar la instrucción CALL de ASM que se necesita para hacer correr una subrutina.

Voy a explicar poco a poco la programación, en todos los pasos.

Primero que nada: la configuración inicial del chip

Recordemos primero el diagrama en bloques, ya que hay que definir las funciones de las patas del chip teniendo en cuenta este circuito.

Diagrama básico en bloquesDiagrama en bloques
Veamos las instrucciones ASM en la parte de configuración:

 

Es conveniente que vayamos explicando las líneas de instrucciones por partes:

La indicación list P es muy directa, con ella se le dice al programa de compilación que vamos a trabajar en un programa para el PIC16F876A.

La indicación include incluye en el programa, en el momento de compilarlo, todo el texto que se encuentra dentro del archivo que se indica a continuación P16f876a.inc. En estos archivos (provistos por el fabricante) se definen nombres en letras para todas las partes del microcontrolador, que de otro modo deberían estar indicadas en el programa con números hexadecimales. Esta práctica evita el trabajo de estar memorizando o buscando en una tabla estos números, y facilita la comprensión al leer el programa, y permite un fácil intercambio de programas (migración) entre diferentes microprocesadores.

Por ejemplo, dentro de P16f876a.inc define así al puerto A: PORTA EQU H’0005′. Podríamos cambiar la declaración dentro de este archivo y llamar al puerto con un nombre en español, por ejemplo: PuertoA EQU H’0005′. Luego podríamos programar utilizando este nombre y funcionaría correctamente.

Esta línea no es imprescindible y se utiliza para evitar molestas indicaciones de aviso cuando se cambia de banco de RAM en el programa. Las indicaciones no son necesarias si en el programa hemos realizado correctamente los cambios de banco.

Los microcontroladores poseen una serie de configuraciones que se fijan por única vez al principio de la operación y definen ciertas partes esenciales de su funcionamiento. En el ejemplo:

_CP_OFF (Code Protection) define que no protegeremos el código de ser leído desde la memoria de programa del chip. Es posible definir _CP_ON cuando ya tenemos un programa totalmente probado en un equipo que vamos a entregar y no deseamos que alguien se lo copie leyéndolo desde la memoria de programa del microcontrolador.

_XT_OSC define el modo de oscilador de reloj del chip. En este caso, la opción _XT_OSC indica que se utilizará un cristal o resonador conectado al chip para definir la frecuencia de trabajo.

_WDT_OFF está relacionado con la función de «Despertador» («Watchdog timer» en inglés) que se utiliza en aquellos casos en que se desea que el microcontrolador sea «despertado» de posibles estados en que haya quedado detenido, sea porque quedó esperando una señal de activación externa o porque falló su programa o porque se lo puso intencionalmente en ese estado por programa. El watchdog timer (WDT) puede producir un reinicio del microcontrolador PIC cada cierto período de tiempo, y recomenzar la ejecución del programa. Esto es para evitar que el dispositivo entre en un lazo infinito (se «cuelgue»), o se quede en una espera muy prolongada por un determinado evento que no ocurre. Durante la operación normal, el watchdog timer (en español «perro guardián» o «despertador») genera un reinicio del microcontrolador PIC después del final de su período WDT. También cumple la función de sacar al dispositivo del modo Sleep («Dormir»). En este caso el watchdog timer ocasiona que se despierte el microcontrolador PIC y continúe con la operación normal (sin producir reinicio), lo que se conoce como despertar WDT. No lo utilizamos en este programa en particular, de modo que fijamos _WDT_OFF, o sea, Watchdog Timer apagado.

_PWRTE_ON (Power-up Timer) Habilita un temporizador que se dispara en el encendido y permite que, durante su espera, se estabilicen todos los circuitos antes de comenzar a correr el programa.

_LVP_OFF define el modo en que se puede programar el chip. Esta definición en OFF determina que no se puede programar el chip utilizando un sistema de programación de bajo voltaje. Los programadores de PICs utilizan un voltaje de 12 volts en la pata MCLR del chip para poder escribir en su memoria de programa. Al definir el estado OFF de esta configuración se previene una programación accidental (que modificaría el programa y dejaría no operativo al microcontrolador) con los voltajes estándar de funcionamiento en sus patas.

_BODEN_OFF El bit BODEN (Brown Out Reset) en la configuración define la activación o no de una detención del microcontrolador por un descenso de voltaje de alimentación. Puede ser útil, pero no lo utilizamos en este diseño, por eso lo definimos en OFF.

En este bloque se declaran las variables que necesitaremos utilizar (y se reservan sus espacios en la memoria RAM). Por defecto, las variables son bytes (8 bits).

Las líneas de inicialización en este bloque están ampliamente explicadas con comentarios. En la última parte, debo aclarar que los registros TRIS son los que definen si una pata de entrada/salida es una entrada o una salida. Hay un registro TRIS para cada puerto: TRISA, TRISB y TRISC. Un 0 las define como salidas, un 1 las define como entradas. Por último, los microcontroladores con puertos cuyas patas se pueden definir como entradas al módulo Convertidor Analógico Digital (Analog/Digital Converter, o ADC, en inglés) tienen un registro de configuración en el que se debe definir si se utilizarán o no esas patas como entradas analógicas. Esto lo define el registro ADCON1 y el valor a definir para utilizar todas las patas como entrada/salida digital (tal como las utilizaremos por el momento) es 0x06 (hexadecimal 06).

Esencial: La parte del programa en sí

Observando el diagrama en bloques del robot programable, y con una lectura al artículo de apoyo sobre el chip de manejo de motores, podemos determinar que uno de los motores, el derecho, se maneja a través de dos patas del puerto A, RA0 y RA1, y el otro (izquierdo) a través de las patas RA2 y RA3 del puerto A.

La tabla de señales de control para los motores es como sigue:

     MOTOR DERECHO     
 |
       MOTOR IZQUIERDO       
    RA0     RA1     ACCIÓN | RA2 RA3 ACCIÓN
    1     0     AVANCE | 0 1 AVANCE
    0     1     RETROCESO | 1 0 RETROCESO
    0     0     DETENIDO | 0 0 DETENIDO
    1     1     DETENIDO | 1 1 DETENIDO


Por lo tanto, las instrucciones de manejo de los motores se pueden definir del siguiente modo:

Para realizar un movimiento necesitamos definir tiempos, y para eso, para empezar, podemos utilizar un simple rutina de «pérdida de tiempo» (el microcontrolador se queda «perdiendo tiempo» dentro de esta subrutina, y no hace ninguna otra cosa). La rutina la calculé utilizando los servicios del sitio Delay Code Generator donde se puede crear un código de retardo para PICs definiendo algunos parámetros (en el futuro usaremos un módulo TIMER del microcontrolador, pero cada cosa a su tiempo).

La rutina de pérdida de tiempo es:

Veamos entonces cómo es un programa que utilice estas subrutinas para ordenar al robot un movimiento en L.

El programa completo en ASM con el método de llamado a subrutinas es el que sigue. Más abajo encontrarán un enlace para bajarse el archivo en formato TXT con el programa completo en ASM listo para compilar. En el próximo artículo presentaré la conversión del programa al método de programación con MACROS y una serie de ejemplos de programas con distintas rutinas de movimiento.

El archivo ASM se puede bajar de AQUÍ.

El insecto palo robótico HECTOR da sus primeros pasos

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Un equipo de investigadores de la Universidad de Bielefeld ha tenido éxito en enseñarle la forma de caminar al único robot de su tipo en el mundo. Sus primeros pasos fueron registrados en un video. El robot se llama HECTOR y su construcción se basa en las formas de un insecto palo (Phasmatodea)

Con un diseño inspirado en los insectos, HECTOR tiene juntas elásticas pasivas y un exoesqueleto ultraligero. Lo que lo hace único es que está equipado con un gran número de sensores y que funciona de acuerdo con un concepto inspirado en la biología, un control reactivo descentralizado: el Walknet. Para el 2017, el robot andante estará equipado con habilidades adicionales dentro de un importante proyecto en el Centro de Excelencia de Tecnología de Interacción Cognitiva (CITEC).

Dibujo de diseño de HECTOR

El robot andante ha sido construido por el grupo de investigación en biomecatrónica. En el futuro, HECTOR servirá como una plataforma para los biólogos y expertos en robótica para poner a prueba las hipótesis sobre la locomoción animal. Un aspecto importante será la fusión de grandes cantidades de datos de los sensores de manera que el robot pueda caminar de modo más autónomo que antes. Una cuestión clave más será una óptima coordinación de los movimientos en un robot con articulaciones elásticas.




«La forma en que actúa la elasticidad en las unidades de HECTOR es comparable a la forma en que los músculos actúan en los sistemas biológicos», dice el profesor Dr. Axel Schneider. Él dirige el grupo de investigación biomecatrónica y coordina el proyecto CITEC junto con el Profesor Dr. Volker Dürr del Departamento de Cibernética Biológica de la Facultad de Biología. Schneider y su equipo desarrollaron sus propios actuadores elásticos. HECTOR tiene 18 de esos. Gracias a la elasticidad inspirada en la biología que poseen sus unidades, HECTOR puede adaptarse con flexibilidad a las propiedades de las superficies sobre las que camina.

«Sin embargo, la elasticidad por sí sola no es suficiente para que HECTOR pueda caminar a través de un entorno natural que contiene obstáculos», dice Schneider. «El reto era desarrollar un sistema de control que se encargara de coordinar los movimientos de sus patas en entornos difíciles, también».

El colega de Schneider Jan Paskarbeit fue responsable del desarrollo y la construcción del robot. Él también programó una versión virtual de HECTOR con el fin de poner a prueba enfoques de control experimental sin dañar el robot. «Todos los subsistemas tienen que comunicarse entre sí para que el robot camine sin ninguna dificultad», dice Paskarbeit. «De lo contrario, por ejemplo, HECTOR podría tener demasiadas patas en el aire al mismo tiempo, volverse inestable y caerse. Por otra parte, las patas tienen que ser capaces de reaccionar a las colisiones contra obstáculos. Hemos Solucionado esto implementando un comportamiento reflejo para subir por encima de los objetos», explica el investigador del CITEC.

En el Centro de Excelencia CITEC, ocho grupos de investigación se han unido durante tres años en un proyecto a gran escala para optimizar a HECTOR. Los científicos vienen de los campos de la informática, la biología, la física y la ingeniería.

En la actualidad, los investigadores están trabajando en el equipamiento de la sección frontal de HECTOR con sensores de largo alcance, como en una cabeza. Ya tienen un prototipo con dos cámaras laterales y dos antenas táctiles. Tanto el sistema visual como el táctil están inspirados en los de los insectos; sus espacios de funcionamiento y su resolución son similares a los de modelos animales.

Equipo de diseño de HECTOREquipo de trabajo

«Un gran reto ahora será encontrar una forma eficaz de integrar estos sensores de largo alcance con los sensores de posición y los sensores de las articulaciones. HECTOR es la plataforma ideal de investigación para hacer esto», dice Volker Dürr.

A hexapod walker using a heterarchical architecture for action selection

Por otra parte, hasta la fecha Hector ha sido un sistema reactivo: Reacciona a los estímulos de su entorno; gracias al programa de software «Walknet” puede caminar con un paso de insecto; y gracias a otro programa llamado «Navinet» es capaz de encontrar el camino hacia cualquier objetivo distante. Pero Schillling y Cruse también han desarrollado un programa llamado «reaCog» que se activa cuando dos de los otros programas no son capaces de resolver un problema dado.

Este nuevo software permite al robot simular un «comportamiento imaginado» para resolver dicho problema: Héctor busca nuevas soluciones y evalúa si estas acciones tendrían sentido, en vez de completar automáticamente cualquier operación predeterminada. El hecho de ser capaz de imaginar acciones es una característica central de una forma simple de conciencia.

Autoconciencia

Pero en breve, además, Héctor demostrará cómo funciona la nueva arquitectura de software para él creada y que le proporcionará la “autoconciencia”. De momento, esta arquitectura solo ha sido probada en simulaciones informáticas.

Como explica Holk Cruse, «el ser humano posee conciencia reflexiva cuando no solo puede percibir lo que experimenta, sino que también tiene la capacidad de experimentar que está experimentando algo. Por tanto, la conciencia reflexiva existe si un sistema técnico o humano puede verse a sí mismo ‘desde fuera de sí mismo’, por así decirlo».

Cruse y Schilling han demostrado como puede surgir conciencia reflexiva de un robot. «Con el nuevo software, Héctor puede observar su estado mental interno —en cierta medida, sus estados de ánimo— y dirigir sus acciones, usando esta información», señala Schilling. Pero, además, estas facultades básicas estarán preparadas para que Héctor también sea capaz de evaluar el estado mental de otros. Así será “capaz de sentir las intenciones o expectativas de los demás, y actuar en consecuencia”, aseguran los investigadores.

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Mecánica del robot didáctico: ruedas principales (1)

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En este artículo analizo las opciones para las ruedas principales, de movimiento, del robot didáctico social, y la búsqueda (constante) de muy bajo costo, o si es posible CERO costo. Sólo me quedaré tranquilo cuando se pueda armar totalmente con material de desarme de equipos descartados.

Ruedas

Gracias a un dinero donado pude comprar 96 ruedas de la marca RASTI de 53 mm de diámetro y sus juegos de ejes con dos puntas de encastre.

Ruedas de RASTI

Los ejes son del viejo estilo, no como se fabrican ahora, lo mismo en el caso de las ruedas, aunque en éstas no se nota gran diferencia. Con los ejes es otra cosa, ya que los ejes actuales son de metal con el cabezal de empalme plástico, mientras que los antiguos son totalmente de plástico blando.

Ejes y otras piezas

Los ejes cortos (96 en total) tienen 40 mm de longitud total, 17 de la parte recta del eje en sí y el resto en 11,5 mm de cada uno de los cabezales. La rigidez en el caso de este eje corto es aceptable.

Los ejes largos (48 en total) tienen 74 mm de longitud total, 51 de la parte recta del eje en sí y el resto en 11,5 mm de cada uno de los cabezales. El eje largo se dobla con facilidad.

Ejes blandos

Los 96 ejes cortos parecen ofrecer la mejor solución para empalmar la rueda con el mecanismo de reducción del motor en el robot didáctico. La tarea a pensar seriamente es crear un buje que, en su fricción contra el eje, no lo desgaste ni tampoco se desgaste demasiado. Debería tener, incluso, un punto de ingreso de grasa lubricante.

En el centro de la imagen de abajo se observan las piezas de Rasti que, de a dos, cumplen esta función (de color gris). Pero no me parece que su durabilidad en un uso más intenso, como en un robot para aprendizaje, sea adecuada.

Unión tipo RASTI

El montaje que debemos estudiar no utilizará las piezas de RASTI que se diseñaron como “bujes”, y de uno de los extremos debemos estudiar el método de anclaje (conexión) con el mecanismo de engranajes de reducción de los motores.

Unión que se debe diseñar

Se muestra un diagrama del fabricante del montaje de ruedas con un eje corto (no hacer caso a los colores, no coinciden con los reales de ninguna de las dos clases de ejes que he conocido). Le sigue una imagen con mis anotaciones.

El “buje” ideal sería, como lo son las piezas de ladrillos encastrables originales, una pieza compuesta de dos partes, con su conducto para el eje, dos orificios de fijación y uno en la parte superior, centrado y conectado con el conducto del eje, por donde aplicar la grasa adecuada. Debo averiguar bien con qué material se debería hacer esta pieza que dibujé, más o menos, en la imagen de abajo.

Bloques de montaje diseñados

El próximo paso necesario es conectar el extremo opuesto del eje de la rueda al mecanismo de reducción de la unidad de CD-ROM, sobre el engranaje de salida. Quizás la mejor opción es buscar un engranaje que se ajuste al de este mecanismo y colocarlo en el extremo del eje de RASTI. Uno de los problemas es que en estos mecanismos (como ya comenté en artículos anteriores) hay una variación muy grande de diámetros de engranaje, de paso y cantidad de dientes.

Sin embargo, es una posibilidad más interesante que la de unir directamente el eje al engranaje de salida, ya que aporta facilidad de desarme para el mantenimiento y reemplazo de partes.

En este caso se conectaría así:

Conexión propuesta con engranaje acoplado

Otra opción (con costo de compra, y lamentablemente sin posibilidad de comprar las piezas individuales, ya que solamente se pueden adquirir como parte de kits con muchas otras piezas), sería usar el conector que mostramos remarcado en la foto que sigue:

Pieza de RASTI para encastrar piezas al eje

Este conector nos permitiría unir el eje a aquellos engranajes de salida que tengan suficiente diámetro, en los cuales se puedan perforar los 4 agujeros de encastre para los postes de amarre de esta pieza.




En las fotos que siguen muestro algunos ejemplos de uso de esta pieza.

Pieza de encastre unida a un engranaje (y otros empalmes)Ejemplo de encastre 1

Pieza de encastre unida a una llanta de ruedaEjemplo de encastre 2

Pieza de encastre unida a una polea y a un engranajeEjemplo de encastre 3

Piezas de encastre unidas a piezas «ladrillo» estándarEjemplo de encastre 4

Otra posibilidad es sacar molde del encastre del cubo de la rueda y de la parte circular de la llanta plástica, y crear nuestra propias piezas con epoxi o algún plástico derretible. Puede ser difícil… o no. No tengo experiencia en esta tarea y debería hacer pruebas.

Ruedas

También se podría tomar un molde del punto de unión con el eje de la pieza de encastre de cuatro postes que vimos antes, sólo que del lado de los postes insertables se colocaría un círculo plástico a unir con el engranaje, o un engranaje que coincida en el engranaje de salida de la caja de reducción.

Otra manera es unir un círculo de plástico al extremo del eje (muy bien centrado, y esto me resulta difícil de lograr), y que éste se pueda pegar o atornillar (aunque los tornillos “pesan” y todo lo que sea peso adicional evitable debe ser muy tenido en cuenta en este diseño) a los engranajes de salida de la caja de reducción.

Aquí se observa una solución similar, un tanto tosca, que encontré en Internet (pero es más o menos la idea). Obviamente, se hizo utilizando pegamento. El eje que sobresale del disco gris de la foto sería, en nuestro caso, el eje de RASTI al que va unida la rueda.

Unión eje – engranajeUnión eje con engranaje

El primer intento será: engranajes acoplados al eje y a la salida de la caja de reducción

Ya que en principio parece ser menos complejo agregar un engranaje en el extremo opuesto del eje de la rueda, he desarmado una serie de video-caseteras VHS viejas y descartadas que compré en remates, obteniendo varios pares de engranajes.

Recordemos que cada robot tiene un par de motores y sus juegos de engranaje asociados, de modo que siempre estamos hablando de conjuntos de dos piezas.

Engranajes de desarmeEngranajes varios

El trabajo ahora es buscar de aparear estos engranajes con los de salida de los conjuntos de reducción que obtuve del desarme de unidades de CD-ROM (muy variados en diámetro y paso, como ya dije), y luego buscar la forma más segura y práctica de unirlos al extremo del eje. El resto es montar todo sobre una base.

Continuaré con este tema…

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