Capitulo 1

ARTÍCULO DE TAPA

Mini-robótica
Construcción de Prototipos
La robótica es uno de los te-
mas más apasionantes de la
tecnología actual, pero hay
una rama derivada de ella que
ha cobrado auge entre la co-
munidad de lectores desde el
aficionado y el estudiante has-
ta el profesional, es la mini-ro-
bótica, y la presente nota es el
inicio de una serie que los
acercará a este tema de una
manera práctica y sencilla
guiándolos en el entendimien-
to y la construcción de un mó-
vil el cual con cada número tendrá módulos funcionales que lo dotarán de prestacio-
nes cada vez más avanzadas.
Autor: Ing. Juan Carlos Téllez Barrera
e-mail: tellezcarlos@hotmail.com

INTRODUCCIÓN vos en los cuales se encuentra in- llegamos a un punto muy importan-
volucrada la mini-robótica. te antes de seguir,
El estudio de los insectos ha Su aplicación no es exclusiva de
destacado que de una manera or- la investigación, en el ámbito re- ¿Quienes los construyen? ¿qué
ganizada y ejecutando tareas senci- creativo se ha extendido bastante necesito para construirlos? ¿es ne-
llas bien definidas se pueden ejecu- así como su uso como herramienta cesaria una preparación técnica pa-
tar funciones en comunidad bastan- educativa ha dado como conse- ra poder llegar a construir uno pro-
te complejas, esto puede recrearse cuencia la proliferación de concur- pio? ¿su costo es muy alto? ¿yo
con pequeñas unidades robóticas sos estudiantiles de “mini-robótica” puedo hacerlo?
autónomas operando bajo los mis- donde pequeños “engendros” ha- Como respuesta a estas interro-
mos principios que puedan imitar ciendo gala de la electrónica de gantes he aquí el presente artículo
de manera muy aproximada a di- punta pueden desde seguir una lí- el cual de manera muy condensada
chas comunidades, y así como este nea hasta sortear obstáculos por pretende contestar esta y más pre-
hay muchos ejemplos representati- medio de visión artificial, pero aquí guntas. Mi interés es que con estas

Saber Electrónica

Artículo de Tapa
notas se entiendan los principios bá- ¿Qué son los mini-robots? portantes de mini-robots: Terrestres,
sicos y la finalidad de los mini-robots Son aquellos robots de bajo cos- acuáticos, aéreos y espaciales, de
y sobre todo, que quede claro que to cuya función primordial es la rea- los cuales por ahora nos limitaremos
cualquier persona podrá construirlo, lización de tareas sencillas que pue- a los mini-robots terrestres, específi-
desde el aficionado hasta el técnico den ejecutar con el mínimo de erro- camente a los dotados con ruedas
experimentado y al mismo tiempo res. Esta descripción es un tanto ge- ya que son los más utilizados debi-
sirva de apoyo a los profesionales neralizada pues ahora pueden eje- do a su simplicidad y facilidad de
en potencia para inclinarse a reali- cutar funciones muy sofisticadas pe- construcción, su capacidad de car-
zar sus estudios en alguna rama ro nos centraremos en el concepto ga, mayor control y estabilidad me-
afín, no es necesario invertir dema- inicial, la simplicidad de funciones. cánica aunque tienen en contra que
siado dinero ni tener un nivel eleva- Lo anterior es muy importante ya se limitan a terrenos planos y que
do de conocimientos ya que al cons- que el definir de manera adecuada los posibles obstáculos que se pre-
truirlo aprenderemos y será sobre el tipo de mini-robot que deseamos senten no deben ser mayores al ta-
todo con un lenguaje sencillo y sin construir y el fin al cual lo enfocare- maño de las ruedas. Se presentan
manejar conceptos muy profundos, mos nos delimitara en gran medida cuatro estructuras básicas, tal como
así que manos a la obra. las herramientas o elementos a se puede apreciar en la figura 1.
abordar para poder llevar a cabo un
diseño óptimo y por consiguiente Diferencial:
DEFINICIÓN DE ESTRUCTURAS que cumpla la función para la cual Se componen de 2 ruedas en un
será diseñado. eje común, cada rueda se controla
Antes que nada todos tuvimos independientemente, puede realizar
esta pregunta: Podemos mencionar 4 tipos im- movimientos en línea recta, en arco

Figura 1

Saber Electrónica

Mini-robótica: Construcción de Prototipos
y sobre su propio eje de contacto de tracción, presenta estabilidad y sim- posición X, posición Y y su orienta-
rodamiento, requiere de una o dos plicidad mecánica con facilidad para ción (ángulo con respecto a su posi-
ruedas adicionales para balance o los movimientos rectos pero presen- ción de origen, figura 2). Desde
estabilidad. Sencillo mecánicamen- ta una cinemática compleja, esto es cualquier punto donde inicie su mo-
te, puede presentar problemas de que para realizar giros y vueltas re- vimiento se tendrá una posición X,Y
estabilidad y su cinemática es sen- quiere de grandes desplazamientos y una orientación (ángulo).
cilla (La cinemática de un robot se o movimientos
refiere a la manera en que se mue- ¿Cuál es la importancia de lo an-
ve), para lograr el movimiento en lí- Carro: terior?
nea recta requiere que las dos rue- Es similar al triciclo, cuenta con Que esto nos ayudara a justificar
das de tracción giren a la misma ve- dos ruedas de tracción y dos ruedas alguna estructura de las nombradas
locidad. de dirección, tiene buena estabilidad anteriormente para construir nuestro
y facilidad para movimientos rectos móvil, ya que por experiencia en au-
Sincrono: pero presenta mayor complejidad las el error recurrente es que usan la
Todas las ruedas se mueven al mecánica por el acoplamiento entre estructura del primer carro de jugue-
mismo tiempo (manera sincrona) las dos ruedas de dirección y tam- te que encuentran y al no percatarse
para el avance y vuelta. Las ruedas bién complejidad cinemática. de la complejidad mecánica que im-
siempre apuntan en la misma direc- plica muy difícilmente logran que
ción, para dar vuelta giran sobre su A partir de este punto nos referi- funcione.
propio eje de apoyo manteniendo la remos al mini-robot como un “móvil”, Para lo anterior recurrimos a las
posición del frente del robot, evita y como tal se rige con algunos de los “Restricciones Cinemáticas” (aplica-
inestabilidades y pérdida de contac- principios de la robótica. El primero y das a nuestro móvil), esto es, la re-
to diferencial, pero presentan el in- más importante de ellos para nues- lación que hay entre los diferentes
conveniente de complejidad mecáni- tros fines son los grados de libertad, grados de libertad y su repercusión
ca. lo que en pocas palabras podemos en los demás cuando cambia de po-
definir como “la capacidad de movi- sición alguno de ellos. Traducido a
Triciclo: mientos que puede realizar”, y con nuestros mundanos fines, quiere de-
Dos ruedas de tracción fijas y respecto a un punto de referencia cir que si desplazo a mi móvil o lo
una tercera para la dirección sin (posición en el espacio) tiene tres, la cambio de orientación que movi-
mientos implica realizar,
Figura 2 y si analizamos las es-
tructuras básicas pode-
mos determinar que la
más sencilla por la facili-
dad para realizar despla-
zamientos con el mínimo
de movimientos es la di-
ferencial. Si quieren un
ejemplo comparen los
movimientos que realiza
un automóvil para esta-
cionarse en un lugar re-
ducido contra los que
realizaría un carro de
“hot dogs” (figura 3).
Quizá no es la manera
mas ortodoxa para re-
presentarlo, pero sí muy
ilustrativa. Ya que elegi-
mos la estructura base,
necesitamos construirla
y dotarla de la electróni-
ca necesaria para que
funcione prácticamente

Saber Electrónica

Artículo de Tapa
Figura 3

desde el principio. Pero antes de
darnos a la tarea de conseguir todo Figura 4
lo necesario debemos de aclarar
otros puntos.
La estructura básica de cualquier
móvil la podemos simplificar de la
manera especificada en la figura 4.

Sistema de alimentación:
Se compone de pilas, baterías
celdas solares o cualquier elemento
que proporcione la energía para “ali-
mentar” al Móvil. involucrarse más a fondo, tendrían Consideraciones de Materiales,
que echar mano de las siguientes Electrónica y Mecanismos
Sistema de control: consideraciones y de paso ahorrar
Es el que se encargará de proce- dinero. El construir un móvil requiere so-
sar las señales de los sensores e in- La construcción parte del diseño bre todo de ingenio, razón por la
dicará el momento del funciona- adecuado que nos dará la pauta pa- cual soy partidario del “reciclado” de
miento de los actuadores. ra elegir los materiales de la estruc- partes y materiales, la gran mayoría
tura principal y los motores que pro- de los proyectos de este tipo no re-
Actuadores: porcionarán el desplazamiento o es- quieren gran inversión monetaria
Motores, electroimanes, luces o fuerzo. No es lo mismo motores de por lo que no se preocupen, entre
elementos que lo dotarán de movi- corriente contínua (C.D.) que moto- los “trebejos” tienen un móvil en po-
miento o respuesta física. res a pasos, o si llevarán reducción tencia. En cuanto al material de
o girarán libremente, si no contem- construcción recomiendo láminas de
Sensores: plamos la carga total a desplazar o a acrílico, inclusive he visto móviles
Interruptores, elementos infrarro- qué estímulo va a reaccionar, a la armados con cajas de CD (discos
jos, fotorresistencias, piroelementos luz o al contacto, éstos y muchos compactos) o el CD mismo dándole
o cualquier otro que se le parezca más detalles delimitarán nuestro tra- originalidad y vista agradable, el uso
para “sentir” el entorno o estímulo. bajo. Por tal motivo iniciaremos la de aluminio también es buena op-
Queda claro que aquí involucra- estructura más sencilla y popular pa- ción pero precisa de herramientas
mos elementos eléctricos y electró- ra nuestro mini-robot la cual se más especializadas. Ambas opcio-
nicos, dicho de otra manera “las tri- construye a partir de unos pocos nes son buenas para la construcción
pas” de nuestro móvil. Lo sencillo materiales y mecanismos que ob- de la base principal ya que ahí so-
sería comprar el kit, montarlo y ad- tendremos de juguetes en desuso o portaremos el peso de las pilas y cir-
mirarlo, pero si algunos quisieran si la economía lo permite con ser- cuitos así como el fijado de los mo-
construirlo con sus propias manos e vos. tores.

Saber Electrónica

Para la realización de los pleo. Quizá se preguntarán
circuitos es importante el uso porque no se usan motores a
de tabletas universales por pasos, la limitante es su costo
las constantes adiciones de el cual es compensado por su
circuitos o modificaciones, precisión, pero el conseguir
para los más osados es váli- motores pequeños y que con-
da la realización de circuitos suman poca corriente es un
impresos pero esa tarea la fa- tanto difícil, además su apli-
cilitaremos en ediciones pos- cación es mas justificable si
teriores que incluirán los im- nuestro proyecto fuera un ro-
presos y así darle una mejor bot de mayor tamaño cuya
presentación en caso de que precisión sea necesaria, su
participe en algún concurso enfoque es a brazos robóticos
que están ahora en su cre- y sistemas de ejes coordena-
ciente apogeo. Si sólo desea hacer Los mecanismos que darán mo- dos, ante todo simplicidad es lo que
pruebas temporales el mismo proto- vilidad a nuestro “monstruo” debe- necesitamos.
board puede fijarlo en su móvil y ha- rán ser con reducción, los motores Para simplificar el diseño los mo-
cerlo parte de su base y así realizar en si no dan la fuerza (o torque) ne- tores con su respectiva reducción
las modificaciones de último mo- cesaria para desplazar el peso y en los consideraremos genéricos, esto
mento o para ajustes empíricos, re- caso de que así lo fuera la velocidad es que su unidad principal sea un
cuerde, todo es válido siempre y no nos daría la posibilidad de gober- motor de C.D. de 3 a 5 volt, de ahí
cuando trabaje ordenadamente y no narlo adecuadamente, la reducción partiremos a definir la estructura bá-
quiera perderse en una maraña de no sólo disminuye la velocidad sino sica y el por qué de la misma. Lo an-
cables. “aumenta la fuerza “(esto debido a terior nos lleva a una cuestión impor-
Un error constante es el uso de las relaciones mecánicas entre en- tante,
alambres en vez de cables, entre los granajes) que puede ser aplicada a
sensores y circuitos el uso de cables cualquier mecanismo, en nuestro ¿Qué comerá? ¿cuál será su
le dan la flexibilidad suficiente para caso a las ruedas motrices. Si su fuente de energía principal?
las modificaciones o adición de mó- pregunta es dónde conseguirlos, Al rescate vienen toda una gama
dulos, el uso de conectores es fabu- puede reciclar mecanismos de ju- de baterías, se puede usar casi cual-
loso y procuraremos usarlos más a guetes económicos, el uso de ser- quier batería recargable ya sea de
menudo, el uso de alambres sólo es vos es lo más adecuado ya que pro- gel, NiCad, NiH, ion de litio como las
válido en el Protoboard ya que su ri- porciona el torque o la fuerza sufi- usadas en los teléfonos celulares,
gidez limita los movimientos y es ciente para el desplazamiento, más etc., hoy en día su coste ha dismi-
constante un malfuncionamiento de- sin embargo su precio es muy eleva- nuido tanto que podemos esforzar-
bido a alambres cortados entre mó- do y nuestra finalidad es realizar un nos y comprar aquella que cumpla
dulos. móvil económico y funcional. De con nuestras expectativas de dura-
cualquier manera, más adelante se bilidad y costo, pero como nuestra fi-
¿Dónde consigo cable flexible? describirá el proceso de modifica- nalidad es la simplicidad supondre-
En cualquier tienda de electróni- ción de un servo y su correcto em- mos que usaremos el clásico porta-
ca encuentra de varios cali- pilas para cuatro unidades
bres, o si tiene por ahí un “AA” de 1.5 volts, esto nos da-
Mouse de PC dañado puede rá en total 6 volts, si elegimos
obtenerlos de ahí y usarlo cualquier otra procuraremos
para sus conexiones a sus que los voltajes que entreguen
sensores o entre tarjetas, sean cercanos a éste, de cual-
puede reutilizar hasta los quier modo por el momento no
sensores que tienen dentro, usaremos lógica TTL o algún
sólo debemos tener cuidado otro dispositivo que sea poco
en que los cables no sean tolerante a variaciones de vol-
tan delgados en las conexio- taje cercanos al indicado, si se
nes a las pilas y motores ya diera el caso de usar alguna
que por ellos fluirá mayor co- batería de mayor voltaje lo in-
rriente. dicado es utilizar un regulador

Saber Electrónica

Artículo de Tapa
Figura 5 Figura 6

de voltaje de 5 Volts. Pero recuerde, las más popu-
que está en una etapa de inicio y lares son el
siga el camino simple, que no es lo LEGO y el ME-
mismo que el mas fácil. CANO, la pri-
mera tiene una
serie llamada
PLATAFORMAS ALTERNATIVAS Technic que
está enfocada
Solo lo tomaremos como comen- a la construcción de infinidad de pro- en desuso o económicos que sean
tario, en la actualidad hay una gran totipos, desde una simple articula- de baterías, las ruedas, motores, ca-
variedad de “juguetes” educativos ción hasta un robot manipulador con jas de reducción y hasta los portapi-
que pueden servirnos como platafor- elementos neumáticos. Y si bien son las pueden ser reutilizables y por
ma base para construir mini-robots, muy flexibles lo complicado es el consiguiente económicos.
conseguir los elementos reduc-
tores y motores que sólo pue-
des adquirirlos en casas espe- ESTRUCTURA BÁSICA DEL MÓVIL
cializadas, que son un poco ca-
ros, el adquirir algún kit básico La estructura básica es la mos-
para armar algún vehículo nos trada en la figura 5 que nos muestra
proporcionará las piezas nece- una configuración de tres ruedas.
sarias para construir nuestro Como se indica, dos de las ruedas
móvil, con sólo unas cuántas que denominaremos ruedas motri-
modificaciones y un poco de in- ces son las responsables del des-
genio podemos adaptarlos a plazamiento del móvil y serán impul-
motores comunes y corrientes, sadas por una caja de reducción y
ante todo lo dejaremos a la un motor de DC por cada una, esta
creatividad de los lectores y a caja puede ser de algún juguete o
su bolsillo. Una opción muy via- un servo modificado (posteriormente
ble es el reciclado de juguetes se explicará la técnica de modifica-

Saber Electrónica

Figura 7 que gire sobre si mismo 360 grados.
Las ventajas son:

-Girar sobre si mismo 360 grados.
-Evadir obstáculos más fácilmen-
te.
-Moverse en lugares muy reduci-
dos.
-Menor lógica de control sobre
los motores en su etapa inicial.
-Control total del desplazamiento
del móvil por medio de PMW (Modu-
lación por ancho de pulso).

Una vez que definimos nuestra
estructura básica y sus ventajas po-
demos pasar a la construcción de la
misma, la nota del siguiente número
proporcionará los elementos nece-
sarios para la construcción de nues-
ción), la tercer rueda es de giro libre en caso de ser de cuatro ruedas (por tra estructura base y la prueba de
o “rueda loca” que está adosada a ejemplo el automóvil), la rueda loca operación sin sensor de ningún tipo,
un eje que no es concéntrico permi- solo cumple la función de dar estabi- conforme el móvil “evolucione” e in-
tiéndole así no presentar alguna re- lidad al sistema. Lo anterior es váli- corporemos la electrónica necesaria
sistencia al desplazamiento del mó- do para cuando el móvil sólo tiene la para su funcionamiento lo conjunta-
vil y su función principal es de apo- capacidad de que sus ruedas motri- remos con la teoría necesaria para
yo. ces se desplacen en un solo sentido. su análisis de funcionamiento y el
Las ventajas en cuanto a su des- Las cosas mejoran para el caso constructor se aventure a incorporar
plazamiento (figura 6) son las si- en que las ruedas motrices tengan la mejorías o simplemente disfrute de
guientes: al girar las ruedas motrices capacidad de invertir su sentido de su creación robótica.
a la misma velocidad el móvil se giro (figura 7), si hacemos girar las Mientras tanto una de las mejo-
desplazará en línea recta, si en al- ruedas una en sentido contrario a la res referencias para que tengan idea
gún momento deseamos que el mis- otra el eje de giro del móvil será la de lo que se puede lograr con un mi-
mo gire hacia la derecha o izquierda parte central del eje imaginario que ni-robot es: http://www.depeca.ua-
podemos detener uno de los moto- pasa por las dos ruedas. Esto dará h.es/alcabot/
res y el móvil dará vuelta tomando la posibilidad de que podamos orien- Por último, aclaramos que éste
como eje de giro el punto de contac- tar al móvil en cualquier dirección o artículo es el primero de una serie
to de la rueda que destinada a explicar-
esté detenida, en le cómo armar su
caso de girar en el propio prototipo. Si
otro sentido el eje Ud. no quiere espe-
de giro será la que rar hasta la próxima
esté en turno sin gi- edición, puede bus-
rar, analizando és- car los borradores
tos movimientos ob- de diseño, tanto de
servamos que el la parte mecánica
desplazamiento es como de la parte
mínimo al dar vuelta electrónica en nues-
además que ya no tra web: www.webe-
requeriremos de al- lectronica.com.ar,
gún otro motor que debe dirijirse al íco-
haga la función de no password e in-
eje de dirección co- gresar la clave: sa-
mo sería necesario robot. ✪

Saber Electrónica

Capitulo 1

Más contenido relacionado

Similar a Capitulo 1 (20)

Más de Miguel Ybernon Vicente Cabello (6)

Capitulo 1