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Configuraciones de un Robot móvil

Evolucion robotica

Existen múltiples configuraciones a la hora de construir un Robot móvil, por un lado deberemos decidir si va a ser un Robot terrestre, acuático o volador. Si es este ultimo tipo tendremos que decantarnos entre un robot “tipo avión” o un helicóptero, y en cualquiera de los casos, tendremos que elegir cuantos motores tendrá.

Si nos decidimos por un robot acuático, tendremos la opción clásica de las hélices o algo más innovador, como los robots que actualmente se encuentran tomando lecturas de las aguas de nuestros mares y que se mueven como un un pez.

En caso de decidirnos por un terrestre, las opciones son aun mayores. Lo primero será decidir si queremos patas o ruedas. Si queremos patas, el siguiente paso es pensar cuantas. Si nos decidimos por las ruedas, habrá que pensar en su configuración, o lo que es lo mismo, como colocarlas.

Vamos a tratar de profundidad un poco en las distintas opciones que tenemos para que nuestro robot sea capaz de moverse.

Robot Terrestre

La tierra es nuestro medio,por donde más sencillo nos es desplazarnos y más natural nos resulta quizá por ello sea por donde hemos desarrollado más formas de movernos(coches,tanques,motos…).

Lo mismo ocurre con los robots, existen multiples configuraciones que nos permitirán desplazarnos por tierra. Es importante pensar en qué hará nuestro robot para decidir cual nos interesa más.

Robots con ruedas

Son los más sencillos de construir y controlar, pero eso no impide que tengan un gran potencial.

Deslizante

Es la forma de control más simple, el motor ( o motores) del lado derecho y el del lado izquierdo pueden moverse de forma independiente.Este sistema permite usar también “orugas”como las que emplean los tanques(de hecho, los tanques utilizan este sistema para desplazarse).

Para girar lo que haremos será moverlos de distinta forma, de este modo tenemos varias formas de hacerlo girar dependiendo del tipo de giro que queramos:

  • Giro amplio: Bajamos la velocidad de las ruedas que se encuentran en el lado hacia el que queremos movernos, las del lado contrario aceleran o mantienen la velocidad.
  • Giro cerrado: Detenemos las ruedas del lado hacia el que queremos ir y las otras continúan su movimiento.
  • Giro muy cerrado: Las ruedas del lado hacia el que queremos movernos invierten su sentido de giro, las del lado opuesto continúan como estaban. De este modo logramos que el robot gire sobre si mismo.

Triciclo

Como el nombre indica, utiliza tres ruedas, dos motrices y una de dirección y la idea es la misma que emplean los triciclos de los niños, y similar a la de las motos y bicicletas.

Las ruedas traseras se mueven ambas a la misma dirección y en el mismo sentido y una tercera rueda, situada delante, es capaz de girar, con lo que determina la dirección hacia la que se desplaza.

Ackerman

Es el sistema que usan los coches, camiones..etc. Cuatro ruedas, dos motrices y dos de dirección. el funcionamiento es similar al triciclo, pero el conjunto es mucho más estable al estar el peso repartido entre cuatro apoyos.

Este sistema, al igual que el triciclo, podría ser gobernado únicamente con dos motores,uno trasero que moviese las dos ruedas de ese tren y otro delantero, que mediante un sistema hiciese girar las dos ruedas de delante, este es el sistema que utilizan todos los coches,camiones, furgonetas..etc.

Robots con patas

Estamos tan acostumbrados a que la inmensa mayoría de seres que nos rodean se desplacen utilizando sus patas que no solemos pararnos a pensar en lo complejo que resulta moverse de este modo.

Decidirse a construir un robot con patas es siempre embarcarse en una aventura, pero antes de hacerlo tenemos que plantearnos.. ¿cuantas patas necesitamos?

Lo mejor para responder a esta pregunta es pensar en los animales que conocemos. Nosotros, por ejemplo, somos bípedos. Esta forma de moverse funciona muy bien en terrenos relativamente llanos, pero es un problema a la hora, por ejemplo, de movernos por terrenos con una inclinación muy grande o en suelo inestable o con poca adherencia (¿quien no ha visto a alguien caer al pisar hielo en invierno?. En estos casos, los animales con cuatro patas se desenvuelven mejor.

Tener de seis u ocho patas te garantiza mucha estabilidad, pero a cambio pierdes velocidad, además acciones como subir escalones se complican con cada pata que añadimos.

Así pues, es importante pensar ¿por donde se va a mover mi robot? y cuando lo sepamos pensar en que animal se movería mejor por esa superficie ¿un Homo Sapiens? ¿un Perro? ¿una araña gigante?.

Vamos a ver detenidamente cada posibilidad:

Bípedo

Es, sin duda, el mayor desafío. Incluso a nosotros nos cuesta dominar la técnica de andar empleando solo dos puntos de apoyo, al igual que un bebé aprendiendo a andar, piensa que si te decides por esta manera de moverte, tu robot pasara muchas horas en el suelo antes de poder andar con fluidez. Por lo que es importante tener un chasis robusto y resistente.

El equilibrio es fundamental a la hora de desplazarse con dos apoyos únicamente. Por lo que es importante que tu robot tenga un sensor de inclinación. Este sensor nos dirá la posición del robot respecto a los ejes X e Y. o lo que es lo mismo, si esta de pie y si esta recto. Estas lecturas nos serán útiles también en caso de que el robot se caiga al suelo, pudiendo programar la forma de ponerse de pie o, al menos, evitando que patalee en el suelo.

La forma más habitual (y casi la única posible) de desplazarse sobre dos piernas es apoyar el peso sobre la que permanecerá en el suelo y avanzar la contraria.

Trípode

Todo el que haya visto “La guerra de los mundos” sabe de sobra que se pueden hacer terribles maquinas con esta configuración.

Tener un punto de apoyo más aumenta la estabilidad, haciendo más complejo terminar en el suelo.

Puede que este sistema sea más estable que el bípedo, pero desde luego su desplazamiento es bastante menos elegante. Podemos desplazarnos de dos maneras distintas. la primera de ellas seria las más compleja, deberemos ser capaces de mover el peso del robot hasta mantener el equilibrio con dos patas, desplazar la tercera, mover el peso a otras dos patas, desplazar la pata libre.. etc.

Otra forma de hacerlo, bastante menos elegante pero mucho más simple, sería mantener siempre dos patas en el suelo, de forma estática y utilizar la tercera para darnos impulso. Queda más claro y mejor explicado en el vídeo.

Cuatro patas

Ratones,gatos,perros,vacas,caballos,elefantes… la naturaleza a testado con éxito esta configuración en innumerables seres vivos y lleva milenios de éxitos. Y no es de extrañar, cuatro patas otorgan estabilidad e innumerables posibilidades. En el peor de los casos, tendremos un bípedo con las dos piernas apoyadas en el suelo, en el mejor un trípode capaz de desplazarse con sus tres patas en el suelo.

Algunos ejércitos cuentan con robots cuadrúpedo entre sus filas, y es porque esta disposición y número de patas permite transportar un peso elevado por terrenos imposibles para una rueda, como laderas de montaña o caminos deteriorados.

Para pensar en cómo mover estas patas podemos inspirarnos, como ya hemos comentado, en muchos de los mamíferos que conocemos. Y si nuestro hardware y software esta lo suficientemente desarrollado, podremos andar manteniendo siempre tres patas en el suelo y avanzando la cuarta o galopar, apoyando el peso sobre dos patas mientras las dos del lado opuesto avanzan a la vez.

Seis patas

Nos adentramos en el mundo de los bichos, saltamontes,cucarachas… Cuentan con seis patas para desplazarse. Esta configuración permite hacer cosas que las demás no pueden, como cambiar la altura del robot para variar el centro de gravedad y conseguir una mayor estabilidad.

La forma más habitual de mover un robot de estas características es dejando siempre en el suelo cinco patas, mientras la sexta avanza un paso. Esto puede suponer que la velocidad no sea demasiado alta, pero a cambio obtenemos un diseño muy estable, que resulta realmente complicado de volcar y que es ideal para terrenos irregulares o poco estables.

Otra forma de desplazarse seria levantando cada vez tres patas, dejando las otras tres como punto de apoyo en configuración de trípode.

Ocho Patas

Los arañas, con sus ocho patitas, pertenecen al orden más numeroso del mundo. Si tan bien las ido usando esta configuración, por algo será…

No obstante, en robótica es la configuración menos extendida por motivos prácticos. ocho patas con un mínimo de tres grados de libertad cada una (es decir, tres articulaciones) requieren ¡24 motores! Eso supone un gasto energético muy grande, mucho peso y un sistema de control, tanto hardware como software mucho más complejo.

Esto no quiere decir que no existan robots con octópodos,pero si que a la mayoría de la gente que diseña este tipo de aparatos, ya sea por profesión o por hobby, les marea un poco tanta pata…

Robots Voladores

Surcar los cielos ha sido siempre algo que ha fascinado al ser humano. En los últimos años han aparecido gran variedad de robots capaces de volar. Desde los aviones espías no tripulados usados por el gobierno de EEUU e Israel hasta los pequeños helicópteros que toman fotos aéreas.

En este tutorial no nos adentraremos en principios aerodinámicos, ni de sustentación. Simplemente vamos a ver brevemente los tipos de maquinas voladoras más comunes.

Robots tipo Avión

Sin duda es uno de los diseños más complejos, en gran parte por la dificultad de crear un chasis adecuado y dotarlo de alerones móviles para las alas, los estabilizadores,el timón de dirección, el timón de profundidad…etc

Por lo general, este tipo de robot utilizan un único motor situado en el morro del aparato, como si de una avioneta se tratase. Aun que nada impide aumentar el número de motores al igual que ocurre con los aviones comerciales.

Para iniciarse con este tipo de aparatos, lo más sencillo es adaptar un avión de aeromodelismo dotándolo de sensores y controladores que lo conviertan en algo más que un avión de radio control. siempre teniendo en cuenta que estas incorporaciones aumentaran el peso de la nave, por lo que habrá que reducir peso cambiando los materiales que forman el chasis o aumentando la potencia de los motores.

Tipo Helicóptero

Este tipo de maquinas voladoras se han extendido con rapidez desde hace unos pocos años. Tanto es así que en cualquier centro comercial es fácil encontrar, por poco dinero, pequeños robots teledirigidos.

La cantidad de motores que llevará dependerá del peso que queramos que levante. Si únicamente queremos que vuele seguramente uno o dos motores serán más que suficiente. Si queremos que sea capaz de realizar tareas más complejas cómo tomar imágenes del vuelo, deberemos añadirle elementos como GPS, brújula electrónica, cámara de vídeo/fotos.. etc. Estos elementos aumentarán el peso del conjunto y necesitaremos mayor impulso para que se levante del suelo.

Además de la cantidad, de la potencia de estos motores dependerá la altura que pueda tomar.

Robots Nadadores

El agua es, por muchos aspectos, uno de los peores entornos a los que puede enfrentarse un robot. Para empezar, el agua y la electricidad nunca fueron buenos amigos. Para seguir hay mil y un peligros en cuanto nos rodeamos del liquido elemento. La presión, la temperatura ,las corrientes… son solo algunos de los fenómenos a los que se tendrá que enfrentar cualquier intrépida maquina quiera adentrarse en las profundidades.

Existen fundamentalmente dos formas de moverse:

Robot con Hélices

Clásico sistema de hélices que se emplea en barcos y submarinos. una ( o más) hélices giran moviendo el agua y produciendo un impulso hacia delante.

Para controlar la dirección hacia la que llevamos este impulso, tenemos dos opciones, podemos emplear un timón o bien diseñar la forma de poder mover las hélices hacia donde queremos ir.

Robo-pez

Si nos paramos a pensarlo, ningún animal acuático ha usado jamas un sistema de hélices para sus desplazamiento. En su lugar tienen aletas, que al moverse generan el impulso necesario para su desplazamiento. Este sistema se ha usado con éxito desde hace cientos de millones de años y para criaturas de todos los tamaños y pesos. ¿Por qué no copiarlo?

Es cierto que mediante este sistema de propulsión no se pueden lograr las mismas velocidades que con el tradicional sistema de hélices. Pero a cambio nos da mayor control y una eficiencia energética muy superior.

Esta es la tendencia que actualmente están tomando muchos grupos de investigación que han diseñado pequeños ejércitos de peces-robot que se desplazan con aletas.

Cómo moverlos

Ya hemos visto las distintas configuraciones típicas para robots móviles, una vez decidido cual va a ser la que use nuestro robot es el momento de preguntarse con qué vamos a moverlo. Existen distintos tipos de motores y según los criterios que busquemos (potencia,precisión,precio,velocidad…etc) nos decantaremos por uno u otro.

Los tres principales motores eléctricos que existen son los siguientes:

  •   Motores de corriente continua.
  •   Servomotores.
  • Motores paso a paso.

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