Patas para robots humanoides (I)

Da igual qué placa lleve, cuanto le dure la batería o si está fabricado con fibra de carbono o PLA: la parte más importante de un robot humanoide son las patas (técnicamente piernas).

Antes de entrar en materia ¿Por qué escribo este tutorial? Es una forma de procastinar supongo, pero a parte de eso resulta que hay poca información en internet en español con información de cómo se construye un robot humanoide.

Resulta que en Japón tienen libros donde explican como construir robots humanoides y cómo programarlos después. Ojalá fuese capaz de leerlos, de momento tengo que conformarme con ver los dibujos y los videos de la Robo-One para adivinar cómo lo hacen.

servos

No solo eso, en muchos casos los servos que utilizan (Kondo, Vstone, Futaba… no precisamente los s3003) a parte de no venderse fuera de Japón, la mayoría ni siquiera tienen documentación en inglés ¡Es una locura! Mientras en el resto del mundo pagamos una pasta por servos Dynamixel ellos tienen opciones como las de la imagen de la derecha.

Entre las características: conexión daisy chain, hasta 67 kg/cm en el caso de Kondo, engranajes metálicos, cero backlash… etc, etc, etc.

Y después de este lloriqueo ¡Empezamos! Lo primero, para situarnos, utilizaré el convenio de yaw, pitch y roll para referirme al eje en el que se encuentra cada servo. Si no sabes qué significa, la siguiente imagen es bastante explicativa.

yawpitchroll

A parte de eso, cuando hablo de la configuración de la pata de un robot, suelo nombrar los servos desde la unión con el cuerpo hasta los pies. De esta forma la configuración de Zowi sería Y-R (yaw para el servo de la ingle, roll para el servo del tobillo) y Maus sería P-P (pitch para los dos servos).

Empezaremos con la morfología más básica, la configuración de servos en serie coincidentes con las articulaciones del robot, a la que denominaremos simplemente morfología en serie. Esta configuración es la más usada por los robots comerciales y la más simple mecánicamente hablando. Las piernas simplemente encadenan servos uno tras otro, usando como ejes para las articulaciones el propio eje de cada servo. Cogeremos como ejemplo los kits de humanoides más conocidos, en la siguiente imagen se muestran las patas del Kondo KHR-3hv, Robonova, Bioloid y Robovie-X.

humanoidescomerciales.png

La configuración de cada uno sería:

  • Kondo KHR-3hv, Y-R-P-P-P-R
  • Robonova, R-P-P-P-R
  • Bioloid, Y-R-P-P-P-R
  • Robovie-X, R-P-P-P-R-

Como detalle importante, la configuración de servos es la misma en el caso del Kondo y del Bioloid, sin embargo hay un diferencia. En el caso del Bioloid, los pares de servos del tobillo y de la ingle se encuentran en una posición en la que sus ejes de rotación se cruzan, formando una articulación esférica. Al uso, esto hace que la pata del Bioloid sea más fácilmente controlable, mientras que la pata del Kondo permite un rango de movimiento mucho mayor.

La morfología serie tiene un problema, uno muy grave para los robots humanoides, las rodillas. Vamos a representar la pierna de un Bioloid con un esquema como el siguiente.

esquemabioloid

En el esquema, los circulos corresponden con los servos con eje en pitch y las rectas con las piezas rígidas del robot. En la siguiente imágen se muestra como cambia la posición de los tramos de la pierna cuando esta se encoge. Esta situación se da continuamente cuando el robot camina o simplemente cuando se agacha.

esquemabioloid2

Los servos 1 y 3 recorren el mismo ángulo, sin embargo, para mantener la postura, el servo 2 debe recorrer el doble de ese ángulo. Esto se traduce en un cuello de botella muy importante, ya que en cada estiramiento o acortamiento de la pierna el servo de la rodilla deberá moverse el doble que los otros dos. Además, normalmente el servo de la rodilla suele ser el servo que más peso soporta, por estar en una posición baja y alejado del torso.

Recapitulando, tenemos una configuración de pierna llamada morfología serie, que es la que utilizan el 99% de los robots comerciales. Esta configuración sobrecarga el servo de la rodilla. En las próximas entradas vamos a ver ejemplos de otras morfologías que, con mayor o menor ingenio mecánico, esquivan este problema.

¡Un saludo!

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Cosmobot 2016

El pasado fin de semana se celebró el Cosmobot 2016 en Barcelona. Ha sido la segunda competición de robótica humanoide organizada por la LNRC, y en esta ocasión se trató de dos pruebas combinadas: “1 metro liso” y levantamiento de peso.

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El viaje a Barcelona lo compartí con el equipo Puma Pride, y ha sido genial ver como compiten en las categorías de velocistas y minisumo (en las que alcanzaron el primer y tercer puesto). De hecho me ha picado un montón el tema de los velocistas, que son robots de apariencia simple pero hacer que vayan tan rapido sobre una pista de lona tiene miga. Las carreras, con varios carriles y con adelantamientos fueron una pasada, es increíble ver a Pumatrón derrapando en las curvas sin perder la trayectoria.

En la prueba de carreras, Raider recorrió la distancia de un metro en 10.2 segundos. Por otro lado, en la prueba de levantamiento de peso, realizó un levantamiento de 800gr, que corresponde a algo más de un tercio de su peso. Con estas marcas quedó primer clasificado en las dos pruebas con un margen bastante amplio.

Vuelvo a casa muy contento con el resultado. Es la primera vez que hago pruebas de atletismo, y aunque al principio la idea no me entusiasmaba demasiado, han resultado ser pruebas muy divertidas, tanto para los constructores como para el público. Agradezco a la LNRC su iniciativa, y ojalá muy pronto se unan más robots humanoides a la competición.

En esta foto, los representantes de Castilla-La Mancha posando con los tesoros de la expedición!!!

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¿Nos vemos en Euskobot? 🙂