humanoid es

María Cabello Aguilar

José Joaquín Cantos Frontela Sergio López de la Cruz

Alberto Carpintero Cascajero Carlos Ruiz Bueno

Pablo Gutiérrez González Gema del Sol Pérez-Cejuela

INTRODUCCIÓN AL

DISEÑO DE

MICRORROBOTS MÓVILES

HUMANOIDES

GRUPO C

INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE MICRORROBOTS MÓVILES HUMANOIDES

María Cabello Aguilar, José Joaquín Cantos Frontela, Alberto Carpintero Cascajero, Pablo Gutiérrez González 2

Las Tres Leyes de la Robótica:

- Un robot no puede hacer daño a un ser humano o, por inacción,

permitir que un ser humano sufra daño.

- Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos,

excepto si estas órdenes entrasen en conflicto con la Primera Ley.

- Un robot debe proteger su propia existencia en la medida en que esta

protección no entre en conflicto con la Primera o la Segunda Ley.


Sergio López de la Cruz, Carlos Ruiz Bueno, Gema del Sol Pérez-Cejuela

3

ÍNDICE

1. ALGORITMIA .......................................................................................................... 4

1.1 Control de motores ......................................................................................... 4

1.2 Planificación del movimiento y de secuencias de acciones .............................. 7

1.3 Inteligencia artificial ...................................................................................... 13

1.4 Programación ............................................................................................... 16

2. SOLUCIONES DE MOVIMIENTO Y ELECTRÓNICA ASOCIADA .................................. 22

3. KITS COMERCIALES .............................................................................................. 33

4. ROBOTS HUMANOIDES DE BAJO COSTE ............................................................... 47

5. COMPETICIONES .................................................................................................. 53

5.1 Competiciones Nacionales ............................................................................ 53

5.2 Competiciones Internacionales ..................................................................... 54

5.3 Pruebas de Humanoides (www.robogames.net) ........................................... 56

6. EVOLUCIÓN HISTÓRICA ........................................................................................ 66

7. ROBOTS HUMANOIDES EN LA FICCIÓN ................................................................ 84

8. ROBOTS HUMANOIDES EN EL MUNDO REAL ........................................................ 88

9. PROPUESTA DE DISEÑO DE UN ROBOT HUMANOIDE ESPÍA ................................. 92

9.1 Introducción ................................................................................................. 92

9.2 Material ........................................................................................................ 92

9.3 Sensores ....................................................................................................... 93

9.4 Motores ........................................................................................................ 98

9.5 Microcontrolador .......................................................................................... 94

9.6 Entorno de Desarrollo ................................................................................... 99

10. AUTORES ........................................................................................................ 101

11. GESTIÓN INTERNA .......................................................................................... 102



1. ALGORITMIA

En cuanto a la algoritmia de un humanoide tenemos varios niveles de estudio:

Control de motores Planificación del movimiento Planificación de secuencias de acciones Inteligencia artificial

1.1 Control de motores

Una parte fundamental en el trabajo con un robot es cómo controlar los motores de los que dispone. Hay que calcular parámetros como la corriente necesaria, la tensión, el par… para que nuestro humanoide lleve a cabo las acciones deseadas.

http://robotics.naist.jp/research/naisthandhp_enadj/NAIST-Hand.htm

El circuito de control es el que proporciona las señales a los actuadores dependiendo de las señales obtenidas en los sensores [1].

Las señales procedentes de los sensores pasan a través de una etapa de potencia para proporcionar la corriente necesaria al motor. Esta etapa puede ser un puente en H, que permite el cambio de giro del motor; relés, que manejan mayores corrientes; drivers para motores que permiten cambio de dirección, frenado y manejo de mayores corrientes.

http://robotics.naist.jp/research/naisthandhp_enadj/NAIST-Hand.htm



5

Cabe destacar que los motores utilizados para los robots son fundamentalmente motores de corriente continua o motores paso a paso [2].

Los motores de continua suelen controlar los giros de las ruedas. Proporcionan un par proporcional al voltaje de entrada, por lo que son fácilmente regulables. Trabajan en lazo cerrado, para poder controlar el ángulo girado. El control de estos motores puede ser de varios tipos:

Rectificación controlada por silicio Conmutación electrónica Modulación de anchura por pulsos (PWM) Modulación de frecuencia de pulsos (PFM)

Los motores paso a paso giran ángulos muy exactos y su control es de tipo digital. Este tipo de motores trabaja en lazo abierto ya que el giro del eje es conocido. Son normalmente controlados por un microcontrolador, como el HC68 o 8051; o por circuitería integrada específica para el control de estos motores, como el modelo SA1027.

El Robonova 1 cuenta con un potente microcontrolador Atmel ATMega 128 capaz de controlar toda clase de sensores y dispositivos, además de los servomotores [3].

En otras ocasiones, el control total de un robot se realiza a través de un PC, como en el caso del humanoide Robo-Tek [4].



Es habitual el uso de reguladores para este tipo de controles. Como ejemplo observamos el siguiente algoritmo encargado de obtener el par necesario para el brazo de un humanoide [5].

The design and implementation of arm wrestling robot. Quanjun Song.

Par estimado

+

-

Regulador

PD

Brazo

robot

T

Par sensor



7

1.2 Planificación del movimiento y de secuencias de acciones

En primer lugar, para poder realizar movimientos semejantes a los de los humanos es necesario elaborar un diseño previo:

Captura del movimiento humano M apa cinem ático → Traducción de los datos del actor hum ano a datos

entendibles por el robot M apa dinám ico → Conseguir que los m ovim ientos del hum anoide

satisfagan la estabilidad al andar y las propiedades de los actuadores Simulación Experimentación

La captura del movimiento humano es frecuentemente realizada mediante la mioelectricidad [6], que es una señal completamente relacionada con la fuerza muscular [7] y puede ser medida en muchos puntos simultáneamente.

Actualmente, la captura del movimiento humano es frecuente en casos donde se quiere crear un personaje ficticio, pero con movimientos casi reales. Un ejemplo lo tenemos en el personaje de Gollum, de El Señor de los Anillos. En la siguiente foto podemos ver cómo se realizó dicha captura.

www.wolfmanproductions.com/images/andy_blue.jpg

http://www.wolfmanproductions.com/images/andy_blue.jpg



Un tema realmente importante en este tipo de robots es la estabilidad.

El contacto entre los pies y el suelo es crucial para la locomoción. Sería deseado que la longitud de las piernas del humanoide fuera proporcional al tamaño de los huesos hum anos; de lo contrario el resultado serían caídas, pisoteos…

Existen fórmulas matemáticas que relacionan los vectores posición de los pies con constantes cinemáticas [8].

Por otra parte existen métodos de evaluación de similitud entre humanos y humanoides, que se llevan a cabo mediante el estudio de los ángulos de las articulaciones.

Un criterio destacado sobre la estabilidad es el criterio del Punto de Momento Cero (ZMP) de Vukobratovic [9].

El punto de momento cero es un concepto muy importante en la resolución del movimiento de un robot bípedo, como es el caso de los humanoides. Mantener la estabilidad dinámica no es tarea fácil, ya que el torso del robot tiene más masa e inercia que las piernas, las cuales tienen que soportar todo el peso.

El punto de momento cero es aquél en el que la componente tangencial del momento resultante de la inercia, la fuerza de la gravedad y las fuerzas externas es cero [10].

El concepto del momento cero implica el cálculo de las ecuaciones del momento angular, para garantizar que las trayectorias de las articulaciones respetan la estabilidad. Se establece una región de estabilidad, y mientras dicho punto se encuentre dentro de ella no habrá ningún problema.

Dependiendo de dónde esté este punto, la estabilidad será mayor o menor.

Como podemos comprobar en la siguiente ilustración, el robot ASIMO de Honda también usa este método de estabilidad.

http://www.honda.co.jp/factbook/robot/asimo/200011/img/04_09.gif



9

Un algoritmo interesante en cuanto a este tema se refiere es el siguiente, donde podemos ver que se trabaja de una forma sencilla. Mediante el cálculo del ZMP y unos

valores iniciales, se puede calcular una trayectoria de la cintura de un robot.

Obtener datos del movimiento

humano Obtener trayectoria del pie

Entrar valores iniciales de

La posición de la cintura

Generar trayectoria de la cintura

Calcular ZMP

Satisface Aumentar

x, y , z

No

Sí

Calcular

similitud

Satisface

Sí

No

Seleccionar trayectoria

final con mayor similitud



Por otra parte, para el cálculo de trayectorias libres de colisiones existen varias soluciones. Contamos con el algoritmo modificado de marcha rápida (FM3), basado en el FMM (Fast Marching Method), el algoritmo geométrico One Step To Goal (OSG) o el SKD que da soluciones cinemáticas [11].

Es de especial mención el algoritmo FMM, basado en geometría computacional. Puede ser aplicado a problemas de planificación de pasos, extrayendo entre todas las posibles soluciones la que corresponda al paso hacia el camino más corto.

Un ejemplo ilustrativo es el siguiente [12]:

Aquí tenemos la situación inicial (rojo) y la posición deseada (verde).



11

Dividimos nuestro plano en celdas.



Se van planteando las cuatro posibles posiciones, la anterior se descarta, y entre las otras tres se busca aquella que se encuentre más próxima a la situación final. De esta forma encontraremos el camino más eficiente.

Existen 5 aspectos fundamentales en la planificación del movimiento: orientación, inclinación, elevación, ladeo y balanceo. Como resultado del estudio de estos aspectos, se obtiene una trayectoria para el centro de masas y otra para la configuración del movimiento de los pies.

El problema de coordinar los movimientos de un robot con múltiples grados de libertad se complica a medida que el número de articulaciones y la complejidad de sus maniobras aumentan [13]. Es posible programar explícitamente los movimientos necesarios para que el robot realice una determinada tarea, pero si las tareas se desarrollan en entornos no controlados y/o son de moderada complejidad, esta opción se vuelve inviable [14].

Un enfoque posible es descomponer el problema planificado en planificaciones globales y locales, como sub-problemas más fáciles de resolver. Se usan formas como aproximaciones geométricas para definir el camino. Esto es, se separa el espacio de trabajo 3D en múltiples capas 2D conectadas.

Hay algoritmos en relación a esto, como el STABLE_BFP [15].



13

1.3 Inteligencia artificial

La inteligencia artificial es la ciencia que intenta la creación de programas para máquinas que imitan el comportamiento y la comprensión humana.

Los humanoides requieren de una extraordinaria dotación en cuanto a inteligencia artificial se refiere, ya que se desea, cada vez más, que se asemejen todo lo posible a los humanos.

Ya hemos visto que hay métodos de todo tipo para conseguir esto, y estudios basados en física, program ación… que buscan la m ejor sim ilitud posible con la especie humana.

Un punto notable en relación a este tema son los algoritmos genéticos.

Un algoritmo genético (AG) es una técnica de programación que imita a la evolución biológica como estrategia para resolver problemas [16]. Dado un problema a resolver, la entrada del AG es un conjunto de soluciones y una función que nos permite evaluar a cada solución candidata. Estas candidatas pueden ser correctas, aunque suelen ser generadas aleatoriamente.



http://eddyalfaro.galeon.com/geneticos.html

La mayoría de las soluciones, al ser generadas de forma aleatoria, no funcionarán y serán eliminadas. Sin embargo, por puro azar, unas pocas pueden ser prometedoras. Estas candidatas prometedoras se conservan y se realizan múltiples copias de ellas, pero las copias no son perfectas; se introducen cambios aleatorios durante el proceso de copia. Este proceso se repite una y otra vez, pudiendo encontrar soluciones muy buenas al problema.

Estos algoritmos han demostrado ser una estrategia enormemente poderosa y exitosa para resolver problemas. Las soluciones que se encuentra son, a menudo, más eficientes, elegantes y complejas que las que puede proporcionar un ingeniero humano.

http://eddyalfaro.galeon.com/geneticos.html



15

Como ejemplo tenemos el caso de David Andre y Astro Teller, que inscribieron en una liga de fútbol un equipo formado por robots programados mediante algoritmos genéticos. Les proporcionaron unas funciones primitivas como girar, moverse, tirar… La función que utilizaron para evaluar a las soluciones candidatas proporcionaban unos objetivos cada vez más importantes: acercarse a la pelota, golpear la pelota, conservarla, marcar goles y ganar el partido. No se suministró ningún código para enseñar específicamente al equipo cómo conseguir estos objetivos.

Los programas evolucionados se evaluaron con un modelo de selección jerárquico: en primer lugar, los equipos candidatos se probaron en un campo vacío y, si no marcaban un gol en menos de 30 segundos, se rechazaban. Luego se evaluaron haciéndoles jugar contra un equipo estacionario, que únicamente golpeaban la pelota hacia el campo contrario. En tercer lugar, el equipo jugaba un partido contra el equipo ganador de la competición RoboCup 1997. Finalmente, los equipos que marcaran al menos un gol contra este equipo jugaron unos contra otros para determinar cuál era el mejor.

De los 34 equipos de su división, Darwin United acabó en decimoséptima posición, superando a la mitad de los participantes humanos, hecho especialmente relevante si pensamos en, por ejemplo, la evolución de los computadores en el juego del ajedrez, donde actualmente compiten a nivel de los grandes maestros. Pensando en esto nos podemos plantear, ¿qué tipo de sistemas producirá la programación genética dentro de 20 o 30 años?

Otro ejemplo sobre inteligencia artificial aplicada a robots es el programa General Learner [17], escrito en C. Este sistema tiene como entradas impresiones sensoriales y como salidas acciones elementales. Relaciona las entradas con las salidas basándose en la observación de las acciones de las personas. No se conoce nada en cuanto a dichas entradas y salidas, sino únicamente cómo relacionarlas.



1.4 Programación

Escribir programas para robots es una tarea complicada, porque los robots son sistemas complejos. Es una programación muy exigente.

Una aplicación de un robot móvil debe estar pendiente de varias fuentes de actividad y objetivos a la vez. Un programa de un robot tiene que atender a muchas cosas simultáneamente: recoger nuevos datos de varios sensores, refrescar la interfaz gráfica, enviar periódicamente consignas a los motores, enviar o recibir datos por la red, etc. Por ello las aplicaciones de los robots suelen ser concurrentes, y por lo tanto bastante complejas. Los S.O. de los robots más avanzados incorporan mecanismos multitarea y de comunicación interprocesos [18].

Algo realmente importante es la interfaz gráfica. No es indispensable pero resulta útil como herramienta de depuración.

Aquí tenemos un ejemplo de interfaz sencilla, en la que se dispone de controles independientes para piernas, ojos, boca, etc.

http://scmstore.com/scm-hacker/num49/project/Image100.gif



17

Las aplicaciones de robots no cuentan con reutilización de código, cada aplicación ha de construirse prácticamente desde cero.

Aunque hay casos de programación funcional y lógica de robots, los lenguajes más utilizados con los genéricos. La parte específica de robótica se encapsula en bibliotecas u objetos particulares. También ha habido intentos de establecer lenguajes específicos para robots, como Task Description Language (TDL) o Reactive Action Packages (RAP).

La incorporación del ordenador personal como procesador principal ha abierto el paso a lenguajes de alto nivel: Java, C, C++, Visual Basic, C#, etc. Uno de los lenguajes actualmente más extendidos es C por su potencia expresiva y rapidez.

En cuanto a la simulación se refiere, se disponen de muchas herramientas que permiten simular los movimientos de robots con gran precisión y elegancia.

Un ejemplo de programación y simulación de un humanoide con Matlab es el siguiente. Se puede comprobar que no es una tarea sencilla, ya que existen multitud de bloques, pero se obtiene un trabajo muy logrado e imágenes muy realistas.



http://loslocosrh.blogspot.com/

http://loslocosrh.blogspot.com/



19

Referencias:

[1] Construcción de un robot seguidor de línea. J.E. Barco, L.E. Imbacuan, G.D. Ordoñez. Universidad de Nariño.

http://www.udenar.edu.co/contenido/comunicados/images/ROBOT%20SEGUIDOR%20DE%20LINEA.pdf

[2] El control de motores para los microrrobots. Felipe Antonio barreno Herrera.

http://www.depeca.uah.es/alcabot/seminario2006/Trabajos/FelipeBarrenoHerrera.pdf

[3] Robot humanoide Robonova 1 montado.

http://www.superrobotica.com/S300405.htm

[4] El robot humanoide de Zacatepec.

http://hypatia.morelos.gob.mx/No16/Notas/Robotek/robot.htm

[5] The Design and Implementation of Arm Wrestling Robot. Quanjun Song, Yuman Nie, Liankui Qiu, Jianhe Lei y Yunjain Ge. Proceedings of the 6th Congress on Intelligent Control and Automation, 21 – 23 Junio, 2006, Dalian, China.

[6] Humanoid Control Method Based on Human Knack for Human Care Service. Yuichiro Kawamura, Yoshiyuki Sankai. Doctoral Program in Engineering. Institute of Engineering Mechanics and Systems. University of Tsukuba, Ibaraki, Japan.

[7] Perry, Berkey, “EM G – force relationships in skeletal m uscle”, CRC Crst Rev Biomed Eng 7, pp. 1-22. 1981.

[8] Design of Humanoid Complicated Dynamic Motion Based on Human Motion Capture. Qiang Huang, Zhaoqin Peng, Weimin Zhang, Lige Zhang y Kejie Li. Department of Mechatronic Engineering, Beijing Institute os Technolegy. Beijing, China.



[9] M . Vukobratovic, D. Juricic. “Contribution to The Synthesis of Biped Gait”, IEEE on Bio-Medical Engineering. Vol. BME – 16, No. 1, pp. 1-6, 1969.

[10] Digital Human Modeling and Virtual Reality for FCS. Dynamic Motion Prediction of Gait and Lifting. Hyung Joo Kim, Emily Horn, YuJiang Xiang, Karim Abdel Malek y Jsabir S. Arora.

http://www.digital-humans.org/Report2004/Documents/07-MotionDynamics.htm

[11] RH0 Humanoid Robot Bipedal Locomotion and Navigation Using Lie Groups and Geometric Algorithms. Jose M. Pardos, Carlos Balaguer. Universidad Carlos III de Madrid.

[12] Motion planning for robots, digital actors and other moving objects.

http://ai.stanford.edu/~latombe/cs26n/home.htm

[13] Robin R. Murphy. Introduction to AI Robotics. A. Bradford Book, MIT Press Cambridge Massachussets. London, England.

[14] Formalización de maniobras en robots con múltiples grados de libertad como sistemas multiagente. José Antonio Martín H., Javier Alonso Ruiz. Instituto de Automática Industrial, C.S.I.C. Madrid.

http://ma.ei.uvigo.es/desma2004/articulos/Desma2004_Alonso.pdf

[15] Planning Humanoid Motions with Striding Ability in a Virtual Environment. Tsai-Yen Li, Pei-Zhi Huang. Computer Science Department, National Chengchi University. Taipei, Taiwan, R.O.C.

[16] Algoritmos genéticos y computación evolutiva. Adam Marczyk.

http://the-geek.org/docs/algen/

http://ai.stanford.edu/~latombe/cs26n/home.htm

http://ma.ei.uvigo.es/desma2004/articulos/Desma2004_Alonso.pdf



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[17] El programa General Learner (programa que aprende)

http://www.intelligent-systems.com.ar/intsyst/genlearnSp.htm

[18] Programación de robots móviles. José María Cañas Plaza. Universidad Rey Juan Carlos, 2 de Agosto de 2004.

http://www.intelligent-systems.com.ar/intsyst/genlearnSp.htm



2. SOLUCIONES DE MOVIMIENTO Y ELECTRÓNICA ASOCIADA

Un alto porcentaje de los robots humanoides que se implementan hoy en día intentan imitar nuestro sistema motriz para desplazarse e interactuar con el medio que les rodea.

De todos los movimientos que realizamos, andar es, sin ninguna duda el más complejo de todos ellos, ya que, aunque no nos demos cuenta, andar no es sólo desplazar nuestros pies por el suelo, sino que nuestras rodillas, cadera, columna, brazos, cabeza… se unen para conseguir m antener en todo m om ento el equilibrio. Veamos con unos dibujos el proceso completo:

http://www.rubberbug.com/walking.htm

http://www.rubberbug.com/walking.htm



23

Podemos observar como el peso completo de nuestro cuerpo es soportado por distintas partes de nuestra anatomía mientras que las restantes contribuyen a mantener el equilibrio global.

Especialmente relevante es el movimiento que genera nuestra cadera:

Ella se encarga de iniciar el movimiento y es donde reside el centro de gravedad de nuestro cuerpo.

A la hora de llevar estos movimientos a la práctica en nuestro robot se opta, en la mayoría de los casos, por servos, pequeños motores muy precisos que son capaces de mantener su posición con una fuerza relativamente grande. Veamos un robot que hace uso de este sistema, el robot Stampy creado por el Trinity College:



http://www.acroname.com/robotics/gallery/stampy/stampy.html

Contiene cuatro pequeños servos que le permiten mover las piernas y la cadera, además de unos grandes “zapatos” que le ayudan enorm em ente a m antener el equilibrio.

http://www.acroname.com/robotics/gallery/stampy/stampy.html



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A continuación veremos un diseño con mucha mayor libertad de movimiento, pero a costa de enorme complejidad, utilizando numerosos micro-servos.

http://www.austrobots.com/

http://www.austrobots.com/



Seguimos aumentando la complejidad del robot con el siguiente diseño, se trata del Robonova 1.

http://www.superrobotica.com/Robonova.htm

Este diseño tiene una peculiaridad en muchos de los 16 servos que incorpora, ya que incorporan un segundo eje, opuesto al utilizado normalmente y que hace que su colocación sea más sencilla, además de simular mejor la forma de una articulación humana. Por otra parte también dan información de cuál es su posición real para que pueda ser manejada por el microcontrolador.

http://www.superrobotica.com/Robonova.htm



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Una de las funciones para las que ha sido perfeccionado es jugar al fútbol, como demostró no hace mucho en la Campus Party de Valencia.

Si nos centramos ahora en el movimiento que ejercemos a la hora de coger objetos, nos daremos cuenta de que también tiene su dificultad. La presión que ejerzamos sobre el mismo tiene que ser lo suficientemente grande como para no caerse, pero sin excedernos, para no provocar su “deform ación”. Veam os un ejem plo práctico implementado en el Robosapien:

http://www.regaletes.com/robosapien-v2-p-34.html

Se puede observar como en la mano existen sensores de presión que le ayudan a verificar que se ha cogido el objeto con una fuerza adecuada. Pero el movimiento se ve limitado enormemente por las características físicas (forma, peso y tamaño) de lo que se pretende agarrar.

http://www.regaletes.com/robosapien-v2-p-34.html



Para controlar tal cantidad de servos, sensores y demás electrónica consiguiendo un verdadero humanoide se hace imprescindible la utilización de uno o varios microcontroladores, que se transforman en el verdadero cerebro del sistema. A continuación se muestra la tarjeta que usa el robot Austobot:

Austrobot

La elección de este componente ha de hacerse en la primera etapa del proyecto, ya que condicionará de forma irreversible la cantidad de servos y sensores (entre otras muchas cosas) que podremos utilizar.

Como ya he mencionado en el párrafo anterior, toda esta electrónica se encarga además de recibir información procedente de distintos tipos de sensores, com o pueden ser de distancia, presión, aceleróm etros… perm itiendo así una retroalimentación indispensable para poder interactuar con el medio que les rodea.

Por último echaremos un vistazo a sistemas de movimiento mucho más desarrollados a la vez que complejos que consiguen emular, de una manera más eficaz que los anteriores, movimientos que nos resultan muy cotidianos.



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http://www.kawada.co.jp/global/ams/hrp_2.html http://world.honda.com/news/2005/c051213_15.html

Ambos modelos son muy avanzados y tienen detrás el apoyo de grandes compañías que invierten enormes cantidades de dinero en su desarrollo. Seguramente el más conocido sea el robot ASIMO de la marca Honda. Sin ninguna duda, se trata de uno de los hitos en cuanto a humanoides se refiere. Si nos centramos en su manera de moverse nos daremos cuenta de por qué camina y corre de una manera tan natural:

http://www.kawada.co.jp/global/ams/hrp_2.html

http://world.honda.com/news/2005/c051213_15.html



Sus articulaciones inferiores (cadera, rodillas y tobillos) están basadas en mecanismos de doble eje al igual que ocurría con los servomotores ya comentados, pero mucho más evolucionados. Asimismo es capaz de realizar complejos movimientos sin perder el equilibrio. Ello es debido a una compleja electrónica.

En la base de este sistema se encuentra el "avance inteligente", una aplicación de Honda que permite a ASIMO andar en tiempo real con unos movimientos muy suaves. Esta capacidad ha sido posible gracias a una función que permite que el robot prevea su próxima posición y adapte sus movimientos en consecuencia. Así, a semejanza de un ser humano que, al girar una esquina, se inclina para desplazar su centro de gravedad hacia el interior, ASIMO prevé los pasos que va a tener que realizar y ajusta su centro de gravedad de forma adecuada. Esta capacidad de previsión de los próximos movimientos en tiempo real también le permite andar de forma continua. Para trazar una curva, no tiene que detenerse, pivotar y retomar la marcha. Puede realizar esta trayectoria con un solo movimiento suave e ininterrumpido.



31

Para im plem entar este sistem a de “avance inteligente” existen dos tecnologías clave (la información se ha obtenido de http://www.honda.es/html/es1/corporate/recherche.shtml):

1) Tecnología “Posture Control” (control de postura) que hace posible correr de forma humana

La combinación de un hardware muy receptivo con la nueva tecnología "Posture Control" permite que ASIMO flexione el torso para mantener el equilibrio y evitar los patinazos y giros en el aire, que suelen estar vinculados a los movimientos rápidos. Actualmente, ASIMO puede correr a una velocidad de 6 km/hora. Asimismo, la velocidad de avance caminando ha pasado de 1,6 km/hora a 2,5 km/hora.

2) Tecnología “Autonom ous Continuous M ovem ent” (m ovim iento continuo autónomo) que permite una ruta flexible hacia el destino

El ASIMO de nueva generación puede maniobrar para acercarse a su punto de destino sin tener que detenerse para comparar la información del mapa de input con la obtenida de la zona en la que se encuentra mediante el sensor de superficie de suelos. Además, ASIMO puede modificar autónomamente su ruta cuando dicho sensor de superficies y los sensores visuales situados en su cabeza detectan obstáculos.

Uno de los mayores retos superado por este robot ha sido su capacidad de correr, ya que se debían superar dos obstáculos importantes. El primero era conseguir un salto preciso y la absorción del impacto de la pisada, y el segundo consistía en evitar los patinazos y los giros en el aire que acompañan el movimiento a gran velocidad.

a) Salto preciso y absorción del impacto de la pisada: Para correr, un robot tiene que poder repetir los movimientos de despegue, avance de las piernas y pisada en un ciclo temporal muy corto y sin demora, absorbiendo el impacto inmediato de la pisada. Con la nueva unidad impulsora de gran potencia y muy receptiva y un nuevo circuito de procesamiento de alta velocidad, además de una estructura de piernas muy rígida y ligera, Honda ha conseguido un hardware preciso y receptivo con unos niveles de rendimiento muy altos.

b) Prevención de patinazos y giros: Gracias a la presión reducida entre la planta de los pies y el suelo, es más probable que los patinazos y los giros se produzcan justo antes de que el pie abandone el suelo y justo después de que vuelva a estar sobre él.

http://www.honda.es/html/es1/corporate/recherche.shtml



La superación de estos dos problemas fue el mayor reto de elementos de control relacionado con el aumento de la velocidad para correr. Gracias a la combinación de la teoría desarrollada por Honda sobre el control de la andadura bípeda con la flexión y el giro proactivo del torso, Honda ha desarrollado una nueva teoría de control que permite correr con estabilidad y evitar al mismo tiempo los patinazos.

Cuando una persona corre, el ciclo del paso es de 0,2-0,4 segundos (según la velocidad de cada uno) y el tiempo en el aire, cuando ninguno de los pies pisa el suelo, varía entre 0,95 y 0,1 segundos. El ciclo del paso de ASIMO es de 0,36 segundos y el tiempo en el aire es de 0,05 segundos, ambos equivalentes a los de una persona que está corriendo.

http://xataka.com/archivos/2006/05/31-historia-del-robot-asimo.php

Ya por último, destacar que ha sufrido diversas evoluciones desde el comienzo de su desarrollo en los años 80 que ha hecho posible un tamaño (véase la figura) y un peso (43 Kg aprox.) adecuados. Además es capaz de levantar objetos de hasta medio kilo de peso en cada una de sus manos. Todo ello con “sólo” unas baterías que lleva alojadas a su espalda de 38 voltios y 10AH (en plena carga).

http://xataka.com/archivos/2006/05/31-historia-del-robot-asimo.php



33

3. KITS COMERCIALES

En esta parte del trabajo intentaremos exponer los kits que se pueden encontrar en el mercado con los que haciendo uso de paciencia, unos buenos manuales y como no, dinero, poder construir un robot humanoide.

En prim er lugar, para quien no tenga m uy claro que entendem os por “kit com ercial”, decirle que con ello hacem os referencia a un robot que se vende completamente despiezado con un manual, generalmente en japonés aunque pueden encontrarse también en ingles, y en mayor o menor medida lo necesario para su ensamblaje, el cual debe realizarse manualmente.

Esta sección va de la m ano con la parte de “Robots hum anoides de bajo coste”, dado que muchos de estos artículos se venden tanto ya ensamblados como en forma de kit, no obstante la forma de kit ofrece la ventaja de ser mas didáctico y entretenido que la forma ya ensamblada, que podría considerarse más como un juguete, así como ser mas barato y dar la opción de modificar o adaptar cualquiera de los diseños con una mayor facilidad para distintas aplicaciones, o incluso usar las partes que nos interesen de cada kit para obtener un producto distinto y totalmente personalizado.



Ejemplos y breve explicación de algunos kits:

Para empezar creo que el mejor candidato es el KHR-1 de Kondo [1].

Por el 2002-2003, esta empresa japonesa líder en radiocontrol, desarrolló un servomotor potente y de poco peso que normalmente era usado en aviones de aeromodelismo o coches teledirigidos de carreras. Esta empresa comenzó a venderlos al por mayor en paquetes de 20-30 y muchos consumidores se vieron obligados a comprar estas cantidades, debido a que en los distribuidores minoristas no podían encontrar el eficiente servomotor, cuando normalmente solo usaban un par de ellos para sus diseños.

Estos motores resultaron ser eficaces para aplicarlos a articulaciones de pequeños robots, si a esto sumamos el crecimiento del interés por los robots humanoides que generó la Robo-one es fácil entender que Kondo no pudo resistirse a entrar en el mundo de la robótica al ver sus motores en varios de los competidores. Así Kondo comenzó a crear motores y otros productos destinados plenamente a robots [2].

El fruto de esa introducción de Kondo al mundo de la robótica es KHR-1, el primer kit que salió al mercado a un precio asequible, y que puede caminar, recuperarse tras una caída, ponerse a la pata coja… .

La intención era conseguir un robot a la imagen de los peleadores de Robo-one y que pudiera venderse con facilidad.

Fue un considerable éxito de ventas que sorprendió a los propios creadores.

En la actualidad está disponible también una versión más moderna, KHR-2 el cual se puso a la venta a principios del 2004, este modelo mejora la facilidad de ensamblaje, el software, los servomotores digitales y el algoritmo de desplazamiento bípedo.



35

Características del KHR-1:

-Altura 34cm

-Peso 1,2kg

-Precio aproxim ado 1000€

-17 grados de libertad

-Uno en la cabeza-cuello

-Tres en cada brazo

-Cinco en cada pierna

Contenido del kit:

-17 KRS-784ICS (Servomotores)

-2 RCB-1 (Placa de control)

-1RS-232 (Cable serie)

-1 NiCd 6V 600 mA-Hr (Batería)

-1 CD-ROM (Manual y software)

-Más de 200 otras piezas.



Características de los motores:

-Límite: 180° -Par: 8.7kg/cm -Velocidad: 60° @ 0.17 seg -Voltaje: 6V -Peso 45g -Dimensiones: 41x35x21mm

Características de las dos placas de control:

- Size: 45x35x16mm, Weight: 12g, 6V - Handles up to 12 servos - 128kb memory store up to 40 sequences of up to 100 poses each - RS-232 Serial link to PC - PC can control two boards linked in Daisy-chain

El Segundo lugar es para Robonova de Hitec [3], compañía coreana de servomotores.

Robonova fue introducido en el mercado japonés un año después de la aparición de KHR-1 de Kondo.

Este robot fue diseñado muy a la imagen del KHR pero intentando mejorar sus prestaciones como con un montaje más sencillo (sobre unas ocho horas) y un software más intuitivo, así como una apariencia más robusta [1].



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Características de Robonova:

-Altura 30.5cm

-Peso 1,3kg

-Precio aproxim ado 870€

Contenido:

-16 servos digitales HSR-8498HB

-1 Circuito controlador MRC-3024

-Piezas de aluminio y plástico.

-Batería recargable de NiMH 6V / 1000 mA.

-Cargador de baterías rápido a 220V.

-Mando a distancia por infrarrojos con sensor IR.



-Cables de conexión Serie RS232.

-CD con software y utilidades.

-Manual de instrucciones impreso

Características de los motores [4]:

Robonova incluye 16 servos digitales HSR 8498HB, que han sido especialmente desarrollados para este robot y que incluyen características especiales como "Motion Feedback" o lo que es lo mismo la posibilidad de leer externamente la posición real del servo, lo que permite que se pueda colocar el robot manualmente en cualquier posición y luego leer y guardar la posición en un programa leyendo los valores de los 16 servos desde el propio controlador. También se pueden programar otros parámetros del servo como la tensión de trabajo, velocidad, aceleración, corriente máxima etc.

Desde el punto de vista mecánico, estos servos tienen un elevado par de fuerza superior a los 7,4 Kg/cm que son trasmitidos con toda eficacia por sus engranajes de carbonita que resultan 10 veces más resistentes y duraderos que los de nailon.

Otra innovación de estos servos es que incluyen en la propia caja un segundo eje en línea con el plato de control y que sirven como eje de apoyo a las pletinas de aluminio, consiguiendo un gran rendimiento a la hora de transmitir toda la potencia mecánica del servo.



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Características electrónicas:

Robonova 1 está controlado por un circuito electrónico que viene completamente montado y listo para funcionar. El circuito está gobernado por un microcontrolador Atmel ATMega 128 que cuenta entre otras cosas con 40 puertos de entrada y salida digitales, puerto serie, bus I2C y 8 entradas analógicas. Con este elevado número de puertos de pueden controlar dispositivos de todas clases como servos, sensores de distancia, giróscopos, displays LCD, sensores de infrarrojos, etc. Además la placa cuenta con un altavoz para generar tonos de diferentes frecuencias y un conector para un led que se puede gobernar a voluntad. Otros componentes de la placa incluyen más de 64 Kbytes de memoria para los programas, que permiten que una vez que se han descargado, el robot sea completamente autónomo y pueda ejecutar los movimientos sin necesidad de estar conectado al ordenador [4].



Atm el ATM ega 128 (el “cerebro” de Robonova)

Bioloid, el kit de aprendizaje de la compañía coreana Robotis [5] es otra gran apuesta.

Su mayor peculiaridad es que con el mismo kit, aparte de construir un humanoide, pueden construirse otros robots con diversas formas, como pueden ser un perro y una araña y que también incluye un modulo de sensores.

La fuerza de sus motores es considerable, por lo que no está aconsejado como juguete para los más pequeños ni una vez haya sido montado [2].



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Contenido del kit:

-CM-5 circuito controlador (Atmel ATMega128 @ 16Mhz),

-18 AX-12+ Servomotores (UART @ 1Mbps one-wire RS485),

-1 AX-S1 Modulo de sensores

-Batería recargable (9.6V)

-Utilidades (freeware)

-Componentes para el ensamblaje.

-Precio unos 900€

Electrónica:

El control de este kit, también está basado en el Atmel ATMega128 como en el caso de Robonova.

El módulo de sensores AX-S1 incluye un receptor IrDA, tres sensores de infrarrojos uno al frente y otro a cada lado, para medir distancias, un pequeño micrófono y otro pequeño altavoz.



Características de los motores:

-Reductora: 1/254

-Torsión: 16.5kg-cm (@ 10V)

-Velocidad: 0.196seg/60° (@ 10V)

-Serial Network (TTL) ( 7343bps ~ 1Mbps)

Con un aspecto diferente tenemos a Manoi de la compañía Kyosho [6]. Su “esqueleto” está construido con el KHR-1 de Kondo [2], manteniendo las mismas habilidades de este como levantarse tras una caída y hacer equilibrios y un ensamblaje casi idéntico.

El precio es ligeramente mayor, pero puede justificarse con la mejora del aspecto y de la solidez del diseño que lo acerca a un público de menor edad.

La gran desventaja de este modelo es la dificultad de personalizarlo o ampliarlo.

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Otro kit de aspecto simpático es el Plen de Akazawa [7], el cual aparte de presentar una imagen atractiva es capaz de habilidades que le distinguen, como puede ser patinar o bailar.

Algunas características de Plen:

-Altura: 23cm

-Peso 700gm

-Autonomía 20min

-18 grados de libertad

-Puede controlarse mediante Bluetooth.

-Procesador de 32 bit ARM a 33MHz

-Precio cercano a los 2000€

Otra opción distinta a la de comprar un kit con un robot ya preestablecido es hacer uso de kits como los de Lynxmotion [8] pensados para crear cualquier tipo de estructura robótica con servomotores de una forma similar al Meccano.

Parecen dar buenos resultados como herramienta para ensamblar humanoides, viendo algunos de los modelos de ejemplo (de los cuales se puede obtener el manual de ensamblado en la propia página web de la compañía).



Un kit comercial muy extendido con el que puede fabricarse un humanoide y a buen precio es el Lego Mindstorms NXT en el que no se va a profundizar debido a que de ellos se encarga en su totalidad otro grupo.



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Hay otros modelos que también pueden encontrarse en forma de kit en como el MGR-K2017 de Megarrobotics [9], a un precio superior al de los modelos anteriormente expuestos.

Para finalizar esta sección sólo queda comentar una colección de Planeta De Agostini [10] llam ada “Construye y program a tu robot de últim a generación” en la cual cada fascículo viene acompañado de una de las piezas de un robot de tipo humanoide, aunque con desplazamiento rodado.

Los pros de esta promoción son que a parte de conseguir construir tu robot con todas las facilidades en cuanto a explicaciones y documentación, cada fascículo trata sobre distintos temas de la robótica y puede resultar muy interesante.

Pero presenta una gran desventaja respecto a los demás kits, que es el tiempo que se puede tardar en completar la colección y la inseguridad de si Planeta seguirá adelante con ella.

Por otro lado pueden comprarse números sueltos y atrasados, y así adquirir una pieza concreta que necesitemos para otro diseño (como sensores), o porque nos atraiga especialmente el contenido textual del fascículo.



Referencias:

[1]-“ http://www.kondo-robot.com ” Página oficial de los creadores del KHR (En japonés), con información del ensamblaje y control de las distintas versiones del KHR y de competiciones de robots.

[2]-“ http://robosavvy.com/Home/1 ” Tienda online de robots en form a de kits, repuestos para los mismos y piezas sueltas. Muy completa, con ayuda para el ensamblaje y posterior programación y un foro con un tema para cada humanoide. Pagina recomendada.

[3]- “ http://www.hitecrcd.com “Sitio de la com pañía Hitec, creadores del Robonova.

[4]- “ http://superrobotica.com “Tienda de robótica española con bastante información en castellano sobre el Robonova.

[5]-“ http://robotis.com/html/main.php “Sitio oficial del Bioloid (ingles, coreano y japonés), con información sobre sus productos y las distintas configuraciones de Bioliod.

[6]-“http://www.kyosho.co.jp/web/race/race_event/event/2005_prshow/robot-e.html “Web oficial de Manoi.

[7]-“ http://www.akazawa.co.jp/plen.html “ Sitio oficial de la com pañía Akazawa, creadora del Plen (en perfecto japonés).

[8]-“ http://www.lynxmotion.com “Sitio de la com pañía Lynxmotion, creadora de algunos kits de robots bípedos (prácticamente solo piernas) y humanoides.

[9]-“ http://www.megarobotics.com ”Sitio de los creadores de K2017.

[10]-“ http://www.planetadeagostini.es/ficha.php?id=186 “Espacio de Planeta de Agostini dedicado a “Construye y program a tu robot”, con enlaces interesantes para la construcción del m ism o, adquisición de entregas anteriores, etc…

http://www.kondo-robot.com/

http://robosavvy.com/Home/1

http://www.hitecrcd.com/

http://superrobotica.com/

http://robotis.com/html/main.php

http://www.kyosho.co.jp/web/race/race_event/event/2005_prshow/robot-e.html

http://www.akazawa.co.jp/plen.html

http://www.lynxmotion.com/

http://www.megarobotics.com/

http://www.planetadeagostini.es/ficha.php?id=186



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4. ROBOTS HUMANOIDES DE BAJO COSTE

Para la realización de un robot humanoide necesitamos utilizar componentes y aparatos muy sofisticados y de un coste en su mayoría muy elevado.

Estos costes tan elevados se deben al material tan miniaturizado y su variedad de funcionalidad que se emplean en la fabricación de estos seres tan parecidos a los humanos.

Pero no todos estos robot se hacen para grandes eventos o competiciones, sino que muchos de ellos se fabrican como juguetes para niños y no tan niños, por eso los precios de estos humanoides son más reducidos y mas adquiribles para la m ayoría de las personas ya que no suelen superar los 1000 €.

Algunos de los robots más fiables y de menor coste que pueden ser adquiridos a través de diferentes tiendas y que pueden comprarse en kits o montados son: el ROBOSAPIEN, el MANOI, el ROBONOVA, el ROBOSAPIEN V2 y el ROBOSAPIEN RS MEDIA.



ROBOSAPIEN

Se trata de un juguete bueno, bonito y barato llamado Robosapien. Este robot blanco y negro es un divertido invento articulado que posee una gran variedad de movimientos pre-programados y mide unos 33cm de alto. Robosapien baila, camina sobre dos piernas, se balancea, levanta una pierna sobre el suelo mientras camina, algo que es imposible ver en otros juguetes de este estilo y menos en esta clase de precio, ya que Robosapien sólo cuesta 180 dólares. Sus

movimientos son fluidos y por supuesto divertidos.

Con el control remoto, se le puede configurar uno de sus 67 movimientos, incluyendo movimientos de kung-fu, baile o fart e incluso eructar y tirarse gases. Sus dedos pueden abrirse y cerrarse para coger objetos y también responde a toques y sonidos. Robosapien puede correr durante seis horas sin parar con un pack de baterías. Después de 16 años de desarrollar la tecnología y tres años en su producción y pruebas, el doctor Mark W. Tilden ha conseguido crear un robot casero amistoso, con personalidad y sentido del humor, y con una extraordinaria facilidad de desplazamiento.

Según Tilden, Robosapien puede hacer cualquier cosa que un hombre pequeño pudiera hacer, pero con un cierto nivel de personalidad. Puede recoger calcetines y calzoncillos, puede asustar al gato y jugar al fútbol, incluso sabe seis movimientos de kung-fu y podría recorrer un laberinto.

Este humanoide tiene siete motores que guían su movimiento, que es sorprendentemente fluido.



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Su capacidad motora está mejorada por características tales como su mecanismo Interactive Reflex System: seis sensores en su cuerpo que detectan posibles obstáculos y evitan que choque con ellos.

Este juguete, producido por Tilden en asociación con Wow Wee Toys, es el primer robot basado en la ciencia de la robótica biomorfica aplicada. Robosapien tiene una autonomía de 20 horas, mediante cuatro baterías de tamaño D y otras 3 de tamaño AAA en el control remoto y se le puede guiar mediante control remoto, programándolo con 67 funciones pre-programadas [1].

MANOI KYOSHO ha lanzado una versión de robot humanoide llamada MANOI, la cual es basada en su sistema Kondo KHR-1. Debido a que tiene el esqueleto del Kondo KHR-1, este pequeño amiguito puede hacer las mismas peripecias, como levantarse, pararse en un pie, y correr como atleta.

El Kondo KHR-1 es un robot que abrió las puertas a diferentes experimentos de

humanoides y a competiciones .Este tipo de robot era capaz de hacer kung-fu y hacer acrobacias. Puede ser controlado a través de un PC y sin cables mediante un wireless. Este robot también puede llevar integrado microcontroladores y programas autónomos.

El robot Manoi saldrá por un precio aproxim ado de 1000 € [2].

http://robots.engadget.com/entry/0894670691389870/



ROBONOVA

Robonova es un avanzadísimo robot capaz de ejecutar toda clase de movimientos, saltos y piruetas impensables hasta ahora en un robot de su categoría. El robot desarrollado por Hitec basa sus actitudes en la utilización de 16 servos digitales especialmente diseñados para él y que además de una gran fuerza y precisión, añaden como novedad la posibilidad de leer la posición del servo mediante software, permitiendo realizar así movimientos complejos muy fácilmente ya que basta con colocar el robot manualmente en la posición deseada y a continuación hacer clic en la pantalla para capturar la postura y hacer que el programa genere automáticamente el movimiento entre una posición y otra. El corazón del Robonova es un potente circuito electrónico de control con más de 40 puertos de entrada y salida que pueden utilizarse no solo para mover servos, sino que además puede emplearse para controlar y leer sensores, displays, señales analógicas y digitales, etc. El microcontrolador empleado es un potente Atmel AT mega128 con más de 64 Kbytes libres para los programas. El cuerpo del robot está formado por pletinas de aluminio anodizado que unen con firmeza los servos entre sí y piezas de plástico rígido que protegen las partes mas delicadas como el circuito y las baterías recargables. El resultado es un robot robusto y resistente capaz de hacer toda clase de movimientos. El Robonova se puede encontrar en el m ercado por un valor de 899,09 € y el kit por 748,47 € [3].



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ROBOSAPIEN V2 El Robosapien V2, con muchas más opciones y características que el Robosapien mide más de 60 centímetros, 25 más que Robosapien , y cada vez es más "humano". Dispone de un sistema de visión artificial que le permite reconocer objetos y distinguir colores, además de poder hablar con su propia voz. Será mucho más ágil que el modelo actual, gracias a los doce motores que incorpora, y permitirá coger objetos pesados con sus manos.

Funciona con seis pilas de tipo D y incluye un mando parecido al de la Playstation que permite controlarlo remotamente, aunque también puede funcionar en modo autónomo, donde actuará según a él le plazca. Este robot se puede conseguir por el valor de 229 € [4].



ROBOSAPIEN RS MEDIA Este robot tan moderno que se diferencia con el resto de Robosapien en sus múltiples niveles de interacción con el entorno, las personas y los objetos que lo rodean. Este robot lleva sensores de sonido, luz y táctiles.

Este robot tiene movimientos humanoides, diálogos de respuesta, Sistema de visión en color y de detección de sonidos, visión infrarroja (detecta objetos y los esquiva), sistema láser de seguimiento y interactúa con

sus otros "robo-compañeros".

Además de lo anterior también lleva incorporado:

Pantalla LCD a todo color, para ver películas y fotos, reproductor MP3, para que puedas escuchar tu música preferida, cámara integrada.

También dispone de álbum de fotos, editor de personalidades, para que puedas modificar y personalizar tu RS Media y juegos JAVA.

Utiliza el software que lo acompaña, conecta RS Media al PC y transfiere archivos a través de la conexión USB o de una tarjeta SD.

RS Media permite crear secuencias de movimientos de forma muy sencilla gracias al software que lo acompaña. Simplemente moviendo el modelo en 3D en la pantalla de tu PC podrás crear los movimientos que tu elijas, añadiendo a los mismos voces o sonidos.

Gracias a su intuitivo mando de infrarrojos podrás manejar tu robot a tu antojo. Este sim pático robot se encuentra en el m ercado por un precio aproxim ado de 449 € [5].



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Referencias:

[1]- http://www2.cronica.com.mx/nota.php?id_nota=132463

[2]- http://www.top-robotic.de/page.php?id=1

[3]-http://www.top-robotic.de/page.php?id=1

[4]- http://www.robosapien.nl/robosapienv2.php?lang=en&setlang=

[5]- http://www.robosapienspain.com/product_info.php?products_id=44

http://www2.cronica.com.mx/nota.php?id_nota=132463

http://www.top-robotic.de/page.php?id=1

http://www.top-robotic.de/page.php?id=1

http://www.robosapien.nl/robosapienv2.php?lang=en&setlang=

http://www.robosapienspain.com/product_info.php?products_id=44



5. COMPETICIONES

5.1 Competiciones Nacionales

A nivel nacional, nos podemos encontrar con diferentes competiciones, las cuales, describiremos brevemente, ya que no tienen una prueba específica, donde compitan robots humanoides. Tanto éstas, como las siguientes que comentaremos, publican su normativa específica, unos meses antes del comienzo de la competición.

Alcabot (www.depeca.uah.es/alcabot)

Desde su comienzo, en mayo de 2000, se celebra en la Escuela Politécnica de Alcalá de Henares, el concurso de micro-robots, Alcabot, organizado por el departamento de electrónica de dicha universidad. En un principio, se celebraba de manera anual, pero desde hace dos años (2004), se celebra cada dos años.

Inicialmente contaba con tres pruebas, rastreadores, velocistas y laberinto. Hoy en día, tanto los rastreadores, como los velocistas, se han suprimido del programa, añadiéndose pruebas tales como sumo y fútbol.

En la única prueba, en la que se podría presentar algún robot de tipo humanoide, es en la prueba denominada, "prueba libre", donde cada participante, puede presentar cualquier tipo de robot.

La finalización en alguno de los tres primeros puestos en cada una de las pruebas, dan derecho a la participación en Hispabot.

Competiciones locales

Existen diversas competiciones a nivel local, como por ejemplo, Madrid-bot, Robolid, Robocampeones..., que al igual que Alcabot, dan derecho de acceso a Hispabot, en caso de terminar entre los tres mejores robot de cada categoría.

http://www.depeca.uah.es/alcabot/



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Hispabot

Originariamente, era Alcabot, pero debido a la gran afluencia de Robots de toda España, se decide crear una competición nacional llamada Hispabot, que se celebra al finalizar Alcabot, y en el mismo lugar, en la escuela politécnica de Alcalá de Henares. Al igual que Alcabot, se celebra cada dos años.

5.2 Competiciones Internacionales

Eurobot (www.eurobot.org/es)

Competición internacional, que se celebra anualmente, donde se presentan los mejores robots del Hispabot, en representación española, y los mejores de cada país. Debido a su celebración anual, en el caso de España, en el que las competiciones que dan acceso a Eurobot, se celebran de manera bianual, durante el año en el que no exista Hispabot, el acceso a Eurobot es libre.

Con varios meses de antelación, se informa, vía internet, de la reglas de cada una de las pruebas que se van a celebrar.

Al igual que en las competiciones anteriores, tampoco existe una prueba especifica de robots humanoides, aunque se pueden presentar con dicha forma, en cualquiera de las pruebas, no siendo recomendable por la estructura del robot.

Robolympics (www.robogames.net)

También llamado RoboGames 2006. Es un acontecimiento increíble donde se concentran el mayor número de competiciones con numerosas pruebas cada una. En las clases del combate, los EE.UU. siguieron dominando, ganando el oro en todas las categorías excepto en dos clases de peso. Brasil hizo su presencia ganando dos de las medallas, incluyendo el oro en peso del escarabajo. Canadá arrebató el oro en el peso súper pesado.

http://www.eurobot.org/es/

http://www.robogames.net/



Singapur continuó dominando la clase del Sumo, ganando 10 de 15 medallas. Japón ganó ambos oros en la prueba Robo-One. Perú logró dos oros en la clase de la VIGA, mientras que las clases abiertas se los llevaron varios países, Taiwán, Suiza, el Reino Unido, y Rusia.

Robothon (www.robothon.org)

Competición nacional estadounidense, celebrada en Seattle anualmente, donde su prueba más representativa es "Raza del Walker", en la que se presentan humanoides que tienen que hacer un determinado recorrido en el menor tiempo posible.

RoboCup (www.robocup.org)

Es una de las competiciones más conocidas en nuestro país, donde se presentan diversos robots, siendo la prueba más importante la de fútbol; donde se presentan robots de todas clases, incluido los humanoides.

Roboone (www.robo-one.com)

Competición celebrada en Japón donde se presentan robots humanoides que tienen que pasar la prueba de darse golpes entre ellos, como si fuese un combate de boxeo.

http://www.robothon.org/

http://www.robocup.org/

http://www.robo-one.com/



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5.3 Pruebas de Humanoides (www.robogames.net)

Wrestling

Reglas

El propósito del concurso es que dos robots luchen entre sí, para derrotar al contrincante, usando combinaciones de empujones, lucha libre, boxeo y técnicas de artes marciales. El último robot que se mantenga en pie es el campeón del campeonato.

Especificaciones

Tipo de sistema de movimiento:

1- El robot debe tener 2 piernas y andar sobre ellas.

2- El pie, tendrá como máximo de longitud, el 70 % de la longitud de la pierna, y como máximo de 20 cm.

Tamaño

La altura máxima del robot será de 80 cm.

No existe limitación en cuanto al peso del robot.

Métodos de control

El robot puede ser autónomo.

Puede ser controlado remotamente por un ordenador

Puede ser controlado remotamente por una persona

Reglas de la partida

Cada prueba consiste en 3 rounds.

El tiempo por round es de 2 minutos.

Entre los diferentes rounds se habilitarán 2 minutos para reparar los robots.

Todos los robots deben andar 2 pasos antes de poder atacar.

Cuando un robot está 3 segundos sin moverse, el árbitro le obliga a hacerlo.

En este caso el robot debe andar 2 pasos antes de poder atacar.

Comenzará una cuenta de 10 segundos, y si sigue sin moverse, quedará descalificado.

www.robogames.net



Cuando el robot es noqueado se contará hasta 10 segundos. Si no se pone en pie dentro de la arena y sin ninguna asistencia externa, el robot recibirá una falta técnica.

Si el robot es noqueado tres veces en un mismo round, recibirá una descalificación técnica.

Cuando el robot no está listo cuando empieza el round, el robot recibirá una falta técnica en este round.

Cualquier participante se puede rendir en cualquier momento.

Si los robots se paran durante un tiempo, será el arbitro quien decida al ganador, dependiendo de la agresividad, estrategia y daño.

Determinar al ganador

El robot que en un partido sume más puntos durante los tres rounds, será el ganador.

El árbitro determinará al ganador basándose en su opinión.

Competiciones en las que se celebra la prueba de Wrestling:

Robogames

Roboone



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Fútbol Dimensiones del campo:

Se utilizará un campo rectangular negro de madera de 220x180 cm de tamaño. Los córners de 10x10 cm serán fijo en las cuatro esquinas del terreno de juego.

Gol

Para distinguir y para identificar las dos líneas de gol, las paredes de la meta, los postes, y las barras serán pintados en colores azules y amarillos.

La portería será de 60 cm de ancho.

Los pósters serán de 2 cm de grosor y de altura 40 cm.

El balón

Se utilizará una pelota de tenis.

Jugadores

Un partido será jugado por dos equipos formados por tres robots cada uno, pudiendo ser uno de ellos el portero.

El tamaño de cada robot será limitado hasta los 20x20x40 cm y la altura de la antena de la comunicación del RF no será considerada.

Todo robot debe tener una cinta de color de 5 cm de ancha del color del equipo (pudiendo ser verde, naranja o rojo) visible alrededor de su cuerpo. Debe de encontrarse a una altura de 7 cm de la superficie del campo. En cada partido estos colores podrán ser cambiados.

El portero sólo podrá tener el balón dentro del área.

En un partido en juego, el árbitro puede silbar en cualquier momento y el operador humano debe parar todos los robots.

Se permite realizar tres sustituciones mientras durante el partido. El encargado de los robots deberá decir al árbitro que quiere un descanso; cuando se realice la sustitución recomenzará el partido en las mismas condiciones que cuando se paró.



Duración del partido

La duración del partido será de dos períodos de 5 minutos cada uno, con un intervalo de media jornada de 10 minutos.

Se detendrá brevemente el reloj durante las substituciones, o mientras que se transporta un robot dañado del campo, durante el descanso y durante aquellas situaciones que se juzguen correctas.

Competiciones en las que se celebra la prueba de Futbol:

Robogames

Robocup



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Sumo

Especificaciones :

Nos encontramos con distintas clases de robots, como podemos observar en la siguiente tabla:

Clase Altura Anchura Longitud

Sumo de 3 kilogramos ilimitado los 20cm los 20cm

Mini sumo ilimitado el 10cm el 10cm

Sumo micro los 5cm los 5cm los 5cm

Sumo de Nano los 2.5cm los 2.5cm los 2.5cm

Lego/disgusta sumo el 15.2cm el 15.2cm el 15.2cm



Para cada clase, tenemos una limitación en el peso de cada robot.

Clase Gramos

Sumo de 3 kilogramos 3,000

Mini sumo 500

Sumo micro 100

Sumo de Nano 25

Lego/disgusta sumo 1,000

Los robots mini, micro y nano, deben de ser autónomos. El robot debe de comenzar automáticamente en menos de cinco segundos, desde que se dio la orden de comienzo. Los robots de la clase del sumo de 3 kilogramos pueden ser accionadas por control remoto de acuerdo con las regulaciones de la FCC, y regulado por los funcionarios de Robolympics

Cada robot tendrá asignado un número, que se debe de exhibir para que los jueces y el publico puedan verlo.

Definición del partido de sumo

Se lucha entre dos equipos. Cada equipo tendrá uno o más participantes, pero solo uno de ellos acercara al robot al anillo del campo. Cada equipo compite en un anillo de Sumo (Dohyo).

El partido comienza cuando el juez de la orden. será el juez quien determine el ganador del partido.

El partido acaba cuando un robot gana dos puntos Yuhkoh.

Requisitos de los robots

Un robot puede ampliarse de tamaño, una vez que el partido comience, pero no debe separarse físicamente en pedazos, debiendo seguir como un único robot. Los robots que no cumplan este requisito, perderán el partido.

El robot no debe comenzar a funcionar un mínimo de cinco segundos después de la iniciación del participante.



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El robot debe tener un nombre o un número para los propósitos del registro. Exhibir este nombre o número en tu robot para permitir que los espectadores y los jueces lo identifiquen.

No se permite utilizar dispositivos para saturar los sensores del robot contrario.

No se permiten utilizar piezas que puedan dañar o romper el anillo (Dohyo), ni dañar o romper al robot contrario.

No se pueden utilizar dispositivos que se inflaman.

Los dispositivos que lanzan cosas en tu opositor no se permiten.

No se permiten utilizar sustancias pegajosas que permiten mejorar la tracción de tu robot.

Partido de sumo

Un partido consistirá en tres rounds, dentro de un tiempo total de tres minutos, a menos que se extienda a decisión de los jueces.

El equipo que gana dos rounds o recibe dos “Yuhkoh” prim ero, dentro del límite de tiempo, ganará el partido. Si pasado el limite de tiempo, antes de que un equipo pueda conseguir dos “Yuhkoh”, y uno de los equipos ha recibido un punto de Yuhkoh, el equipo con un punto de Yuhkoh ganará el partido.

Cuando un partido no es ganado por ninguno de los equipos dentro del limite del tiempo, se añadirá mas tiempo, durante el cual, el equipo que reciba el primer punto de Yuhkoh ganará.

Alternativamente, el ganador del partido puede ser decidido por los jueces, por distintas puntuaciones.

Un punto de Yuhkoh será dado al ganador por decisión de los jueces.

Tiempo del fósforo

Un partido será luchado un tiempo de tres minutos comenzando y terminando sobre el comando del juez. El reloj comenzara a contar cinco segundos después de que se anuncie su comienzo.

El tiempo añadido en un partido será como máximo de tres minutos.



Violaciones

Un participante entra en el anillo durante un partido.

Exigir parar el partido, sin razones apropiadas.

Insultar al robot o a los participantes del equipo contrario.

Penas

Si no se cumplen las reglas correctamente, los jueces darán dos puntos de Yuhkoh al contrario y ordenará al equipo que incumple las normas a despejar el área cercana al anillo.

Se acumularan todos los incumplimientos de las normas, durante un partido.

Lesiones y accidentes durante un partido

Un participante puede solicitar parar el juego cuando se daña a su robot, o este ha tenido un accidente, por lo que el juego no puede continuar.

Cuando no puede continuar el partido por la anterior regla, este equipo perderá el partido.

Si el juego debe continuar en caso de lesión o de accidente será decidido por los jueces y los miembros del comité. El proceso de decisión no llevara más de cinco minutos.

Competiciones en las que se celebra la prueba de Sumo:

Robogames



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Carreras

Reglas

Por cada acontecimiento tendremos 2-4 robots compitiendo.

Para los robots pequeños, alrededor de los 60cm, se utilizara una pista de 2m de largo; en cambio para robots mas grandes, de mas de 120cm, será de 3m.

El tamaño de los pies no será más de un quinto de la altura total del robot.

El actuador en contacto con el suelo debe moverse al revés y remite con respecto al centro de gravedad del robot.

Se imposibilita los Cambots.

Ganara el robot más rápido en realizar el recorrido.

Competiciones en las que se celebra la prueba de carrera

Robogames

Robothon



Agilidad

Reglas

El campo será de 120x30x30cm.

Los robots tendrán unas dimensiones de altura, desde los 20cm hasta los 120cm. Estos robots pueden ser autónomos o se les pueden ordenar a distancia.

Cada juez concederá un a diez puntos para cada uno. Todos los puntos serán concedidos y combinados para cada robot, dependiendo de tres características: originalidad; agilidad, si es muy flexible o si hizo un movimiento difícil; y, la variedad de movimientos.

Competiciones en las que se celebra la prueba de carrera

Robogames



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6. EVOLUCIÓN HISTÓRICA En este apartado se realiza un análisis de la evolución que han sufrido los

robots humanoides en su diseño desde el año 1986 hasta nuestros días, haciendo

especial énfasis en ASIMO y sus predecesores sobre los cuales versará la presentación

sobre este tema que se realizará en clase. Toda la información recopilada en este

apartado del trabajo, incluido el material gráfico, proviene principalmente de dos sitios

de Internet:

http://world.honda.com/ASIMO/history/ : Se trata del sitio oficial del

ASIMO de Honda, concretamente su apartado de Historia.

http://www.communistrobot.com : Se trata de una página web dedicada

en exclusiva a la robótica. En ella se dispone de un completísimo listado

con más de 250 robots desde 1986 incluyendo de cada uno diversa

información muy útil.

Si bien en una primera recopilación de información se disponía de un listado de

más de 100 robots humanoides, se ha reducido drásticamente éste a los modelos que

más interés pudieran despertar entre el alumnado de la asignatura de Introducción al

Diseño de Microrrobots Móviles. Además, se ha evitado hablar de aquellos robots

humanoides que aparecen en otras secciones de este trabajo como pueden ser el

ROBONOVA o el ROBOSAPIEN.

Así pues, lo que viene a continuación es una pequeña recopilación de

información sobre la evolución, sin entrar mucho en los detalles técnicos, de robots

tan conocidos como el ASIMO de Honda, los SDR de Sony, los HRP de AIST, etc.

Si bien en principio los modelos analizados son prácticamente todos japoneses,

no hay que olvidar que hay humanoides de interesantísimas características

desarrollados en los EEUU por el MIT, en Canadá por Dr. Robot, en Corea del Sur por el

KAIST o el KIST, en Suecia por la Universidad Chalmers, en China por el CMST, etc.

http://world.honda.com/ASIMO/history/

http://www.communistrobot.com/



69

1986

E0

Experimental Model 0

País: Japón

Fabricante: Honda

Web

Investigación

El E0 fue el primer intento de Honda de crear un robot humanoide que

anduviera. Este robot era capaz de andar en línea recta poniendo una pierna después

de la otra, sin embargo andaba muy despacio necesitando de cinco segundos entre

cada paso. La causa de esto era su necesidad de mantener su centro de gravedad en el

centro de la suela de sus pies y tenía que pararse constantemente para reajustar su

equilibro después de cada paso.

A continuación mostramos un gráfico que ilustra cómo se mueve el centro de

gravedad de un robot que anda despacio y de otro que anda rápido.

http://world.honda.com/ASIMO/history/e0.html



1987

E1


País: Japón

Fabricante: Honda

Web

Investigación

El E1 es un prototipo que andaba en un paso estático a 0,25 Km/h con una

cierta distinción entre el movimiento de las dos piernas.

E2


País: Japón

Fabricante: Honda

Web

Investigación

El E2 de Honda tuvo el primer movimiento dinámico a 1,2 Km/h, imitando la

manera de andar de los humanos.

http://world.honda.com/ASIMO/history/e1_e2_e3.html




71

E3


País: Japón

Fabricante: Honda

Web

Investigación

Honda continuó investigando sobre la manera de andar de los humanos,

además de aquélla de los animales para así conocer mejor la naturaleza de la

locomoción bípeda.

El E3 logró una velocidad de 3 Km/h sobre superficies planas, pero todavía era

necesario realizar el siguiente avance: lograr un paso rápido y estable sobre cualquier

tipo de superficie sin que esto implicara la caída del robot. La investigación en los

robots de la primera serie E empezó en 1986 y finalizó cinco años después.




Shadow Walker

País: Reino Unido

Fabricante: Shadow Robot Co. Ltd.

Altura: 160 cm

Grados de libertad: 12

Web

Investigación

El Shadow Walker es un robot con el esqueleto de sus piernas hecho de

madera, con músculos de aire de Shadow y que ha estado en desarrollo desde 1987.

Mide 160 cm y en su torso están las válvulas de control, electrónica e interfaces con el

computador. Su propósito es el de ayudar con la investigación y desarrollo para nuevos

diseños y técnicas sobre equilibrio y locomoción humana.

http://www.shadowrobot.com/index.shtml



73

1991

E4


País: Japón

Fabricante: Honda

Web

Investigación

Honda incrementó la longitud de la rodilla a 40 cm para simular la rápida

velocidad del paso humano a 4,7 Km/h.

E5


País: Japón

Fabricante: Honda

Web

Investigación

El E5 fue el primer robot de locomoción autónoma de Honda.





E6


País: Japón

Fabricante: Honda

Web

Investigación

Con este modelo Honda por fin consiguió control autónomo del equilibrio en

situaciones en las que el robot subía y bajaba escaleras, rampas o evitaba obstáculos.

El siguiente paso una vez logrado esto es unir las piernas al resto del cuerpo y

crear un robot humanoide.




75

1993

P1

Prototype Model 1

País: Japón

Fabricante: Honda

Altura: 191,5 cm

Peso: 175 kg

Web

Investigación

El P1 fue el primer prototipo con forma humana de Honda. Éste disponía ya, no

sólo de dos piernas, si no de cuerpo y extremidades superiores. Era capaz de encender

y apagar interruptores, agarrar los pomos de las puertas y llevar objetos. La

investigación sobre el P1 comenzó en 1993 y finalizó cuatro años después.

http://world.honda.com/ASIMO/history/p1_p2_p3.html



P2

Prototype Model 2

País: Japón

Fabricante: Honda

Altura: 182 cm

Peso: 210 kg

Web

Investigación

Honda sorprendió al mundo entero en Diciembre de 1996 con el debut en

público del P2, el primer robot humanoide bípedo autorregulable del mundo. Su torso

contiene un computador, motores, la batería, una radio inalámbrica y otros controles

necesarios para permitir el control inalámbrico. El P2 es capaz de andar de manera

autónoma, subir y bajar escaleras y empujar carretillas, todo esto realizado de una

manera independiente, sin cables.




77

P3

Prototype Model 3

País: Japón

Fabricante: Honda

Altura: 160 cm

Peso: 130kg

Web

Investigación

El P3 fue el primer robot humanoide bípedo, imitador de la forma de andar

humana, completamente independiente. Fue finalizado en 1997. La altura y peso del

P3 se redujeron considerablemente gracias al cambio de los materiales empleados así

como el hecho de descentralizar el sistema de control. Su pequeño tamaño lo hace

mejor adaptado a los entornos de trabajo humanos.




1997

Hadaly-2

País: Japón

Fabricante: Universidad Waseda

Altura: 270 cm

Peso: 150 kg


Web

Investigación

Hadaly-2 es un robot humanoide desarrollado por la Universidad Waseda en

1997 para realizar comunicaciones interactivas con humanos. Hadaly-2 puede

reconocer su entorno gracias a su visión, es capaz de conversar debido a su capacidad

para generar voz así como reconocerla y se puede comunicar de una manera no sólo

vocal sino física. Además, dispone de un imponente sistema motriz, desplazando sus

2,7 metros de altura gracias a sus ruedas.



79

1998

HRP-1S

Humanoid Robotics Projects 1

País: Japón

Fabricante: AIST

Altura: 160 cm

Peso: 130 kg

Web

El HRP-1S es similar en forma y tamaño al Honda P3 y fue el primer robot

públicamente demostrado de las series HRP. Además de la habilidad de andar, posee

una sofisticada coordinación de las extremidades superiores lo que le permite utilizar

herramientas humanas e incluso operar maquinaria pesada.




2000

Asimo

Advanced Step in Innovative

Mobility

País: Japón

Fabricante: Honda

Altura: 120 cm

Peso: 54kg


Web

A continuación analizamos la evolución sufrida por el robot de Honda ASIMO

desde el año 2000 hasta nuestros días.

ASIMO (Año 2000)

ASIMO, el robot humanoide más avanzado del mundo hace su debut en el año

2000. El nombre ASIMO proviene de Advanced Step in Innovative MObility, es

pronunciado “ashim o” en japonés y significa “piernas tam bién”. Este m enudo robot es

el resultado de catorce años de investigación por parte de Honda en la mecánica de la

locomoción bípeda. Cerca de 40 de los 2000 modelos que existen del ASIMO están

dando la vuelta al mundo mostrando su potencial en actos promocionales.

ASIMO X2 (Año 2002)

El ASIMO X2 posee un avanzado sistema de reconocimiento facial añadido a sus

capacidades de reconocimiento por voz y gestos. Este avance es el resultado de la

colaboración en la investigación con científicos en el Instituto de Robótica CMU.



81

ASIMO (Año 2004)

En Diciembre de 2004 Honda introdujo una nueva versión de ASIMO que

además de mejorarlo en su diseño exterior, y aumentar su autonomía, también

permitía que ASIMO corriera a 3 Km/h. Otro importante añadido fue la incorporación

de pulgares opuestos en sus manos pudiendo así coger objetos además de sentir la

fuerza ejercida cuando una persona cogía su mano. Todo esto añadido a la capacidad

de ASIMO de navegar en su entorno sin tener que repetidamente reconstruir un mapa

interno, distinguir gente de obstáculos, y su habilidad para reconocer voces, caras, y

gestos permitieron que ASIMO se acercara mucho a una posible viabilidad comercial.

ASIMO (Año 2005)

Los modelos anteriores de ASIMO existen como una muestra de la

impresionante capacidad de Honda es sus avances en robótica en está última década

pero no tienen gran utilidad aparte de en presentaciones de entretenimiento o

investigación. El nuevo ASIMO 2005 se crea para aplicaciones profesionales tales como

repartir café, entregar mensajes, empujar carritos, etc., además de su nueva capacidad

de correr a la nada desdeñable velocidad de 6 Km/h. Esto ha hecho que Honda

em piece a “contratar” ASIM O s com o recepcionistas en sus oficinas principales, para

después comenzar alquilarlos a otras empresas por aproximadamente 200.000€ al

año.

Para permitir a ASIMO funcionar en un entorno de oficina, Honda ha

desarrollado una tarjeta de telecomunicación. Esta tarjeta almacena e

inalámbricamente comunica información del personal, así ASIMO puede reconocer

unívocamente a sus compañeros de trabajo, además de aplicar otros reconocimientos

faciales o por voz para confirmar su identidad.

El hecho de que ASIMO detecte la fuerza ejercida sobre sus brazos le permite

aplicar presión en los carros mientras los equilibra, o coger las manos de una persona y

permitir que ésta le guíe en su movimiento.



Por todo esto es obvio que ASIMO no es un juguete, está desarrollado para ser

un ayudante para los humanos. Es decir, para trabajar en casa, ayudar a los ancianos,

empujar a personas postradas en silla de ruedas, etc.

Por último comentar que la altura de ASIMO es tal que permita establecer una

comunicación cara a cara con una persona sentada en una silla, además de poder

hacer su trabajo sin parecer demasiado grande y amenazante.



83

SDR-3X

Sony Dream Robot 3X

País: Japón

Fabricante: Sony

Altura: 50.8 cm

Peso: 7 kg


Web

Sony presentó el SDR-3X en Noviembre del 2000. Gracias a la sincronización de

movimientos de las 24 uniones de su cuerpo, este robot puede realizar movimientos

básicos tales como andar, cambiar de dirección, levantarse, mantener el equilibrio

sobre una pierna, golpear una pelota o incluso bailar. El SDR-3X utiliza dos

procesadores RISC para “pensar” y controlar el m ovim iento. La inform ación del

entorno que es recogida por una cámara CCD, un micrófono, sensores de postura y de

contacto situados en la planta de los pies es procesada para sincronizar los

movimientos del robot.

http://www.sony.net/SonyInfo/QRIO/



2002

HRP-2P

Humanoid Robotics Projects 2 Prototype

alias "P-Chan"

País: Japón

Fabricante: AIST

Altura: 154 cm

Peso: 58 kg


Web

El prototipo HRP-2, alias P-Chan, fue el primer robot de tamaño humano capaz

de tumbarse y levantarse de nuevo. Esto lo logra gracias a un torso flexible, análogo a

lo visto en los nuevos modelos de ASIMO.




85

SDR-4X

Sony Dream Robot 4X

País: Japón

Fabricante: Sony

Altura: 61 cm

Peso: 7 kg


Web

El SDR-4X debutó en 2002 con mejorada mecánica, circuitería y un exterior

totalmente remozado. Sus nuevas capacidades incluyen una mejorada visión 3D

gracias a sus dos cámaras CCD a color que le sirven para reconocer su entorno y

conocer la distancia entre él y el objeto procesando las imágenes que provienen de

dichas cámaras. Esto permite que el robot conozca la forma exacta del objeto que

tiene en frente y que automáticamente se produzca una ruta para bordear dicho

objeto si así fuera necesario.

Además del reconocimiento de imágenes, sonido, tecnologías de síntesis de

sonido, comunicación y movimiento, la tecnología de control basada en memoria está

incluida en el SDR-4X para enriquecer la comunicación con los humanos. Este robot

puede reconocer a una persona gracias a un procesado de imagen de su cara

capturadas por las cámaras a color, así como la procedencia de un sonido gracias a los

siete micrófonos situados en el interior de su cabeza.

El hecho de poseer integrada tecnología Wireless en entornos LAN, le permite

sincronizar información con un PC de manera remota, con lo cual puede ir

actualizando sus capacidades de reconocimiento vocal gracias a la posibilidad de ir

añadiendo nuevo vocabulario a su memoria.

http://www.sony.net/SonyInfo/News/Press_Archive/200203/02-0319E/



2003

HRP-2

Humanoid Robotics Projects 2

País: Japón

Fabricante: AIST

Altura: 154 cm

Peso: 58 kg


Web

El HRP-2 incorpora un nuevo sistema de visión 3D llamado VVV (Visión

Volumétrica Versátil) que sustituye a la configuración típica de una única cámara en la

cabeza por cuatro a color y de precisión. Este hecho no sólo mejora la visión del robot,

si no que le permite ver con mucho mayor grado de detalle y ampliar su campo de

visión.

Además del sistema VVV, se incorporó un sistema láser de medida de distancias

lo que permite al HRP-2 construirse un mapa bidimensional en comparación con el de

la entrada del sistema VVV, pudiendo así rápidamente evitar obstáculos incluso

cuándo éstos han sido movidos.




87

QRIO

País: Japón

Fabricante: Sony

Altura: 61 cm

Peso: 7 kg


Web

Sony hizo debutar a QRIO, el ápice de su proyecto SDR, en Septiembre de 2003.

Este robot incluye una red wireless, capacidad para lanzar pelotas, reconocimiento de

cara y voz, visión estereoscópica, la capacidad para evitar obstáculos, dedos

independientes totalmente funcionales y mapeo visual. La mayor virtud de QRIO es su

extremadamente avanzado sistema de equilibrio que le permite andar por terrenos

inestables o tambaleantes. Además si QRIO se cae responde poniendo los brazos para

amortiguar la caída tal com o lo haría un hum ano. A finales del 2004, 100 Q RIO ’s

estaban en existencia alrededor del mundo.

Sin embargo, el 6 de Enero de 2006, Sony anunció que paraba el desarrollo de

QRIO y paraba la producción del perro robot AIBO. Sony pretende con esto desarrollar

la tecnología para hacer QRIO comercialmente viable en 2009.

Con este robot damos por finalizada la sección. Su continuación natural sería

hablar de humanoides tales como el Robonova, Robo Sapiens, Manoi, y otros tantos,

pero resultaría redundante ya que esto ya se ha hecho en secciones anteriores.

http://www.sony.net/SonyInfo/QRIO/



7. ROBOTS HUMANOIDES EN LA FICCIÓN

A lo largo de la historia de la gran y pequeña pantalla han aparecido diversos robots humanoides desempeñando papeles desde el de protagonista hasta el de extra, en esta sección vamos a describir algunos de ellos y sus correspondientes películas [1], [2]:

C3PO (Star Wars) C3PO, el hombrecito dorado, protagoniza algunas de las

escenas más cómicas de la saga Star Wars. Se trata de un robot humanoide de protocolo programado para el trato con todo tipo de seres galácticos.

T-800 (Terminator)

Este robot humanoide llega al presente desde un futuro dominado por las máquinas para acabar con la que será la madre del líder de la resistencia humana. El robot se camufla bajo los musculitos de Arnold Schwarzenegger para convertirse en un despiadado pero carismático asesino.



89

RoboCop (RoboCop)

Otro cyborg pero esta vez en el bando de los buenos. Tomad un agente de policía acribillado a balazos y reconstruidlo a base de un sofisticado sistema de recursos tecnológicos y armas de última generación. El resultado es una máquina invencible destinada al servicio de la ley y el orden.

Número 5 (Cortocircuito)

Dotado de la tecnología más avanzada, este robot humanoide tenía que ser un soldado perfecto, el arma decisiva en caso de guerra. Pero fue alcanzado por un rayo y todo cambió. Johnny 5 cobró vida y no tardó en sentir una necesidad imperiosa de descubrir el mundo con sus propios ojos...

Sonny (Yo, Robot)

Sonny, un robot humanoide programado para tener sentimientos, se ve implicado en el crimen de un brillante científico y el detective Del Spooner queda a cargo de la investigación, ayudado por la psicóloga de robots.



Annalee Call (Alien resurrección)

Este robot humanoide femenino viaja en una nave mercenaria que trafica con humanos para experimentos siendo su misión el mantener el cultivo de aliens bajo control.

David (A.I. Inteligencia artificial)

Es el prototipo de robot humanoide más avanzado, o eso nos cuenta Steven Spielberg en su película. Este niño artificial es idéntico a uno real y puede tener sentimientos como cualquier humano. De hecho, está programado para demostrar amor.

Maria (Metrópolis) Auténtica pionera cinematográfica, vio la luz en 1927

gracias a Fritz Lang. En una ciudad futurista donde los hombres son esclavos de la tecnología, este robot humanoide maligno se encarga de sembrar la discordia entre los rebeldes. Su imagen inspiró a muchos robots humanoides posteriores.



91

Andrew (El Hombre Bicentenario) En la primera década del nuevo milenio, con

avances tecnológicos que engullen la soberanía de la compasión humana, Richard Martin (Sam Neill) compra un regalo, un nuevo robot humanoide NDR-114. El hijo más pequeño de la familia le pone de nombre Andrew (Robin Williams). Andrew, es adquirido como electrodoméstico casero programado para realizar tareas menores. A medida que Andrew empieza a experimentar emociones y pensamiento creativo, la familia Martin descubre pronto que no tienen un robot humanoide común y corriente.

Bender Bending Rodríguez (Futurama)

Bender Bending Rodriguez es un Personaje de Futurama. Bender, como lo conocen comúnmente, es un robot pero actúa como un humano.



Referencias:

[1] http://www.portalmix.com/cine/top10/robots/

[2] http://es.wikipedia.org/wiki/Androide

http://www.portalmix.com/cine/top10/robots/

http://es.wikipedia.org/wiki/Androide



93

8. ROBOTS HUMANOIDES EN EL MUNDO REAL

En 2005, un grupo de científicos japoneses construyeron el primer androide que imitaba funciones similares a las de un ser humano, como parpadear, menear la cabeza, mover las manos e incluso estar respirando, todo con naturalidad y representado en un robot con aspecto de mujer.

Se trata del Repliee Q1, un androide construido en silicona flexible, que se asemeja a la piel humana, y posee 31 mecanismos ubicados en la extremidad superior del cuerpo. Es capaz e interactuar con las personas y puede responder cuando la tocan.

Científicos del Instituto Coreano para la Industria Tecnológica desarrollaron en mayo del 2006 a Ever-1 (Eva-robot número 1) un androide capaz de mostrar expresiones en su cara, entender unas 400 palabras y hacer contacto visual mientras te habla. Es el segundo androide del mundo capaz de hacer esto después del Actroid, una serie de robots androide japoneses de la misma clase [1].



Actroid Der lleva incorporado un programa que la permite comunicarse en 4 idiomas y hacer funciones similares a las de un recepcionista de turistas en hoteles, presentadora de nuevos productos y guía de exhibiciones. La robot comprende 40.000 palabras, incluidas frases de lenguaje coloquial y responde incluso a bromas.

Actroid tiene entre sus avanzados sistemas mecánicos hasta 42 movimientos de su rostro, lo cual le permite transmitir emociones y comportamiento. Con estas cualidades el humanoide puede mantener una conversación en cualquiera de los idiomas que habla y por ejemplo contar cuales serán las actividades destacadas de la feria, todo con un abanico de gestos y expresiones que pueden impresionar al distraído. A pesar del avance en su comportamiento y su fluidez para comunicarse, Actroid todavía no ha sido desarrollada para poder caminar o movilizarse por algún medio, lo cual la convierte en un maniquí de avanzada tecnología. Sin embargo los desarrolladores aseguran que la próxima versión si podrá hacerlo.

Fue presentada en el NexFest, una feria que muestra en Nueva York lo último en tecnología. Allí dio su propia rueda de prensa, algunos la calificaron como la robot más sexy del mundo

[2].



95

El último ingenio del profesor Hiroshi Ishiguro, el creador de los Actroid, es Geminoid HI-1 (Julio 2006), otro androide de silicona realista que imita a la perfección su propio rostro. También imita movimientos de su creador y sincroniza los labios cuando habla, aunque tampoco puede desplazarse.

Está construido en acero y silicona realista, unos actuadores hidráulicos mueven los brazos y el cuerpo, y unos pequeños servos los músculos de la cara.

Hiroshi ya construyó en el pasado un par de estos androides/muñecos, uno que imitaba a su propia hija, y otro que trabajaba de azafata de ferias y congresos. Esta replica le podrá sustituir en congresos y conferencias como su doble...[3]

También en la NexFest, Albert Einstein volvió a hablar, reír, llorar y hasta enfadarse de nuevo gracias a la presentación del primer robot con forma humana capaz de caminar, sentir y relacionarse con su entorno.

El robot también es capaz de identificar a quienes le rodean. Sus labios se mueven en sincronía con su voz y su rostro se ríe, se entristece, se enoja o se sorprende con suma

expresividad [4].

De acuerdo a una encuesta elaborada por las Naciones Unidas, los robots serán compañeros muy comunes en diversas actividades del ser humano. Los robots ayudarán más con la limpieza, la seguridad y el entretenimiento dentro de tres años cuando serán más inteligentes y económicos. De acuerdo a las estimaciones arrojadas del informe anual de la ONU sobre robótica a nivel mundial, se espera que 2,5 millones de robots estén destinados para el entretenimiento en los hogares, comparado con los aproximadamente 137.000 de la actualidad.



Referencias:

[1] http://es.wikipedia.org/wiki/Androide

[2] http://es.gizmodo.com/2005/12/01/actroid_robots_ninjas_de_verda.html

[3]http://www.cienciapopular.com/n/Tecnologia/Androides__Humanoides_y_Cyborgs/Androides__Humanoides_y_Cyborgs.php

[4] http://www.20minutos.es/noticia/158142/0/robot/humanoide/Einstein/

http://es.wikipedia.org/wiki/Androide

http://es.gizmodo.com/2005/12/01/actroid_robots_ninjas_de_verda.html

http://www.cienciapopular.com/n/Tecnologia/Androides__Humanoides_y_Cyborgs/Androides__Humanoides_y_Cyborgs.php

http://www.cienciapopular.com/n/Tecnologia/Androides__Humanoides_y_Cyborgs/Androides__Humanoides_y_Cyborgs.php

http://www.20minutos.es/noticia/158142/0/robot/humanoide/Einstein/



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9. PROPUESTA DE DISEÑO DE UN ROBOT HUMANOIDE ESPÍA

9.1 Introducción

Vamos a afrontar el reto de crear un prototipo de robot humanoide que se encargará de realizar labores de espionaje. Se encargará de analizar el ambiente que le rodea y transmitir todo tipo de datos a una unidad central, encargada también de mandar nuevas órdenes y comportamientos autónomos, que hagan que no sea detectado por el enemigo. Asimismo podrá pasar desapercibido gracias a que puede funcionar como un juguete para espiar a los padres del niño en cuestión.

9.2 Material

Estructura de duraluminio: es una aleación con una base de magnesio. La proporción conveniente de duraluminio 90-95% de aluminio, 4,5% de cobre, 0,25 de manganeso, 0,5% de magnesio, 0,5% de hierro y 0,5% de estaño. Es un metal liviano pero muy duro. Se corroe más que otras aleaciones por lo que se recubre ambas caras de la chapa con otras de aluminio. Se suele utilizar en aviación. [1]

9.3 Sensores

Empezando de arriba a bajo hemos colocado en la cabeza de nuestro robot espía 1 micro cámara espía inalámbrica de vigilancia, Sensores de Sonido: 2 micrófonos para localización de sonido.

- Microcámara Espía CMOS Pinhole (78,49 € unidad)

- Sensor de infrarrojos SHARP GP2D05 (26,08 € unidad)

- Sensor de Sonido MSE-S100 (9 € unidad)

- M icrófono (1,14 € unidad) [4]

http://www.msebilbao.com/tienda/product_info.php?cPath=53_97&products_id=72



En el torso lleva incorporado 1 display LCD (para mostrar por pantalla mensajes del robot), 1 sensor de inclinación (para saber cuando se ha caído al suelo).

- Display LCD SERIE + I2C 4 X 20 LCD02 (33,44 € unidad)

- Sensor de Inclinación Analógico de +-60 Grados (38,66 € unidad)

En el dorso lleva instalado 2 baterías.

- BATERIA 1000 mAh NIMH 6V 2/3A ROBONOVA (29,95 € unidad) [2]

En las extremidades dispondrá de sensores de presión: 2 en cada mano y 1 en cada pie.

- MPX2100 de M otorola (22,20 € unidad) [3]

9.4 Motores

Para la movilidad del robot hemos utilizado servo motores digitales: 2 en la cabeza (movimiento de cuello), 2 en cada hombro, 1 en cada codo, 2 en cada mano (pinzas), 4 en la cadera (2 en movimiento hacia arriba y lateral, y otros 2 para las piernas), 1 en cada rodilla y 1 en cada tobillo.

- Servo rotación continua HSR1422 (18,41 € unidad) [2]

9.5 Microcontrolador

Hemos optado por utilizar un microcontrolador de la marca Atmel, más concretamente el ATMega 128, ya que tiene una arquitectura de 8 bits (RISC). Posee un elevado número de pines, que nos permitirá conectar sin problemas el elevado número de sensores de que disponemos. Debido al encapsulado que tiene, tenemos que comprarlo como parte de una tarjeta de desarrollo, eligiendo a la empresa Olimex que tiene además el programador adecuado para nuestro dispositivo.

http://www.terra.es/personal/fremiro/Archivos/Mpx2100.pdf



99

9.6 Entorno de Desarrollo

Elegimos una de las soluciones aportada por la empresa HPInfotech, más concretamente el programa CodevisionAVR. Está altamente optimizado para conseguir que nuestro código sea lo más rápido posible, además de incluir un asistente gráfico que ayudará a los no iniciados en este tema.

No es una herramienta gratuita, pero el precio tampoco nos pareció elevado ya que se encuentra por debajo de los 100 euros.

Para descargar el programa creado por Codevisión y depurarlo posteriormente haremos uso del AVRStudio, facilitado gratuitamente por Atmel. Éste se comunicará con nuestro programador ofreciéndonos todas las ventajas de la interfaz JTAG que incorpora el micro.



Referencias:

[1] www.orqhys.com/construccion/bronce-aleaciones.html. [2] www.superrobotica.com [3]http://www.esco.it/product_info.php?products_id=1529&osCsid=6fa3bffed

5a3f7ffb0cbf87971c29ee1 [4]http://es.kelkoo.com/ctl/do/search?siteSearchQuery=microfonos&currentP

age=2

http://www.orqhys.com/construccion/bronce-aleaciones.html

http://www.superrobotica.com/

http://www.esco.it/product_info.php?products_id=1529&osCsid=6fa3bffed5a3f7ffb0cbf87971c29ee1

http://www.esco.it/product_info.php?products_id=1529&osCsid=6fa3bffed5a3f7ffb0cbf87971c29ee1

http://es.kelkoo.com/ctl/do/search?siteSearchQuery=microfonos&currentPage=2

http://es.kelkoo.com/ctl/do/search?siteSearchQuery=microfonos&currentPage=2



101

10. AUTORES

María Cabello Aguilar (ITI-EI): [email protected]

José Joaquín Cantos Frontela (IT): [email protected]

Alberto Carpintero Cascajero (ITT-SE): [email protected]

Pablo Gutiérrez González (IT): [email protected]

Sergio López de la Cruz (ITI-EI): [email protected]

Carlos Ruiz Bueno (IT): [email protected]

Gema del Sol Pérez-Cejuela (ITI-EI): [email protected]

mailto:[email protected]









11. GESTIÓN INTERNA

REUNIÓN 18 DE OCTUBRE: Asistentes :

Cantos Frontela, José Joaquín

Ruiz Bueno, Carlos

Cabello Aguilar, María

López de la Cruz, Sergio

Sol Pérez-Cejuela, Gema del

Carpintero Cascajero, Alberto

González Hernández, Alberto

Gutiérrez González, Pablo

Puntos de la reunión:

1) Presentación de los miembros del grupo.

2) Elaboración de la lista de propuestas de trabajo, ordenada por preferencia conjunta.

3) Una vez nos fue asignado el trabajo correspondiente, “Hum anoides”, se hizo una primera visión global de nuestros objetivos, no llegando a ningún acuerdo en concreto.



103

REUNIÓN 25 DE OCTUBRE : Asistentes :


Ruiz Bueno, Carlos





Puntos de la reunión:

1) Puesta en común de la información adquirida por cada uno de nosotros.

2) Adición de 3 posibles puntos a comentar en nuestro trabajo (evolución histórica de los humanoides, referencias culturales y competiciones).

3) Reparto de las tareas en grupos y subgrupos, por elección propia de los asistentes, quedando dicho reparto de la siguiente forma:

Cantos Frontela, José Joaquín - Soluciones de movimiento

Ruiz Bueno, Carlos - Evolución histórica

Cabello Aguilar, María - Algoritmia y competiciones

Carpintero Cascajero, Alberto - Kits comerciales

López de la Cruz, Sergio - Robots humanoides de bajo coste

Gutiérrez González, Pablo - Referencias culturales

Llan Duce, José Vicente - A la espera de contactar con él

4) Resolución de dudas con el profesor

5) Acuerdo de fecha para próxima reunión, establecida para el domingo 29 de octubre, vía internet.



En este encuentro intercambiaremos opiniones sobre el trabajo que estamos realizando, y comprobaremos si alguno de nosotros necesita ayuda por parte de más compañeros.

REUNIÓN 29 DE OCTUBRE: A través de internet, se comentó la dificultad obtenida en el desarrollo de cada

uno de los puntos asignados, no realizando ningún cambio importante en la planificación inicial.

REUNIÓN 8 DE NOVIEMBRE: Asistentes :


Ruiz Bueno, Carlos






En esta fecha, se conoció la baja de dos miembros del grupo por distintos motivos:

Llan Duce, José Vicente

González Hernández, Alberto

Pese a estos cambios, el reparto de tareas no se vio afectado, ya que inicialmente no se asignó ningún trabajo a estas dos personas.



105

Expusimos todo lo realizado hasta el momento, que prácticamente estaba terminado. Sólo hubo que matizar algunas cuestiones acerca de añadir o eliminar algo.

Se resolvieron cuestiones con el profesor, principalmente sobre la propuesta de diseño del humanoide y sobre el tema de la algoritmia, puntos que quedaban más dudosos ya que no se sabía qué enfoque darles.



Ruiz Bueno, Carlos






Esta fecha no estaba marcada inicialmente como reunión, y por lo tanto no se llevó nada preparado para hacer en esa hora.

Lo que se hizo fue hacer un diseño general del humanoide, estableciendo qué función desempeñaría y sus ideas más generales.

Por otra parte, se llegó al acuerdo de que cada miembro del grupo prepara su presentación para exponer. Posteriormente uno de dichos miembros recolectaría todas las transparencias y las unificaría, dándoles un formato común.





Ruiz Bueno, Carlos






En esta reunión final pusimos en común todo lo encontrado sobre el diseño del humanoide. Llegamos a algunas conclusiones y acordamos terminar esta parte el día 24 de noviembre en una reunión establecida.

Por otra parte, algunos miembros del grupo mostraron sus presentaciones en Power Point y algunos vídeos, para que los demás dieran su punto de vista.

ÚLTIMAS REUNIONES:

Durante esta última semana se han ido produciendo pequeñas reuniones en la Universidad para concretar los últimos detalles del trabajo y presentaciones, impresión y encuadernado de éstas, creación del DVD del proyecto, etc.