Gaël Langevin, en Septiembre de 2012, desarrollo un robot humanoide construido a partir de componentes de plástico imprimidos en 3D y controlado por microcontroladores Arduino. Lo llamó Inmoov.
Alumnos de electrónica del instituto Don Bosco han desarrollado un robot himanoide basado en la tecnología de InMoov con el objetivo de mostrar al público las tecnologías del mundo robótico y la capacidad de integración que se puede esperar de un robot humanoide hoy en día.
Gaël Langevin, en Septiembre de 2012, desarrollo un robot humanoide construido a partir de componentes de plástico imprimidos en 3D y controlado por microcontroladores Arduino. Lo llamó Inmoov.
Alumnos de electrónica del instituto Don Bosco han desarrollado un robot himanoide basado en la tecnología de InMoov con el objetivo de mostrar al público las tecnologías del mundo robótico y la capacidad de integración que se puede esperar de un robot humanoide hoy en día.
1. Introducción
Robótica
La historia de la robótica moderna tiene su punto de partida en 1954. El tiempo transcurrido desde entonces ha contemplado un intenso desarrollo de la robótica y, en concreto, de la denominada robótica industrial, de tal forma que los robots, que llegaron a ser considerados como el paradigma de la automatización industrial, se han convertido en nuestros días en un elemento más, e importante, de dicha automatización.
Al igual que otras muchas ramas de la ciencia y la tecnología, la robótica nacía llena de promesas para un futuro desarrollo rápido e intenso que, en pocos años, habría alcanzado metas que en aquellos momentos correspondían al ámbito de la ciencia ficción. Las aportaciones de una informática en continuo adelanto, junto a las novedosas metodologías de la inteligencia artificial, permitían prever la disponibilidad, en pocos años, de robots dotados de una gran flexibilidad y capacidad de adaptación al entorno, que invadirían todos los sectores productivos de forma imparable.
Aunque la apariencia de los robots industriales no ha cambiado significativamente y muchos modelos actuales tienen una estructura y funcionamiento similares, lo cierto es que tanto en los aspectos mecánicos como en el control y la programación, los avances han sido importantes aunque no espectaculares. Los robots actuales son más robustos, rápidos y fiables. Su capacidad de carga y repetitividad es comparativamente superior, y su programación se ha facilitado considerablemente.
Robots Humanoides
Los robots humanoides se están desarrollando para comportarse cinemáticamente de manera similar a los seres humanos. Un objetivo esencial que pretende el hombre al desarrollar humanoides, es crear máquinas que a nuestra semejanza puedan ser destinadas a realizar tareas que no deseamos, que sean peligrosas, o que por su contenido cinemático y cualitativo, las tengan que realizar a distancia seres con morfologías igual a los humanos, por ejemplo en la exploración espacial o submarina.
La complejidad del reto de desarrollar humanoides ha sido enorme, tanto desde el punto de vista científico como tecnológico, aunque en un futuro esto sea anecdótico, al principio esta apuesta solo podía ser asumida por grandes centros de investigación con recursos ilimitados para realizar las costosas inversiones en recursos humanos y técnicos.
Hoy en día no se ha logrado un robot que pueda realizar todos los movimientos humanos al 100% o una IA propiamente humana (ver imágen 1), ya que es algo casi imposible, pero sí existen robots humanoides muy perfeccionados que pueden realizar prácticamente cualquier acción humana .
InMoov (Gael Langevin)
Gael Langevin es un escultor y maquetista francés. Trabaja para las mayores marcas desde hace más de 25 años.
Inmoov es su proyecto personal, iniciado en 2012, el cual es el primer robot impreso en 3D de tamaño real.
Es reproducible en cualquier impresora 3D del hogar con un área de 12x12x12cm, fue concebido como plataforma de desarrollo para Universidad, Laboratorios, Aficionados, pero primero de todo para los fabricante.
Su concepto, basado en compartir y la comunidad, le ofrece el honor de ser reproducido en incontables proyectos en todo el mundo.
DonBosco InMoov
Nuestro proyecto es reproducir un robot inMoov con las mismas especificaciones y funcionalidades como son el movimiento de sus brazos, manos, hombros, cuello y rostro. Esto implica el uso de un sistema central capaz de controlar cada parte, para ello se hará uso de los controladores, los cuales se encargará específicamente de dar control sobre motores. La conexión física entre estos controladores y motores mediante cableado internamente en las piezas impresas estarán diseñadas especialmente para realizar movimientos precisos. Estos movimientos programados mediante un software específico nos permitirá crear gestos humanos y darle la capacidad de hacer uso de esa humanización para hacer acciones como sujetar objetos, movimientos y acciones.
La implementación de la tecnología de visión artificial tiene como finalidad detectar objetos mediante una cámara web ubicada en sus ojos que nos permitirá interactuar con el entorno para así incrementar la capacidad del robot para realizar otras aplicaciones.
2. Desarrollo e implementación del robot
Descripción técnica
Requerimientos
Piezas impresas en 3D
El robot InMoov esta compuesto por piezas impresas en 3D. Gaël nos proporciona los archivos necesarios (ver imagen 5) para que la impresora 3D trabaje en su creación. Estas piezas se irán uniendo una a una hasta formar las partes del cuerpo que contienen el resto de componentes (ver imagen 6).
Construcción del robot
Una vez obtenidas las piezas, el proceso de montaje comienza con la cabeza. Esto supone el montaje del mecanismo de los ojos, boca y cuello como partes movibles.
Mecanismo de ojos:
La implantación de una cámara web (ver imagen 7) en los ojos permite al robot reconocer el entorno y por tanto hacer uso de tecnologías como visión artificial, captura o transmisión de imágenes.
Teniendo en cuenta los pasos seguidos por gaël en su proceso de montaje se ha comenzado con el mecanismo de ojos (ver imagen 8) y por consiguiente el rostro (ver imagen 9).
Cabeza:
Una vez completado el rostro se procede a montar la cabeza con sus correspondientes servomotores para cada una de las articulaciones mandíbula, cuello y ojos.
Manos y brazos:
El montaje de los brazos se componen por antebrazo, muñeca y mano. El antebrazo alberga los servomotores (ver imagen 11) que moverán los dedos a través de la fuerza ejercida por los hilos (ver imagen 12).
Torso, hombros y bíceps:
Como paso siguiente se procede a montar las piezas que componen el torso (ver imagen 13). Este hará de sujeción de la cabeza y hombros del robot (ver imagen 14). Además el torso irá montado a un soporte de metal como sujección.
Placas Nervo y Arduino
Estos circuitos impresos proporcionados por Gaël Langevin nos facilita la tarea de diseñar la circuiteria interna del robot. La placa principal "Servo Power Board" se utilizará como Shield de Arduino (ver imagen 16) proporcionará potencia y señal necesarios a los servomotores. Estas placas así como el cableado se ajustarán dentro del robot orientados a su espalda.
Robótica
La historia de la robótica moderna tiene su punto de partida en 1954. El tiempo transcurrido desde entonces ha contemplado un intenso desarrollo de la robótica y, en concreto, de la denominada robótica industrial, de tal forma que los robots, que llegaron a ser considerados como el paradigma de la automatización industrial, se han convertido en nuestros días en un elemento más, e importante, de dicha automatización.
Al igual que otras muchas ramas de la ciencia y la tecnología, la robótica nacía llena de promesas para un futuro desarrollo rápido e intenso que, en pocos años, habría alcanzado metas que en aquellos momentos correspondían al ámbito de la ciencia ficción. Las aportaciones de una informática en continuo adelanto, junto a las novedosas metodologías de la inteligencia artificial, permitían prever la disponibilidad, en pocos años, de robots dotados de una gran flexibilidad y capacidad de adaptación al entorno, que invadirían todos los sectores productivos de forma imparable.
Aunque la apariencia de los robots industriales no ha cambiado significativamente y muchos modelos actuales tienen una estructura y funcionamiento similares, lo cierto es que tanto en los aspectos mecánicos como en el control y la programación, los avances han sido importantes aunque no espectaculares. Los robots actuales son más robustos, rápidos y fiables. Su capacidad de carga y repetitividad es comparativamente superior, y su programación se ha facilitado considerablemente.
Robots Humanoides
Los robots humanoides se están desarrollando para comportarse cinemáticamente de manera similar a los seres humanos. Un objetivo esencial que pretende el hombre al desarrollar humanoides, es crear máquinas que a nuestra semejanza puedan ser destinadas a realizar tareas que no deseamos, que sean peligrosas, o que por su contenido cinemático y cualitativo, las tengan que realizar a distancia seres con morfologías igual a los humanos, por ejemplo en la exploración espacial o submarina.
La complejidad del reto de desarrollar humanoides ha sido enorme, tanto desde el punto de vista científico como tecnológico, aunque en un futuro esto sea anecdótico, al principio esta apuesta solo podía ser asumida por grandes centros de investigación con recursos ilimitados para realizar las costosas inversiones en recursos humanos y técnicos.
Hoy en día no se ha logrado un robot que pueda realizar todos los movimientos humanos al 100% o una IA propiamente humana (ver imágen 1), ya que es algo casi imposible, pero sí existen robots humanoides muy perfeccionados que pueden realizar prácticamente cualquier acción humana .
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| Imagen 1: La consciencia de una IA es un objetivo de futuro. |
Gael Langevin es un escultor y maquetista francés. Trabaja para las mayores marcas desde hace más de 25 años.
Inmoov es su proyecto personal, iniciado en 2012, el cual es el primer robot impreso en 3D de tamaño real.
Es reproducible en cualquier impresora 3D del hogar con un área de 12x12x12cm, fue concebido como plataforma de desarrollo para Universidad, Laboratorios, Aficionados, pero primero de todo para los fabricante.
Su concepto, basado en compartir y la comunidad, le ofrece el honor de ser reproducido en incontables proyectos en todo el mundo.
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| Imagen 2: Gaël Langevin y su robot InMoov |
DonBosco InMoov
Nuestro proyecto es reproducir un robot inMoov con las mismas especificaciones y funcionalidades como son el movimiento de sus brazos, manos, hombros, cuello y rostro. Esto implica el uso de un sistema central capaz de controlar cada parte, para ello se hará uso de los controladores, los cuales se encargará específicamente de dar control sobre motores. La conexión física entre estos controladores y motores mediante cableado internamente en las piezas impresas estarán diseñadas especialmente para realizar movimientos precisos. Estos movimientos programados mediante un software específico nos permitirá crear gestos humanos y darle la capacidad de hacer uso de esa humanización para hacer acciones como sujetar objetos, movimientos y acciones.
La implementación de la tecnología de visión artificial tiene como finalidad detectar objetos mediante una cámara web ubicada en sus ojos que nos permitirá interactuar con el entorno para así incrementar la capacidad del robot para realizar otras aplicaciones.
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| Imagen 3: Grupo DBInMoov: Aritz López, Josu Matia y Julen Sanchez |
2. Desarrollo e implementación del robot
Descripción técnica
- Estructura externa del robot humanoide compuesta por piezas diseñadas en 3D. Estas piezas están hechas de un material de impresión de tipo ABS.
- Control del movimiento a través de dos microcontroladores Arduino Mega. Movimiento de extremidades a través de un Arduino y movimiento de cabeza controlado por otro.
- Los microcontroladores manejan los servomotores, su movimiento produce los gestos del robot mediante hilos unidos a cada articulación.
- La interacción del usuario para el control de los microcontroladores se hace a través de MyRobotLab, un software basado en Java, que nos permite programar los gestos y movimientos del robot.
- Para hacer uso de este software se utilizará una tablet o un PC con windows como Sistema operativo.
- Además MyRobotLab será capaz de crear los scripts necesarios para realizar los comandos de voz y las respuestas sonoras. Estas respuestas sonoras las emitirán unos altavoces conectados a un pequeño amplificador.
- La implementación de la visión artificial se realizará a través de OpenCV en código Python. El código contendrá scripts capaces de interactuar con la webcam (ubicada en las cuencas oculares) de forma que el robot podrá detectar objetos específicos para poder dar una respuesta ante el estímulo.
- Un proyecto de esta envergadura requiere tener unos conocimientos mínimos de los siguientes lenguajes de programación:
- Arduino se programa mediante el uso de un lenguaje propio basado en el lenguaje de programación de alto nivel Processing, similar a C++.
- Python necesario para la implementación de visión artificial a través de la librería OpenCV.
- Conocimiento del uso de scripts e interfaz del software Myrobotlab.
- Para la impresión de piezas en 3D es necesario conocer a fondo la impresora que se va a utilizar. A nivel técnico ser capaz de detectar problemas y darles solución.
- Soltura en el manejo de herramientas necesarias para la manipulación de componentes de diferentes tamaños. Y conocimiento del uso de la maquinaria necesaria para la creación de circuitos impresos. Así como del software para el diseño de estas placas.
Piezas impresas en 3D
El robot InMoov esta compuesto por piezas impresas en 3D. Gaël nos proporciona los archivos necesarios (ver imagen 5) para que la impresora 3D trabaje en su creación. Estas piezas se irán uniendo una a una hasta formar las partes del cuerpo que contienen el resto de componentes (ver imagen 6).
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Archivos descargables de las piezas
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| Piezas impresas InMoov |
Construcción del robot
Una vez obtenidas las piezas, el proceso de montaje comienza con la cabeza. Esto supone el montaje del mecanismo de los ojos, boca y cuello como partes movibles.
Mecanismo de ojos:
La implantación de una cámara web (ver imagen 7) en los ojos permite al robot reconocer el entorno y por tanto hacer uso de tecnologías como visión artificial, captura o transmisión de imágenes.
Microsoft LifeCam HD 3000
Teniendo en cuenta los pasos seguidos por gaël en su proceso de montaje se ha comenzado con el mecanismo de ojos (ver imagen 8) y por consiguiente el rostro (ver imagen 9).
Montaje de cámara en el ojo
Rostro del robot
Cabeza:
Una vez completado el rostro se procede a montar la cabeza con sus correspondientes servomotores para cada una de las articulaciones mandíbula, cuello y ojos.
Montaje de cabeza
Manos y brazos:
El montaje de los brazos se componen por antebrazo, muñeca y mano. El antebrazo alberga los servomotores (ver imagen 11) que moverán los dedos a través de la fuerza ejercida por los hilos (ver imagen 12).
Montaje de antebrazo
Montaje de mano y sujeción de hilos
Torso, hombros y bíceps:
Como paso siguiente se procede a montar las piezas que componen el torso (ver imagen 13). Este hará de sujeción de la cabeza y hombros del robot (ver imagen 14). Además el torso irá montado a un soporte de metal como sujección.
Montaje del torso
Montaje de cabeza y hombro en el torso.
Placas Nervo y Arduino
Estos circuitos impresos proporcionados por Gaël Langevin nos facilita la tarea de diseñar la circuiteria interna del robot. La placa principal "Servo Power Board" se utilizará como Shield de Arduino (ver imagen 16) proporcionará potencia y señal necesarios a los servomotores. Estas placas así como el cableado se ajustarán dentro del robot orientados a su espalda.
Placas nervo InMoov.
Arduino mega 2560.
Placas nervo ajustadas a la espalda.
Si quieres leer la memoria completa del proyecto pincha aquí
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