evolució de la robòtica: construcció d'un humanoide
Post on 11-Mar-2016
240 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
Alumnes: Sergi Martínez Rodríguez i Ignasi Manso Blanco Institut : INS Montserrat Tutor: Joan Fonollosa Massana
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
3
ÍNDEX _____________________________________________________
0 Introducció al treball de recerca .............................................. 5
Parts del treball ............................................................................................ 5 La nostra motivació ...................................................................................... 6
Objectius principals en aquest treball. .......................................................... 7
1 Què és un robot? .................................................................... 8
Els primers robots ........................................................................................ 8
El primer robot comercial.............................................................................. 8 El primer robot submarí autònom. ................................................................ 9 El primer robot autònom. ............................................................................ 10
El primer robot programable ................................................................... 10
El primer robot industrial ............................................................................ 11
2 Tipus de robots ..................................................................... 11
Els robots industrials .................................................................................. 12
Tipus de robots industrials ...................................................................... 12
Avantatges dels robots industrials .......................................................... 13 Els robots mèdics. ...................................................................................... 14
Les pròtesis robòtiques .............................................................................. 14 Robots destinats a intervencions quirúrgiques. .......................................... 15 Els vehicles a control remot. ....................................................................... 16
Els vehicles aeris no tripulats ..................................................................... 16 Els vehicles espacials no tripulats .............................................................. 17
Els robots submarins .................................................................................. 18 Els robots Humanoides .............................................................................. 19
3 L’ús dels robots a les industries. ........................................... 24
4 Empreses més importants..................................................... 27
Asea Brown Boberi ..................................................................................... 27
Seiko Epson Corporation ........................................................................... 28 KUKA Roboter ............................................................................................ 29
iRobot Corporation ..................................................................................... 31
5 Sistemes de control de robots ............................................... 34
El sistema PICAXE ..................................................................................... 35 Components principals ............................................................................... 36 Característiques més importants ................................................................ 36
Intèrpret (firmware) ..................................................................................... 37
El Picaxe Programming Editor .................................................................... 37
La placa IMAGINA ...................................................................................... 37 Característiques més importants de la placa. ......................................... 38
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
4
6 Construcció d’un robot Humanoide ....................................... 39
Materials i eines necessàries ..................................................................... 39
Materials ................................................................................................. 39 Les Eines ................................................................................................ 42
Muntatge del robot Humanoide .................................................................. 44 Retall de les plantilles ............................................................................. 44
Tall de les planxes de metacrilat ............................................................. 45 La perforació de les planxes ................................................................... 46 Doblament de les planxes de metacrilat ................................................. 47
Assemblatge del robot humanoide ......................................................... 48 Fase de proves ....................................................................................... 50
7 Programació del robot Humanoide ........................................ 51
Definició del programa del robot ................................................................. 51 Calibratge dels servomotors ....................................................................... 53 El programa del robot Humanoide .............................................................. 57
8 Indicacions per a construir el robot humanoide ..................... 60
El material escollit ...................................................................................... 60
La placa Imagina .................................................................................... 62 Indicacions durant el muntatge del robot ................................................ 63
Les primeres proves del robot .................................................................... 64 Pressupost del robot Humanoide ............................................................... 65
9 Annexos ................................................................................ 66
10 Conclusió .............................................................................. 73
És favorable que la robòtica evolucioni a aquesta velocitat? ..................... 74
Treballs perduts a causa de la robòtica ...................................................... 75 Pèrdua de llocs de treball als propers anys ................................................ 75
Creixement de demanda de robots industrials ........................................... 77
11 Bibliografia i enllaços ............................................................ 79
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
5
0 Introducció al treball de recerca
El tema principal d’aquest treball de recerca és la robòtica. Primerament parlarem de la
robòtica en general, buscarem informació i ens endinsarem en els temes de la robòtica, en els
que parlarem dels primers robots que van existir i d’aquells que van ser pioners en el seu
moment. També parlarem dels diferents tipus de robots que existeixen actualment, de les
aplicacions de la robòtica a les indústries, del futur de la robòtica, i de les principals empreses
productores de robots, entre d’altres.
A més, el treball comptarà amb una part pràctica que es basarà principalment en la
construcció i la programació d’un robot Humanoide. En aquesta part utilitzarem un llenguatge
de programació basat en BASIC anomenat Picaxe, amb el qual programarem el robot
Humanoide que prèviament haurem dissenyat i muntat.
Parts del treball
El treball comença amb la part teòrica. En aquesta part buscarem i organitzarem informació
de la robòtica, sobretot centrant-nos en alguns punts que ens criden més l'atenció, com els
primers robots, els canvis que han sofert amb el pas dels anys, els seus possibles usos, les
empreses més importants que els fabriquen, les empreses que els utilitzen industrialment i els
avantatges i desavantatges que comporten el seu ús massiu a les indústries. A més, ens
plantejarem si els robots i els humans poden conviure en el món industrial.
La següent part del treball és la part pràctica. En aquesta part comencem per buscar
informació sobre la placa Imagina i el llenguatge de microcontrolador Picaxe. Aleshores
aprendrem a programar en aquest llenguatge de dues maneres diferents: en diagrama de blocs,
i en forma de codi. Després investigarem sobre robots que funcionin amb aquesta mateixa
placa base (la placa Imagina), i ens farem una idea de com haurem de construir-lo.
Finalment idearem el disseny final del robot i comprarem els materials que calguin per a dur a
terme tot el procés de muntatge. El procés de muntatge el durem a terme al mateix temps que
comencem a programar, ja que en coneixerem tots els components necessaris per a la seva
construcció.
Quan acabem el muntatge del robot, provarem que tot funcioni de la manera esperada i el
testejarem, per a fer uns petits ajustos si és necessari.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
6
La nostra motivació
La nostra motivació en aquest treball és molt gran, ja que el tema de la robòtica ens sembla
molt interessant, per a conèixer els grans avantatges del seu ús en el disseny industrial i la
gran evolució que ha tingut amb el pas dels anys.
D'altra banda, ens agrada molt que el treball contingui una part teòrica i una altra de pràctica,
que es dedicarà a la construcció d’un Humanoide partint de zero.
En la part pràctica aprendrem a construir un robot mitjançant la placa Picaxe i el llenguatge
Imagina i complementarà la investigació que haurem estat fent sobre la robòtica.
Aquest tema ens motiva als dos, ja que ens agraden els robots i volem saber-ne més, sobretot
en el seu ús en l’àmbit industrial. Alhora, ens agrada la informàtica i ens atrau la idea de
muntar el nostre propi robot a partir d'una placa, amb un disseny propi i aprenent el llenguatge
de programació.
El treball conclourà havent acabat tota la investigació referent a la robòtica i enllestint
finalment la construcció del robot Humanoide. Arribat aquest moment provarem que el robot
faci tot el que teníem pensat.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
7
Objectius principals en aquest treball.
Al fer aquest treball de recerca, ens hem plantejat una sèrie de objectius que volem assolir. A
continuació citarem els quatre objectius que ens semblen més interessants i importants
d’aconseguir, en el moment en el que el treball de recerca estigui totalment finalitzat.
Objectiu 1
Investigar sobre tot el món de la robòtica, per a descobrir perquè els robots s’utilitzen tant
actualment i els avantatges que ofereixen aquests davant dels humans i sobretot a les
industries.
Objectiu 2
Pretenem adquirir coneixements de programació sòlids, en aquest cas principalment en el
llenguatge Picaxe, que està basat en BASIC i en diagrama de blocs, que dóna una idea més
general i visual de la programació.
Objectiu 3
Aprendre a treballar en grup de manera constant i seguint les pautes de temps de cada fase.
Això actualment és molt important de cara al treball, sobretot en les enginyeries on els
projectes es fan en grup amb un nombre de persones elevat i on la comunicació i els terminis
adquireixen una gran importància.
Objectiu 4
Endinsar-nos, en matèries com la robòtica, la informàtica o la electrònica per a valorar si ens
interessen, de tal manera que decidim cursar alguna enginyeria relacionada amb les matèries
citades anteriorment.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
8
1 Què és un robot?
Un robot és un element mecànic que desenvolupa tasques automàticament mitjançant la
supervisió d’una persona o gràcies a un programa informàtic amb el que prèviament ha estat
carregat.
Aquests programes o programari del que disposa el robot, poden ser més o menys complexes,
i els robots solen incorporar diferents peces de maquinari que els permeten interactuar amb el
seu entorn. Aquest maquinari va des de sensors (sensibles al tacte, a la llum, al soroll...) a
d'altres elements com ara giroscopis, acceleròmetres, etc.
Aquest conjunt d’elements fan possible que el robot prengui decisions en funció del seu
entorn, el que s’anomena Intel·ligència Artificial.
Gràcies a la important evolució de la tecnologia i de la informàtica, els robots han millorat
molt des de la construcció del primer. A conseqüència d’això les tasques que poden dur a
terme els robots avui en dia són molt extenses, i es troben a qualsevol sector.
Els primers robots
L’any 1920 Karel Capek va utilitzar per primer cop el terme “robota” que prové del txec.
Aquest terme es va expandir ràpidament per tot el món, el seu significat és “treball pesat”.
L’any 1942 Isaac Asimov va publicar les tres lleis de la robòtica, que són les següents:
-Primera llei: Un robot no pot ferir a un humà, ni permetre que un humà sigui ferit.
-Segona llei: Un robot ha de obeir sempre als humans, sempre que les ordres no interfereixin
amb la primera llei.
-Tercera llei: Un robot ha de protegir sempre la seva existència, sempre que aquesta no
interfereixi amb la primera i la segona llei.
Tot i que abans ja s’havien creat una gran varietat de autòmats i màquines simples
programades, es considera que l’inici de la robòtica es produeix en la dècada dels anys 50.
A continuació citarem els robots precursors més importants en diferents àmbits, que van
causar un gran avenç quan van ser llançats al mercat.
El primer robot comercial
El primer robot comercial va ser l’anomenat RB5X. Aquest robot va ser presentat l’any 1983
per una empresa anomenada RB Robotics. A més de ser el primer robot comercial també va
ser el primer robot produït de manera massiva en sèrie. L’estructura del RB5X estava formada
principalment per una peça metàl·lica i cilíndrica, que incorporava un braç giratori mòbil amb
diferents eixos i unes petites rodes a la part inferior que permetien el seu moviment.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
9
Aquest robot incorporava un sensor d’infraroig, un sensor de ultrasons, un controlador de
transmissió de vídeo i àudio, 8 sensors, un sintetitzador de veu i el braç robòtic que podia
aixecar fins a una lliura. El processador d’aquest robot s’anomenava INS8073.
La finalitat principal del RB5X era transportar petits objectes mitjançant les seves petites
rodes i la seva pinça robòtica que es trobava al final del braç robòtic mòbil.
.
A la fotografia el disseny final del RB5X.
El primer robot submarí autònom.
L’any 1995 es va crear el robot Autonomus Benthic Explorer, conegut popularment com a
ABE, que era capaç d'explorar les profunditats marines a més de 4 kilòmetres de fondària.
Aquest robot submarí va ser desenvolupat per la institució oceànica WHOI, pesava
aproximadament 1200 lliures i mesurava 2 metres de llargada. La seva velocitat de creuer
estava entorn dels 2 nusos.
La característica que feia d’aquest robot tot un pioner i una revolució en el sector de la
exploració submarina era que es podia submergir 4 kilòmetres, ser controlat de manera remota
i sense cap tripulant al seu interior. Per aquest fet és considerat un robot i no un vehicle
submarí.
Aquest robot estava destinat a usos científics així com a explorar una gran àrea submarina
(que podia arribar a la mida d’una ciutat) i enviar-ne fotografies i informació. Després el robot
es posava en un mode d’hivernació, per mantenir les bateries carregades durant mesos i poder
estar preparat per una nova missió.
El robot ABE en una missió
d’exploració submarina. Operar
el robot, costava uns 3.000
dòlars al dia, contant el
desplaçament.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
10
El primer robot autònom.
L’any 1940 William Grey Walter va crear un robot conegut popularment com “Elsie la
Tortuga” o “Machina Specularis”.
Va ser el primer robot que actuava de manera autònoma, sense haver de ser controlat per cap
operari. El robot era capaç de seguir una font de llum, de manera totalment automàtica i evitar
els possibles obstacles que s’interposaven en el seu camí. Per això es podia considerar com el
primer robot que incorporava intel·ligència artificial. L’aspecte del robot era semblant a una
tortuga d’on prové el seu nom i comptava amb 3 rodes.
A la fotografia el primer robot totalment autònom, conegut
com Elsie la tortuga, creat l’any 1940 per William Grey
Walter.
El primer robot programable
El Wabot va ser presentat l’any 1973 a la Universitat de Waseda al Japó, va ser el primer
robot programable i el primer robot Humanoide a escala real.
Es considerava que la capacitat mental del robot era semblant a la que posseeix un humà de
18 mesos d’edat.
El Wabot era capaç de comunicar-se en japonès, de calcular distàncies i direccions mitjançant
els seus diversos sensors i receptors externs i de caminar lentament utilitzant les seves simples
extremitats inferiors.
També, era capaç d’agafar i transportar elements gràcies a les seves mans que comptaven amb
diversos sensors.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
11
El primer robot industrial
El General Motors Unimate és considerat el primer robot d’ús industrial. Aquest robot va ser
dissenyat per George Charles Devol i Joseph Engelberger per a l’empresa multinacional
General Motors.
El GM Unimate va ser el primer robot utilitzat en la indústria capaç de formar part en la
producció en cadena i va ser molt avençat per la seva època.
El braç robòtic tenia un pes de 1.800 kg i la seva funció era la d'aixecar i apilar grans peces
de metall calent. Va ser instal·lat a la fàbrica de Trenton a Nova Jersei.
Va tractar-se d'un robot tant revolucionari que els robots industrials actuals no són més que
evolucions d’aquest primer robot industrial.
Aquesta imatge en blanc i negre, mostra l’aspecte del
GM Ultimate, considerat el primer robot industrial.
2 Tipus de robots
Els robots s’utilitzen en molts àmbits i sectors diferents. En l'actualitat la robòtica s’ha estès
per gairebé tots els sectors, des de l’àmbit domèstic fins a l’àmbit industrial i estan molt
lligats a l’àmbit de la tecnologia.
Els robots es poden classificar segons l'ús que se'ls dóna; podem trobar des de robots
industrials, robots mèdics, robots a control remot, robots mòbils, a robots humanoides i robots
destinats a l’entreteniment. També, existeix una gran quantitat de robots destinats a
l’exploració en terrenys inhòspits com ara els robots d’exploració submarina o d’exploració
espacial, o també els robots utilitzats en missions de rescat.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
12
Els robots industrials
Els robots industrials són dispositius molt utilitzats actualment a les indústries.
Són dispositius mecànics i electrònics que permeten desenvolupar processos de fabricació i
manipulació de manera més fàcil i eficient que mitjançant la mà d’obra humana.
Aquests robots poden dur a terme tant tasques molt repetitives com d’altres més complexes
durant moltes hores seguides i amb una gran fiabilitat. A més, el seu gran avantatge és que
només han de ser programats una vegada.
A la fotografia, diversos robots industrials treballant en cadena a una
fàbrica de construcció d’automòbils.
Tipus de robots industrials
Existeixen 5 grans grups de robots industrials:
-Manipuladors: són sistemes mecànics multifuncionals, i el seu moviment es controla per
sistemes relativament senzills.
-Els de seqüència fixa: són dispositius que duen a terme un moviment repetitiu pre-
programat prèviament.
-Els de seqüència variable: són dispositius que alternen i varien algunes característiques i
moviments durant el cicle de treball. Aquests també són pre-programats i són bastant més
complexos que els de seqüència fixa.
-Els de repetició i d’aprenentatge: aquests robots repeteixen una seqüència de moviments
que és executada prèviament per un operari per control manual o mitjançant un
microordinador.
-Els robots intel·ligents: aquests robots incorporen determinats sensors que els permeten
relacionar-se amb l’exterior i prendre decisions en temps real, sense haver de carregar un nou
programa. Generalment són els robots més complexos de tots i permeten una gran llibertat en
el seu ús.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
13
Avantatges dels robots industrials
La robòtica industrial aporta uns grans avantatges. Aquests són principalment:
•Milloren la seguretat laboral, ja que poden realitzar tasques rutinàries que comportarien un
gran risc si les fessin els humans. Alguns dels riscs poden ser la presència de productes tòxics
o radiació, la manipulació d'explosius i materials corrosius, o bé el treball a temperatures
extremes.
•Serveixen per manipular, moure i treballar amb materials pesats d’una manera segura, eficaç
i més precisa. Gràcies a aquests robots es poden dur a terme tasques que no són possibles
mitjançant la manipulació humana.
•Augmenten la productivitat gràcies a que poden dur a terme tasques repetitives, amb una
gran fiabilitat i sense descans.
•Permeten realitzar treballs en els quals és necessària una gran precisió i es busquen resultats
òptims.
•Les instal·lacions robotitzades gràcies a que només necessiten un manteniment bàsic i una
programació inicial per a dur a terme treballs amb una gran productivitat, s’amortitzen
ràpidament.
•Gràcies a la seva gran velocitat i fiabilitat, les empreses aconsegueixen marges de beneficis
més elevats, que són molt importants a l’hora de competir en el sectors.
En aquest gràfic es pot veure la proporció
de robots industrials i treballadors en les
industries, als diferents països.
Es pot veure com el Japó és clarament el
que compte amb més robots per
treballador.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
14
Els robots mèdics.
Els robots mèdics són tots aquells robots que tenen una finalitat mèdica, ja sigui en operacions
com en la investigació o fabricació de medicaments.
Aquests es poden classificar en robots de diagnòstic, pròtesis robòtiques, robots quirúrgics i
robots de rehabilitació.
Els avantatges que comporten el seu usos són nombrosos per exemple, els robots quirúrgics
han augmentat molt la precisió i conseqüentment l’èxit en les operacions més perilloses.
Les pròtesis robòtiques, han permès suplantar òrgans o parts del cos que no existeixen o que
no funcionen de manera correcta i fer que els afectats puguin dur a terme una tipus de vida
quotidiana que abans els hi era impossible.
Les pròtesis robòtiques
Aquestes pròtesis mecanitzades són una extensió artificial que s’acobla al cos. Tenen un grau
de complexitat molt elevat, degut a que incorporen diversos sensors, motors i han
d’incorporar programes complexos i diversos.
El principal objectiu de les pròtesis és substituir una part o òrgan del cos que ha estat perduda,
no existeix, o no funciona correctament i gràcies als seus components permeten assolir les
mateixes funcions que l’òrgan o part substituïda.
Hi ha una gran varietat de pròtesis robòtiques: auditives, cardíaques, pròtesis oculars o
ortopèdiques entre d'altres.
Les pròtesis estan evolucionant constantment i actualment existeixen fins i tot pròtesis que
permeten emular la visió que permeten els ulls humans.
També es produeixen grans avenços en les pròtesis auditives i existeixen pròtesis
ortopèdiques que són controlades mitjançant impulsos nerviosos que emulen la sensació del
tacte i que proporcionen un elevat grau de llibertat en els moviments.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
15
La Bebionic 3
La Bebionic 3 és una braç robòtic que s’acobla al cos. És una de les pròtesis més avençades i permet
una gran llibertat de moviment. Per a controlar aquesta pròtesis s’utilitzen senyals neuromusculars
Robots destinats a intervencions quirúrgiques.
Els robots destinats a les intervencions quirúrgiques permeten als cirurgians efectuar
operacions de manera molt més precisa, com per exemple incisions en la pell o operacions al
cor, amb una extrema exactitud, impossible per a un ésser humà.
Aquests robots són controlats remotament per metges especialistes. A més, els robots
quirúrgics incorporen càmeres de gran resolució i diversos estris per a operar.
L’ús dels robots quirúrgics ha comportat un gran augment d'èxits en les operacions
quirúrgiques.
A la fotografia es pot veure com un operari
especialitzat controla un robot quirúrgic
durant una operació. És pot observar la
complexitat del robot que permet a aquest
operar amb molta precisió
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
16
Els vehicles a control remot.
Els vehicles a control remot s’utilitzen per a dur a terme diverses tasques en llocs inhòspits on
l’home no pot arribar o en els que pot ser perillós i perjudicial arribar-hi, ateses les
condicions físiques o climàtiques del terreny. En el sector militar, els vehicles a control remot
estan guanyant cada cop més pes ja que no exposen les vides de soldats i s’ha demostrat que
tenen una gran fiabilitat i un gran percentatge d’èxit en les missions.
Dins dels vehicles a control remot podem trobar tres grans grups.
Els vehicles aeris no tripulats
Els vehicles aeris no tripulats, també coneguts popularment com UAV, són avions sense cap
tripulant, de dimensions petites generalment que poden ser controlats per operaris des de
terra mitjançant un control remot complex o simplement poden ser autònoms gràcies als
ordinadors que incorporen a bord.
Aquests vehicles disposen d'un GPS que permet conèixer la posició exacta del vehicle en
qualsevol moment.
La finalitat principal d’aquests vehicles és militar, tot i que inicialment la seva missió el
reconeixement del terreny, enviant fotografies i informació en temps real sense ser detectat.
Actualment alguns models de vehicles aeris no tripulats incorporen armes bèl·liques, i ja han
estat utilitzats en missions com les de l’Afganistan.
L’any 2013 al menys 50 països de tot el món ja compten amb vehicles aeris no tripulats.
El vehicle aeri no tripulat militar més important en servei és el MQ-9 Reaper o Predator-B, al
servei de la Força Aèria dels Estats Units, que incorpora míssils Hellfire. Aquest va fer el seu
primer vol al 2001 però no va deixar de ser un prototip fins l’any 2007.
El MQ-9 Reaper abans de enlairar-se en una missió a l’Afganistan.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
17
Els vehicles espacials no tripulats
Entre els vehicles espacials no tripulats es classifiquen els satèl·lits de comunicació, les bases
espacials i els ròver d’exploració espacial.
Els ròver són vehicles no tripulats que recorren la superfície de planetes, asteroides o llunes
analitzant mostres de terra i atmosfèriques i enviant la informació als laboratoris terrestres
mitjançant les seves antenes de llarg abast.
Les versions més modernes d’aquests ròvers, incorporen el seu propi laboratori en la seva
estructura. Aquests vehicles poden ser controlats per un equip de científics i enginyers des de
la Terra, tot i que també poden funcionar de manera totalment autònoma i prendre decisions
gràcies als diferents sensors dels que disposen i a la seva intel·ligència artificial incorporada
dins del seu programari.
El ròver més avençat actual és el ròver Curiosity producte de la NASA amb la col·laboració
de diversos països, que es troba actualment en una missió amb objectius científics a Mart.
El ròver Curiosity de la NASA
Aquest és el ròver més avençat que s’ha creat mai. Controlat per la agència NASA, ha estat
enviat per explorar la superfície marciana, sent la seva vida útil prevista d’uns 690 dies per a
fer un recorregut de 19 km. Aquest vehicle incorpora els instruments científics més avançats,
alguns del quals estan proporcionats per la comunitat internacional. El pes total del ròver és
de 185 kg ( 5 kg d’aquests són instruments científics) i té una longitud de 2,70 metres.
Els principals objectius de la missió són:
-Classificar els components orgànics del Carboni.
-Determinar els principals components que fan possible la vida.
-Investigar la composició química i mineral de la superfície de Mart.
-Determinar el procés de creació i erosió de las roques i del sòl a Mart.
-Determinar la distribució de l’aigua i del diòxid de carboni.
-Analitzar la radiació a la superfície de Mart per a determinar si és possible una missió on
intervinguin humans.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
18
El ròver Curiosity
Una simulació per ordinador del ròver Curiosity a una
missió a Mart. En la fotografia es poden apreciar els
diferents instruments dels que disposa aquest avançat
ròver d’exploració espacial.
Els robots submarins
Aquests robots no tripulats fan possible l'exploració submarina d’ oceans o llacs als que
l’accés humà pot ser molt difícil. La seva funció principal és dur a terme diverses tasques
(col·locació de cables, anàlisi de condicions, etc.) a una fondària sovint molt gran i evitar
exposar vides humanes en el procés de la tasca. Aquests robots submarins solen ser controlats
des de bases situades en vaixells d’operacions, tot i que s’estan començant a desenvolupar
robots que no han de ser controlats, ja que disposen de l’anomenada Intel·ligència Artificial o
IA que els permet prendre decisions i actuar de manera totalment autònoma.
La major part d’aquests robots submarins incorporen diversos sensors i un radar a la seva
estructura que els permet saber la seva posició i fondària, la seva direcció, determinar les
corrents oceàniques, etc.
El Sub-Atlantic ROV Comanche és un robot submarí que pot
submergir-se fins a profunditats de uns 3km i ser controlat des de la
superfície.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
19
Els robots Humanoides
Els robots Humanoides són aquells robots que tenen una estructura que intenta imitar molt
exactament la fisonomia humana.
Aquest tipus de robot està destinat a interactuar amb eines creades inicialment per a humans,
treballar de manera cooperativa amb humans, ajudar humans que pateixen alguna
discapacitat, estudiar la locomoció bípeda, o simplement com a entreteniment. La seva gran
dificultat és imitar la complexa locomoció humana. Les seves característiques principals són
que disposen d'un tronc, de dos braços, dos cames i un cap que acostuma a incorporar els
diversos sensors de proximitat, acceleròmetres, etc.
Un dels robots Humanoides més importants i populars de tots és l'anomenat ASIMO, de la
companyia Honda.
El robot ASIMO d’Honda
El robot ASIMO és un robot Humanoide de la companyia japonesa Honda, que es va
presentar al 2000 al Japó. El robot ASIMO és fruit d'una llarga investigació iniciada l'any
1986 amb el llançament del seu primer humanoide, l’anomenat E0.
La primera generació de l ’humanoide (E0)
La primera generació comptava amb només un model, l’anomenat E0.
El model E0
Va ser el primer prototip bíped d'Honda que va ser presentat l’any 1986. Aquest robot,
necessitava 5 segons per fer cada pas i el seu aspecte no era el d'un robot Humanoide actual,
ja que no disposava de braços ni d’un cap. Tenia només 6 graus de llibertat, el seu pes era de
16,5 kg i la seva alçada de 101,3 cm.
Dues fotografies del primer prototip d’Honda. Es tracta
del E0 presentat l’any 1986.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
20
La segona generació (E1,E2 i E3)
La segona generació va disposar de 3 robots i va durar de l’any 1987 al 1991.
El model E1
Aquest model va ser presentat al 1987. Era capaç de caminar a una velocitat de 0,25 km/h i
disposava de 12 graus de llibertat (3 en cada engonal, 1 al genoll, i 2 en cada turmell). El seu
pes era de 72 kg i la seva alçada de 128,8 cm.
El model E2
Aquesta versió va ser presentada al 1989. Va ser la primera versió que imitava el caminar dels
humans d'una manera correcta, tot i que la seva velocitat era de 1,2 km/h. Disposava de 12
graus de llibertat, el pes era de 67,7 kg i l'alçada de 132 cm.
El model E3
Aquest model, va ser presentat l’any 1991. Incorporava millores estètiques i podia caminar a
una velocitat de 3 km/h. El seu pes era de 86 kg i l'alçada de 136,3 cm.
A la fotografia la segona generació del
robot de Honda, formada pels models
E1 (1987), E2 (1989) i E3
(1991).
La tercera generació (E4,E5 i E6)
Aquesta tercera generació es va estendre del 1991 al 1993 i el més important va ser que els
robots incorporaven una tecnologia d'Honda que controlava el balanceig del cos que permetia
als robots caminar per sobre d'obstacles simples. Això va provocar que el pes dels robots
d’aquesta generació augmentes considerablement.
El model E4
Aquest, va ser un prototip experimental llançat al 1991, que podia caminar a 4,7 km/h. El seu
pes era de 150 kg i la seva alçada de 159,5 cm.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
21
El model E5
Aquest model va ser llançat al 1992. Aquesta versió no va introduir millores importants a
l'hora de caminar, però va ser el primer model autònom de la companyia Honda. El seu pes es
va mantenir en 150 kg però la seva alçada va augmentar fins als 170 cm.
El model E6
Aquesta versió d’Honda va ser presentada al públic l’any 1993,i era el primer model que
podia pujar i baixar escales i caminar per sobre d'obstacles. D’altra banda, l'alçada va
augmentar fins als 174,3 cm.
A la fotografia la tercera generació del robot
formada per 3 robots, E4(1991), E5(1992) i
E6(1993)
La quarta generació (P1,P2 i P3)
Aquesta generació va desenvolupar-se del 1993 al 1997 i es va caracteritzar per què els
robots tenien un aspecte humà ja que incorporaven braços i cap. A més, es van augmentar els
graus de llibertat.
El model P1
Aquest va ser presentat al 1993 i va ser la primera versió que disposava de cames, tronc,
braços i cap. Gràcies a aquestes característiques podia obrir i tancar interruptors, transportar
objectes amb les extremitats superiors i obrir portes. El seu pes era de 175 kg, la seva alçada
de 191,5 cm i disposava de 30 graus de llibertat (12 d'ells a les cames).
El model P2
Aquest model, va ser presentat l’any 1996, aquesta nova versió va millorar molt l'estètica del
robot ja que semblava molt més humà que totes les versions anteriors. Una novetat molt
important era que feia ús de la tecnologia wireless i no necessitava cables per caminar, pujar i
baixar escales o moure objectes. Incorporava a l'esquena un ordinador, una bateria, un motor i
una ràdio, que permetien el seu funcionament. Pesava 210 kg, tenia una alçada de 182 cm i
podia aixecar objectes de fins a 5 kg en cada mà.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
22
El model P3
Va ser presentat al públic l’any 1997, gràcies al seu gran atractiu visual va atreure l'atenció
del públic. Va reduir la seva alçada fins a 160 cm i el pes fins a 130 kg. La seva autonomia
era de 25 minuts funcionant sense parar.
A la fotografia la 4a. generació formada pels robots P1(1993), P2(1996) i P3(1997)
Honda ASIMO (2000)
L’any 2000 es va presentar oficialment l'Honda ASIMO. Aquest robot tenia una alçada de
120 cm i un pes de 52 kg. Era capaç de caminar a 1,6 km/h amb una autonomia de 30 minuts.
Per aconseguir una càrrega completa eren necessàries 4 hores i tenia 26 graus de mobilitat.
Honda ASIMO (2004)
Aquesta segona versió del Honda ASIMO va ser presentada al 2004. Va augmentar el pes fins
als 54 kg i l'alçada fins als 130 cm. Era capaç de caminar a 2,5 km/h i córrer a 3 km/h. La
gran millora que va incorporar va ser l'autonomia, que va passar a ser de més de 40 minuts i
el temps de càrrega es va reduir a només 3 hores. Aquesta versió va augmentar fins a 34 els
graus de llibertat. El pes que podia aixecar era de 500 g en cada mà.
Honda ASIMO (2005)
Aquesta versió va rebre el nom de “Nou ASIMO”, ja que incorporava una gran quantitat de
millores respecte a la versió del 2004. Aquesta versió del popular robot podia portar objectes
de forma molt segura ja que incorporava diversos sensors als canells. També disposava d'un
nou programari de control, fent que aquesta versió fos molt més segura i pogués interactuar
amb humans. Podia comunicar-se mitjançant la tecnologia RF IC i conèixer la posició d'una
persona sense fer ús de la visió artificial. El seu pes i la seva alçada es van mantenir en 130
cm i 54 kg respectivament. Va augmentar la seva velocitat a 2,7 km/h i podia córrer a 6 km/h
en línia recta (el doble que la versió anterior) i a 5 km/h fent cercles.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
23
Honda ASIMO (2009)
Aquesta versió del Honda ASIMO va ser el model amb menys canvis introduïts per la
companyia. No obstant això, va introduir una millora revolucionaria, aquest model era capaç
de ser controlat per un humà, mitjançant impulsos elèctrics.
Per a ser controlat, un humà havia de seure en un banc especial, on es col·locava un casc que
podia detectar els impulsos elèctrics. Aleshores l’humà havia de pensar en el moviment que
volia fer i el casc transmetia els impulsos a un ordinador molt potent que havia de processar la
imatge i enviar el moviment al robot. L’Honda ASIMO actuava correctament en un 90,6 %
dels cassos.
Per a un funcionament correcte, en el control mitjançant impulsos elèctrics de l’Honda
ASIMO, era necessari que l’humà que controlava el robot tingués una bona capacitat de
concentració.
Honda ASIMO (2011)
L'última versió del popular robot ASIMO d'Honda va ser presentada al novembre de 2011.
Aquesta nova versió totalment renovada, incorporava una major autonomia (de fins a 1 hora),
un temps de càrrega de 3 hores, una nova tecnologia de comportament autònom i l'habilitat
d'adaptar-se a diferents entorns i situacions. El pes es va reduir a 49 kg i l'alçada es va
mantenir en 130 cm. La velocitat al córrer augmentava a 9 km/h i podia reconèixer fins a 3
veus humanes simultànies. Alguns dels moviments que podia fer eren: saltar sobre un sol peu,
rotar sobre ell mateix i caminar sobre un sòl totalment irregular. També disposava d’una
major sensibilitat al tacte que li permetia agafar objectes delicats fent la força exacta per a no
trencar-los. També va augmentar els graus de llibertat a 57.
A les fotografies de esquerra a dreta les versions del 2000, 2005 i 2011 del Honda ASIMO.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
24
Taula de l’evolució dels robots humanoides de la marca Honda
Models del robot humanoide d’Honda
Generació Model Any Pes Alçada Velocitat Graus de llibertat
Característica més important
Primera E0 1986 17 Kg 101 cm 0,25 Km/h 6 Cinc segons per cada pas.
Segona E1 1987 72 Kg 129 cm 0,25 Km/h 12 Va millorar l’equilibri.
E2 1989 68 Kg 132 cm 1 Km/h 12 Millora al caminar.
E3 1991 86 Kg 136 cm 3 Km/h 12 Millores estètiques.
Tercera E4 1991 150 Kg 160 cm 5 Km/h 12 Sistema balanceig.
E5 1992 150 Kg 170 cm 5 Km/h 12 Primer autònom.
E6 1993 152 Kg 174 cm 5 Km/h 12 Pujar i baixar escales
Quarta P1 1993 175 Kg 192 cm 3 Km/h 30 Incorpora braços.
P2 1996 210 Kg 182 cm 3 Km/h 30 Sense cables.
P3 1997 130 Kg 160 cm 3 Km/h 30 Millora estètica.
ASIMO 2000 2000 52 Kg 120 cm 2 Km/h 26 Autonomia fins a 30 minuts.
2004 2004 54 Kg 130 cm 3 Km/h 34 Autonomia fins a 40 minuts.
2005 2005 54 Kg 130 cm 6 Km/h 34 Més segur i pot comunicar-se.
2009 2009 54 Kg 130 cm 6 Km/h 34 Controlat remotament.
2011 2001 49 Kg 130 cm 9 Km/h 57 Reconeixement de veus.
Aquesta és una taula que explica els diferents models del robot humanoide d’Honda al llarg dels anys.
3 L’ús dels robots a les industries.
Les industries cada cop fan més ús dels robots, ja que aquests comporten uns grans avantatges
davant dels humans en moltes circumstàncies.
Per exemple, en els treballs perillosos els robots són centenars de vegades més eficients i
precisos ja que poden superar els límits físics que ens imposa el cos humà i eviten exposar
vides humanes.
També poden realitzar treballs monòtons mantenint una producció molt més elevada que
utilitzant exclusivament humans.
Poden fer treballs pesats, movent objectes i operant amb exactitud, treballar en condicions
extremes i sense descans. Tot això els fa ser més rentables, ja que a més d'augmentar la
producció, el percentatge d'error disminueix al dur a terme treballs que abans eren
impossibles, només cal una inversió inicial, i una petita inversió pel seu manteniment.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
25
Està demostrat que aquesta inversió inicial es recupera de manera molt ràpida, i que els
avantatges que ofereix l’ús de robots són molt grans.
L’únic problema que planteja l’ús de robots és moral, ja que la seva massiva utilització
provoca la pèrdua de treballs de milions d’humans. No obstant, la robòtica genera nous llocs
de treball en altres àmbits diversos.
Gràfic dels usos dels robots a les industries
Aquest és un gràfic que mostra els diferents usos que es fan dels robots proporcionalment.
Els diversos usos dels robots a les indústries
Els robots poden dur a terme un gran ventall de tasques en les indústries. Les tasques més
importants que duen a terme són:
Emmagatzemar, carregar i descarregar objectes
S’utilitzen sistemes automàtics que classifiquen i emmagatzemen els objectes o matèries,
aconseguint una eficàcia més gran i una major velocitat. Aquests sistemes incorporen uns
equips informàtics que memoritzen la posició de cada objecte i disposen de robots mòbils que
són els encarregats de carregar i descarregar els objectes a les seves posicions pertinents.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
26
Operacions industrials en cadena
En les industries que produeixen en cadena, l’ús de robots s’està fent cada cop més important,
gràcies a la multitud d’avantatges que provoca el seu ús massiu. Algunes de les funcions que
fan dins de les operacions en cadena són:
-La soldadura de peces metàl·liques : aquesta és molt important en tota la industria
metal·lúrgica.
-El tall del metall: aquestes operacions les fan els robots mitjançant un raig làser, plasma
calent o aire i aigua a gran pressió.
-L’aplicació de pintura: els braços robòtics apliquen mitjançant esprais capes de pintura i
eviten als humans exposar-se a la pintura que pot ser tòxica.
-Les operacions de cargolat i enroscat: els robots que duen a terme aquestes tasques
incorporen una sèrie d’eines que permeten enroscar ràpidament sense passar-se mai de rosca,
ni aplicar massa poca pressió.
Inspecció i neteja de lloc inaccessibles
Per a dur a terme aquestes tasques s’utilitzen robots que disposen d’un programari amb una
intel·ligència artificial que els permet moure’s per zones inaccessibles per humans (com
conductes de ventilació, clavegueres o recentment les façanes de alts gratacels), de manera
autònoma o controlats mitjançant uns comandaments per a netejar aquests llocs difícilment
accessibles i no posar en perill cap vida humana en el procés de neteja.
Manipulació de residus tòxics o perillosos
En aquestes tasques, l’ús de robots ha fet possible que els humans no s’exposin a radiació o a
materials que poden acabar amb la seva vida.
Aquests robots permeten el transport i la manipulació d’aquests tipus de materials i residus i
solen estar controlats per operadors des d’un lloc segur, mitjançant uns comandaments i les
càmeres i sensors que incorporen els robots.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
27
4 Empreses més importants
Existeixen una gran multitud d'empreses de robòtica que treballen en gairebé tots els sectors.
Aquestes empreses fabriquen robots d’exploració, robots industrials, robots de neteja o robots
d'entreteniment entre d’altres.
A continuació citarem i explicarem algunes de les empreses més importants i influents en el
món de la robòtica.
Asea Brown Boberi
Asea Brown Boberi o ABB, és una empresa
suïssa que porta més de 20 anys fabricant robots
i que ja ha instal·lat actualment més de 200.000
robots. ABB és una multinacional especialitzada
en tecnologies de generació d’energia i
automatització industrial, d’altra banda, també és
líder en el subministrament de robots industrials
i en sistemes de fabricació flexible i en diverses
activitats de serveis.
Aquesta gran empresa compta amb més de 145.000 treballadors i ha tingut un benefici de més
de 38.000 milions de dòlars.
Exporta màquines i robots per tot el món i els sectors en els que treballa són quatre:
-Els productes de Potència: ABB fabrica transformadors, interruptors, cables i equipament
associat a la mitja i alta tensió. Dins d’aquest sector treballa en productes d’alta tensió, de
mitja tensió i en transformadors.
-Els sistemes de potència: Aquest sector s’especialitza en la transmissió i distribució de
l'energia elèctrica i les seves xarxes.
-Els productes d'automatització: En aquest sector ABB fabrica controladors de velocitat de
diversos tipus, motors i generadors elèctrics.
-La robòtica: Asea Brown Boberi distribueix programari i perifèrics per a la fabricació
d'objectes i de tasques especifiques com ara són la soldadura, la pintura i l’empaquetatge
d’aquests objectes.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
28
A la fotografia un robot soldador a
l’esquerra i un robot pintor a la
dreta. Aquests dos robots fan una
tasca molt important dins la
industria automobilística. Gràcies a
ells es poden fabricar centenars de
vehicles diaris.
Seiko Epson Corporation
Coneguda com a Epson, és una gran multinacional
japonesa creada l’any 1942. Aquesta és una de les
empreses més importants en la fabricació d'impressores,
televisors, ordinadors i robots de tot el món. Epson
compta amb més de 85.000 treballadors i també és una
de les empreses de robòtica més importants de
l’actualitat.
Actualment Epson Robots ja ha instal·lat més de 18.000 robots arreu del món.
Com ABB, Epson produeix robots per a indústries de dos tipus principalment: els “Scara” i
els robots “6-axis”.
·Robots Scara: Són robots molt utilitzats en la indústria, sent la principal característica que
tenen un braç amb quatre graus de llibertat.
A més, aquests robots tenen uns cicles molt ràpids que permeten a les indústries augmentar la
producció i tenen una gran capacitat de càrrega.
·Robots 6-axis: A diferència dels Scara estan formats per un braç amb 6 eixos diferents,
gràcies als quals tenen una gran mobilitat i poden operar en zones difícils d’arribar per altres
robots, de manera senzilla i eficaç.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
29
A la primera imatge un robot Scara d’Epson. A la segona imatge l’esquema dels 6 eixos dels robots 6-
eixos d’Epson on es poden apreciar els revolucionaris sis eixos de moviment dels que disposa el braç
que li permeten una gran llibertat de moviments. Finalment, a la tercera imatge es veu una fotografia
d’un model real 6-axis d’Epson.
KUKA Roboter
Aquesta empresa Alemanya fundada al
1898, és un dels principals fabricants de
robots industrials i de sistemes per a la
solució de problemes i automatització.
KUKA Roboter consta de més de 25 filials i
distribueix principalment els seus productes
als Estats Units, Mèxic, Brasil, Japó, Xina,
Corea i l’Índia.
És una de les empreses de robòtica més veteranes ja que porta més de 40 anys fabricant
robots.
Al 2007 KUKA Roboter va crear un robot anomenat Titan 1000, que és el robot de 6 eixos
més gran i més fort de tot el món. Aquest robot pot treballar amb càrregues de fins a 1300 kg
de pes i una càrrega addicional de 50 kg. Per al seu funcionament s’ha de fixar la seva
estructura de 4690 kg al terra. El seu rang de treball és de més de 3 metres en totes les
direccions.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
30
Actualment KUKA Roboter fabrica diversos tipus de robots:
-Robots petits: Són principalment robots 6-axis i robots de quatre eixos en la gran majoria.
-Robots de càrrega lleugera: S’utilitzen principalment per a fer tasques com polir, llimar i
pintar diferents superfícies.
-Robots de càrrega mitjana: S’utilitzen en tasques de manipulació i mesura, com caigudes
de flux en túnels de vent o per a cosir butaques de vehicles.
-Robots de càrrega pesada: Aquests robots estan destinats a dur a terme tasques de càrrega i
descàrrega d’objectes pesats.
-Robots de càrrega molt pesada: S’utilitzen per a manipular objectes molt pesats que poden
arribar a un pes de fins 1300 kg.
-Models de construcció especials: S’utilitzen per a dur a terme tasques específiques.
Diversos robots amb diferents graus de mobilitat de Kuka Roboter. A la primera imatge es veu el robot
“Scara”KR500-3F, ideal per a forjar eixos de camions. A la última imatge es veu el robot Titan 1000
que permet treballar amb càrregues de fins a 1300 kg.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
31
iRobot Corporation
A diferència de les anteriors multinacionals ja
citades, iRobot Corporation s’especialitza en el
disseny de robots domèstics i per a empreses.
Va ser fundada l’any 1990 i actualment és líder
en fabricació i distribució de robots aspiradors.
És una empresa molt més petita que les
multinacionals anteriors, ja que consta de poc
més de 500 treballadors. Malgrat això, els seus
beneficis augmenten de manera considerable any rere any i s’espera que aquest ritme de
creixement es mantingui.
Els robots més importants d’aquesta empresa són els següents:
iRobot Roomba
Aquest és el robot que ha portat a l’empresa a obrir-se un lloc al món de la robòtica. La
primera versió d’aquest popular robot amb funció d'aspiradora, va ser llançada l’any 2002.
Actualment existeixen 5 generacions que s’estenen entre el 2004 i el 2013. El model més
recent és el iRobot Roomba 790.
L’aspecte del robot ha canviat molt poc amb el pas de les generacions, es compon
principalment d’un disc de 34 cm de diàmetre i 9 cm d’alçada que disposa de sensors
d’infraroig i tàctils a l’estructura i incorpora tot el maquinari al seu interior.
iRobot Scooba
Va ser llançat al mercat l’any 2005 i va representar una gran revolució en el seu moment. La
seva funció és fregar el terra i es pot complementar amb el robot Roomba. Una de les seves
característiques més importants és que fa ús d’un líquid especial per a netejar el terra.
Els robots Scooba consten de dues generacions, a la primera són més grans, i a la segona
generació, encara que disposen d’una menor autonomia, són de mida més reduïda.
El primer robot de la primera generació, l’anomenat 5800, podia netejar fins a 23 metres
quadrats per cada càrrega comparat amb els 79 metres del Scooba 380.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
32
iRobot Create
El robot Create va ser llançat després del gran èxit del robot Scooba. La finalitat d’aquest
robot és educativa i està pensat pels estudiants. La idea de la que parteix aquest robot és que
es pugui programar perquè faci les funcions que es determinin de manera mes o menys
senzilla. A més, consta de diverses ajudes per a aprendre a programar i d'alguns Scripts
d’exemple.
iRobot Mirra
Es tracta d'un robot molt avançat que té com a funció la neteja de piscines. La seva
característica més important és disposar d'un sistema de navegació, iAdapt Nautiq, que calcula
el recorregut òptim per a moure’s a través de la piscina evitant els obstacles vigilant que el
seu cable de connexió a la corrent de 18 metres no s’enredi. Per a que funcioni només és
necessari connectar-lo al corrent i ell sol s’encarrega de netejar la brutícia, distribuir el clor de
l’aigua, eliminar les algues i les bactèries del fons i parets de la piscina i d’aspirar els líquids
grassos que floten en la superfície.
A la primera imatge el robot de neteja iRobot Roomba, seguit del robot educatiu iRobot Create i a la
esquerra el modern robot de neteja de piscines iRobot Mirra.
Altres robots de iRobot
iRobot també fabrica robots per a fins militars, principalment per a la desactivació de bombes.
Aquests robots són molt útils ja que eviten exposar vides humanes i poden ser controlats
remotament des d’ un lloc segur.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
33
Entre els robots militars de iRobot els més importants són els següents:
iRobot Packbot
Aquest popular robot en el seu sector és utilitzat principalment per a les missions de
reconeixement en zones perilloses. Disposa d’una càmera d’alta resolució que permet
controlar-lo a distància i veure el que aquest veu en temps real. Actualment més de 2000
unitats d’aquest robot s’utilitzen a l'Iraq i a l'Afganistan. Un dels seus principals èxits va ser
entrar el primer a la planta de Fukushima després del terratrèmol del Japó l’any 2011.
iRobot Warrior
També anomenat Warrior 700, la versió més avançada actualment pesa 129 kg i és capaç de
moure’s a una velocitat de 15 km/h transportant un pes de fins a 227 kg. Pot moure’s per
gairebé qualsevol terreny i pot pujar escales i rampes de fins a 45 graus de pendent.
Els seus usos principals són la vigilància, la manipulació o desactivació de bombes i mines.
iRobot Negotiator
Aquesta plataforma robòtica està dissenyada per a ser utilitzada en operacions civils per la
policia o equips SWAT i en rescats.
Pot viatjar a una velocitat de fins a 5 km/h i consta de diferents accessoris com ara un braç
mecànic robotitzat o aparells de detecció de radiació o tòxics.
D’esquerra a dreta el robot de reconeixement iRobot Packbot, el robot de vigilància i desactivació de
mines iRobot Warrior i el robot de operacions civils iRobot Negotiator.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
34
5 Sistemes de control de robots
Els robots, estan controlats mitjançant un sistema de controlador. Aquests sistemes
s’encarreguen de gestionar els diversos sensors o actuadors, les bateries o piles, els
servomotors i tots els aparells dels que el robot disposa.
Aquests microcontroladors són circuits integrats capaços d’executar correctament les
diferents ordres que estan gravades en la seva memòria.
Existeixen molts tipus de controladors i tenen molts tipus de configuracions i característiques
diverses.
Per exemple, els microcontroladors poden funcionar amb un diferent nombre de bits
començant des d’ordres de només 4 bits fins als més moderns que suporten ordres en els
sistemes de fins a 64 bits.
Una altra característica molt important a l’hora d’utilitzar un microcontrolador és la seva
freqüència o velocitat de rellotge. Aquesta velocitat determina les ordres o càlculs que podrà
efectuar aquell determinat microcontrolador en 1 segon.
Els microcontroladors més senzills comencen per freqüències de kilohertz però els més
avençats i que necessiten una gran quantitat d’ordres i càlculs funcionen amb freqüències de
centenars de milers de vegades més grans, en Gigahertz.
Tots els microcontroladors estan formats per 3 parts principals:
Unitat central de processament
També anomenada CPU, interpreta les diferents instruccions contingudes en els programes i
processa les dades. En els microcontroladors aquestes CPU són molt més simples i senzilles
que les CPU que incorporen els ordinadors.
La memòria
Aquests dispositius guarden dades durant períodes de temps i permeten emmagatzemar
informació diversa. Un dels tipus de memòria més important és la memòria RAM que és una
memòria molt ràpida i temporal que esborra tota la informació que conté al apagar-se el
sistema.
Els perifèrics d’entrada i de sortida
Els ports permeten connectar aparells de entrada i de sortida que són processats per la CPU o
Central Processing Unit del microcontrolador.
En els robots els dispositius d’entrada serien els sensors i els dispositius de sortida podrien
ser els servomotors o actuadors.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
35
Esquema de control d’un robot
Aquesta imatge mostra un esquema
genèric del funcionament del
microcontrolador d’un robot.
Aquest disposa de sensors que envien
informació al microcontrolador, i aquest
processa la informació i envia ordres
d’actuar als diferents motors dels que
disposa el robot.
El sistema PICAXE
El sistema que utilitzarem per a controlar el robot humanoide que hem construir en el treball
de recerca és un sistema que s’anomena PICAXE.
La placa que nosaltres utilitzarem per a controlar el robot és la placa Imagina.
El sistema PICAXE és un sistema de microcontrolador molt fàcil de programar que utilitza un
llenguatge BASIC molt simple i utilitza les característiques dels nous microcontroladors FLASH
molt senzills. Gràcies a que no és necessari cap programador PIC complex, programar i re
programar és una feina molt més fàcil que amb els microcontroladors PIC.
El principal punt a favor d’aquest sistema, a més d'utilitzar els nous microcontroladors FLASH, és
la seva gran senzillesa. Això fa que aquest sistema sigui un dels més recomanats per als estudiants
ja que és molt fàcil d’aprendre.
La senzilla programació en el Picaxe Programming Editor es pot fer mitjançant línies de codi o
mitjançant un diagrama de flux o entorn gràfic que permet programar de manera molt més senzilla
i intuïtiva. Cal dir però, que si es domina la programació fer-la mitjançant codi és molt més ràpid i
ofereix un gran avantatge com és la simulació pas per pas.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
36
Components principals
-El programari: El programari ha d'estar instal·lat a un ordinador i permet utilitzar el teclat
per programar el microcontrolador. A part de funcionar bàsicament amb el teclat, també
podem programar mitjançant un diagrama de blocs, fent així la programació mes visual i
senzilla pels qui no estan familiaritzats amb els llenguatges de programació.
-El cable sèrie: És el cable que connecta el sistema amb l’ordinador. S’ha d'anar amb compte
perquè no el podem connectar quan el PICAXE està executant-se.
-El xip Picaxe: És l'element més important. Tota la programació que efectuem a l'ordinador
amb el programari, va a parar al xip Picaxe. El xip va col·locat sobre una placa, que pot ser
comprada o dissenyada pel propi usuari.
Característiques més importants
El llenguatge PICAXE és un dels llenguatges més senzills per a programar robots dels que
existeixen actualment ja que pot ser programat de dues maneres; mitjançant diagrama de
blocs o en forma de codi.
Per a programar en PICAXE no és necessari ser un expert en programació ni cal utilitzar un
complex llenguatge electrònic.
Principals Característiques del Picaxe
-Baix cost i es tracta d'un circuit de fàcil construcció.
-Es pot optar entre diversos models.
-Hi ha dos varietats: el “PICAXE-28” (incorpora 22 pins d'entrada i sortida repartides en 8
sortides digitals, 8 entrades digitals i 4 entrades analògiques). El “PICAXE-18” (conté 8
sortides i 5 entrades).
-Ràpida operació en la càrrega i la descàrrega mitjançant el cable sèrie.
-Llenguatge BASIC molt senzill i fàcil d’aprendre.
-L'editor de diagrames de blocs està inclòs i serveix d'alternativa al llenguatge BASIC, encara
que no és gens complex.
-Possibilitat de ser programat mitjançant el programari “Crocodile Technology”.
-L'editor de diagrames de flux està inclòs.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
37
Intèrpret (firmware)
El mòdul de programa és capaç d’interpretar comandaments en llenguatge BASIC com el
“PICAXE Programming Editor”, totalment gratuït, però també ho permet en altres
llenguatges editats específicament, fins i tot en diagrames de flux.
Els xips PICAXE porten prèviament programats aquest firmware per defecte que ocupa una
petita part de la memòria útil del sistema. La resta de memòria és completament utilitzable,
per a incloure els codis de l'usuari.
El Picaxe Programming Editor
És el programari que nosaltres utilitzarem per a programar el robot Humanoide. Té un gran
suport a internet, com diversos tutorials per a aprendre a utilitzar-lo i alguns fòrums on es pot
demanar ajuda per a aprendre a programar.
Per a utilitzar el Picaxe Programming Editor és necessari aprendre a utilitzar el seu llenguatge
de programació que esta basat en el popular i senzill llenguatge de programació BASIC.
Un gran avantatge del ús d’aquest programari és que és totalment gratuït i no s’ha de pagar
cap llicència per a utilitzar-lo, al contrari que altres programes semblants.
La versió que nosaltres utilitzarem és la versió més recent, la 5.3.1 per a Windows de 64 bits
que pesa aproximadament uns 60 MB i que es pot descarregar de la pàgina següent :
http://www.picaxe.com/Programari/PICAXE/PICAXE-Programming-Editor/
La placa IMAGINA
Per a construir el robot Humanoide utilitzarem la placa de control IMAGINA que està basada
en el sistema PICAXE i ha estat desenvolupada per l’equip Robolot. La placa IMAGINA és
molt versàtil i permet desenvolupar projectes molt variats, des d'alarmes fins a humanoides,
que és en el que ens hem centrat.
La placa IMAGINA es pot adquirir a la pàgina www.picaxe.es en dos kits diferents:
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
38
-Un kit conté la placa ja soldada i amb tots els seus components col·locats al seu lloc
corresponent. Amb aquest kit es pot començar a treballar després de adquirir-lo.
-L'altre kit conté la placa sense soldar amb els components per separat.
Per a fer aquest treball nosaltres adquirirem el primer kit.
Imatge de la serigrafia de la placa IMAGINA
És pot comprovar la gran complexitat de la placa Imagina, és per això que més endavant hem decidit
comprar el kit amb la placa ja soldada per assegurar que funcioni correctament i guanyar temps en el
procés de construcció del nostre robot humanoide autònom amb el cap mòbil.
Característiques més importants de la placa
Les característiques tècniques més importants de la placa IMAGINA són les que citem a
continuació:
-Les dimensions de la placa són 107x51 mil·límetres.
-La serigrafia conté els valors i la referència de tots els components que s’han de soldar i els
llocs on s’han de col·locar.
-Els components necessaris per a muntar la placa són econòmics i les eines bastant usuals i
fàcils d’aconseguir.
-Admet tres tipus de microcontroladors PICAXE: el 20M, el 20x2 i el 20M2.
-La seva programació és molt senzilla i es càrrega mitjançant un cable en sèrie o un USB.
-Es pot programar mitjançant un diagrama de flux, en llenguatge BASIC o en algun
llenguatge específic.
-El seu programari per a programar-lo és totalment gratuït i multi plataforma.
-Permet fer simulacions directament al programa, sense haver de carregar el programa a la
placa.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
39
-Disposa de 8 entrades: 3 analògiques/digitals i 5 digitals.
-Disposa de 8 sortides digitals multifuncionals en que cada una pot realitzar més de una
funció. A més, cada una disposa de un LED indicador.
-Amb el PICAXE-20x2 i el PICAXE-20M2 es poden controlar sensors d’ultrasons, pantalla
LCD; el SD20 permet controlar 20 servomotors.
-Permet el control del sentit de gir de dos motors en corrent continu de fins a 2A. Amb el
PICAXE-20M2 es pot regular la velocitat d'aquests mitjançant la modulació per polsos
(PWM).
6 Construcció d’un robot Humanoide
En aquest treball de recerca la part pràctica ha consistit en la construcció d’un robot
Humanoide partint de zero.
Es tracta del robot que es proposa de construir amb la placa IMAGINA, però amb un cap
mòbil dissenyat per nosaltres i un sensor de 80 cm de distància que dotaran al robot de la
capacitat de tenir una intel·ligència artificial per evitar obstacles.
A més, hem fet algunes variacions en els dissenys de les peces i el codi de funcionament del
robot és totalment nostre i incorpora algunes funcions bastant complexes.
Materials i eines necessàries
A continuació explicarem primerament els materials que han estat necessaris durant el procés
de construcció d’aquest robot humanoide. En acabar, direm les eines que han estat necessàries
per a dur a terme cada procés de muntatge del robot humanoide que hem desenvolupat partint
de zero.
Materials
Per a construir l'estructura del robot vam haver de decidir entre dos materials, l’alumini o el
metacrilat. Com cada un d’aquests materials oferia avantatges i desavantatges, vam analitzar
quin ens seria més útil.
Finalment vam decidir utilitzar metacrilat a causa de dos grans avantatges; la seva lleugeresa,
que ens assegura perdre poca potència en els servomotors i la facilitat de ser doblegat i tallat
per a fer les peces que conformen el robot.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
40
Avantatges i desavantatges de cada material
Material Alumini Metacrilat
Avantatges
·Ofereix una gran resistència. ·Molt fàcil de tallar amb serra.
·Acabat més professional. ·Molt més lleuger.
·Resistent al ser foradat. ·Facilitat a ser doblegat en calent.
·Dificultat de rallar-se ·Més econòmic.
Desavantatges
·Molt més pesat. ·Pot trencar-se al ser foradat
·Bastant més car. ·Acabat menys professional.
·Gran dificultat de tallar. ·Sensiblement més fràgil.
·Dificultat de ser doblegat. ·Facilitat en ser rallat.
Taula dels avantatges i inconvenients que ofereix el metacrilat i l’alumini.
Placa de metacrilat DIN-A3 i 2 mm de gruix (x2)
Aquesta placa de metacrilat fa de suport en l’estructura o xassís del robot. Amb l’ajuda d’unes
plantilles tallem les dos plaques en les peces necessàries per a la construcció del robot.
Aleshores fem els forats de diferents mides per a col·locar els cargols; més tard dobleguem
les peces pels punts on sigui necessari.
Quan tenim totes les peces amb la seva forma final i els forats fets, les unim pas a pas
mitjançant cargols de diferents mides i incorporem els servomotors, els sensors, la placa
IMAGINA, els cables que són necessaris per a la comunicació amb els sensors i servomotors.
Servomotor Vigor VS-2 (x4)
Aquests servomotors permetran el moviment del robot Humanoide. Només són necessaris 4
servomotors ja que el robot no pot moure les extremitats superiors.
Es col·loquen 2 servomotors a cada cama del robot per a permetre el seu moviment.
Servomotor Vigor VS-12M (x1)
Aquest robot Humanoide pot moure el cap amb l’objectiu d’augmentar el seu angle de visió i
ser autònom per a evitar obstacles o bé buscar algun objectiu. És per això que és necessari
aquest servomotor que permet el moviment del cap del robot.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
41
Sensor de distància Sharp GP2Y0A2YKOF (x1)
Aquest sensor es troba en el cap mòbil que incorpora el robot. Permet detectar objectes d’una
manera precisa en una distància òptima d’entre 10 cm i 80 cm.
Tot i això, es recomanable no arribar ni a la distància mínima ni a la màxima i mantenir-se en
uns marges per evitar errors de mesura. Això és perquè el sensor té una certa tolerància que
desaconsella treballar en els extrems.
Cable de 3-pin per a Sensor de Distància Sharp (x1)
Aquest cable té una longitud de 30 cm i permet connectar el sensor de Distància Sharp amb la
placa IMAGINA per tal que la informació que rebi el sensor es transmeti a la placa i aquesta
l’analitzi i faci actuar al robot d’una determinada manera.
Està format per una combinació de 3 cables:
-El vermell, que dóna el senyal (Vcc)
-El negre, que és el cable que dóna el punt amb potencial de 0 (Ground)
-El blanc, que és el cable que dóna el senyal.
Aquests 3 cables s’han de soldar a un pin triple en els seus llocs corresponents i connectar-los
a l’entrada ADC-3 de la placa Imagina.
Placa Imagina (x1)
La placa és la part més important del robot ja que és l’element que incorpora tots els ports
d’entrada i sortida per a connectar els diversos perifèrics. També incorpora tots els circuits
necessaris per a connectar els diversos aparells i el xip Picaxe 20M-2 que és l’encarregat de
processar tota la informació que reben els sensors o les diverses entrades. També s’encarrega
d’administrar la memòria i els recursos necessaris per a cada tasca i de fer actuar els diversos
actuadors com poden ser els LED o els servomotors.
Plantilla impresa amb peces robot marcades (x1)
Aquesta plantilla impresa en dos fulls DIN-A4 a mida real ens ha permès retallar les peces
que conformen el nostre robot humanoide de manera molt exacta. A més, hem utilitzat
algunes peces que hem dissenyat nosaltres mateixos.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
42
Llista amb tots els materials necessaris per a muntar l ’humanoide
Humanoide placa Imagina MATERIALS CODI PROVISIÓ UNITATS MARCA SUBMINISTRADOR
Placa Metacrilat (mida 200X600X2 mm) 806552 1 Opitec www.es.opitec.com
Cargols de cabota cilíndrica(M3X10mm) 265.038 (lot 100u) 8 Opitec www.es.opitec.com
Femelles (M3) 267.027 (lot 1000u) 12 Opitec www.es.opitec.com
Femelles autoblocants (M3) 267072 (lot 100u) 4 Opitec www.es.opitec.com
Volanderes de diàmetre interior de 3mm 268.022 (lot 1000u) 2 Opitec www.es.opitec.com
Velcro adhesiu (m) 515.590 (2m) 0,1 Opitec www.es.opitec.com
Cinta adhesiva de dues cares(m) DISADES ) 0,15 Onda Radio www.ondaradio.es
Cargols de cabota plana (M2X8mm) M2x8 8 Onda Radio www.ondaradio.es
Femella (M2) TRM2 8 Onda Radio www.ondaradio.es
Cargols de cabota cònica (M3X12mm) M3X12E 2 Onda Radio www.ondaradio.es
Brides de plàstic de 4,7X220mm 2247 8 UNEX
Servomotor (Vigor VS-2) VS-2 4 Vigor www.picaxe.es
Plantilla impresa DIN-A4 1
Servomotor (Vigor VS-12M) VS-12M 1 Vigor www.picaxe.es
Sensor GP2Y0A2YKOF (Sharp) po136 1 Pololu www.picaxe.es
Cable de 3 pins a distancia (Sharp) po 117 1 Pololu www.picaxe.es
Placa Imagina rbl0662 1 Imagina www.picaxe.es
Taula amb tots els materials necessaris per a la construcció d’aquest robot humanoide, l’empresa que els fàbrica i
la direcció web d’on es poden adquirir per Internet.
Les Eines
A continuació explicarem quines són les eines que hem utilitzat en els diferents processos de
muntatge del nostre robot humanoide i explicarem per a què hem utilitzat cada una. A
excepció d’alguna, aquestes eines són bastant comunes i es possible que no faci falta
comprar-ne cap.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
43
Serra de marqueteria per a plàstic
Amb la serra de marqueteria hem pogut tallar fàcilment el metacrilat que conforma les
diferents peces de l’estructura del robot.
Tornavís de punta plana i punta d’estrella
Amb el tornavís de punta plana i el tornavís d’estrella podrem cargolar diversos cargols per a
muntar l'estructura del robot i fer que suportin la placa Imagina i els diferents servomotors i
sensors que incorporarà el robot.
Planxa per a doblegar
Amb aquesta planxa podrem doblegar les peces de metacrilat pels llocs on sigui necessari, de
la manera següent: s’escalfarà la zona que es vol doblegar amb el fil de coure calent que
incorpora la planxa i aleshores es doblegarà en els graus que sigui necessari.
Serjant o cargol de banc
Aquests dos aparells permeten subjectar la planxa per tallar-la sense risc de moure’s en cap
moment i evitar que les peces es trenquin atesa la forta vibració que es produeix al serrar el
metacrilat.
Llimes diverses per a metall
Les diferents llimes permetran polir les zones per on les peces de metacrilat en el nostre cas
han estat tallades i donar al robot un acabat més estètic.
Trepant de sobretaula amb broques de mides (2'5, 3'5, 5, 6, 7'25 i 8 mm)
El trepant de bateria ens permetrà fer forats de les mides necessàries (mitjançant les broques
correctes en cada cas), per a poder cargolar els cargols més tard que donaran suport entre
l’estructura de metacrilat, la placa Imagina i els diferents servomotors i sensors dels que
disposa el robot Humanoide.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
44
Eines necessàries
·Serra de marqueteria
·Tornavís punta plana
·Tornavís punta estrella
·Serjant
·Cargol de banc
·Llimes
·Trepant de sobretaula
·Broques de : 2'5,3'5,5,6,7'25 i 8 mm
Taula amb les diferents eines necessàries per al muntatge del robot Humanoide.
Muntatge del robot Humanoide
El procés de muntatge del robot humanoide estarà dividit en 6 fases. Aquestes fases seran les
que es citaran a continuació i es duran a terme en l’ordre següent:
A-Retall de les plantilles.
B-Tall de les planxes de metacrilat.
C-Perforació de les peces.
D-Doblegament de les peces.
E-Assemblatge del robot.
F-Proves simples de funcionament dels servos.
Retall de les plantilles
En aquest pas, retallarem les plantilles que prèviament haurem descarregat d’internet a mida
real. També tenim la opció de fer completament el nostre disseny propi de les peces, però
podem basar-nos en el disseny del robot humanoide amb la placa Imagina per a tenir una idea
general de com s’aguantarà l’estructura del robot i com farà els diversos moviments.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
45
Aquesta és una versió reduïda i que no és a mida real de la plantilla que utilitzem com a guia per a
tallar la planxa d’alumini.
Les plantilles a mida real (DIN-A4) es poden trobar a la direcció següent:
http://humanoideimagina.weebly.com/xassiacutes.html
Tall de les planxes de metacrilat
El segon pas del muntatge del robot és tallar la planxa de metacrilat de 2 mm de gruix pels
llocs on és necessari.
Per a retallar amb precisió hem traçat les línies de tall, les línies on hem de doblegar la planxa
de metacrilat i els forats que s’hauran de fer mitjançant una retolador prim i seguint la
plantilla que hem imprès a mida real.
Cal puntualitzar que hem utilitzat i dissenyat algunes peces que en el model del robot de les
plantilles no s’han utilitzat (com el cap mòbil) i hem modificat algunes altres per a efectes
pràctics i estètics.
Seguidament, hem posat la planxa amb les línies visibles en un cargol de banc i hem
començat a serrar amb la serra de marqueteria seguint les línies traçades.
Un cop hem tingut totes les peces del robot ja tallades, seguim el procés de muntatge del robot
Humanoide i passem a la fase de foradar.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
46
Aquesta és una fase bastant perillosa, ja que si tallem malament les peces es poden arribar a
trencar a causa de les vibracions al fer el moviment de tallar. Tot i això no hem tingut gaires
problemes a l'hora de tallar la planxa de metacrilat encara que hem hagut d’utilitzar 6 fils de
serra intercanviables ja que s’han anat trencant al llarg del procés. Cal afegir, que encara que
no haguem tingut gaires problemes, hem decidit tornar a retallar unes noves peces ja que les
primeres estaven fetes malbé.
A la imatge de la esquerra les planxes de metacrilat transparent marcades amb les zones de tall. A la
imatge de la dreta la serra de marqueteria que utilitzem per al tall de la planxa de metacrilat.
La perforació de les planxes
En aquest pas hem de fer els diferents forats a les peces del robot de la mida exacta en el lloc
correcte per a que les peces encaixin en el seu lloc corresponent quan s’uneixin amb els
cargols de diferents mides.
Per a foradar, subjectem cada peça en el trepant de bateria amb la broca de la mida
corresponent i seguidament foradem allà on hem marcat els forats a l’últim pas.
Per a fer els forats necessitem protegir-nos amb les ulleres de plàstic.
Els forats que haurem de fer seran els següents:
·Peça del coll per al cap mòbil
-4 forats de 3,5mm dos a cada extrem de la peça.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
47
·Peces A1 i A2
-Forat a la part superior de la peça amb la broca de 7,25.
-Dos forats sobre i sota el forat anterior, amb la broca de 2,5.
-Un forat a la part inferior de la peça amb la broca de 3,5.
·Peces B1 i B2
-Forat a la part superior de la peça amb la broca de 7,25.
-Dos forats sobre i sota el forat anterior, amb la broca de 2,5.
-Quatre forats a la part mitja i inferior de la peça amb la broca de 6.
·Peces C1 i C2
-Quatre forats (un a cada cantonada) amb la broca de 2,75.
-Un forat a la part dreta de la peça, que disminueix l’amplitud de 6 mm a 3,5 mm.
·Peces D1 i D2
-Forat amb la broca de 7,25 al centre de la semi esfera de la part esquerra.
-Forat amb la broca de 3,5 a la dreta de la peça.
·Peça F1
-Sis forats de 6 mm a la part inferior de la peça.
-Vuit forats de 3,5 mm distribuïts per la part superior i mitja de la peça.
-Vuit forats de 3,5 distribuïts per la part superior i mitja de la peça.
En aquesta imatge és pot veure l’estat de construcció del robot. Com es pot
comprovar, ja ha superat de manera exitosa les fases de retall de les planxes
de metacrilat i la fase de foradar les peces.
La fase següent és el doblament d’aquestes peces per a tenir-les llestes per a la
fase d’assemblatge del robot.
Doblament de les planxes de metacrilat
Per a doblegar les peces és molt important escalfar les peces per la zona on és necessari el
doblament per tal de que no existeixi risc de trencament.
Aquesta manera de doblegar es produeix degut a que el plàstic s’escalfa i es comença a
fondre, aleshores, en un estat mal·leable se li pot modificar la forma fins que la peça es
refreda i torna a ser sòlida.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
48
El procés és el següent: Agafar la peça, subjectar-la a la planxa de doblegament, escalfar amb
el fil calent la zona on es vol doblar la peça i utilitzar el suport graduat per a doblar els graus
corresponents.
Les peces que és necessari doblegar són; les extremitats inferiors, és a dir l'estructura de les
cames, la planta del peu i les dos peces que conformen el cap mòbil del robot Humanoide.
Aquesta fase és bastant perillosa, ja que si escalfem massa la peça es desfarà i es dividirà en
dos peces que ja seran inservibles. D'altra banda, si l’escalfem massa poc i fem massa força la
peça es trencarà. Hem tingut algun problema en la primera tanda de peces que ha provocat
que una peça de la cama es fes malbé.
Assemblatge del robot humanoide
Un cop tenim les peces que conformaran el robot, tallades, doblegades i foradades, els 5
servomotors dels que disposa, la placa Imagina, les bateries, el sensor, els cables de
comunicació i tots els materials com ara els cargols de diferents mides, o la cinta adhesiva per
les dues cares, podem començar amb l’assemblatge del robot.
Aquest procés és molt delicat, ja que si no anem amb compte al posar els servomotors o
cargolem massa fort algun cargol, quan el robot estigui funcionant pot saltar-ne algun i
trencar-se alguna peça.
L’assemblatge s’ha dividit en dotze sub-fases que han estat les següents:
1-El primer que hem fet ha sigut unir els braços al tòrax del robot mitjançant els cargols M3.
Aquests braços no disposaran de cap servomotor, per tant, són immòbils i només tenen una
funció estètica per a fer que el robot sembli més humà.
2-El segon pas ha estat enganxar dos servomotors a la part inferior del tòrax mitjançant cinta
adhesiva de dues cares al llarg de tota la superfície dels servomotors per a fixar-los sense
perill de que es puguin desprendre de la seva posició.
3-El tercer pas és preparar els altres dos servomotors. Per fer això s’ha de descargolar la seva
tapa i substituir-la per la nostra pròpia peça (C1 i C2). Acoblem les tapes al seu lloc
corresponent però abans hi posem un cargol que farà de eix del servomotor al peu.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
49
4-A continuació cargolem les rodes de transmissió del moviment dels servomotors als peus i a
les cames amb els cargols i les femelles de 3 mm de diàmetre.
5-El cinquè pas ha estat acoblar els dos servomotors preparats amb la nostra peça pròpia a
cada peu del robot, i hem fixat l’eix mitjançant les femelles M3 i el cargol de la peça que hem
acoblat prèviament.
6-A continuació hem enganxat l'estructura de la cama als servomotors, que han estat
prèviament acoblats als peus mitjançant cinta adhesiva de dues cares per tota la superfície,
permetent una fixació molt estable en el servomotor.
7-El setè pas ha estat fixar el tòrax amb les dues cames del robot Humanoide fent la unió entre
els servomotors del tòrax i la roda dels servomotors de les cames mitjançant cargols i femelles
de 3 mm. Després, hem utilitzat un parell de cargols de 2 mm per a mantenir el tòrax i els
servomotors units i que no es puguin separar. Aleshores, hem comprovat que el moviment
seguia sent possible i hem continuat amb el pas número vuit.
8-En aquest pas, hem cargolat la placa Imagina a la part del davant del tòrax mitjançant 6
cargols M3 i hem enganxat a la part del darrere de l’estructura del robot mitjançant velcro.
9-El novè pas de la construcció del robot ha estat acoblar el servomotor M12 a la peça inferior
del cap. Aleshores hem unit amb dos cargols de 3 mm la seva petita roda de transmissió del
moviment. Després hem fixat amb cargols M3 el sensor de 80 centímetres de distància de
detecció a la part superior del cap i els hem unit formant un cap que pot moure’s de esquerra a
dreta i de dreta a esquerra.
10-El desè pas ha estat unir el cap amb el tòrax amb cargols M3 i les seves corresponents
femelles i hem realitzat la connexió entre tots els servomotors, sensors i la placa Imagina.
11-El darrer pas ha estat comprovar el funcionament de rotació i detecció del sensor i dels
servomotors per a comprovar que comuniquen amb la placa correctament.
12-El dotze i últim pas ha estat la unió de les entrades als servomotors i sensors amb els seus
respectius cables per a permetre la comunicació entre el microcontrolador Picaxe 20M-2 i els
dispositius d’entrada i de sortida.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
50
Fase de proves
Aquesta és la fase més curta de totes, i ha consistit en comprovar que tots els aparells tant
d’entrada com de sortida funcionin correctament.
Hem creat un petit programa per a testejar cada entrada i sortida que hem utilitzat de la placa
Imagina, com ara tots els LED que incorpora les 8 sortides per a servomotors de les que
nosaltres utilitzarem 5, les diverses entrades com ara la ADC-3 que és la que utilitzarem per a
controlar el sensor de distància Sharp.
Amb aquesta fase completada, podem donar el procés de muntatge del robot com a finalitzat i
començar amb el procés de programació del robot, mitjançant el llenguatge BASIC.
Dues imatges de les diferents vistes del final del procés de muntatge del robot humanoide amb aquest
ja acabat. Es pot apreciar el seu cap giratori amb el sensor Sharp de 80 cm de rang de visió. També es
poden veure el 5 cables que connecten els 5 servos que utilitza el robot i els braços fixes dels que
disposa el robot.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
51
7 Programació del robot Humanoide
La programació del robot humanoide es dura a terme utilitzant el programa gratuït Picaxe
Programming Editor .
Avantatges del Picaxe Programming Editor
-És un freeware, és a dir el programa és totalment gratuït.
-És compatible amb el nou microcontrolador PICAXE 20M2.
-Permet programar gràficament mitjançant un diagrama de blocs.
-Permet programar mitjançant codi, fent ús d’un llenguatge de programació molt estès com és
el BASIC.
-Té una eina que permet convertir el diagrama de blocs en llenguatge BASIC.
Definició del programa del robot
El primer pas a l’hora de programar qualsevol rutina o programa, independentment de si està
relacionada amb la robòtica, és donar una idea o fer un esquema simple que expliqui que farà
essencialment el programa.
El programa del robot Humanoide
1-El robot començarà quiet amb el cap a la posició inicial, el programa s’inicia amb la tecla
POWER del comandament a distància.
2-Al encendre el robot tenim sis opcions amb el comandament a distància, cal comentar que
el robot sempre està alerta per a una senyal infraroja que faci canviar la seva rutina.
-Tecla 0: mou tots els servomotors fins a la seva posició inicial i a continuació els apaga amb
el comandament LOW (número de servomotor).
-Tecla 1: el robot comença a caminar cap endavant. Només s’atura si premem algun altre
botó de control del comandament a distància.
-Tecla 2: el robot fa un únic gir cap a la dreta.
-Tecla 3: el robot fa un únic gir cap a l’esquerra.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
52
-Tecla POWER: mou els servos a la posició inicial i seguidament apaga tots els sistemes del
robot.
-Tecla 4: executa el programa autònom del robot (aquest és el programa que incorpora
intel·ligència artificial del nostre robot).
El programa del robot seguidor autònom
Cal dir que el robot sempre està atent a un senyal infraroig que cancel·li aquest programa
autònom i que el robot no és mourà si té un obstacle a menys de 10 cm, per a evitar una
col·lisió.
Al inicialitzar el programa el robot mou tots els servos a la seva posició inicial en cas de que
no hi estiguin.
Seguidament comença a girar al cap de dreta a esquerra fins a arribar al seu punt màxim i
retornar cap a la dreta, repetint aquest procés fins a detectar un objecte a una distància de
entre 10 i 80 cm.
Aleshores, aturarà el cap en la posició on estigui i girarà el seu cos en aquella direcció
mitjançant petits girs cap al sentit corresponent. A més haurà de contrarestar el moviment del
cos que canviarà la direcció del cap amb moviments del cap cap al sentit contrari.
Un cop el robot estigui encarat a l’objecte i el seu cap estigui a la posició inicial respecte al
robot, si aquest encara detecta l’objecte començarà a caminar endavant fins a detectar que
l’objecte es trobi a menys de 10 centímetres, quan pararà per a no xocar amb aquest.
Si el robot perd de vista al objecte, s’aturarà i tornarà al punt inicial on farà cicles de gir del
cap fins a tornar a detectar un objecte. Aquest programa només finalitza al prémer una tecla
de control.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
53
Esquema simplificat del funcionament del robot
En aquest esquema simplificat, es pot veure el comportament del robot en funció del seu entorn, és a
dir la seva Intel·ligència Artificial (IA).
Calibratge dels servomotors
En aquest pas, ajustarem la posició inicial de cada servomotor mitjançant un petit programa
escrit en llenguatge BASIC.
Al muntar el robot i ajustar els motors a l’estructura del robot, els màxims de rotació han
quedat en una posició determinada.
El que haurem de fer és trobar el valor amb el que cada servomotor gira fins a la posició
d’inici. En el nostre cas, com aquest és un robot humanoide hem de fer que els servomotors
estiguin inicialment de manera que l’estructura del robot s’acosti al màxim a la posició d’un
humà dret.
Per això, els peus han de quedar planers, les cames han de estar paral·leles i amb la part
frontal, en la mateixa direcció que el tòrax del robot. La posició inicial del cap també serà
frontal i en la mateixa direcció on es troben les puntes dels peus del robot humanoide.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
54
Senyals de control als servomotors
El senyal de control que li donarem al microcontrolador del servomotor és un senyal d’entre
4,5V i 6V amb una duració d’entre 0,75ms i 2,25ms repetides cada 20ms que el servomotor
interpretarà com un angle d’entre 0 i 180 graus .
A més, els servomotors VIGOR VS-2 permeten que la velocitat de gir del eix del servomotor
sigui controlada, però nosaltres no utilitzarem aquesta funció en el robot humanoide perquè
no és necessari per al seu funcionament.
Càlcul de les instruccions per segon dels servomotors
Per a calcular el nombre d’instruccions que pot interpretar un servomotor, utilitzarem el temps
entre cada senyal de pols.
Freqüència (f); Període (т) = 20ms = 20x10-3
s
F = т-1 (20x10
-3)
-1 = 50 Hz
Amb aquest petit càlcul, podem saber que podem saber que els microcontroladors que
incorporen els servomotors, poden rebre 50 instruccions cada segon
Conversió de graus a instruccions del programa
Existeix una formula que converteix els graus a el nombre necessari per a que la placa enviï el
pols que faci moure el servomotor l’angle desitjat.
La equació de gir
n=100(1+(angle/180))
Un angle de 30 graus serà un valor (n) al
programa.
n=100(1+(30/180)) = 117
Si volem que el rotor gira fins a la posició 30 graus, haurem de escriure una instrucció en el
servomotor escollit amb un valor de 117.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
55
Procés de calibratge dels servomotors
En aquest procés, utilitzarem un programa que es limita a girar els sensors fins a una certa
posició (en aquest cas la posició inicial) que serà de 150 als servomotors a la primera prova. A
continuació, descarreguem el programa al robot i l’executem.
El robot mourà els servomotors al seu valor 150 (90 graus) i comprovarem si els motors han
quedat aturats a la posició desitjada.
Es repetirà el procés fent els ajustos necessaris als servomotors que calgui fins que tots els
servomotors girin fins a la posició inicial desitjada.
En el nostre cas, els valors inicials han estat
Servomotor Variable (BASIC) Valor
Cap VICAP 146
Peu dret VIPD 115
Cama dreta VICD 135
Cama esquerra VICE 138
Peu esquerre VIPE 138
El sensor analògic Sharp GP2Y0A21KOF
Aquest sensor de la marca Sharp, és el sensor que utilitzarem per al robot. El gran avantatge
d’aquest sensor és que permet un rang de visió de entre 10 i 80 centímetres de manera força
precisa.
Per a connectar aquest sensor, és necessari el connector JST amb les 3 sortides de colors
vermell, negre i blanc que són (Vcc, Ground, Line).
Aquest sensor determina la distància mitjançant la triangulació i dona el valor al
microcontrolador en forma de voltatge.
Quan el sensor detecta presència a 10
centímetres, el sensor dona 3,1 V.
Com es pot comprovar, la seva corba
característica no és lineal. Finalment a 80
centímetres dona 0,4 V.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
56
Característiques del sensor
Aquest sensor té unes característiques determinades per el seu fabricant i és extremadament
important llegir-les i entendre-les abans utilitzar-lo. És molt important no donar més intensitat
al sensor que la que indica el seu Datasheet, ja que aquest podria fer-se malbé de manera
irreparable
Imatge del sensor analògic de distància GP2Y0A21YK0F amb
un rang de visió d’entre 10 i 80 cm fet per Polulu.
Les característiques més importants d’aquest sensor són les següents
Característica Símbol Mínim Màxim Unitat
Temperatura funcionament T -10 60 ºC
Distància de mesura ΔL 10 80 cm
Voltatge alimentació VCC 4.5 5.5 V
Voltatge de sortida VO 0.4 3.1 V
Corrent d'alimentació ICC 30 40 mA
Temps de resposta t 38 48 ms
Al programar el sensor, aquest ens dona el resultat de les distàncies amb un números que són
els que utilitzarem en el codi del programa. Hem fet diverses mesures posant el sensor a
diverses distàncies de objectes per a mesurar el que ens donava el senyal que l’hem
anomenada PROX (proximitat).
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
57
Taula i Gràfica relació distància amb senyal obtingut
És pot comprovar com el valor de la variable (el senyal ), canvia molt al estar molt proper i com més
s’allunya del objecte menys canvia. Aquest fenomen indica una pèrdua de precisió al allunyar-se
l’objecte bastant important.
També, hem vist com la gràfica del sensor és molt semblant a la teòrica del datasheet del nostre sensor
de Sharp.
Decidim utilitzar el sensor en un rang d’entre 10 i 60 centímetres per no patir errors de
mesura a causa de la imprecisió a les distàncies més llunyanes.
El programa del robot Humanoide
El programa que hem creat per aquest robot humanoide està programat totalment amb
llenguatge BASIC perquè es pot treballar de manera més eficaç i ràpida que en un diagrama
de blocs. A més, això permet fer una simulació pas per pas del comportament del robot en el
mateix ordinador.
Un cop tenim tot el programa en llenguatge bàsic amb totes les subrutines i el comportament
que volem que tingui el robot el guardem amb la seva extensió (.bas) i el descarreguem a la
placa on hem de fer alguns ajustos per a que el robot humanoide es comporti com és esperat
en cada situació.
Distància [L ](cm) Senyal
10 145
15 105
20 78
30 57
40 50
50 45
60 39
70 37
80 36
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
58
Alguns dels valors que hem hagut d’ajustar són:
-Les posicions inicials dels servos.
-L’increment d’angle que fa el cap al girar.
-Els valors dels peus al dur a terme la rutina de caminar i girar.
Per a dur a terme aquest procés, es necessari fer una gran quantitat de proves i ajustos i passar
el programa multitud de vegades ajustant petits canvis, fins que el programa respongui com és
d’esperar.
Funcions utilitzades del llenguatge BASIC
Entre totes les funcions de les que disposa el programa Picaxe, en llenguatge BASIC,
nosaltres hem utilitzat les següents:
symbol : Permet definir una variable i assignar-li un espai en la memòria.
Exemple: symbol VICAP = b0
Assignem la posició inicial del cap al byte zero.
let : Permet assignar o canviar el valor a una determinada variable.
Exemple: let VICE= 138
Assignem 138 a la posició inicial de la cama esquerra.
irin : Fa una sola lectura del sensor d’infraroigs.
Exemple: irin [100,cap_lectura],C.0,IR
Mira durant 100 mil·lèsimes si rep un senyal del comandament infraroig, si el rep el guarda
la lectura a la variable IR, sinó, salta a l’etiqueta cap_lectura.
gosub : Crida una determinada subrutina.
Exemple: gosub girar_cap_esquerra
Crida la rutina de girar el cap a l’esquerra.
if / then : Determina si es compleix o no es compleix una determinada condició.
Exemple: if VICAP = VCAP then gosub caminar
Si la posició del cap es la posició inicial, crida a la subrutina de caminar
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
59
endif : Permet finalitzar la condició.
readadc : Llegeix una determinada entrada, com pot ser un sensor.
Exemple: readadc 3, PROX
Llegeix la entrada ADC-3 i guarda el valor a la variable PROX.
debug : Permet mostrar el valor de la variable en la simulació.
Exemple: debug PROX
Mostra el valor de la variable de proximitat en la simulació.
pause : Espera un determinat temps fins a fer la següent tasca.
Exemple: pause 200
Espera 200 mil·lèsimes abans de fer la següent tasca.
low : Apaga una determinada sortida.
Exemple: low CAP
Apaga i no dona més ordres al servomotor del cap.
return : Finalitza la subrutina i retorna al punt on s’ha cridat.
else : Determina que fer si no s’ha complert una certa condició.
high : Encén una determinada sortida.
Exemple: high 5
Encén el LED número 5.
Després de conèixer les diferents instruccions que hem utilitzat i d’haver acabat el procés de
programació del robot humanoide, comprovem si tot respon com es d’esperar i en cas que no,
busquem una solució o una alternativa per aconseguir el que volem de manera senzilla, fàcil i
fiable.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
60
Finalment, un cop el robot funciona com és esperat, es pot donar per finalitzada l’etapa de
programació del robot humanoide autònom i donar per finalitzada la part pràctica del treball
de recerca de manera exitosa.
El programa complet del robot humanoide autònom creat mitjançant el llenguatge de
programació BASIC es troba als annexos d’aquest treball de recerca.
8 Indicacions per a construir el robot humanoide Al llarg del procés de construcció i programació del robot humanoide hem patit un seguit de
problemes i dificultats que ens han allargat la part pràctica més del que esperàvem i ens han
dificultat en gran mesura la feina.
Hem decidit donar algunes indicacions en alguns punts claus des de la nostra experiència que
s’haurien de seguir si es vol construir un robot humanoide com el que hem desenvolupat en
aquest treball de recerca i evitar alguns problemes freqüents a l’hora de dur a terme qualsevol
etapa de la construcció del humanoide.
El robot que nosaltres hem construït disposa de quatre servomotors per a les cames i els peus i
d’un altre per a moure el cap en cicles de dreta a esquerra i d’esquerra a dreta.
A més, al cap incorpora un sensor de la marca Sharp que pot detectar objectes mitjançant la
triangulació a una distància de fins a 80 centímetres.
El robot humanoide disposa de dos braços que són purament estètics ja que són fixes i no els
pot moure de manera autònoma.
El material escollit
Per a construir l’estructura d’aquest robot humanoide ens proposaven dos materials diferents;
el metacrilat i l’alumini.
Nosaltres però, vam adquirir els dos i vam trobar diversos inconvenients a cada un i després
de fer una valoració ens vam decantar per una planxa de metacrilat.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
61
Planxa d’alumini de 1 mm de gruix
L’alumini, és un material que és molt difícil de serrar. Aquest robot té diverses parts que
s’han de tallar en formes corbades, és per això que la dificultat de serrar aquest material és
molt gran.
Un altre inconvenient, és que al doblegar aquest material, s’ha d’escalfar a una temperatura
molt elevada i és molt difícil doblegar-lo amb precisió.
Nosaltres vam comprar inicialment dues planxes d’alumini que no vam poder utilitzar ja que
ens va ser impossible de tallar amb la precisió necessària, i les diverses ferreteries a les que
vam anar ens van dir que no tallaven en formes corbades.
La nostra conclusió d’aquest material és que hauria de ser una planxa amb menys espessor
(proposem de 0.5 mm) encara que no sabem si no es doblegarà fàcilment fàcil ni si la seva
rigidesa serà suficient.
Planxa de metacrilat de 1,5 mm de gruix
Aquest material és el que hem utilitzat finalment en el muntatge del robot humanoide.
Inicialment aquest ens sembla un material gairebé perfecte ja que la seva flexibilitat, facilitat
de doblegar i lleugeresa ens van fer molt fàcil el procés de tallar , foradar i doblegar les peces.
En la fase de proves hem tingut diversos problemes i s’han trencat dues peces per la part on
s’ha dut a terme el doblegament de la peca. Això s’ha produït perquè al doblegar les peces, el
material escalfat i es debilita molt.
Per a fer el robot proposem utilitzar una planxa de metacrilat de més espessor (passant dels
1,5 mm inicials a 2mm mínim) que permetran que l’estructura del robot sigui més rígida i
resistent, reduint d’aquesta manera el risc de trencar-se.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
62
Materials que proposem
A-Planxa alumini ( 0,5 mm d’espessor) B-Planxa de metacrilat (2 mm d’espessor)
Planxa d’Alumini (resistent i difícil de treballar) Planxa de metacrilat (lleuger però fràgil)
La placa Imagina
La placa imagina és pot adquirir a la pàgina oficial de Picaxe en forma de dos kits que venen
amb diferents complements per a la placa.
Aquesta placa ha estat dissenyada per l’equip de Robolot per encàrrec del Departament
d’educació per a que els joves treballin en projectes relacionats amb la electrònica.
Placa imagina ja soldada
El seu cost es de 68,11 euros (IVA inclòs) i ofereix el gran avantatge de que ja està totalment
preparada per al seu ús immediat. Permet guanyar molt de temps i assegura que no es faci
malbé durant el procés de soldatge. Incorpora també un control remot, dos sensors (de
presència i de temperatura) i una caixa de plàstic.
Placa per a soldar
És més econòmica, 41,19 euros (IVA inclòs), però s’ha de dur a terme tot el procés de
soldadures de la placa i es corre el risc de fer-se malbé.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
63
Nosaltres proposem utilitzar la placa ja soldada ja que pensem que aquests 20 euros de
diferencia no són suficients per córrer els riscs de haver de comprar una altra placa en cas de
que es faci malbé i de dedicar molt de temps en soldatge de la placa. Incorpora també un
control remot, dos sensors (de presència i de temperatura) i una caixa de plàstic.
A la imatge de la esquerra, el kit de Picaxe amb la placa ja muntada i a l’esquerra el kit amb la placa
per a soldar.
Indicacions durant el muntatge del robot
A continuació, donarem algunes indicacions en les diferents etapes del procés de muntatge del
robot humanoide i alguns consells que pensem que són útils o que pot estar be conèixer abans
de començar un projecte semblant al que hem fet en aquest treball de recerca.
Aquests consells que donem ens semblen molt importants a l’hora de construir aquest robot
humanoide ja que expliquen alguns problemes força comuns que són fàcils de evitar o
solucionar si es coneix abans.
Els peus del Robot
Recomanem reduir la mida dels peus uns centímetres respecte la plantilla que es pot trobar
per internet, ja que sinó al realitzar la rutina de caminar aquests estaran en contacte l’un amb
l’altre i existirà un risc de que es trenquin o que el robot caigui.
En cas de que no es vulguin reduir els peus, s’hauran de separar uns centímetres més els dos
servomotors de les cames. Per tant, si es separen els servomotors de les cames, s’hauran de fer
els forats de 6 mil·límetres de diàmetre més separats si es volen ajuntar a l’estructura
mitjançant les volanderes de plàstic.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
64
Les piles
Durant la fase de programació i de proves, és molt important que les piles del robot siguin
noves i tinguin tota la capacitat.
Recomanem utilitzar 4 piles de 1,5 V cada una per a un total de 6V.
També recomanem utilitzar piles de marques de confiança, ja que perquè la placa funcioni
perfectament és necessari que les piles estiguin completament carregades o el robot podrà
tenir una sèrie de comportaments estranys que fan pensar que el que s’ha espatllat són els
servomotors o el propi microcontrolador Picaxe.
Alguns comportaments i símptomes de que s’han acabat les piles poden ser:
a)El robot acciona només un motor a la vegada ja que no pot subministrar el voltatge i
l’amperatge necessaris a tots els motors a la vegada.
b)El robot s’apaga sobtadament quan esta fent un esforç molt gran.
c)El robot mou els servomotors de manera caòtica.
Les primeres proves del robot
Recomanem durant les primeres proves del robot i especialment quan està fent les
seves primeres passes i encara no camina perfectament, lligar-hi un cordill o qualsevol suport
que permeti que el robot no s’arribi mai a caure en cas de que en algun moment perdi
l’equilibri per qualsevol motiu.
Aquest punt és molt important atès que les peces de l’estructura del robot estan fetes de
metacrilat que al ser un material fràgil és molt propens a trencar-se amb qualsevol cop.
Aquest punt tant senzill permet evitar tenir que tornar a construir les peces del robot des de
zero passant per les fases de retall de les planxes, foradament i doblegament de les peces i
finalment l’acoblament al robot.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
65
Pressupost del robot Humanoide
Quan nosaltres vam començar la part pràctica d’aquest projecte de recerca, no teníem cap idea
del cost real de tot el procés de construcció del robot Humanoide que volíem construir.
És per aquest motiu que creiem necessari elaborar una taula detallada en la que podem donar
una idea del cost que pot suposar el muntatge de un robot humanoide com el que nosaltres
hem fet és a dir, amb 5 servomotors, un sensor addicional i la placa Imagina.
De totes maneres, cal tenir en compte que el preu de la taula és únicament del robot ja que el
cost pot ser bastant més elevat sinó es disposa de les eines necessàries per a dur a terme tot el
procés de muntatge, i que alguns d’aquests preus varien en funció del lloc on es compren.
Cost robot humanoide amb la placa Imagina
MATERIALS Unitats Preu unitat Cost en euros ( més IVA)
Planxes de metacrilat (1,5mm DIN-A4) 2 3,50 € 7,00 €
Paquet de cargols de cabota cilíndrica(M3X10mm) 1 2,10 € 2,10 €
Paquet de femelles (M3) 1 1,90 € 1,90 €
Paquet de femelles autoblocants (M3) 1 1,90 € 1,90 €
Paquet de volanderes de diàmetre interior de 3mm 1 2,10 € 2,10 €
Velcro adhesiu (m) 1 8,10 € 8,10 €
Cinta adhesiva de dues cares(m) 1 5,65 € 5,65 €
Paquet de cargols de cabota plana (M2X8mm) 1 2,10 € 2,10 €
Paquet de femelles (M2) 1 2,10 € 2,10 €
Cargols de cabota cònica (M3X12mm) 1 1,90 € 1,90 €
Paquet de brides de plàstic de 4,7X220mm 1 6,10 € 6,10 €
Servomotor (Vigor VS-2) 4 8,36 € 33,44 €
Plantilla impresa DIN-A4 2 0,00 € 0,00 €
Servomotor (Vigor VS-12M) 1 15,45 € 15,45 €
Sensor de distancia (Sharp GP2Y0A2YKOF ) 1 14,94 € 14,94 €
Cable de 3 pins a distancia (Sharp) 1 0,98 € 0,98 €
Placa Imagina 1 68,11 € 68,11 €
Cost Total Robot Humanoide 1 173,87 €
La taula de costos dels diferents materials amb els que es construeix el robot.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
66
9 Annexos
A continuació, escriurem el programa complet del nostre robot humanoide. Amb aquest
programa es pot fer funcionar un robot com el que hem desenvolupat al llarg d’aquest treball
de recerca, encara que s’hauran de fer algunes modificacions per al seu funcionament
correcte, com ara ajustos en els valors de la posició inicial dels sensors o en el marge de
detecció dels objectes.
; Programa de Ignasi Manso Blanco i Sergi Martínez Rodríguez, treball de recerca del 2013
symbol CAP = 0;Servo cap
symbol PD = 4 ;Servo peu dret
symbol CD = 5 ;Servo cama dreta
symbol CE = 6 ;Servo cama esquerra
symbol PE = 7 ;Servo peu esquerra
symbol DD = 3 ;Sensor de distància
symbol VICAP = b0;Ubicació memòria RAM (Byte 0) del Valor inicial (servo Cap)
symbol VIPD = b1 ;Ubicació memòria RAM (Byte 1) del Valor inicial (servo peu dret)
symbol VICD = b2 ;Ubicació memòria RAM (Byte 2) del Valor inicial (servo cama dreta)
symbol VICE = b3 ;Ubicació memòria RAM (Byte 3) del Valor inicial (servo cama esquerra)
symbol VIPE = b4 ;Ubicació memòria RAM (Byte 4) del Valor inicial (servo peu esquerra)
symbol VCAP = b5 ;El byte 5 contindrà el valor vigent pel servo del cap
symbol VPD = b6 ;El byte 6 contindrà el valor vigent pel servo del peu dret
symbol VCD = b7 ;El byte 7 contindrà el valor vigent pel servo de la cama dreta
symbol VCE = b8 ;El byte 8 contindrà el valor vigent pel servo de la cama esquerra
symbol VPE = b9 ;El byte 6 contindrà el valor vigent pel servo del peu esquerra
symbol GIR = b10 ;El byte 10 contindrà un 1 si el gir es dreta, i 0 si el gir es cap a l’esquerra.
symbol MAXD = b11;El byte 11 contindrà el valor màxim del gir del cap cap a la dreta
symbol MAXE = b12;El byte 12 contindrà el valor màxim del gir del cap cap a l'esquerra
symbol INCG = b13;El byte 13 contindrà el valor de l'increment en els girs de cap
symbol PROX = b14 ; El byte 14 contindrà el valor de senyal del sensor de distància
symbol IR = b15 ; byte infraroig
symbol CAMINAR = B16 ; Mentre val 1 camina
symbol MODUS_PERSECUCIO = b17; Mentre val 1 cerca cimbell
symbol i=b19
symbol L1=b20 ; Llindar de seguretat, quan s'assoleix el robot s'atura
symbol L2=b21 ; Llindar de cimbell, un objecte entre L1 i L2 es considera cimbell a perseguir
let dirsB = 255
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
67
main:
let VICAP = 146 ;Valor inicial servo cap
let VIPD= 115 ;Valor inicial servo peu dret
let VICD= 134 ;Valor inicial servo cama dreta
let VICE= 138 ;Valor inicial servo cama esquerra
let VIPE= 138 ;Valor inicial servo peu esquerra
let GIR = 1 ;Gir del cap cap a l'esquerra
let MAXD = 206 ;Valor màxim possible dreta
let MAXE = 86 ;Valor màxim possible dreta
let INCG = 10 ;Increment de rotació del cap a cada execució
let L1 = 105 ;Correspon a una distància de 15 cm
let L2 = 40 ;Correspon a una distància de 53 cm
CAMINAR = 0
MODUS_PERSECUCIO = 0
gosub ini_cap
gosub ini_cames
llegir_ir:
irin [100,cap_lectura],C.0,IR
if IR= 21 then
CAMINAR = 0
MODUS_PERSECUCIO = 0
gosub teclapower ;apaga els servos
endif
if IR= 2 then
CAMINAR = 0
MODUS_PERSECUCIO = 0
gosub girar_robot_dre ; tecla 3 gir dreta
endif
if IR= 1 then
CAMINAR = 0
MODUS_PERSECUCIO = 0
gosub girar_robot_esq ; Tecla 2 gir esquerra
endif
if IR= 0 then ; Tecla 1
CAMINAR = 1
MODUS_PERSECUCIO = 0
endif
if IR= 9 then
CAMINAR = 0
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
68
MODUS_PERSECUCIO = 0
gosub tecla0 ; servos a posició inicial
endif
if IR= 3 then ; Tecla 4
CAMINAR = 0
MODUS_PERSECUCIO = 1
endif
debug IR
cap_lectura: if CAMINAR = 1 then
gosub avancar
endif
if MODUS_PERSECUCIO = 1 then
gosub perseguir
endif
goto llegir_ir
perseguir:
readadc 3, PROX
debug PROX
pause 300
if PROX >= L1 then ;Davant d'un obstacle massa pròxim el robot no es mou
high 4
low 5
else
if PROX >= L2 then ;Cimbell detectat
low 4
high 5
gosub davant_cimbell
else ;No s'ha detectat res i cal cercar
low 4
low 5
gosub cercar_cimbell
endif
endif
return
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
69
cercar_cimbell:
if GIR = 1 then
gosub girar_cap_esquerra
else
gosub girar_cap_dreta ;
endif
return
davant_cimbell:
if VICAP = VCAP then ; Si el cap ja està alineat es pot caminar
gosub avancar
else ; Si no es gira per aproximar l'alineació del cap
if VCAP > VICAP then
gosub girar_cap_dreta
gosub girar_robot_esq
else
gosub girar_cap_esquerra
gosub girar_robot_dre
endif
endif
return
girar_cap_esquerra:
VCAP = VCAP + INCG
servo CAP,VCAP
pause 300
if VCAP >= MAXD then
gosub canvi_gir
endif
return
canvi_gir:
if GIR = 0 then
GIR = 1
else
GIR = 0
endif
return
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
70
girar_cap_dreta:
VCAP = VCAP - INCG
servo CAP,VCAP
pause 300
if VCAP <= MAXE then gosub canvi_gir
return
avançar: gosub pas_peu_esq
pause 350
gosub pas_peu_dret
pause 300
gosub cames_rectes
return
ini_cap: let VCAP=VICAP
servo CAP,VCAP
pause 200
low CAP
return
ini_cames: gosub cames_rectes
low PD
low PE
low CD
low CE
return
cames_rectes: let VPD=VIPD
let VCD=VICD
let VCE=VICE
let VPE=VIPE
servo PD,VPD
servo CD,VCD
servo CE,VCE
servo PE,VPE
pause 300
return
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
71
girar_robot_dre:
gosub ini_cames
let VCD=VICD- 32
let VPD=VIPD- 36
servo PD,VPD
servo CD,VCD
pause 250
servo PD,VIPD
servo CD,VICD
pause 300
gosub ini_cames
return
girar_robot_esq:
gosub ini_cames
let VCE=VICE+ 32
let VPE=VIPE+ 36
servo PE,VPE
servo CE,VCE
pause 250
servo PE,VIPE
servo CE,VICE
pause 300
gosub ini_cames
return
pas_peu_esq:
let VPE=VIPE- 12
servo PE,VPE
pause 200
let VPD=VIPD- 28
servo PD,VPD
pause 350
let VCD=VICD- 24
let VCE=VICE- 21
servo CD,VCD
servo CE,VCE
return
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
72
pas_peu_dret:
let VPD=VIPD+ 12
servo PD,VPD
pause 200
let VPE=VIPE+ 28
servo PE,VPE
pause 350
let VCD=VICD+ 24
let VCE=VICE+ 21
servo CE,VCE
pause 50
servo CD,VCD
return
tecla0:
gosub ini_cap
gosub ini_cames
return
teclapower: gosub ini_cap
gosub ini_cames
return
Aquest programa, ocupa 5kb de la memòria del xip Picaxe 20M-2 situat a la placa Imagina
del nostre robot i conté tota la intel·ligència artificial necessària per al funcionament correcte
del humanoide autònom que hem construït.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
73
10 Conclusió
Durant aquest treball de recerca hem investigat sobre la robòtica general, l’ evolució que ha
tingut al llarg dels anys, les seves aplicacions tant en la vida quotidiana com a les industries i
al món de la investigació.
Per fer aquesta part hem buscat informació per internet, articles, opinions d’experts i algun
suport multimèdia, per informar-nos i donar una opinió el més objectiva possible sobre aquest
tema. Considerem, que al llarg de tot el treball d’investigació, hem complert els quatre
objectius que ens vam marcar i hem après del món de la robòtica, de la seva història i del
llenguatge de programació Picaxe en BASIC.
Després d’aquesta extensa recerca d’informació, explicarem les projeccions de futur d’aquest
sector, la robòtica.
El futur de la robòtica
Durant les últimes dues dècades l’ús de robots en tots els diferents àmbits ha augmentat de
manera vertiginosa i exponencial.
Aquest creixement en el món de la robòtica ha estat en tots els àmbits de la seva aplicació ja
siguin robots industrials, mèdics, robots d’exploració i robers, satèl·lits, robots
d’entreteniment, humanoides, militars i molts altres.
Evidentment aquest sector ha crescut molt i els diners i les investigacions relacionades amb
aquest, en conseqüència, han augmentat proporcionalment.
Un exemple és Taiwan que per intentar reactivar l'economia està invertint grans quantitats de
diners en aquest sector, que s’espera que arribi als 7.570 milions de dòlars a l’any 2015.
Alguns dels experts en la robòtica, preveuen que a l’any 2020 existiran robots que seran
capaços d’actuar per ells mateixos. D’altra banda, asseguren que facilitaran la comunicació,
doncs ho faran amb un llenguatge natural, millorant els algoritmes de reconeixement i
processament de veu i permetent que aquests puguin comunicar-se de manera precisa amb
humans i establir-hi relacions.
Gràcies a això els robots s’humanitzaran ja que podran relacionar-se amb nosaltres, a més de
dur a terme altres tasques.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
74
És favorable que la robòtica evolucioni a aquesta velocitat?
En el cas de les fàbriques i sobretot de les industries, durant aquests últims anys la proporció
robot-treballador ha anat augmentant, deixant sense feina a una xifra bastant elevada de
treballadors.
Les últimes dades indiquen que els humans hem perdut 13.000.000 llocs de treball en el món
de l’automoció a causa del seguit d’avantatges que comporta fer ús dels robots en aquest
sector. Aquests avantatges són principalment, una major fiabilitat, una major producció i una
important reducció en les despeses anuals que provoquen un augment de beneficis per a les
empreses.
Als països asiàtics és on es troba una proporció robot-treballador més alta. Aquests països
són, en primer lloc el Japó , i seguidament Singapur, Corea del Sud, Alemanya, Suècia i els
Estats Units.
Els països amb una proporció de robots treballadors més elevada
Rang País Proporció robots : humans Robots per 1000 treballadors(indústries)
1 Japó 1:34 29
2 Singapur 1:59 17
3 Corea del Sud 1:60 17
4 Alemanya 1:61 16
5 Suècia 1:79 13
6 Estats Units 1:116 9
En aquesta taula es pot veure el rang de països on la proporció entre robots i treballadors és més
elevada i es pot comprovar que als països asiàtics els robots assoleixen una gran importància.
El país amb la proporció més alta és Japó amb una proporció de 1:34, això significa que per cada 1000
treballadors 29 són màquines.
També tenen molta importància als països més potents econòmicament de la Unió Europea i als Estats
Units. Es pot concloure que els països més rics són els pioners en els diferents àmbits que engloba el
sector de la robòtica.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
75
Treballs perduts a causa de la robòtica
Mitjançant l’estudi de gràfiques i estadístiques, els experts han arribat a la conclusió que
possiblement a l'any 2025 els robots ocupin la meitat dels llocs de treballs actuals tant en els
sectors de l’industria, com en el comerç, o en l’àmbit de la investigació.
D'altra banda es crearan al voltant de la robòtica un gran nombre de llocs de treball que ara no
existeixen o tenen poca importància.
Gràfic de llocs de pèrdua treball en àmbits de la automoció, les manufactures i l’alimentació.
Pèrdua de llocs de treball als propers anys
En els propers anys es perdran una gran quantitat de treballs en una gran quantitat sectors.
Igres Osman ha especificat quines feines deixaran de ser realitzades per humans i passaran a
ser realitzades per diversos tipus de robots i programari en un futur no gaire llunyà. Els
treballs on aquesta transició dels humans cap als robots es produirà primàriament, són els
següents:
-Reporters: actualment s’està desenvolupant a la Universitat de Northwestern un programari
que permetrà a una màquina generar històries. Mitjançant els algoritmes que incorpora, aquest
robot podrà generar textos basant-se en resultats.
Aquests robots provocaran la pèrdua de milers de llocs de treballs humans en l’àmbit del
periodisme i de la informació i recerca.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
76
-Caixers, bibliotecaris i assistents: caixers i bibliotecaris podran ser totalment substituïts per
altres totalment automatitzats que oferiran aquests diferents serveis als humans.
Actualment aquest tipus de robot ja està molt estès en el món de les caixes i bancs (caixers
automàtics).
-Farmacèutics: actualment existeixen robots farmacèutics que preparen les medicacions i
dosis necessàries que prèviament els metges han receptat, de manera molt més eficient, ràpida
i amb menys errors que quan aquesta la fan els humans.
El centre mèdic de la UCSF, va idear una farmàcia totalment robòtica, controlada des dels
hospitals de la UCSF, on la màquina agafa la dosi necessària, l’empaqueta i hi escriu les
instruccions per al seu ús.
Aquest sistema de la UCSF ha realitzat exitosament més de 350.000 receptes sense cap error.
-Conductors: durant l’any 2010 Google va iniciar proves amb 7 vehicles, que van ser
capaços de desplaçar-se 1000 milles sense intervenció humana.
Actualment molts fabricants estan integrant de sèrie aquests sistemes, començant per
l'aparcament automàtic. Marques importants com Nissan han assegurat que l'any 2025
començaran a fabricar en massa aquests cotxes.
-Astronautes: aquest tipus de robots, que cada cop seran més comuns i populars, permetran
no exposar vides humanes en els llançaments i en les missions més perilloses, on els humans
moririen a causa de la radiació, temperatures extremes, gravetat massa forta, raigs gamma i
altres factors diversos.
-Soldats: el sector militar tendirà a perdre llocs humans per substituir-los per robots, drons i
vehicles a control remot o automatitzats. Els robots de batalla cada cop són més comuns en
les guerres ja que no exposen vides humanes, només les de l’enemic. Han començat a ser molt
utilitzats pels Estats Units en les guerres del Iraq i l’Afganistan.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
77
A la imatge de la esquerra el robot farmacèutic del centre de la UCSF, i a la dreta el vehicle autònom
de la gegant americana Google.
Creixement de demanda de robots industrials
El creixement de la demanda de robots augmenta cada any ja que aporten grans beneficis i
permeten potenciar l'economia gràcies a les grans inversions de diners que es fan en aquests
sectors i a l’abaratiment dels productes que es produeix en conseqüència.
Aquestes causes han provocat que any rere any el nombre de robots utilitzats augmenti en un
gran nombre.
Robots industrials operatius per any
En aquesta imatge gràfica, es pot veure com el nombre de robots utilitzats en el món ha crescut en gran
mesura passant de 454.000 unitats l’any1990 a les més dels 1.200.000 actuals.
Àsia i Europa són els continents on s’està invertint més en el sector de la robòtica, és per això
que en només 5 anys les vendes de robots en aquests dos continents hauran crescut fins a
doblar les que es produïen a l’any 2010.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
78
A continuació mostrarem una taula de les vendes de robots industrials en els diferents països
del món al llarg dels darrers anys i una predicció de les vendes que es pensa que es produiran
l’any 2015.
Taula creixement demanda robots al llarg dels anys
País 2010 2011 2012 2015*
Amèrica 17.114 26.227 30.600 35.100
Nord Amèrica(Canada, Mèxic, EEUU) 16.356 24.341 28.000 31.000
Sud Amèrica i Amèrica Central 758 1.896 2.600 4.100
Àsia i Oceània 69.833 88.698 98.900 116.700
Xina 14.978 22.577 26.000 35.000
Índia 776 1.547 2.000 3.500
Japó 21.903 27.894 31.000 35.000
Corea del Nord i Corea del Sud 23.508 25.536 26.800 25.000
Taiwan 3.290 3.688 4.400 5.500
Tailàndia 2.450 3.453 4.100 7.000
Altres països 2.928 20.483 4.600 5.700
Europa 20.483 43.826 44.100 47.200
República Txeca 402 1.618 2.000 3.000
França 2.049 3.058 3.300 3.500
Alemanya 14.061 19.533 19.000 20.000
Itàlia 4.517 5.091 4.600 4.900
Espanya 1.897 3.091 2.500 3.000
Regne Unit 878 1.514 2.000 2.200
Altres països 6.937 9.921 11.100 10.600
Àfrica 259 323 350 500
Total 120.585 166.028 180.950 207.500
*Vendes estimades
En aquesta taula es mostra el gran creixement que han experimentat les vendes de robots en les
industries i les estimacions a l’any 2015 que són molt positives per aquest sector.
A Espanya les vendes de robots industrials han caigut i tot i que es recuperaran l’any 2015 seran
menors que les que es van produir a l’any 2011.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
79
11 Bibliografia i enllaços
Durant el treball de recerca hem una gran quantitat d’articles d’internet i opinions d’internet
d’on hem analitzat i extret la informació més important i necessària que necessitàvem en cada
moment.
Degut a la gran quantitat de pàgines que hem utilitzat al llarg d’aquest treball de recerca, a
continuació citarem les més importants i en les quals la informació ens ha estat més útil.
https://sites.google.com/site/placaimagina/manual-de-muntatge
Article on es mostra el procés de muntatge de la placa imagina.
http://www.tecnologiafacil.net/page.php?2
Article del Picaxe.
http://www.picaxe.com/docs/axe002_tutorial_es.pdf
PDF de un manual detallat del Picaxe.
http://informaticafrida.blogspot.com.es/2009/03/tipos-de-robots.html
Blog que explica els diferents tipus de robots.
http://www.detotus.com/tiposrobots.pdf
Pàgina que parla dels diferents tipus de robots.
http://www.it-robotics.com/ventajas.html
Pàgina amb certa importància, que explica els avantatges de l’ús de robots.
http://bebionic.com/latest_news/bebionic3_pre_launches_at_world_congress Pàgina
en anglès que parla de la pròtesis robòtica Bebionic 3.
http://es.wikipedia.org/wiki/Robot
Article a la wikipedia que explica detalladament que és un robot.
http://oceanexplorer.noaa.gov/technology/subs/abe/abe.html
Article que explica el robot d’exploració submarina ABE.
http://es.wikipedia.org/wiki/ASIMO
Article de la wikipedia que parla del humanoide Honda ASIMO.
https://en.wikipedia.org/wiki/Honda_E_series
Article sobre la sèrie E del robot Honda ASIMO.
Evolució de la robòtica: Construcció d’un humanoide.
80
http://asimo.honda.com/asimo-history/
Història de l’Honda ASIMO a la pàgina oficial de Honda.
http://es.wikipedia.org/wiki/Curiosity
Article de la wikipedia sobre el rober Curiosity d’exploració a Mart.
http://www.buenastareas.com/ensayos/La-Robotica-En-La-Via-Diaria/725784.html
Article sobre els robots i la seva vida diària
http://humanoideimagina.weebly.com/xassiacutes.html
Manual de construcció del robot humanoide amb diferents pautes sobre la
construcció.
http://www.botjunkie.com/wp-content/uploads/2010/08/focus-robots.png Gràfics útils
sobre robots industrials.
http://en.wikipedia.org/wiki/PackBot
Article sobre el robot iRobot Packbot.
http://www.cnnexpansion.com/opinion/2010/03/19/cnnexpansion-robotica-robot-
tecnologia
Article important de la CNN que parla sobre els diners que sector de la robòtica.
http://misdispositivos.1o2.net/2011/03/farmacia-robotizada-de-ucsf-distribuye.html
Pàgina que explica el funcionament del UCSF i dels Robots mèdics que creen
medicines seguint les receptes mèdiques.
http://humanoideimagina.weebly.com/uploads/9/7/9/5/979560/m_constru.pdf
Muntatge de un robot humanoide sense cap mòbil, amb ajuda sobre la programació.
top related