octubre
8
2012

Máster Universitario/Doctorado en Ingeniería Mecatrónica

Aún se encuentra abierta la tercera fase de matrícula en el Máster Universitario/Doctorado en Ingeniería Mecatrónica de la Universidad de Málaga (España).

Mecatrónica

Áreas de la Ingeniería Mecatrónica

En los siguientes enlaces encontrarás información sobre el título y procedimientos de matrícula.

Información sobre el Máster Universitario/Doctorado del Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática.

Guía de matriculación de estudiantes en el curso 2012/13 de la Universidad de Málaga.

Aprovecha esta oportunidad.

Espero veros pronto.

enero
17
2011

DedoBot. Diseño y construcción mecánica.

Éste es un nuevo proyecto que estoy realizando. Se trata de un dedo robótico capaz de tocar cosas con su punta.

No necesita una garra en su extremo, sino que basta con una terminación sensible capaz de proporcionar medidas de las fuerzas que se están ejerciendo.

Su objetivo es poder teleoperar este dedo (junto con otros más iguales si tiene éxito) para interactuar con objetos blandos.

No es, por tanto necesario controlar la dirección del extremo del dedo, sino que puede bastar con controlar su posición, por lo que con tres grados de libertad tenemos suficiente. Puede ser implementado de diversas formas pero he escogido construirlo como un mini-brazo robot de tres articulaciones de rotación.

Como las longitudes de los elementos del brazo van a ser cortas y las cargas (fuerzas de contacto con el entorno) pequeñas, se pueden escoger actuadores de par modesto, y no se necesita demasiada resolución. Realizamos, por tanto, un diseño basado en los actuadores AX-12+ (si necesitamos más par y tenemos más presupuesto ponemos los AX-18F), aprovechando los modelos que publiqué anteriormente, se construye el diseño en un rato.

Diseño de dos DedoBots, en configuración cooperativa.

Diseño de dos DedoBots, en acción.

Tal como se observa, está previsto el uso de un sensor de fuerzas de tres ejes (de forma triangular en la figura) para poder medir las fuerzas de interacción del extremo.

Ahora sólo falta ensamblarlo. Todos los acoplamientos (de plástico) vienen incluídos con los AX-12+ (no así con los AX-18F) y sólo necesitamos agenciarnos una base lisa y sólida (aluminio, por ejemplo) para montar nuestro dedo robótico.

Aunque la estructura de este mini-brazo es de tres articulaciones de rotación, he escogido una disposición un poco inusual del primero de ellos, para evitar que el primer motor soporte pares demasiado elevados en el contacto con objetos que se encuentran aproximadamente en el centro de su espacio de trabajo. Sin embargo esta distribución presenta el inconveniente de la existencia de una zona de singularidad (eje X=0) justo en el centro de dicho espacio, que hay que evitar o prevenirla cuando evaluemos su modelo cinemático inverso.

Base de alumino para soportar la estructura del robot.

Base de alumino para soportar la estructura del robot, con la pletina de la base colocada.

Es importante que la base sea rígida y que sirva para soportan tanto el dedo como los objetos con los que queremos interactuar. Unas paras de goma o de fieltro debajo no vienen nada mal. Procedemos, a continuación a ensamblar el resto de los elementos.

Estructura del DedoBot ensamblada.

Todavía no tengo el sensor de esfuerzos ni la punta, así que pondré algo que dé el pego mientras. El sensor es necesario, ya que aunque estos servos proporcionan información sobre la carga, esta medida posee una histéresis muy grande debido a las fricciones y no se actualiza a demasiada velocidad.

Muy importante colocar absolutamente todos los tornillos (no hagáis como con la torre de vuestro PC) y apretarlos bien para obtener la mayor rigidez posible. La piñonería de estos servos es de plástico, lo cual no ayuda mucho tampoco a dicha rigidez. Lamentablemente, supongo que para evitar fricciones, el diámetro del casquillo que se suministra parea implementar el eje pasivo de los actuadores es más pequeño de lo necesario y al presionar sobre el acoplamiento se produce una oscilación del mismo bastante perceptible si lo hacemos sobre el extremo. Esto supongo que tendré que corregirlo sustituyendo los casquillos más adelante.

Para completar nuestro dedo necesitamos la electrónica. Yo recomiento el adaptador Dynamixel2USB que vale tanto para las series de 3 (TTL) como de 4 pines (RS-485), y la placa de conectores para alimentación del bus nos facilita la tarde. Una fuente de alimentación entre 7 y 12 V (Recomendado 11.1 V) es necesaria también.

Ya sólo falta algo de software que nos permita probarlo. Para ello vamos a la Web del fabricante de los actuadores y nos descargamos una suite de aplicaciones que incluyen un asistente de configuración llamado Dynamixel Wizard.

Como puede verse, las pruebas iniciales han sido bastante satisfactorias.

Próximamente contaré cosas sobre el rendimiento, y su programación, modelos cinemáticos incluídos.

Saludos.

enero
12
2011

Modelos de los actuadores de la serie AX

Si vas a construir un robot de pequeño tamaño necesitarás unos actuadores de calidad, con un par medio (12-18 Kgf.cm) y un precio no demasiado alto.

Tal como conté en el post anterior, los actuadores de la familia Dynamixel son muy interesantes, sobre todo si quieres construir algo más que un simple juguete.

En este video podéis ver algunas de las cosas que se hacen con ellos y en éste otro, una comparativa de rendimiento de diferentes modelos.

Para empezar a construir el robot antes de comprarlos, o simplemente para estudiarlos como alternativa en tu próximo proyecto, os dejo el modelo que he hecho de los actuadores AX y de dos de sus acoplamientos más comunes, que se incluyen en la caja.

Actuador Dynamixel AX12+/AX18F.

Actuador Dynamixel AX12+/AX18F con los acoplamientos básicos F2 y F3.

Tanto el modelo AX12+ como el AX18F poseen la misma forma exterior y sólo cambia el motor que incorpora (supongo que el firmware también será diferente). Las tensiones de alimentación también cambian. Este último modelo supone una revisión del modelo anterior, pasando de 12 a 18Kgf.cm y, sobre todo, aumentando la velocidad mediante el uso de un motor “coreless”.  También el precio se duplica.

Aquí os dejo el modelo: Dynamixel AX

Saludos.

enero
10
2011

Modelo 3D del actuador Dynamixel EX-106+

Esta entrada sirve para publicar el modelo 3D en formato Sketchup de un actuador robótico muy interesante por sus características, aunque su precio lo limita a aficionados con buen presupuesto. Con este modelo se facilita la labor de diseñar robots.

Se trata del modelo EX-106+, de la familia de actuadores Dynamixel del fabricante coreano Robotis.

Modelo Sketchup del actuador Dynamixel EX-106+

Modelo Sketchup del actuador Dynamixel EX-106+

El fabricante es conocido por su robot humanoide Bioloid, y lleva mucho tiempo fabricando estos “servos” más potentes. Actualmente han cambiado ligeramente el diseño de los agujeros del “horn”, y por tanto el conjunto de conectores mecánicos, pero lo demás sigue igual.

La familia Dynamixel está basada en un bus RS-485 (con niveles ttl en la serie AX) a una velocidad de hasta 1Mbps, con protocolo de comunicación propio que permite no solo solicitar posiciones o velocidad (tienen modo “Wheel” con control de velocidad), sino que podemos obtener información del estado como posición, velocidad o par, además de ajustar los parámetros del controlador.

Las características técnicas las podéis encontrar en  http://support.robotis.com/en/product/dynamixel/ex_series/ex-106.htm, y como diferencia fundamental con el resto de los actuadores de la familia se podría destacar su alto par (108 Kgf.cm) y su mejor resolución de posición (12 bits frente a los 10 de la gama RX).

Sólo me queda poner el enlace al modelo en formato Ketchup 8 (los que tengáis una versión anterior probablemente debais actualizarla para utilizar el archivo).  Descargar Modelo EX-106+

julio
16
2010

Robots industriales y pelotas de pádel

En esta ocasión quiero aprovechar para enseñar un montaje que utiliza dos robots manipuladores industriales para la práctica de construcción y programación de células multi-robot.

Esta célula tiene como objetivo permitir la realización de prácticas de programación de robots en la asignatura de Robótica Industrial de variasa titulaciones de la Escuela de Ingenieros Industriales (creo que todavía se llama así) de la Universidad de Málaga.

Este montaje lo realicé conjuntamente con Jesús Fernández y la colaboración de Alejandro Pequeño, en los laboratorios de las nuevas instalaciones de la Escuela de Ingenierías. La definición del objetivo de la célula y los programas han sido realizados por los alumnos de la asignatura en el curso que acaba de finalizar (2009/10).

La célula tiene como misión el envasado de pelotas de pádel. Las pelotas se introducen en lo botes y los botes se introducen en las cajas de cartón que se encuentran en una cinta transportadora. Si bien este proceso es tan sencillo que probablemente, en la práctica,  se realice mediante unos simples actuadores y un autómata, en nuestro caso nos pareció una aplicación interesante como una primera práctica de programación de robots industriales cooperativos.

Para la elaboración de la célula hemos contado con dos robots Staubli TX60 de unos 24.000€ cada uno, una pinza neumática, una cinta transportadora con un cuadro eléctrico obsoleto, y unos sensores ópticos de barrera conectados a una maraña de cables. Dado el escaso presupuesto se han limitado las espectativas de modo que la cinta está de atrezzo, y los sensores no se han usado esta vez. La intención es que todos estos recursos vayan siendo incorporados en posteriores cursos.

A continuación podéis ver dos videos de la célula en funcionamiento, uno por cada uno de los equipos de prácticas compuesto por 3-4 personas cada uno.

El making of:

Para implementar el proceso, tras consultar con un experto en Pádel de Córdoba, se han construído dos alimentadores de piezas: uno para las pelotas y otro para los botes, de pequeña capacidad (suficiente para las prácticas) y con pendiente regulable para ajustarlos. Muy importante que todo esté atornillado a la base firmemente para que las posiciones de los objetos no cambien. No obstante se ha instado a los alumnos a utilizar coordenadas relativas para que en caso de modificación de la posición de algún componente, solo haya que modificar la coordenada del sistema de referencia sin tener que registrar de nuevo todos los puntos de los movimientos de aproximación.

Una manera de ahorrar costes fue la construcción de una garra pasiva para las pelotas de pádel, que se realizó mediante una simple pieza en chapa de alumnio.

Se dibuja el contorno de la pieza a recortar sobre chapa de alumnio de 1 mm.

Aprovechamos la película protectora de la chapa para dibujar el contorno de la pieza a recortar, incluyendo la linea de plegado y los agujeros para la fijación al terminal del brazo robot.

Se recorta, se taladra y se pliega la chapa.

Se recorta, se taladra, se lima, y posteriormente se pliega la chapa usando una mordaza de las buenas.

Se fija al extremo del robot mediante tornillos M4.

Se fija al extremo del robot mediante tornillos M4, que probablemente debamos recortar para evitar que bloqueen el sexto grado de libertad del robot. Con un par de tornillos basta.

El resultado no tiene mala pinta y muy low-cost.

Los alimentadores se construyen listón del más cutre con algún trozo de DM. Un montón de tirafondos y los colocarmos a ojo.

Los programas de los robots han sido realizados en el lenguaje VAL3 de Staubli mediante el Staubli Robotics Studio, que permite la programación off-line gracias a un emulador del controlador CS8 y un simulador gráfico 3D.

La sincronización y comunicación de los robots se ha implementado mediante comunicación TCP/IP. Uno de los robots actúa como servidor, esperando los mensajes del otro. En parte no nos quedaban muchas más alternativas dado que la última de las controladoras fue adquirida sin tarjeta de entradas/salidas.

Agradecimientos al magnífico trabajo realizado por los alumnos de  la asignatura de Robótica Industrial del 2009/10.

Saludos a todos.

junio
4
2010

Dedo robótico antropomórfico por menos de 10 céntimos

Ésta es la versión cutre de un dedo, no demasiado mejor que éste, que encontré en http://letsmakerobots.com/node/13974.

Para construir nuestro dedo se toma un poco de tubo flexible, un poco rígido, como los que se usan para las instalaciones neumáticas. Se corta según la longitud del dedo, más unos centímetros para fijarlo a algún sitio y se localiza una brida de nylon que quepa dentro y sea un poco más larga que el tubo que hemos cortado.

Tubo para neumática. Turbo con muescas y brida de nylon.

Se le realizan tres muescas a una distancia según el tamaño que le demos a cada falange, usando un cúter y con cuidado de dejar una parte suficientemente rígida para que el dedo retorne a su posición original.

Se cortan muescas con un cúter y mucho cuidado.

Se introduce la brida con su extremo grueso en la punta y ya está. Sólo faltaría colocar un actuador para tirar del extremo de la brida pero por 10 céntimos qué mas queréis. Con un servo colocado adecuadamente valdría. Un ejemplo de cómo se puede motorizar lo encontraréis en http://letsmakerobots.com/node/14041.

Se pueden hacer de múltiples tamaños y colores.

Para probarla, sujetamos la base del dedo y tiramos del tendón (brida).

Luego se puede forrar con un material suave para darle el grosor deseado.

Otras aplicaciones interesantes son las de construcción extremidades para juguetes de peluche motorizados como colas, orejas, brazos, etc.

Un saludo.

mayo
31
2010

Anillos de Leds para los ojos del robot

No hay nada como unos efectos luminosos para que los robots parezcan más vivos. Por eso, como esto se me está yendo de las manos, y también por la casualidad de toparme con unos componentes un poco especiales, decidí ponerle algo de luz en los ojos al wall-e.

Un anillo de luz con un soporte transparente dará un poco de vida al robot

Como decía, no estaba previsto (como casi ningún otro detalle del robot) pero me encontré con unos pulsadores luminosos, que nos fueron regalados por cierta compañía, que me sugirieron enseguida esta aplicación. Se trata de pulsadores como los que se usan para la apertura de las puertas del metro. Son muy resistentes y cuentan con pulsador en aluminio anodizado y un borde transparente que se ilumina con ocho leds (mas dos rojos que aún no he usado). Tienen el tamaño perfecto. Tan solo necesito quitarles el pulsador y hacerles un hueco para meter un sensor en medio. Doy por ello las gracias a Alfonso y a Javier por su generosa cesión.

Pulsador con anillo luminoso para apertura de puertas automáticas en transportes públicos

Como no teníamos nada mejor que hacer con ellos, tomé un par y los destrocé desmonté utilizando una dremel ya que, además de ser muy resistentes están sellados.

El pulsador, por dentro.

La verdad es que me sorprendió un poco la complejidad de la placa (doble cara y muchos componentes) para un pulsador con leds. Vemos que posee 8 leds smd de luz verde mas otros dos de luz roja que no usaré por ahora. Los leds no son azules, pero ya me valen.

Buscando especificaciones de leds similares, encontré una hoja de datos donde encontré datos sobre su tensión y consumo típicos. Son necesarios para calcular las resistencias limitadoras de corriente que debemos usar. Con una caída de tensión de aproximadamente 3V, y una corriente para obtener su máximo brillo de unos 20 mA, si los queremos activar con una señal de 5V procedente del arduino necesitamos usar resistencias de 100 ohm.

Para darle un poco de gracia decidí hacer los leds independientes. Así se pueden hacer efectos de giros, parpadeos, etc. Para ello aproveché que estaba recortando un hueco en el interior de la placa para cortar también las pistas y soldarles un cable plano de 10 hilos para controlar el anillo (8 leds, tierra y uno que sobra)

El anillo montado sobre el interior del panel del frontal derecho de la cabeza.

El soporte transparente tiene las medidas perfectas para esta aplicación y viene con tres agujeros que me sirven para atornillarlo a tres separadores de PVC que he pegado en el interior del panel. Esta separación también proporciona algo de profundidad a la mirada.

Otro efecto que me pareció más interesante fué el de poder regular la intensidad de los leds mediante el microcontrolador para hacer algo parecido al ojo de HAL 9000. Para ello incluí (gracias a los consejos de Jaime Molina) un transistor 2n222 con encapsulado de metal accionado desde una salida PWM del arduino, entre la salida de tierra del cable de los leds y la tierra del circuito. Este efecto queda muy bien.

El esquema del circuito de control de leds independiente, con control de intensidad es el siguiente.

Esquema del sistema de control de uno de los anillos luminosos de la cabeza del robot

El archivo en formato Eagle lo podéis descargar aquí: hemisferio. El circuito incluye además conexiones para la lectura de dos sensores analógicos, dos conectores para bus I2C y cuatro salidas PWM para servos. Sólo le queda un pin libre, pero ya se me ocurrirá algo.

Sólo me queda ya poner un vídeo de uno de las primeras pruebas. Más adelante prepararé un conjunto de efectos más originales.

Saludos, Mecatrónicos.

mayo
27
2010

Estación de teleoperación portátil

Hoy vamos a mostar la construcción de una maleta que integra un robot con una estación de teleoperación portátil, lista para teleoperar.

Componentes de la estación de teleoperación

Componentes del sistema de teleoperación: Robot móvil, ordenador, joypad, adaptador wifi externo y cargadores.

Esto lo vamos a integrar en un maletín de transporte que no permita llevarlo todo conectado y permita su uso sin tener que sacar el ordenador. También debe simplificar el uso del sistema permitiendo la recarga de las baterías del robot y del ordenador e impidiendo la desconexión de los cables. El maletín cuesta cuatro euros en el Bauhaus.

Para organizar y separar los componentes creamos una estructura de madera con un listón de 10 x 70 mm de los baratos. Servirá para elevar el panel sobre el que colocar el ordenador, ocultar los cargadores y crear los alojamientos del robot y del joypad.

En la parte inferior del maletín colocamos la estructura de soporte de los componentes.

Los listones se fijan entre sí con tornillos, haciendo previamente los taladros para que no se abran.

Los listones se fijan con tirafondos (pero dicho con acento de Bilbao).

Y como hay que cablear el interior, les hacemos agujeros de un diámetro suficiente para que pasen los conectores.

Estructura montada preparada para cablear.

A continuación colocamos los cargadores que conectaremos con un sólo cable.

Colocamos los cargadores y los alimentamos con un sólo cable.

A continuación construimos los paneles plancha de en espuma de PVC de 3mm, vamnos haciendo los huecos para el robot y el joypad y buscamos la posición del PC sobre él. Es muy importante observar que este panel no puede soportar pesos, ya que acabaría deformándose, por lo que la estructura de madera debe pasar bajo el ordenador para darle resistencia.

Colocamos el panel superior de PVC y comprobamos que el PC queda bien encima.

Para que no se salgan de sus alojamientos hay que elevar la altura. Lo vamos a hacer con estilo y un poco de diseño como homenaje al nuevo edificio de la Escuela de Ingenierías que hemos estrenado este curso.

Construimos un par de cajas en PVC de color, usando como fondo el recorte del panel negro.

Un par de coloridas cajas realizadas en PVC para alojar al robot y al joypad

Y las insertamos en el panel fijándolas con adhesivo. La caja azul lleva un taladro que coincide con el del bastidor para sacar el cable del joypad desde dentro.

Integramos las cajas en el panel frontal

También hemos hecho un hueco para el saliente de la parte inferior del portátil de manera que encaje en el panel. Para que no se desplace, vale con algo tan simple como cinta adhesiva de doble cara.

Usamos una ranura y cinta de doble cara para fijar el portátil. El agujero de abajo permite recoger el cable.

Un agujero practicado en la parte delantera permite guardar el cable de recarga.

Por último se fija el panel al bastidor con más tornillos (que sean bonitos, que étos se ven).

Fijación del panel al bastidor

Ahora lo colocamos todo y comprobamos. La caja roja aloja el robot y la caja azul el joypad ya conectado internamente al netbook.

Maletín de teleoperación completo

Sólo falta recargar las baterías …

Todo junto en fase de recarga.

Y a teleoperar.

Estación de teleoperación portátil terminada.

Un video del robotillo funcionando lo pudisteis ver ya en una entrada anterior.

Saludos a todos.

mayo
26
2010

Pruebas de la electrónica de control de la cabeza del Wall-e

Ha llegado el momento de probar toda la electrónica de control de un hemisferio de la cabeza del robot Wall-e, junto antes de integrarla con la mecánica y la carcasa. Además si hay algún problema es mejor saberlo antes de construir la otra parte. La electrónica es idéntica y la mecánica es simétrica en ambos casos.

A continuación se muestra un vídeo del funcionamiento del sistema, donde se observa su funcionamiento.

Tal como se describió en la entrada anterior, el sistema comprende un anillo luminoso para el ojo, dos sensores infrarrojos de distancia analógicos, un sónar y un sensor de temperatura de 8 píxeles por bus I2C y cuatro salidas PWM para comandar servos. Todo ello funcionando simultáneamente y devolviendo la información al PC mediante su puerto serie. El microcontrolador es un arduino en una placa pretaladrada con cables soldados.

Quizás lo más importante de esta prueba es verificar que los rangos de los sensores son los deseados y que no se interfieran entre sí al funcionar simultáneamente.

Como los esquemas han cambiado un poco respecto al diseño originar que hice en Eagle (de hecho ahora la placa incluye un regulador de tensión que simplifica su alimentación y la hace más fiable) no los pongo hasta que estén completos.

mayo
17
2010

Electrónica de control de la cabeza

Ya está casi implementado el sistema electrónico de control de la cabeza del robot. Se trata de un ejemplo claro del “… pues ya que estamos …”. Al final éste es el esquema completo:

Sistema de control de la cabeza

Esquema del sistema electrónico de control de la cabeza

Cada mitad está controlada por un arduino (más bien por un Atmega 328 con el bootloader de Arduino) montado sobre una placa de circuito impreso que centraliza todos los sensores y actuadores y permite al control central del robot acceder a ellos desde un único puerto serie.

No he contruído una placa de circuito impreso, sino que he usado una de taladros y cable de wrapinar soldando a mano cada una de las conexiones. Es un trabajo ingrato y sólo se puede enseñar desde la parte de los componentes. Por eso no pongo foto de la parte de abajo.

Placa de control de actuadores y sensores correspondiente a un hemisferio de la cabeza del robot wall-e

Realmente la placa tiene un tamaño muy compacto para las conexiones que posee. Debido al volumen de los conectores deberá alojarse en el módulo frontal de la carcasa, en su sección interior. En esta sección se pueden recoger también los tramos sobrantes de los cables, que facilitan el montaje de los componentes dentro de la carcasa.

Así, cada “hemisferio” contaría con cuatro servos (para movimientos de la cabeza y de la ceja), dos sensores analógicos de distancia por infrarojos (uno de corto y otro de medio alcance), dos sensores por I2C (un sónar de larga distancia y otro adicional por determinar) y un anillo de leds (8 leds verdes con control independiente) que iluminan el contorno de los ojos con capacidad de producir diferentes efectos.

Electrónica completa incluyendo cables, controlador, actuadores y sensores de la mitad de la cabeza.

¿Cómo meto ahora todo eso dentro de la carcasa?

Toda esta electrónica se está integrando en la carcasa de la cabeza 2.0 del robot wall-e, y todavía no está construído del todo el sistema mecánico de movimiento de las cejas. El software aún está en desarrollo. Es lo que tiene la mecatrónica para que poder probar la mecánica hay que construir también la electrónica y programar el control.

El sistema no lleva regulación de tensión. Hay que proporcionarle 5V regulados y 7.2 aproximados para los servos exclusivamente. Todo esto se hará en el panel de control del robot, donde incluso se podrán desactivar alguna de ellas para reducir el consumo en espera.

Por ahora he realizado pruebas individuales de los sensores y parece que todo va bien. En cuanto los integre y los pruebe os cuento más cosas.

Un saludo.