La creación de un robot que haga movimientos iguales a los de los seres humanos es un objetivo deseado por muchos científicos y proyectistas. Sin embargo, nosotros sabemos que el cuerpo humano es un sistema muy bien elaborado y lograrse que las máquinas emulen esos movimientos exige mucha habilidad, materiales leves, una lógica de programación que atienda a las órdenes de decisión y, lo más importante, equilibrio y una fuente de energía que alimente todo el sistema.
Un buen ejemplo de lo que hemos dicho es el Asimo, fabricado por Honda – la misma empresa de las motos. Gracias al grado de libertad de sus movimientos y a la autonomía de su batería interna, se trata del robot indicado para los tiempos de hoy. Ver la foto en la figura 1.
La imitación de culebras y lagartos
Los movimientos que el Asimo (bípedo) hace hoy día no son los más eficientes para determinados tipos de trabajos. A veces, se necesitan robots que puedan moverse por conductos de aire o dentro del agua. Para aplicaciones así, las piernas no serían convenientes y sí, un sistema que pudiese copiar los movimientos de una culebra o otro animal que se arrastra, lo cual podría solucionar la dificultad con perfección. Mirar la figura 2.
Otro sistema que imita la manera de locomoción de una culebra o lagarto es el robot del proyecto Anna Konda, que fue desarrollado con la intención de ayudar en el combate de incendios, transportando la manguera del agua hasta lugares muy calientes que amenazarían la vida de los bomberos.
Otra ventaja importante de tales equipos es que alcanzan lugares donde el hombre no llega por una infinidad de motivos, como: condiciones atmosféricas, temperatura, seguridad, etc. Tenemos la foto de ese robot-concepto ilustrada en la figura 3.
Pasemos, ahora, a otro robot-concepto que trabaja con la misma idea de presión, pero por el lado externo de un caño. Bautizado como Hydras, ha sido creado con la intención de salvar la vida de los obreros de la construcción civil. Su manera de moverse está basada en la presión que sus anillos hacen para prenderse a un caño, como haría una culebra jiboia al sofocar una presa.
Para moverse, este robot libra anillo tras anillo, proyectándose adelante a cada anillo suelto, al paso que los otros lo prenden al caño y los que se soltaron se prenden en seguida para dar apoyo a los otros anillos, que serán sueltos y impulsados para el mismo camino en un movimiento continuo. En la figura 4 se ve una foto de este prototipo.
Resbalando por estelas (orugas)
El movimiento hecho a través de estelas (orugas) ya es muy utilizado por tanques de guerra, siendo bien eficiente en terrenos accidentados. En este sistema, la idea consiste en tenerse una serie de piezas metálicas por debajo de las ruedas en un proceso continuo.
El EOD-Robots es un ejemplo de robot que lleva estelas (orugas), y ha sido construido con la intención de salvar la vida de los soldados en el campo de batalla.
Tales robots-soldados son equipados con estelas semejantes a las de los tanques de guerra, que les permiten cargar grande cantidad de peso por encima de varias clases de terrenos, por más accidentados que sean. Para que el robot haga una curva a la derecha, por ejemplo, se necesita parar, reducir o girar el motor de la estela derecha al contrario. De forma análoga, lo mismo sucede para el otro lado. La figura 5 nos muestra un ejemplo de estos robots.
Siguiendo con aparatos militares, pero indicado para trabajar también en locales urbanos, existe el EOD-Bomb Disposal Robot, que tiene como misión el desarme de bombas. Este tipo también se mueve sobre estelas ( en nº de cuatro, independientes y movibles), las cuales actúan como “pseudopatas”. De esa manera, las estelas pueden ser movidas para encima o para abajo con la aplicación de una fuerza extra en lugares de difícil alcance. La figura 6 nos exhibe más detalles de este sistema de estelas.
Utilizando piernas o patas
En los robots que utilizan piernas o patas, tenemos los bípedos (dos piernas) como el Asimo y los cuadrúpedos (cuatro patas) – caso del BigDog; los de seis o ocho patas, que imitan el andar de insectos (como hormigas y arañas); y aquellos que se parecen a un cien- pies por tantas patas que poseen.
Para los robots bípedos, la cosa más importante que el proyectista debe tener en mente es el equilibrio. El empleo de sensoriales y giroscopios se hace necesario para mantener el sentido de equilibrio, aunque no solamente eso ayude a un bípedo a quedarse en pié. Toda una programación de movimiento de masa y un centro de gravedad hacen falta en su sistema.
Los robots cuadrúpedos, por supuesto, también deben recibir atención en lo que se refiere al equilibrio, mas no tan compleja como en los bípedos. Su locomoción ocurre de la siguiente manera: una pata delantera se queda en el suelo como apoyo, al paso que la otra sigue adelante; la misma acción vale para las patas traseras, pero de lados cambiados, o sea, al mismo tiempo que la delantera izquierda está en el suelo, la trasera derecha se queda también como base de apoyo, formando un X – observar la figura 7.
El cuadrúpedo conocido en Internet que es referencia para nuestro tema es el BigDog. Algunos videos en Youtube nos muestran como el proceso de equilibrio y movimiento de este robot es fantástico. En la figura 8 vemos su foto que, de acuerdo con Boston Dynamics, fue desarrollado para ayudar los soldados a cargar provisiones.
En la figura 9 la ilustración del LittleDog, hermano más pequeño de BigDog.
Para robots de seis patas no es crítico el punto de equilibrio, pero atención debe ser dada a la sincronía de las patas. Su funcionamiento puede ser visto en la figura 10, donde las patas 1 y 3 del lado izquierdo y la pata 2 del lado derecho se están moviendo adelante; la p.2 de la izquierda sirve como base junto a las p.1 y p.3 de la derecha; en seguida, las p.1 y p.3 del lado izquierdo y la p.2 derecha alcanzan el destino y se apoyan en el suelo; la pata 2 izquierda y las patas 1 y 3 del lado derecho se levantan y avanzan adelante, y así seguidamente.
Hacer una curva es algo más difícil, pues, dependiendo del lado en que se haga, las patas de ese mismo lado deberán hacer una trayectoria más pequeña que la del otro lado. Y, en caso de una curva más cerrada, las patas que están levantadas deberán hacer una trayectoria opuesta a las demás, rodando alrededor de un eje.
Para aumentar el poder de locomoción de un robot de seis patas, la Boston Dynamics ha colocado patas rectas en el RHex con forma de media luna, lo que permite al aparato superar obstáculos de cualquiera dimensión que estén a su altura. Caso tuviese patas rectas, sería necesario calcular la altura que debería ser ultrapasada y levantar la pata lo suficiente para eso. Otra cosa interesante en este robot es que sus patas son colocadas en el centro de la altura para que su movimiento no sea perjudicado si, por acaso, se quede patas arriba. Figura 11.
En esta misma clase de robots con seis patas existe el RiSe, un increíble robot que tiene ventosas en las patas, lo que lo capacita para escalar paredes. Su modo de locomoción es el mismo de los otros robots de 6 patas, mas, cuando la pata está sirviendo de apoyo las ventosas se prenden en la pared (figura 12).
Movimientos con ruedas
La rueda es uno de los mecanismos más antiguos que se conoce y los robots siempre las utilizaron con buen provecho. Ellas pueden ser sencillas para rodar en planos lisos, o bien, típicas “off-roads” para terrenos más accidentados. Los robots que se mueven a través de ruedas pueden tener dos, tres o cuatro de esos componentes. Para tipos con más de cuatro ruedas, solamente dos de ellas controlan la dirección del robot.
En los modelos de dos ruedas su sistema de dirección es bien simple: consiste de un motor para cada rueda , los cuales giran en el mismo sentido, sea para mover adelante el robot o volver atrás. Para hacer una curva girando alrededor del eje, basta que un motor gire a lo contrario del otro hasta completar el ángulo deseado de curva.
Estos robots, además de las 2 ruedas, tienen un tercer apoyo (pequeño) con la punta redonda para causar poca fricción. En la figura 13 vemos la foto de un robot de dos ruedas, semejante a los que disputan campeonatos de fútbol de robots.
En los robots de tres ruedas, hay dos maneras para controlar la dirección: en la primera dos ruedas son fijas y solo una dirige el robot, que puede ser controlado por un servomecanismo o un motor de paso; en la segunda manera, las tres ruedas son fijas , pero cada una de ellas en posición perpendicular a otra.
Cuando se escoge una dirección, una rueda para y las otras dos aumentan la rotación. Para facilitar la rotación, las ruedas tienen pequeñas esferas alrededor de su circunferencia para reducir la fricción en la rueda que se quedará parada.
En los robots de cuatro ruedas (los más populares), dos ruedas controlan la dirección y las otras se quedan fijas (figura 14). Raramente (solo en casos especiales) vemos de estos robots con el control de dirección en las cuatro ruedas.
Con más de cuatro ruedas el robot ya es un caso especial, y el proyectista podrá colocar el control de la dirección en todas las ruedas o solamente en una, dejando para las demás apenas la tarea de cargar el peso de la carga.
Movimientos con sistemas híbridos
Quizás sea éste el principal desafío para que el proyectista demuestre toda su creatividad en sistemas de robots. No deja de ser un arte valerse de varias formas para crear sistemas que atiendan la necesidad de un robot moverse en el terreno en que irá funcionar. Podemos acordarnos, por ejemplo, del Soujorner – robot que NASA creó para explorar el planeta Marte, construido con patas y ruedas con puntas para enfrentar las piedras y el terreno desconocido del planeta rojo. (Figura 15).
La empresa brasileña Petrobras dispone de un robot para confrontar terrenos irregulares y andar en pantanos o ríos, que utiliza ruedas para moverse, las cuales son huecas y tienen aletas que le sirven de remos para impulsarlas en el agua. Noten, en la figura 16, que el sistema de dirección se da por el movimiento independiente de cada rueda.
Está claro que hay casos que nos dejarían con una interrogación en la mente. Cuatro ruedas no serían suficientes? Como he dicho antes, proyectar robots es un arte. Es este el caso del Robot-cucaracha, aparato que tiene ocho patas con una rueda espetada en cada punta (figura 17).
Existen, aún, los robots que se mueven con pequeños saltos; otros a través de una pelota y, que, literalmente andan rodando por ahí; otros más que fluctúan o por fuerza del aire; algunos por fuerza magnética; otros que se retuercen como miñosas con calambres; y otros tantos que solo las mentes más creativas pueden inventar.
Conclusión
Al escogerse el mejor sistema de dirección para un robot es importante ver cual gasta menos energía, cual atiende a la carga deseada, cual posee mayor exactitud, cual es la clase de terreno en que irá moverse, etc., y después calcular para lograrse un sistema prójimo a lo ideal para la máquina.
Un robot con ruedas, si comparado a otro con piernas o patas, es mucho más rápido, más simple de construir y programar, y gasta menos energía, al paso que una pierna o pata tiene algunos servomotores que ligar; todavía, por otro lado, difícilmente un robot de ruedas subiría una escalera o un terreno completamente irregular.
Ahora, pensando mejor, quizás un robot de estela atienda la necesidad de subir la escalera, pero, tendrá dificultad para andar de lado...Uf!
Como ha sido dicho varias veces en el artículo, la solución tendrá que ser la más adecuada, aún que no sea la ideal, que atienda a los requisitos de terreno, material, consumo, etc., y objetiva para el mejor sistema de dirección del robot.
Espero que este mi escrito haya presentado opciones interesantes al traer un resumen de los medios de dirección utilizados a menudo en robots, para que el lector pueda decidir con corrección cual sistema mejor le atiende. Y, además, que tenga presentado las bases necesarias para que él pueda crear un nuevo sistema de dirección cuando vaya a proyectar su propio robot.
Referencias Bibliográficas
http://www.armedforces-int.com