Porque Seleccionamos modelar un robot hexapodo?

En el diseno de los robots mobiles exsiste una gran discusion entre el uso de robots que se movilizan con el uso de ruedas vs los robots que se movilizan utilizando miembros y articulaciones. Aunque es mucho más facil brindarle movilidad a un robot con el uso de ruedas, los robots articulados ofrecen otros beneficios. 

Entre los principales beneficios de los mismos, esta en que estos robots pueden desplazarse sobre una gran variedad de terrenos, sin importan cuan escarpados o resbalosos estos puedan ser. Esto nace del el set complejo de movimientos que realizan las extremidades de estos robots para poder mantener su balance y desplazarse. Esta movilidad superior (con el precio de una velocidad maxima menor) los hace ideales en situaciones de rescate, o para misiones de exploracion donde los seres humanos no pueden aproximarse. Entre la discusion de los robots con piernas/articulados estan los robots cuadrupedos y los robots hexapodos.

Ambos disenos tienen su claras ventajas, pero tambien sus claras desventajas. La discusion entre un robot hexapodo y un cuadrupedo se reduce a una discusion de velocidad vs versatilidad. Debido a los movimientos repetitivos y la fluidez de los mismos, el robot cuadrupedo puede transportarse a mayores velocidades. Inspirados en la misma naturaleza que los mamiferos mas rapidos, un sistema de juntas que se mueven en direcciones paralelas permiten que el robot se traslade verticalmente a altas velocidades. Sin embargo, a pesar de ser mas lentos, los hexapodos tienen una serie de ventajas que los hacen atractivos:

• Pueden cambiar su orientacion con facilidad
• Pueden lidiar con terrenos mas rugosos
• Pueden escalar con mayor facilidad
• Se pueden controlar con diferentes tipos de trotes, dependiendo en que terreno se encuentren
• Alternante: Modo tipico de caminar
• Quadrupedo: Mayor velocidad
• Gateo: Mas lento, pero mayor estabilidad
• Su comportamiento es mucho mas facil de estudiar:
• Los insectos en los cuales se basan estos movimientos tienen redes neuronales bastante simples, por lo que disenar algoritmos de movimiento bio-inspirados resulta mas facil

Tomando en consideracion todo esto podemos resumir nuestra eleccion de hacer un robot hexapodo de la siguiente manera:

Se selecciono un robot hexapodo debido a que la amplia variedad de movimientos que este puede tomar y su flexibilidad y simplicidad a la hora de disenarlo, lo hacen apto para situaciones practicas. Especificamente en situaciones de rescate, o a manera de estudiar y explorar distintos patrones de movimiento, el robot hexapodo nos permite como disenadores una libertad creativa y una capacidad de refinamiento superior a la de un robot cuadrupedo. Aunque se controlan mas actuadores que en el caso de un robot cuadrupedo, los algoritmos de control son mas simples y permiten diagnosticar errores de manera mas practica.

En base a que animal esta modelado nuestro diseno?

Casi todos los robots hexapodos estan basados en algun artropodo. Estos seres tienden a terner el abdomen y la cabeza cerca del suelo. Tambien el movimiento de las patas de estos seres es paralelo al movimiento del torso. Estos seres tienden a tener patrones de movimiento que se ven controlados por sistemas nerviosos relativemente simples (comparados con los sere humanos, son pocas las neuronas que conducen una orden desde el cerebro hacia las extremidades). Este los disenos bio-inspirados, los dos mas famosos son los de la cucharachas y el de los phasmatodea (o conocidos popularmente como insectos palo o localmente como 'quiebrapalitos'). Estos artropodos cuentan con una sere de 6 patas que alternan en ciclos pares (movimientos de tres o dos patas de manera simultanea). Estos patrones de movimiento permiten que el torso se encuentre particularmente estable,  lo cual es un requerimiento para que estos animales puedan guiarse. Ambas especies utilizan antenas (dado que capacidad ocular es reducida) las cuales necesitan entrar en contacto con el piso y los objetos que esten directamente frente a a estos artropodos para evitar colisiones/ buscar comida. Este concepto de las antenas se puede modelar en algoritmos que le permitan al robot evitar colisiones y encontrar el camino correcto en un laberinto. Nuestro diseno se basa especificamente en los phasmatodea, dado que nuestro abdomen es rectangular a manera de tener una geometria que sea mas amigable para poder colocar un microcontrolador.

Que movimientos esperamos en el robot final?

Considerando que Nuestro diseno cuenta con 2 GDL en cada pierna y que esta modelado en un ser hexapodo, esperamos que se pueda trasladar en dos ejes y que pueda rotar alrededor de su centro para cambiar de direccion. Basicamente espramos que se pueda mover hacia adelante y hacia cualquiera de los dos lados y que con un arreglo de movimientos de las piernas, el robot pueda rotar sobre su centro para poder cambiar la trayectoria con la que se mueve hacia adelante. Tambien deberia ser posible que el robot se mueva hacia atras, mas sin embargo todavia no hemos contemplado como el orden inverso de instrucciones afectaria su desempeño. Tambien sabemos que al solo tener dos actuadores en las piernas, perdemos el componente de movimiento que nos permitiria escalar superficies mas rugosas. Esta decision de solo tener 2 GDL proviene de la seleccion de nuestros servo-motores, los cuales tienen un torque relativamente pequeno, por lo que si les agregaramos otro actuador, el servo que controla los movimientos laterales no tendria la fuerza suficiente para desplazar la pierna.

Esperariamos un conjunto de movimientos similar a estos:

En cada una de las piernas esperariamos ver el siguiente set de movimientos: