En esta publicación se explica la elaboración de un murciélago bípedo, desde el diseño y conexionado hasta la descripción y demostración de sus funciones.

 

Diseño

Para el diseño de este modelo, se ha usado como base el modelo de un DYOR bPED estándar como el que se encuentra en el enlace Diseño_QCAD_bPED. Sobre él se han realizado diferentes modificaciones, principalmente en la cara delantera del robot o en los pies, otorgándole así la forma de murciélago deseada:

Todas estas piezas se han realizado con corte láser sobre madera y, posteriormente, han sido personalizadas con pintura acrílica negra y roja.

 

Componentes electrónicos

Los componentes electrónicos utilizados han sido los siguientes:

• Arduino Nano v3.0
• I/O Extension Shield Arduino Nano
• Powerbank 3600mAh USB
• Cable mini-USB para la conexión del Arduino Nano
• Cables DuPont Hembra-Hembra 20cm
• Módulo SPP-C Bluetooth (compatible HC-06)
• Micro Servo SG90 (4 en total, 2 para las piernas y 2 para los tobillos)
• Sensor Ultrasonidos HC-SR04
• LED RGB en Anillo WS2812 5050
• Zumbador KY-006
• Sensor Luz LDR KY-018
• Sensor Capacitivo Digital TTP 223B

Nota:

Dado que la Powerbank no proporcionaba la suficiente energía para mover el robot, ha sido reemplazada por un portapilas para pilas de 9V (también se ha empleado un adaptador de corriente para poder conectar el robot a un enchufe durante las distintas pruebas, reduciendo así el gasto de la pila).

Además, se han empleado dos rodamientos junto con dos tornillos y tuercas de 2mm de diámetro para realizar la unión entre los «tobillos» y las «piernas» del robot bPED.

 

Conexionado

El conexionado de los distintos pines de la placa de extensión de Arduino Nano se ha realizado de la siguiente manera:

• LED RGB en Anillo ⇒ pin 2
• Zumbador ⇒ pin 3
• Servomotores:
  • Pierna derecha ⇒ pin 4
  • Pierna izquierda ⇒ pin 5
  • Tobillo derecho ⇒ pin 6
  • Tobillo izquierdo ⇒ pin 7
• Sensor de Ultrasonidos:
  • Pin ECHO ⇒ pin 8
  • Pin TRIGGER ⇒ pin 9
• Módulo Bluetooth:
  • Pin TX ⇒ pin 10 (RX para Arduino)
  • Pin RX ⇒ pin 11 (TX para Arduino)
• Sensor Capacitivo Digital ⇒ pin 12
• Sensor de Luz LDR ⇒ pin A0

Además, cabe destacar que el anillo de LEDs ha requerido de la soldadura de tres cables.

Finalmente, se muestran unas imágenes del robot montado desde diferentes perspectivas:

 

Programación

Para realizar la programación del robot se ha utilizado el software del propio Arduino junto con ayuda del software de programación por bloques Facilino.

 

Funciones del robot

El robot diseñado tiene cuatro modos de funcionamiento diferentes, que podrán ser controlados mediante la aplicación creada explicada más adelante. A continuación se detalla una breve explicación sobre cada uno de ellos:

Modo Manual: 

En primer lugar, este modo permite mover el robot mediante diferentes botones en la aplicación, como caminar hacia delante, hacia atrás, girar a la derecha y a la izquierda. También se pueden seleccionar otra serie de movimientos específicos: arriba y abajo, oscilar los pies, voltear los pies hacia delante o detrás, doblar o sacudir un pie, mostrar nervios o emoción, caminar lateralmente, etc.

Aparte de esto, se pueden generar diferentes expresiones en el anillo de LEDs, como una sonrisa triste o feliz, una flecha hacia la derecha o izquierda, un círculo, una cruz, etc., además de cualquier otra expresión creada a mano como se podrá ver en los siguientes modos.

Se pueden también reproducir una serie de melodías predeterminadas por el zumbador, como Nations Army o Dragon Ball entre muchas otras, así como la melodía de Piratas del caribe, que ha sido creada e incluida de forma personalizada.

Por último, en este modo se proporciona la opción de controlar y mover el robot con el acelerómetro del móvil, de forma que al inclinar el mismo hacia delante, atrás, derecha e izquierda el robot realizará el movimiento correspondiente como se puede comprobar en el vídeo de demostración. Cuando el móvil se deje en posición horizontal, el robot permanecerá quieto.

 

Evitar obstáculos: 

En esta función, el robot camina hacia delante mientras compruebe que no hay ningún obstáculo. En el momento en el que detecte uno, el robot se detiene, realiza una serie de animaciones (diferentes movimientos, sonidos y expresiones en los LEDs que serán demostradas en el vídeo final) y termina rotando su dirección a derecha o izquierda aleatoriamente. Cuando esto se completa, el robot vuelve a comprobar si hay obstáculos o no y actúa en consecuencia, repitiendo así el proceso continuamente.

 

Bailarín:

Dentro de este modo el usuario puede seleccionar, a través de la aplicación, una melodía de entre 6 disponibles. El robot realizará entonces una coreografía específica compuesta por movimientos y expresiones LEDs personalizados en exclusiva para cada una de las canciones.

 

Nocturno:

En este modo se distingue entre el día y la noche, empleando para ello la lectura continuada del sensor de luz, cuyo valor determinará además el brillo de los LEDs (estos brillarán más cuanta menos luz haya).

Mientras este sensor detecte luz dentro de un cierto umbral el robot estará en modo «día», mientras que al disminuir la cantidad de luz por debajo de un determinado valor el robot pasará al modo «noche», cambiando la expresión mostrada en el anillo de LEDs y emitiendo un sonido. Además, si durante la noche se toca el pie del murciélago (donde se encuentra el sensor capacitivo digital), este realizará uno de entre tres movimientos en función del nivel de oscuridad que haya, además de hacer parpadear todos los LEDs.

Finalmente, por cada lectura del sensor de luz se envía y se muestra en la aplicación del móvil el valor de oscuridad (en %), además de si los modos «día» y «noche» se encuentran activados o desactivados respectivamente.

 

Aplicación

Empleando el entorno de programación App Inventor 2, se ha creado una aplicación de móvil para el sistema operativo Android mediante la cual se puede controlar de forma remota el robot.

Primero aparece una ventana de bienvenida y tras ella se accede al menú donde se puede escoger el modo deseado:

Si se accede a los modos manual, bailarín y nocturno se pueden apreciar las siguientes interfaces respectivamente, cada una de ellas conteniendo todas las opciones comentadas en la descripción de las funciones (el modo de evitar obstáculos no cuenta con otra ventana):

La opción para activar el bluetooth aparece en todas las ventanas ya que es necesario activarlo cada vez que se accede a una ventana nueva.

 

Demostración del funcionamiento del robot

Mediante el siguiente enlace se puede acceder al vídeo con la demostración del funcionamiento del robot: El_Murciélago_bPED

 

Autor

Jesús Conejero Rodríguez

Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática, Universidad Politécnica de Valencia