image/svg+xmlRevista de Ciencias de Seguridad y Defensa49Revista de Ciencias de Seguridad y Defensa (Vol. VII, No.4, 2022) pp. 49-64Implementación de un robot humanoide impreso en 3D con motrici-dad en las extremidades superiores semejantes a las del ser humanoImplementing a humanoid robot printed in 3D with motor skills in the upper extremities similar to the human beingMelany Yarad1, Junior Figueroa Olmedo1, Edison Coral11 Instituto Tecnológico Superior Sucre, Quito, Ecuadormyarad@tecnologicosucre.edu.ec; jfgueroa@tecnologicosucre.edu.ec; ecoral@tecnologicosucre.edu.ec ResumenEn la actualidad, la tecnología está avanzando gracias a la creación de máquinas inteligentes que cumplen técnicas similares a las que realiza un operario humano. Esto permite que al paso de los días se busquen formas de maniobrar o realizar procesos mediante un robot operario que tenga las características físicas de un ser humano y pueda cumplir todo tipo de tareas que se pretende realizar. Este proyecto tiene como objetivo construir e implementar un robot hu-manoide, el cual dispone de motricidad en las extremidades superiores para que pueda realizar movimientos similares a los del ser humano. Para la elaboración del robot humanoide se usará la metodología deductiva, al ser un problema de investigación con perspectivas múltiples a nivel tecnológico-educativo. Se basa en este método por la facilidad de partir en un entorno de ideas generales hasta llegar a verifcar cada resultado de forma específca. Se podrá generar movimientos precisos a la hora de la manipulación y pruebas del robot humanoide que tiene fnes prácticos. Así se ob-tendrán conocimientos verídicos y respaldados a partir del empirismo que se lleva a cabo por el análisis en tiempo real del robot humanoide. En este proceso se ocupan diseños open source para la construcción de todo el modelo del robot humanoide y posteriormente la corrección de algunas piezas para la generación del código de impresión 3D. Como resultado se obtiene un robot humanoide impreso en 3D.Palabras Claves: Humanoide, Impresión 3D, Open source, RobotAbstractTechnology is advancing due to the creation of intelligent machines that perform techniques similar to human opera-tors. This allows in progressing manner, ways of maneuvering or conducting processes employing an operator robot. These have the physical characteristics of a human being and can fulfll all kinds of tasks that it is intended to realize. This project aims to build and implement a humanoid robot with motor skills in the upper extremities to perform move-ments similar to those of a human being. The deductive methodology will be used for the elaboration of the humanoid robot, as it is a research problem with multiple perspectives at a technological-educational level. It is based on this method because of the ease of starting from an environment of general ideas until each result is verifed in a specifc way. Precise movements can be generated when handling and testing the humanoid robot for practical purposes. He-reby, true and supported knowledge will be obtained from empiricism that is conducted by the real-time analysis of the humanoid robot. In this process, open-source designs are used to construct the entire humanoid robot model and later to correct some parts for the generation of the 3D printing code. The result is a 3D-printed humanoid robot.Keywords: humanoid, 3d print, Open source, RobotFecha de Recepción: 07/10/2022 - Aceptado: 20/12/2022 – Publicado: 31/12/2022ISSN: 2477-9253 – DOI: https://dx.doi.org/10.24133/RCSD.VOL07.N04.2022.04
image/svg+xml50I. Introducción El inicio de los robots viene existiendo desde la antigua Grecia, donde crearon máquinas de vapor que ge-neraban un movimiento automático. Estos inventos fueron ampliándose hasta llegar a crear máquinas más complejas, pasando a la invención de los robots primero en la literatura como ideas de un futuro a diseños reales funcionales.Las empresas empezaron a reemplazar mano de obra humana por más tecnología, ya que esta al aplicarla en robótica, generaba una cadena de producción efciente produciendo más ganancias, teniendo la capacidad de poder realizar producciones en masa. Actualmente, para equilibrar el uso de máquinas robóticas se comenzó con la enseñanza del manejo práctico de esta nueva tecnología y así, el hombre pueda tener un control sobre su manipulaciónSegún Marc Bonell Sánchez, de la Universidad Politécnica de Catalunya, en su tesis titulada “Diseño y Construcción de un Robot Humanoide” menciona que la peculiaridad de crear un circuito que controle la parte mecánica de un robot humanoide es que el control de los servomotores no se realiza mediante un módulo controlador comercial, sino que se crea uno basándose en un proceso de análisis para obtener los mejores resultados posibles (Sánchez, 2017).Por otra parte, se pretende dar a conocer los distintos tipos de robots que existen en la actualidad y los avan-ces que se han ido creando a lo largo de la historia en cuanto al movimiento de robots humanoides. El resul-tado fnal será un robot humanoide capaz de poder mover todos sus servomotores mediante el controlador creado y capaz de mantener el equilibrio. Su objetivo principal es obtener un robot humanoide usando un circuito controlador propio y no uno comercial. Con el progreso de la robótica y las técnicas de computación relacionadas al desarrollo de controladores, los robots sociales se están integrando con mayor frecuencia en la vida cotidiana de las personasCon este prototipo se quiere fomentar el aprendizaje lúdico a niños entre 3 y 5 años por medio de la inteli-gencia artifcial. De esta manera, se incrementa el pensamiento lógico desde edades tempranas. De forma lúdica y mediante la metodología learning-by-doing los niños son creativos y autónomos. Este robot educa-tivo se encuentra equipado con videocámaras y está capacitado para percibir sonidos, puede observar, habla varios idiomas y se mueve de manera independienteEl diseño del robot social interactivo tiene una gran importancia en el desarrollo de mecanismos para el movimiento, así como la generación de algoritmos avanzados de control y toma de decisiones con el uso de inteligencia artifcial y redes neuronales artifciales en el campo de la robótica social de la Facultad de Inge-niería en Sistemas, Electrónica e Industrial, en virtud que permita el estudio estructural del robot aplicando nuevos conocimientos para el aumento de la autonomía del mismo. II. Materiales y MétodosEl algoritmo de percepción espacial que se aplica a este prototipo humanoide es para otorgarle una funcio-nalidad tipo réplica del proyecto del robot humanoide de código abierto (open source) InMoov. Las piezas se fabricaron a través de impresión 3D por FDM (modelado por deposición fundida) a partir de los modelos 3D que se encuentran disponibles en la página ofcial del proyecto InMoov.Yarad, M., Figueroa, J. & Coral, E.
image/svg+xmlRevista de Ciencias de Seguridad y Defensa51En la investigación de “Control de movimiento de un robot humanoide por medio de visión de máquina y réplica de movimientos humanos” (Jiménez, Espinosa, & Amaya, 2018) se menciona que existe un interés de naturalizar los movimientos de los robots, los cuales se deben en gran parte a la necesidad que se tiene en diferentes campos para que estos puedan realizar movimientos complejos; pero además para que en campos como la robótica de servicio o la enseñanza estos sean aceptados más rápidamente por los usuariosEn el Ecuador existe limitada información en cuanto al diseño y construcción de robots sociales interactivos. Entre los que se puede mencionar: KLu-K, un rostro robótico que posee apariencia humana y ejecuta gestos y emociones controladas de manera inalámbrica (Rosero, 2015), HENSAR un robot con representación lo más cercana a las expresiones humanas desarrollado en la Escuela Politécnica Nacional (Astudillo, 2012), los cuales presentan algoritmos pre-programados para interactuar con los usuarios.Del mismo modo, se tomó como referencia el siguiente artículo titulado: “Design of a Human-like Robot with Emotions”, que traducido al español signifca: “Diseño de una Cabeza Humana Robot con Emocio-nes”. Este estudio presenta una revisión bibliográfca sobre el diseño del mecanismo de movimiento de la cabeza del robot, además, incluye las características del mecanismo para el desplazamiento del ojo, meca-nismo para el movimiento del cuello además de su apariencia humana (Lakmal, 2016).La técnica de análisis de movimiento a utilizar para el proceso de marcha en el prototipo se basa en el análisis geométrico del mismo. Los movimientos son pre-programados en función a las diferentes poses caracterizadas y permiten equilibrar al robot delimitando el movimiento de cada servomotor en la transición entre pose y pose.2.1. FundamentaciónEste proyecto se desarrolla con base en el concepto de robot humanoide, también conocido como androide. Los propios términos aluden a un producto con forma humana, que cuenta con una parte física y una parte lógica; lo que le dota de cierta independencia en la ejecución de tareas, pero con base en una programación previa. A inicios del siglo XXI, la compañía japonesa Honda presentó ASIMO, que se constituyó en un referente en robótica, y cuyo objetivo fue infuir positivamente en las nuevas generaciones, animándolas a estudiar matemática y robótica.Para una mejor comprensión del robot humanoide propuesto en este estudio, se comienza con la descripción del diseño del mismo, así como de su construcción. Se optó por la implementación del robot humanoide InMoov (ver Figura 1). Se seleccionó este modelo porque al realizar una investigación previa, se tuvo como resultado que el diseño de sus piezas se puede encontrar en código abierto (open source) siendo una buena opción para el cumplimiento del objetivo de este proyecto. El robot InMoov es el primer robot humanoide a tamaño real que puede ser realizado con una impresora 3D. El robot InMoov es un proyecto de Gael Lange-vin, un diseñador y escultor francés que generó el robot completamente con código abierto (Engineerstoys, 2019).Implementación de un robot humanoide impreso en 3D
image/svg+xml52Figura 1:Tipos de Robot InMoovUna de las ramas con mayor infuencia en la inteligencia artifcial se la denomina como sistemas expertos, que tienen por objetivo desarrollar sistemas capaces de analizar un conjunto de datos y realizar tareas aso-ciadas a un perfl profesional como el diagnostico, detección de fallos, planifcación y toma de decisiones (Benítez, Escudero, & Kannan, 2014).2.1.1. Sistemas de locomoción de robots humanoidesEl sistema de locomoción es el movimiento o cambio de posición en el espacio, este permite que la persona o máquina, además de adquirir otra posición, cambie de lugar. La locomoción es propia de la mayoría de los seres vivos y desde hace algún tiempo de aparatos creados por el ser humano, como robots de todo tipo. Sin embargo, los humanoides tienen un tipo de locomoción distinta, ya que tratan de generar todos los mo-vimientos que puede realizar un ser humano.La réplica de mecanismos de los sistemas biológicos del ser humano no es nada sencillo de crear, es dema-siado complejo. A nivel microscópico las células se unen en bloques estructurales que en conjunto forman mecanismos de locomoción complejos que solo han tenido un nivel de similitud bajo, ya que no se han podido crear mecanismos microscópicos.En su mayoría, los robots humanoides han reducido la estructura cinemática y la han simplifcado mediante la generación de eslabones y articulaciones con grados de libertad controladas por actuadores que solo se acercan en un porcentaje bajo a la funcionalidad de algún sistema biológico. La Figura 2 muestra un ejemplo de cómo se pueden defnir los huesos, articulaciones y músculos (IONOS, 2018).Figura 2:Diagrama estructural cinemático