Diseno-y-construccion-de-un-robot-para-competencia

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
FACUL TAO DE INGENIERíA 
TEMA DE TESIS 
"DI SEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT PARA COMPETENCIA" 
Que para obtener el titulo de: 
Ingeniero Eléclrlco-EleclrÓlllco 
PR E S E N TAN: 
ANA LAURA CAMPOS ORTEGA 
JUAN ALFONSO GUERRERO 
JOSE:: MAURICIO COLLAZO GALLEGOS 
NAZUL PE::REZ CAMPILLO 
ROBERTO JOEL f\EYRA MARTiNEZ 
DIRECTOR DE TES IS 
M, 1, NORMA ELVA CHÁVEZ RODRíGUEZ 
CIU D,&D UNI VERS TM I,o, MÉXICO D,F. 2Q11 
 
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"Dios 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
JOSÉ MAURlCIO COLLAZO GALLEGOS 
Por la oportrm¡dad vil'ir es/a Iwmwsa ,.¡IkI, 
)'~" la (:Uol me ha Wmo.slrlJdo $11 amor 
)' sabidtlrio tiíndome este reto_ 
A mi, Pad'Xs 
Por $U paciencil1 tII/"Igll ejemplo. 
Anwr incondidonal. ya que sin $11 e.wrn,~ 
e:(u~no nO habrlo podido logrortslo. 
A nÚf!w¡q 
Dios q,dso que te enCO>l1rara 
y qll~ compartiera!i conmigo 
eS/e logro. gracias por ni apoyo. paciencia 
y coojian:o en mi. 
Te omo_ 
Desrk que Stl/H que wniosol mundo. 
tkcidi urminor. lo q"e /fn/o tiempo oMdado_ 
Conse"'o esto. como pmeba del amor 
y entrego qlle le lengo. 
Sigile tus jTlt/los hiJo 
A mi! hW!1qnOf y amigQf 
Por /O$m~nIO &t sonrisas, 1"ego$ 
)' lecOQmis apr.mdidas en lo "ida 
A la U"i'wsidad 
Mi o/ma MaterÑsd.i mi Ddolescmcio 
Porel orgullo do! p;;nm«ero. esla .asa 
tk $abi(iuria. 
¡Que ..r.'o por siempre ltJ Uniwn;idadl 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
Agl"lltl~ill1i(' nt()!¡ de Rob ('r1() Joel l\' ('~'m i\'lar1inl'l 
Finalmente ll egó el día . 
Agradezco a mis padr~ s Roberto y Guadalupe por su apoyo incondicional 
por que han estado a mi lado en los mejores y en los peores momentos para 
darme la fuer.!;3 y el apoyo que siernpr~ ncc.::síté para sali r adelante, ellos 
siempre han sido y scúm mi ejemplo a seguir, lodo mi csfucr.w, dedicación 
y amor \.'5. para ellos. 
Agradezco a mis hennanas Yolanda y Nidia por todo e l amor y 
comprensión incondicionales que me han dado joda la vida y porque sé que 
cue nto con ellas para todo. Agradezco a mis primos hcmlall OS Jorge, José e 
Iván por el apoyo y caríilo que s iempre me han brindado, agradezco a Travis 
también. 
Agradezco a las personas que sin tener la obligación. estuvieron conmigo 
por convicción en lodo este largo proceso para apoyarme, molivanne y 
darme todo su cariilo des interesadamente principalmente a Christian 
Michelic , CI¡¡udia Iraiz, Eridiani, Gabriela, Abril, Lizbeth, Itruldegili, Erika 
y Abigail as í com o a mis amigos Francisco y Erik sin sus oonsejos y 
consideraciones todo me habría s ido mucho más dificil , mención aparte 
merece mi compaileTQ y amigo Nazul pues sus oono.;:imicntos y apoyo 
fueron la base de la existencia dc cste trabajo. 
Agradezco sincerrunente al Ing Amaldo Miranda l:.spaila por damle todas 
las facilidades para lograr este proyecto. 
Agradezco muy especialmente a la Facultad de Ingeniería de la U.N.A.¡\·1. 
por todos los conocimientos y habilidades que me permitió adquirir y 
desarrollar durante el ti empo que cstuvc en sus aulas y laboratorios. 
Agradezco cnonncmentc a la ¡"·[áxima Casa de Estudios. la U.N.A.M . por la 
fom13ción integral que me permit ió adquirir a lo largo de la educación 
media-superior y superior, dicha foml:l.c ión hizo de mi una persona 
pt11sante , critica, analít ica, competente y apta para luchar dia a dia por salir 
adelante. 
2 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COM PETENCIA 
JU AN A LFONSO GUE lmEIW 
(Flack) 
at¡JU1dlY'.nt a ~ f''''' da'lltU'- te. didw. d" """ ClUtdn.id ... (al/in '1 d""pub, d" UrnJ:,,-) ""te ('aM, tpJJJ 
pa~ qul'. __ /núa (in '1 p"" p"", .. iJÍlufIL ~ "" k dU{~"'VUI'. ('a.,w,t" '1 un,p~.w:id .. ".._ ""-
CÚludial .. !I quula'UfU'. "'" d ClUnin&. 
i!.b. uida "" d4icil, hui .... t&. díaJ ~N! IUI..,u, al ,,"""'" paM mi k "" <Mi, Md!ulMIJ- kj&> tk mi 
{aJ'Ulia, JiJu=iin <pU'-1u ui<Jid ... ¿""d" nace .... 4i&> a ...... p/llUl fu "('..-dula 0/''' la p>..,¡f¡c. __ "..t... 
itu:Ju>iB&.. a mi lo.d", t.... cu.aw Iiatt ~ a """ etI pall ,'0.11" k tpU an....a "1JIj . p''.'',''''lad 
tp.u- ..... lIan tmáid ... la mana I'n d~ (MlM" 'J qHól ruUin rennlÍfJ4, '1" dM {i.1iMnlVll" "-
cam6i.a, ni diqui.ew que tM twllIlh:alUl en. uta.. túu:o. ... 
.N_.&M, "" (D.dl: ÚngLl, aiUJ. , GmiIlM, .1unád, qauwmo., di&> 'la "0 ..... M .. f''''"' CU<l 'P"' lA. 
impMÚln1e .... h tpU~, drutk .. {'UlU'UnI'- 'UI ooji. (la"" llfJUd"un eno.nda al! ck nu.d4UfJi'da 
'1 ...,taM ...,tudirutd ... "- fw.rinuJ" un f''''''JuU de ~iuI. de .1'iJhnciu., Iia" ta /lJunda.nlL un 
pMacia ¿" dI< CMa.zM. '1 dI< ~~, /hindaVfl.e un lag.ln ""_ de la (anr.i/i.a, pM depM1b.vrr.e ...,. 
"m f'M W7!p<'I'IQdad dUu P"'" añ&>, ,, <In lama.. o:&>a.> nr.w¡ padre.. fI e..ptcialru q<U " t.\!.Ú¡; nruy 
k"fP'-lulca una a.ta de rllo.d, f'''''''- "", ...... Mia un caclúJ .. del I:<p'U'cilt tpu< "" ~"'" ,,"-" mi 
2&> tpU e..tán.: mi (alniLa, mi 9'a pá, m¡ .Ifanuí , !l'idru" ~,la tUiíad, e...ndia, Un.gdito. '1 
CJ/U tpU tu/. "" 1'''''' "(ludamr.e t4 di, ipMq<U UCUJa ~ ~ MIl fw:Ita!, UII_ pwta al {út li&r.a, la 
!Jwpa ( .:ua q_ de"dll afú Wria p~dWlla .. pam aal6a, la e"c.ula , We!utad ~? J, ~imt fI<VI 
de m ... aI'~. ltJ. útúu q.u puda decil; e.. q.u la época I.ui.. 6.e.o.:tll&>a de mi. ,.;da fue M la 
(acuitad, '1 Utda g;¡acia~ a dJ&, a Utd<!<> l&> IIUII.aatW tan diid"" q.u pa..WUJIt C<IIII,~, e.. nWfl 
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3 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COM PETENCIA 
&.una, tanta6 !I wnhu ",""a6, p"" "' .. w agmdMal, P"'" 611 ami.>u.d!l P"" l&" 1fUlllWÚG6 tan 
t...a." que """'1>a'llU,,,,,,, &r .. lla mi 1Üm"'''''. Cj" .. nd .. , !Rafa, :J{iJú,.., J .... alat, ~I u...., d (jMd .. , 
:Janw.h<X, d JW.a-z, (jaa.¡ .11."9-, .1UJJd, nttta\a" tpaM" a"''sI .... '1 a ,,,, .. .u.n ..... ad la",ilio.6, 
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d'" ,'''''lÚa a" ovula, p"" da"""'- tanln, """ dib. de lhuJia rutalUÍ de """ uida en mi ,,~e, M mi 
CMlI~ fw.6iJc." tú '1 6U.tnpU .... tal .. Ü aIú, ¡ni mNia! 
a mi alma Jtaw., ~fu:nh /i.e Unid .. la ap/lldunidad de pi.un.w.a" ~'" 11_ u/.á mal que 
bt dil¡d , indu." .. d .'i'Ji, ,,""'- dÚ""knU'Jlh la 'll.!i'a...U "" .,.., .... mi ~" "re M dad" 1mt1 .. '1 '" 
dl'ncillanwt1e lb. ItU'jM. 
¿ff:u.i " ...... h. que ~ d ¡..tu .... pa .... W..., .....,.w.....? 
.Nadie "ah, lía MBid. C&>Q6 6.wta" !f ¡,uJa." f-d.iu.> '1 twtru p_ ia..i", la uida! !f Iiacimd .... 
Bala,," de la" ""'"6 fUwta aIi.Ma t<td .. 1ia idll ~l, ¡_ "i pa.tqut; taullÚa qu.e oom8io..! 
4 
NAZUL PÉREZ CAMPILLO 
Dedico eS!:1 tesis y agl"adl'U'O ... 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
Este trabajo <lsi OO1l10 el esfucFLO ejercido tanto en mis estudios como en lodo 10 que he 
logrado has\:¡ eslC momento están dedicados a mis Padri:s, a quienes agradezco cnonnClIlcnlC 
por lodo su apoyo, comprensión y su Cl1onl1C transferencia de conocimientos_ 
En todo momento y en lodo 10 que hago están s iempre conmigo_ 
Agradezco a mihcnnana por la compañia, la oricntllción y .::1 apoyo brindado en todo 
m omento_ 
Sé que cucmo y corllare contigo s icmpr~ _ 
Agradezco ¡¡ Fálimll por llenar mi vida de dich<l, soportar mis caprichos y ser un pilar 
importante en mi vida. 
Agradezco 113~rtC encontrado y poder compartir mi vida contigo 
Agradezco a mis profesores y a mi Univcrs id:ld quienes supieron brindanllc las hi:lTamicnlas 
necesarias para enfrenlar y disfnnar de los retos que me ponga la vida. 
" POR /0.11 RAZt\ HAI3L<\RÁ EL ESPÍRrnr 
5 
 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
ANA LAURA CAMPOS ORTEGA 
A todos los seres amados que fueron IC$tigos y participes de este éxito mas, gracias. 
En especial a ustedes: 
• Mis padres: 
Emma y Benjamín. Quien con sus desvelos, amonestaciones y eterno amor incondicional han 
forjado mis éxitos V me han brindado el impulso ne<:esario para ser quien soy_ 
• Mi hermana: 
Karina. COmpañera V amiga fiel, por estar a mi lado en todo momento. SObre todo, ruando 
más te necesito. 
• Mi esposo: 
Alberto. El amor de mi vida, por tu confianza, integridad y respaldo en los momentos difíciles. 
Mi hija: 
Naomi. Quien con tu sola existencia, eres el impulso que ne<:esito para superar los obstátulos y 
proc;urar ser mejor día a día para dejarte un legado de honor. 
, 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
INTRODUCCiÓN 
DEFINICiÓN DEL PROBLEMA 
OBJETIVO 
CAPíTULO I 
GENERALIDADES SOBRE ROBOTS 
1.1 Robótica 
1.2 Robot 
1.3 Breve historia y evolución de los robots 
1.4 Robol Móvil 
1.5 Robot autónomo 
1.6 Robot polipodo 
CAPíTULO 11 
MARCO TEÓRICO 
2.1 Microcontroladores 
2.2.1 Arquitectura interna de un microcontrolador 
2.2.2 Arquitectura básica de un microcontrolador 
2.3 Microcontrolador Pie 
2.3.1 Microcontrolador Pie 18F4550 
2.3.2 Puertos digitales de entrada '1 salida 
2.3.3 Interrupciones del sistema 
2.3.4 Módulo CCP (P\NMIcaptura/comparaci6n) 
2.3.5 Timers 
2.3.6 Módulo convertidor analógico/digital 
2.4 Servomotores 
2.4.1 Funcionamiento de un servomotor 
2.4.2 Teoría P\I\IM 
2.4.3 Ciclo de trabajo 
7 
índice temático 
11 
12 
,. ,. ,. 
20 
21 
21 
25 
26 
29 
30 
30 
32 
36 
37 
37 
38 
40 ., 
.2 
.2 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COM PETENCIA 
2.5 Sistemas mecánicos 
2.6 Sensores y transductores 
2.6.1 Sensor de distancia infrarrojo 
CAPíTULO 111 
43 
43 
44 
CARACTERíSTICAS Y ESPECIFICACIONES DE COMPETENCIA DEL ROBOT 
CAMINANTE. 
3.1 Objetivo de la competencia 48 
3.2 Especificaciones físicas del robot caminante 48 
3.3 Especificaciones de control en el robot caminante 49 
3.4 Especificaciones de la pista de competencia y tareas que debe realizar 50 
3.4.1 Área de inicio 50 
3.4.2 Área de caminado 50 
3.4.3 Área de giro 50 
3.4.4 Lados de la pista 51 
3.5 Pared 51 
3.6 Medio ambiente 51 
3.7 Recorrido de práctica 51 
3.8 Carrera 51 
3.8.1 Ajustes previos a la competencia 52 
CAPíTULO IV 
DISEÑO DEL CUERPO O BASE DEL ROBOT 
4.1 Selección de diseño 
4.1 1 Diseños atternativos 
4.1.1.1 Diseño 1 
4.1.1.2 Diseño 2 
4.1 .1.3 Diseño 3 
4.1.1.4 Diseño 4 
4.2 Resumen de la Comparativa de Diseños 
4.3 Especificaciones del diseño final 
8 
54 
54 
55 
57 
59 
60 
62 
64 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
CAPíTULO V 
DISEÑO DE EXTREMIDADES 
5 .1 Selección del diseño de las palas 
5.1.1 Prototipo Experimental 1 
5.1.2 Prototipo Experimental 2 
5.1.3 Prototipo Experimental 3 
CAPíTULO VI 
SELECCiÓN DE MATERIAL DEL CUERPO 
6.1 Introducción 
6.2 Lámina de acero inoxidable 
6.3Lámina de aluminio 
6.4 Lámina de acrilico 
6_5Material seleccionado 
CAPíTULO VII 
LOCOMOCiÓN 
7.1 lntroducdón 
7.2 Condición de Equilibrio Estático del Robot 
7.30pciones de Movimiento de Palas 
7_3. 1 Ciclo de movimiento singular 
7.3.2 Ciclo de movimiento cuadrúpedo 
7.3.3 Ciclo de movimiento Tripode 
7.4 Comparación y Selección de modo de locomoción 
7.5Secuencia de locomoción 
7.5.1 Secuencia de avance 
7.5.2 Secuencia de rotación 
7.5.3 Secuencia de locomoción en PV\IM 
9 
68 
69 
71 
72 
76 
77 
78 
79 
80 
85 
87 
89 
89 
90 
91 
92 
92 
96 
99 
102 
 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
CAPíTULO VIII 
DESARROLLO ELECTRÓNICO PARA LA LOCOMOCiÓN DEL ROBOT 
8_ 1 Arquitectura del Hardware 
8_2 Fuentes de energía 
8.3 Entradas analógicas 
8.4 Entradas digitales 
8.5Salidas digitales 
8.6 Envio de señales PVVM 
8.7 Rutina general 
CAPíTULO IX 
SUMARIO DE ETAPAS EN EL DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DEL ROBOT 
9_1 Desarrollo electrónico inicial y pruebas previas 
9_2 Desarrollo de la arquitectura física del robot 
9.2.1 Selección del cuerpo 
9.2.2 Selección de las extremidades 
9.2_3 Selección del malerial de l cuerpo 
9_3Selección de modos de locomoción 
9.4 Desarrollo electrónico final 
9.5Ajustes finales y resultados 
CONCLUSIONES 
RESULTADOS OBTENIDOS 
ANEXO 
BIBLIOGRAFíA 
MESOGRAFíA 
10 
107 
110 
110 
111 
115 
115 
117 
123 
124 
124 
126 
127 
128 
129 
130 
132 
133 
134 
139 
139 
Definición del problema 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COM PETENCIA 
INTRODUCCiÓN 
Ellaboralorio de Dispositivos Lógicos Programables diseñó y construyó un robot para 
competencia llamado "Robin" (figura A.l), que fue un robol del tipo androide de dos 
palas el cual fue llevado a las competencias Internacionales "ROBOTHON 2009" 
organizadas por la Sociedad de Robótica de Seattle (SRS) quedando en cuarto lugar 
en la categoría de carrera de robots caminadores (Walking Robot Race) 
El largo de la pista para la competencia de robots caminadores fue de 7 pies de largo 
(2.13 metros) y el recorrido de ida y vuelta lo efectuó en 88.32 segundos. mientras 
que el participante que ganó la competencia realizó el recorrido en 27.44 segundos. 
De regreso en Mé)(ico, en el laboratorio de Dispositivos Lógicos Programables en 
e.u. se realizó un análisis para mejorar el desempeño del androide , llegando a la 
conclusión de que el robot requería un mayor número de patas respecto al diseño 
original con el fin de mejorar la estabilidad y la velocidad de "Robin" debido a que con 
dos patas es muy complicado aumentar la velocidad sin el peligro de perder la 
estabilidad y por consecuencia caer, además se observó que los robots de mayor 
velocidad en la competencia presentaron un mayor número de patas y aun cuando 
Robin fue el robot bipedo más rápido , de continuar con ese modelo de locomoción 
será muy complicado mejorar los tiempos. Es por esta razón que se determinó 
modificar el diseño original incorporando un mayor número de patas y transformando 
significativamente la forma del ro bol. 
11 
 
Objetivo 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
Figura A.1 Robin 
Construir un robot autónomo caminante que supere en velocidad de desplazamiento y 
estabilidad al robot tipo androide "Robin" desarrollado con anterioridad por el 
laboratorio de Dispositivos Lógicos Programables y que se sometió a las 
competencias del "ROBOTHON·· organizadas por la Sociedad de Robótica de Seattle 
(SRS) en su edición 2009. Se pretende que el nuevo diseño también mejore el 
resultado que obtuvo el primer lugar en dichas competencias, marcando como meta a 
vencer el tiempo de carrera cronometrado por dicho robot (27.44 seg). 
Adicionalmente se tiene como objetivo aprovechar en la medida de lo posible parte 
del material que conforma al robot ("Robin") como base para la construcción del 
nuevo modelo, adicionándolo de mejoras obtenidas a partir de una selección de 
materiales, formas y características que nos permitan conformar un diseño superior. 
Originalmente se pretendía participar en la edición 2010 de las competencias 
internacionales "ROBOTHON". Sin embargo, dado que se canceló la categoría en 
dicha edición, el objetivo final de participar y obtener un buen resultado se extiende 
ahora a su edición 2011. 
12 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓNDE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
CAPíTULO I 
GENERALIDADES SOBRE ROBOTS 
13 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COM PETENCIA 
1. GENERALIDADES SOBRE ROBOTS. 
En este capítulo se dan algunas definiciones que se utilizan a través de lodo el 
trabajo, así como una pequeña reseña histórica de la evolución de la Robótica 
1.1 Robótica 
Es la ciencia encargada del estudio, diseño , fabricación y utilización de máquinas 
programables que sean capaces de realizar tareas de los seres humanos. 
1.2 Robot 
La necesidad cada vez mayor de aumentar la productividad y conseguir productos 
acabados de una calidad uniforme lleva a la industria a girar cada vez más hacia una 
automatización basada en computadoras. La inflexibilidad y generalmente el alto 
coslo de estas máqUinas, llevó a un interés creciente en el uso de robots capaces de 
efectuar una variedad de funciones de fabricación en un entorno de trabajo más 
flexible y a un menor costo de producción. 
El término robot procede de la palabra checa "robota", que significa 'trabajo 
obligatorio', fue empleado por primera vez en la obra teatral R.U.R (Robots 
Universales de Rossum), estrenada en Enero de 1921 en Praga por el novelista y 
dramaturgo checo Karel Capek para referirse en sus obras a máquinas con forma 
humanoide. Deriva de "robotnik" que define al esclavo del trabajo. 
1.3 Breve historia y evolución de los robots 
Al igual que otras ciencias, la Robótica nació Uena de promesas y en pocos años se 
desarroUó rápida e intensamente alcanzando metas que en aqueUos tiempos 
correspondían a la ciencia ficción. Las ciencias que tuvieron grandes aportaciones 
como la Informática en continuo adelanto e Inteligencia Artificial en sus metodologias, 
\4 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COM PETENCIA 
permitían prever la disponibilidad en pocos años, de robots dotados de una gran 
fle)(ibilidad y capacidad de adaptación al entorno . 
En 1995 funcionaban unos 700,000 robots en el mundo industrializado. Más de 
500,000 se empleaban en Japón, unos 120,000 en Europa Occidental y unos 60,000 
en Estados Unidos. Muchas aplicaciones de los robots corresponden a tareas 
peligrosas o desagradables para los humanos. En los laboratorios médicos, los robots 
manejan materiales que conlleven posibles riesgos, como muestras de sangre u orina. 
En otros casos, los robots se emplean en tareas repetitivas y monótonas en las que el 
rendimiento de una persona podría disminuir con el tiempo. Los robots pueden 
realizar estas operaciones repetitivas de alta precisión durante 24 horas al día sin 
cansarse . Uno de los principales usuarios de robots en la industria del automóvil , es la 
empresa General Motors la cual utiliza aproximadamente 16,000 robots para trabajos 
como soldadura por puntos, pintura, carga de máquinas, transferencia de piezas y 
montaje . 
El montaje es una de las aplicaciones industriales de la robótica que más está 
creciendo . Exige una mayor precisión que la soldadura o la pintura y emplea sistemas 
de sensores de bajo costo y computadoras potentes y baratas. Los robots se usan por 
ejemplo en el montaje de aparatos electrónicos, para montar microchips en placas de 
circuito . 
Las actividades que entral'ian gran peligro para las personas, como la localización de 
barcos hundidos, la búsqueda de depósitos minerales submarinos o la exploración de 
volcanes activos, son especialmente apropiadas para emplear robots. Los robots 
también pueden explorar planetas distantes. La sonda espacial no tripulada Galileo , 
de la NASA, viajó a Júpiter en 1996 y realizó tareas como la detección del contenido 
químiCO de la atmósfera joviana. 
Ya se emplean robots para ayudar a los cirujanos a instalar caderas artificiales, y 
ciertos robots especializados de altísima precisión pueden ayudar en operaciones 
quirúrgicas delicadas en los ojos. La investigación en Telecirugía emplea robots 
15 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COM PETENCIA 
controlados de forma remota por cirujanos expertos; estos robots podrían algún día 
efectuar operaciones en campos de batalla distantes. 
Todo este avance se ha producido en unos 30 años. Hasta la mitad de los años 70's 
no comienza a ser la robótica lo que puede considerarse como el in icio de una 
industria. Entre 1975 y 1977 se estima que las ventas de Unimation (prácticamente la 
única empresa existente) se multiplicaron por 2.5. A partir de ahí, seis empresas más, 
bastante significativas (Cincinalti Milacron, Asea , etc.), deciden entrar en el mercado 
de la robótica , comenzando también la industria del automóvil a realizar pedidos 
importantes. Hasta el año 1979 las venias van pasando desde 15 millones de dólares 
en 1976 a 25 en 1977, 30 en 1978 y 45 millones de dólares en 1979, es decir, 
triplicándose en tres años; otras industrias, diferentes a las del automóvil, comienzan 
a descubrir la robótica , aunque lentamente , produciéndose una espectacular 
expansión. 
A mediados de los 80, la industria de la Robótica experimentó un rápido crecimiento 
debido principalmente a grandes inversiones de las empresas del automóvil. Esta 
rápida intención de transición hacia la industria del futuro tuvo falales consecuencias 
en la viabil idad económica de muchas empresas, provocando una crisis del sector de 
la que la industria de la robótica no se ha recuperado hasta hace pocos años. 
Mirando at futuro 
Las máquinas automatizadas ayudarán cada vez más a los humanos en la fabricación 
de nuevos productos, el mantenimiento de las infraestructuras y el cuidado de 
hogares y empresas. Los robots podrán fabricar nuevas autopistas, construir 
estructuras de acero para ed ific ios, limpiar duetos subterráneas o cortar el césped . 
Ya existen prototipos que realizan todas esas tareas. 
Una tendencia importante es el desarrollo de sistemas microelectromecánicos, cuyo 
tamaño va desde centímetros hasta milímetros. Estos robots minúsculos pOdrían 
emplearse para avanzar por vasos sanguineos con el fin de suministrar 
\6 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
medicamentos o eliminar bloqueos arteriales. También podrían trabajar en el interior 
de grandes máquinas para diagnosticar con anticipación posibles problemas 
mecánicos. 
Puede que los cambios más espectaculares en los robots del futuro provengan de su 
capacidad de razonamiento cada vez mayor. El campo de la Inteligencia Artificial está 
pasando rápidamente de los laboratorios universitarios a la aplicación práctica en la 
industria, y se están desarrollando máquinas capaces de realizar tareas cognitivas 
como la planeación estratégica o el aprendizaje por experiencia. El diagnóstico de 
fallos en aviones o satélites, el mando en un campo de batalla o el control de grandes 
fábricas correrán cada vez más a cargo de computadores inteligentes. 
Por su arquitectura los robots pueden clasificarse en: 
Androides: Los androides son robots que se parecen y actúan 
como seres humanos. Los robots de hoy en día vienen en todas las 
formas y tamaños. 
Móviles: Los robots móviles están provistos de patas o ruedas que 
los capacitan para desplazarse de acuerdo su programación. Se 
emplean en determinado tipo de instalaciones industriales, sobre 
todo para el transporte de mercancías en cadenas de producción y 
almacenes. También se utilizan robots de este tipo para la 
investigación en lugares de difícil acceso o muy distantes, como es 
el caso de la exploración espacial. 
Zoomórficos: Robots caracterizados principalmente por su sistema 
de locomoción que imita a diversos seres vivos. Los androides 
también podrían considerarse robots zoomórficos. 
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Médicos: Los robots médicos son, fundamentalmente, prótesis que 
se adaptan al cuerpo y están dotados de potentes sistemas de 
mando. Con ellos se logra igualar con precisión los movimientos y 
funciones de los órganos o extremidades que suplen.Industriales: Los robots industriales son destinados a realizar de 
forma automática determinados procesos de fabricación o 
manipulación. Son en la actualidad los más frecuentes. 
Por el nivel de lenguaje de programación los robots se clasifican en: 
El software en el controlador determina la utilidad y flexibilidad del robot dentro de las 
limitantes del diseño mecánico y la capacidad de los sensores. Los robots han sido 
clasificados de acuerdo a su generación, a su nivel de inteligencia, a su nivel de 
control, y a su nivel de lenguaje de programación. Estas clasificaciones reflejan la 
potencia del software en el controlador, en particular, la sofisticada interacción de los 
sensores. La generación de un robot se determina por el orden histórico de 
desarrollos en la robótica. Cinco generaciones son normalmente asignadas a los 
robots industriales. La tercera generación es utilizada en la industria, la cuarta se 
desarrolla en los laboratorios de investigación, y la quinta generación es un gran 
sueño. 
1.- Robots Play-back, los cuales regeneran una secuencia de instrucciones grabadas, 
como un robot utilizado en recubrimiento por spray o soldadura. Estos robots 
comúnmente tienen un control de lazo abierto. 
2.- Robots controlados por sensores, estos tienen un control en lazo cerrado de 
movimientos manipulados, y hacen decisiones basados en datos obtenidos por 
sensores. 
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PARA COM PETENCIA 
3.- Robots controlados por visión , donde los robots pueden manipular un objeto al 
utilizar información desde un sistema de visión. 
4.- Robots controlados adaptables, donde los robots pueden automáticamente 
reprogramar sus acciones sobre la base de los dalos obtenidos por los sensores 
5.- Robots con inteligencia artificial , donde los robots utilizan las técnicas de 
inteligencia artificial para hacer sus propias decisiones y resolver problemas. 
Por el nivel de inteligencia los robots se clasifican en : 
La Asociación de Robots Japonesa (JIRA) ha clasificado a los robots dentro de seis 
clases sobre la base de su nivel de inteligencia: 
1.- Dispositivos de manejo manual, controlados por una persona. 
2 .- Robots de secuencia arreglada. 
3.- Robots de secuencia variable, donde un operador puede modificar la secuencia 
fácilmente. 
4.- Robots regeneradores, donde el operador humano conduce el robot a través de la 
tarea. 
5.- Robots de control numérico, donde el operador alimenta la programación del 
movimiento, hasta que se enseñe manualmente la tarea. 
6.- Robots inteligentes. los cuales pueden entender e interactuar con cambios en el 
medio ambiente. 
Los programas en el controlador del robot pueden ser agrupados de acuerdo al nivel 
de control que realizan. 
1.- Nivel de inteligencia artificial. donde el programa aceptará un comando como 
"levantar el producto" y descomponerlo dentro de una secuencia de comandos de 
bajo nivel basados en un modelo estratégiCO de las tareas. 
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2.- Nivel de modo de control, donde los movimientos del sistema son modelados, para 
lo que se incluye la interacción dinámica entre los diferentes mecanismos, trayectorias 
planeadas y los puntos de asignación seleccionados. 
3 ." Niveles de servosistemas, donde los actuadores controlan los parámetros de los 
mecanismos con el uso de una retroalimentación interna de los datos obtenidos por 
los sensores, y la ruta es modificada sobre la base de los datos que se obtienen de 
sensores externos. 
En la clasificación final se considerara el nivel del lenguaje de programación. La clave 
para una aplicación efectiva de los robots para una amplia variedad de tareas, es el 
desarrollo de lenguajes de alto nivel. Existen muchos sistemas de programación de 
robots, aunque la mayoría del software más avanzado se encuentra en los 
laboratorios de investigación . Los sistemas de programación de robots caen dentro de 
tres clases: 
1.- Sistemas guiados, en el cual el usuario conduce el robot a través de los 
movimientos a ser realizados. 
2.- Sistemas de programación de nivel-robot, en los cuales el usuario escribe un 
programa de computadora al especificar el movimiento y el sensado. 
3.- Sistemas de programación de nivel-tarea , en el cual el usuario especifica la 
operación por sus acciones sobre los objetos que el robot manipula. 
1,4 Robot móvil 
La idea de un robot móvil conlleva a su vez tres comportamientos claramente 
definidos, la capacidad de moverse , la capacidad de recabar información del medio y 
la capacidad de razonamiento para establecer su propio comportamiento. A finales del 
siglo XIX se presentan las primeras máquinas móviles pero no será hasta la segunda 
guerra mundial cuando se realicen los primeros diseños de esta naturaleza. 
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PARA COM PETENCIA 
Los robots móviles se componen de tres partes fundamentales, sistema de 
movimiento, sistema sensorial y sistema de razonamiento . 
1.5 Robot autónomo 
Un robot autónomo es aquel capaz de dirigir por si mismo su comportamiento . 
Normalmente está dotado de un módulo sensorial completo mediante el cual recibe 
información del entorno. 
La Robótica inteligente autónoma es un enorme campo de estudio multidisciplinario , 
que se apoya esencialmente sobre la Ingeniería (Mecánica, Eléctrica , Electrónica e 
Informática) y las ciencias (Física , Anatomía, Psicología , Biología , Zoología , Etologia, 
etc) se refiere a sistemas automáticos de alla complejidad que presentan una 
estructura mecánica articulada gobernada por un sistema de control electrónico y 
caracteristicas de autonomía , fiabilidad, versatilidad y movilidad. 
En esencia los "robots inteligentes autónomos· son sistemas dinámicos que consisten 
en un controlador electrónico acoplado a un cuerpo mecánico. Así estas máquinas 
necesitan de sistemas sensoriales adecuados (para percibir el entorno donde se 
desenvuelven), de una precisa estructura mecánica adaptable (a fin de disponer de 
una cierta destreza fisica de locomoción y manipulación), de complejos sistemas 
efectores (para ejecutar las tareas asignadas) y de sofisticados sistemas de control 
(para llevar a cabo acciones correctivas cuando sea necesario). 
1.6 Robot polípodo 
La locomoción de un robot caminador se caracteriza por la pluralidad de servas que 
se manejan en cada pata , de forma tal que pueden ser clasificados en: 
BípedO: Robots con dos patas, la figura 1.1 muestra un robot bípedo 
Trípode : Robots con tres patas, la figura 1.2 muestra un robot tripode 
21 
 
 
 
 
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Cuadrúpedo: Robots con cuatro patas, la figura 1.3 muestra un robot cuadrúpedo 
Hexápodo: Robots con seis patas, la figura 1.4 muestra un robot hexápodo 
Multipatas: Robots con más de seis patas, la figura 1.5 muestra un robot multipalas 
En nuestro caso , la premisa del diseño es la realización de un robot polipodo , ya que 
Robin no fue lo suficientemente rápido con sus dos pies (pies dado que es del tipo 
androide). 
Los robots entre más patas tienen ofrecen mayor estabilidad al caminar, sin embargo 
el conlrol de las patas requiere de una programación mucho más compleja . 
Un robot hexápodo es un diseño mecánico que camina sobre seis patas. Dado que 
un robot puede ser estáticamente estable desde 2 o más patas, un robot hexápoda 
tiene una gran flexibilidad en cómo se puede mover. Muchos robots 
he)(ápodos son biológicamente inspirados en la locomoción de insectos y pueden ser 
utilizados para pro bar teorias biológicas, control motor, y Neurobiología. 
22 
 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
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Diferentes tipos de robots polípodos: 
Fig u ra 1 .~2'FR¡;O:¡:b::;O:¡t ¡;¡:::: 
Figura 1.3 Robot cuadrúpedo Figura 1.4 Robot Hexápodo 
i1 . i .. 1Ii;¡¡ • 
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~ ~ ... ' '~\ Q~" f :E'~:I · r· , ' ..... :., " ..... _ 
"" . " _ . • "",4: . ~ , _ t 
" . .. -,... . - .. - -{J.' a~ ...... ~ 
~- -
Figura 1.5 Robot multipatas 
23 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
24 
CAPíTULO 11 
MARCO TEÓRICO 
2. MARCO TEÓRICO. 
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PARA COMPETENCIA 
En este capítulo se da una reseña acerca de la teoría que se ocupó en todas las 
partes del robot 
2.1 Microcontroladores 
En la actualidad la elaboración de robots se ha convertido en una tarea accesible 
debido a la aparición de los microcontroladores. Un microcontrolador es un circuito 
integrado o chip que incluye en su interior las tres unidades funcionales de una 
computadora: CPU, Memoria y Unidades de E/S. La figura 2.1 muestra la estructura 
general de un microcontrolador observándose que todas las partes de la computadora 
están contenidas en su interior y únicamente presenta al exterior las líneas que 
gobiernan los periféricos. 
MtcROCONTItOMDot!. 
PE~lfERltOS 
Figura 2.1 Representación gráfica de un Microcontrolador 
En los microcontroladores, existen dos tipos de memoria bien definidas: memoria de 
datos (típicamente algún tipo de SRA M) y memoria de programas (ROM, PROM, 
EEPROM, FLASH u de otro tipo no volátil),el acceso a cada tipo de memoria depende 
de las instrucciones del procesador. 
25 
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PARA COMPETENCIA 
2.1.1 Arquitectu ra interna del Microcontrolador 
A continuación se describen los elementos más importantes de un microcontrolador: 
Procesador 
Es el elemento más importante del microcontrolador y determina sus principales 
características, lanlo a nivel hardware como software. Se encarga de direccionar la 
memoria de instrucciones, recibir el código OP de la instrucción, asi como la 
búsqueda de los operandos asi como el almacenamiento de resultados. 
Memoria 
En los microcontroladores la memoria de instrucciones y datos está integrada en el 
propio chip. Una parte debe ser no volátil, tipo ROM Y se destina a contener el 
programa de instrucciones que gobierna la aplicación. Otra parte de memoria será 
tipo RAM, volátil y se destina a guardar las variables y los datos 
Puertos de entradafsalida 
Los puertos de entrada y salida (E/S) permiten comunicar al procesador con el mundo 
exterior, a través de interfaces, o con otros dispositivos. Estos puertos son la principal 
utilidad de las terminales de un microprocesador. 
Reloj princ ipal. 
Todos los microcontroladores disponen de un circuito oscilador que genera una onda 
cuadrada de alta frecuencia que configura los impulsos de reloj usados en la 
sincronización de todas las operaciones del sistema. Esta señal del reloj es el motor 
del sistema y la que hace que el programa y los contadores avancen . En ocasiones se 
26 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COM PETENCIA 
utiliza un oscilador externo para aplicaciones que requieren precisión en la 
sincronización. 
Recursos especiales 
Cada fabricante oferta numerosas versiones de una arquitectura básica de 
microcontrolador. En algunas amplía las capacidades de las memorias, en otras 
incorpora nuevos recursos. en otras reduce las prestaciones al mínimo para 
aplicaciones muy simples, etc. la labor del diseñador es encontrar el modelo mín imo 
que satisfaga todos los requerimientos de su aplicación. 
De esta forma minimizará el costo , el hardware y el software. Los principales recursos 
específicos que incorporan los microcontroladores son: 
}> Temporizadores o Timers. Se emplean para controlar períodos de tiempo 
(temporizadores) y para llevar la cuenta de acontecimientos que suceden en el 
exterior (contadores) 
» Protección ante fallo de alimentación o Brownout Se trata de un circuito que 
reinicia al microcontrolador cuando el voltaje de alimentación (VDD) es inferior 
a un voltaje mínimo (brownout). Esto es muy útil para evitar datos erróneos por 
transiciones y ruidos en la línea de alimentación. 
}> Estado de reposo o bajo consumo (sleep model o Son abundantes las 
situaciones reales de trabajo en que el microcontrolador debe esperar, sin 
hacer nada hasta que se produzca algún acontecim iento externo que lo ponga 
de nuevo en funcionamiento. Para ahorrar energía (factor clave en los aparatos 
portátiles), los microcontroladores disponen de una instrucción especial 
(SLEEP en los Pic's), que los pasa al estado de reposo o de bajo consumo , en 
el cual los requerimientos de potencia son mínimos. 
27 
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PARA COM PETENCIA 
> Conversor AJO (analógico/digital). Un conversor (o convertidor) anatógico-
digital (CAD), (o también ADC del inglés "Analog-to-Digital Converter") es un 
dispositivo electrónico capaz de convertir una entrada analógica de voltaje en 
un valor binario . Existen diferentes tipos y de diferentes características: 
o De aproximaciones sucesivas: Es el más comúnmente utilizado, apio 
para aplicaciones que no necesitan grandes resoluciones ni velocidades. 
Debido a su bajo coste se suele integrar en la mayoría de 
microcontroladores permitiendo una solución de bajo coste en un único 
chip para numerosas aplicaciones de controlo instrumentación . 
o Flash: este conversor destaca por su elevada velocidad de 
funcionamiento . Está formado por una cadena de divisores de tensión y 
comparadores, realizando la conversión de manera inmediata en una 
única operación. Su principal desventaja es el elevado costo. 
o Sigma-delta: TIenen una velocidad de conversión baja pero a cambio 
poseen una relación señal a ruido muy elevada. 
o otros tipos de conversores igualmente utilizados son: rampa , doble-
rampa, etc. 
El modulo de Conversión AtD es un elemento de gran utilidad y muy 
frecuentemente utilizado en aplicaciones tanto de robótica como de 
instrumentación. 
> Conversor D/A (digitaUanalógico). Un conversor digital-analógico o DAC (digital 
to analogue converter) es un dispositivo para convertir datos digitales en 
señales de corriente o de tensión analógica. La mayoria de los DAC utilizan 
alguna forma de red reostálica. Los datos digitales se aplican a los reóstatos en 
grupos de bits. Las resistencias varían en proporciones definidas y el flujo 
de corriente de cada uno está directamente relacionado con el valor binario del 
bit recibido. 
28 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
> Comparador analógico . Algunos modelos de microcontroladores disponen 
internamente de un amplificador operacional que actúa como comparador entre 
una señal fija de referencia y otra variable que se aplica por una de las 
terminales. La salida del comparador proporciona un nivel lógico 1 6 O según 
una señal sea mayor o menor que la otra . 
> Modulador de anchura de pulso o PVv'M (Pulse Wdth Modulation) . So n circuitos 
que proporcionan en su salida impulsos de anchura variable, que se ofrecen al 
eKlerior a través de las terminales. 
» Puertos de entrada/salida digitales. Todos los microcontroladores destinan 
parte de sus terminales a lineas de entrada y salida digitales. Por lo general 
estas líneas se agrupan de ocho en ocho formando puertos. Las líneas 
digitales de los puertos pueden configurarse como entrada o como salida 
cargando un 1 ó un O en el bit correspondiente de un registro destinado a su 
configuración _ 
2.2.3 Arquitectura básica del microcontrolador 
Al estar todos los elementos de un microcontrolador integrados en un chip, su 
estructura fundamental y sus características básicas son muy parecidas. Todos deben 
disponer de los bloques esenciales Procesador, memoria de datos y de instrucciones, 
líneas de ElS , oscilador de reloj y módulos controladores de periféricos la figura 2_2 
muestra el funcionamiento básico de un microcontrolador. Sin embargo , cada 
fabricante intenta enfatizar los recursos más idóneos para las aplicaciones a las que 
se destinan preferentemente 
29 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
_DI 
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Figura 2.2 Funcionamiento básico de un microcontrolador 
2.3 Microcontrolador Pie 
Los Pie son una familia de microcontroladores tipo RISC (Reduced Instruction Set 
Computer), fabricados por Microchip Technology Inc. y derivados del PIC1650, 
originalmente desarrollado por la división de microelectrónica de General Instrument. 
El nombre actual no es un acrónimo. En realidad, el nombre completo es PICmicro, 
aunque generalmente se utiliza como Peripheral Interface Controller (controlador 
de interfaz periférico). 
2.3.1 Microcontrolador Pie 18F4550 
Para éste proyecto de tesis se ocupará el Pie 18F4550. La razón de su uso es debido 
a que es un microprocesador que cumple con las necesidades requeridas para el 
proyecto (se describirán en el transcurso del presente trabajo), que es de fácil acceso 
y que cuenta con un bajo costo comparado con los componentes similares que 
existen en el mercado. Este circuito es ampliamente utilizado como un 
microcontrol ador "estandar" debido a sus innumerabl es características y potencia, 
tiene incluido una memoria Flash USB y control de flujo de datos. Soporta USB low 
speed (1.5Mb/s) y fu ll speed (12Mb/s) y USB V2.0, el cual es un atractivo 
complemento el poder incorporar por si mismo una interfaz USB. Adicionalmente uno 
30 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
de los motivos de selección es la capacidad de ser programado mediante lenguaje e 
en compiladores especiales, lo que le hace en general un dispositivo muy atractivo 
tanto por sus posibilidades como su fácil programación. 
Característ icas generales: 
El Pie 18F4550, pertecene él los microcontroladores PICI8 de gama alta . Posee una 
arquitectura RISC (reduced instruction sel compuler) de 16 bits longitud de 
instrucciones y 8 bits de datos. La labia 2_1 muestra en resumen las caraclerísitcas 
fundamentales de este microcontrolador-
CARACTERISTICAS PIC18F4550 
M:lxlmo mlmero de in !Otrucc lones s imples : ,.,... 
Memoria SRAM: 2048 tJ,ttes 
Memoria EEPROM: 256 bytes 
Soporta SPI: Si 
Soporta master 12C : Si 
Número de EAUSART: , 
Numero de temporizadores de 8 bits: , 
Número de temporizadores de 16 bits: 3 
Frecuencia de Opernción Hasta 48MHz 
Interrupciones 20 
Lineas de E/S 35 
Módulos de Comparac ión/CapturalPWM (CCP) , 
Módulos do Comparación/CapturalPWM mejorado , 
(ECCP) 
Canal USB , 
Puerto Paralelo de Trnnsmisión de Datos (SPP) , 
Canales de Conversión AJO de 10 bits 13 Canales 
Comparadores analóg icos 2 
Juego de Instrucciones 75 (83 ext .) 
Encapsulados PDIP40 pines QFN 40 pines TQFP 
40pines 
Tabla 2.1 Ca racterísticas del PIC 18F4550 
31 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
Como se puede ooservar en las características destaca su gran versatilidad, coo lo 
que podemos implemootar muchas aplicaciones coo tan sü o tener una buena 
distribución de sus entradas y salidas Er la figura 2.2 se muestra la distribución de 
los pines del PIC 18F4550 
Figura 2.2 Puertos del Pie 18F4550 
2.3.2 Puertos digitales de Entrada y Salida 
El PIC18F4550 dispone 5 puertos de E/S que incluyoo un total de 35 líneas digitales 
de E/S, en la tabla 2.2 se muestra la clasificación de los cinco puertos 
32 
PUERTO 
PORTA 
PORTB 
PORTe 
PORTO 
PORTE 
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PARA COMPETENCIA 
LINEAS DE ENTRADA/SALIDA 
7 LINEAS DE ENTRADA/SALIDA 
8 LINEAS DE ENTRADA/SALIDA 
6 LINEAS DE ENTRADA/SALlDA+ 2 LIN EAS DE ENTRADA 
8 LIN EAS DE ENTRADA/SALIDA 
3 LINEAS DE ENTRADA/SALIDA -+- 1 LINEAS DE ENTRADA 
Tabla 2.2 Clasificación de los puertos del Pie 18F4550 
Todas las lineas digitales de E/S disponen de al menos una función alternativa 
asociada a algún circuito especifico del micro. Cuando una línea trabaja en el modo 
alternati .... o no puede ser utilizada como linea digital de E/S estándar. 
Registros de un puerto de E/S. 
Cada puerto de E/S tiene asociado 3 registros: 
~ Registro TRIS: mediante este registro se configuran cada una de las líneas de 
E/S del puerto como ENTRADA (bit correspondiente a '1') o como SALIDA (bit 
correspondiente a 'O'). 
}> Registro PORT: mediante este registro se puede leer el nivel de pin de E/S '1 se 
puede establecer el valor dellatch de salida . 
}> Registro LAT: mediante este registro se puede leer o establecer el valor del 
latch de salida. 
PU ERTO A: 
Dispone de 7 lineas de E!S. Las funciones alternativas son : 
• RAO: entrada analógica (ANO)! entrada de comparación (ClIN-) 
• RA1 : entrada analógica (AN1)! entrada de comparación (C2IN-) 
• RA2: entrada analógica (AN2)! entrada de comparación (C2IN+) 
33 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
• RA3: entrada analógica (AN3)! entrada de comparación (ClIN+) 
• RA4: entrada de reloj del Temporizador O (TOCKI)fsalida de comparación 
(Cl0UT) 
• RAS: entrada analógica (AN4)/ salida de comparación (C20UT)/HLVDIN 
entrada de detección de tensión alta/baja 
• RA6: entrada del oscilador principal (OSC2)fsalida de señal de reloj (CLKO) 
PUERTO B: 
Dispone de 8 lineas de E/S. Las funciones alternativas son : 
• RBO: entrada analógica (ANI2)/ interrupción externa O (INTO)fentrada de fallo 
del ECCP (FL TOl/entrada de datos del SPI (SDI)/Iínea de datos del pe (SDA) 
• RS! : entrada analógica (AN10)! interrupción externa 1 (INTI)/linea de reloj del 
SPI (SDI)lIinea de reloj del pe (SDA) 
• RB2: entrada analógica (ANa)! interrupción externa 2 (INT2)/salida de datos del 
USB (VCMO) 
• RB3: entrada analógica (AN9)/linea de E/S del CCP2 (CCP2)/salida de datos 
del USB (VPO) 
• RB4: entrada analógica (AN11)! interrupción por cambio en pin (KBIO)/ salida 
de CS del SSP (CSSP) 
• R B5: interrupción por cambio en pin (KBI1 )/ Iínea de programación (PGM) 
• RB6 : interrupción por cambio en pin (KBI2)/línea de programación (PGC) 
• RB7 interrupción por cambio en pin (KBI3)! línea de programación (PGD) 
Resistencias de pull.up: 
Todas las lineas del puerto B disponen de resistencias de pull-up internas que 
pueden ser activadas poniendo el bit RBPU del registro INTCON2 a 'O' (RPBU=T 
después de un resel). Si una linea del puerto B se configura como salida la 
resistencia de pull-up correspondiente se desactiva automáticamente . 
34 
PUERTO C: 
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PARA COM PETENCIA 
Dispone de 5 líneas de E/S (ReO, RCI, Re2, Re6 y Re7) y 2 líneas de solo entrada 
(RC4 y ReS). las funciones alternativas son: 
• ReO: salida del oscilador del Temp. 1 (TI OSO)! entrada de contador de los 
lempo 1 y 3 (TI3CKI) 
• Re1 : entrada del oscilador del lempo 1 (TIOSI)l linea de E/S del CCP2 
(CCP2)fsalida DE del transceiver del USB (UOE) 
• Rez: línea de E/S del CCPl (CCP1)1 salida PVVM del ECCPl (PíA) 
• RC4: línea menos del bus USB (D-) I línea de entrada del USB (VM) 
• ReS: línea mas del bus USB (0-) ¡ línea de entrada del USB (VP) 
• Re6: salida de transmisión del EUSART (TX)/ linea de relOj del EUSART (CK) 
• Re7: entrada de recepción del EUSART (RX)f línea de datos síncrona del 
EUSART (Dnf salida de datos del SPt (8DO) 
En un rese! todas las líneas del puerto C quedan configuradas como entradas 
digitales. 
PUERTO O: 
Oispone de 8 lineas de E/S. Las funciones alternativas son: 
• ROO : línea de datos del SPP (SPPO) 
• ROl· linea de datos del SPP(SPP1) 
• R02: línea de datos del SPP (SPP2) 
• R03: línea de datos del SPP (SPP3) 
• R04: linea de datos del SPP (SPP4) 
• ROS: línea de datos del SPP (SPP5) / salida PVVM del ECCP1 (Pl B) 
• R06: línea de datos del SPP (SPP6) / salida PVVM del ECCP1 (Pl C) 
• R07: línea de datos del SPP (SPP7) / salida P'vVM del ECCPl (P10) 
35 
Resistencias de pull.up: 
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PARA COM PETENCIA 
Todas las lineas del puerto O disponen de resistencias de pull-up internas que 
pueden ser activadas poniendo el bit RDPU del registro PORTE a T (RPDU='O' 
después de un resel). Si unalinea del puerto D se configura como salida la 
resistencia de pull-up correspondiente se desactiva automaticamente. 
PUERTO E: 
Dispone de 3 líneas de E/S (REO, REí Y RE2) Y 1 línea de solo entrada (RE3). Las 
funciones alternativas son : 
• REO: entrada analógica (AN5)( salida de reloj 1 del SPP (CKl SPP) 
• REI : entrada analógica (AN6)! salida de reloj 2 del SPP (CK2SPP) 
• RE2: entrada analógica (AN7)1 salida de habilitación del SPP (OESPP) 
• RE3: Línea de rese! externo (MCLR) I linea de programación (VPP) 
En un rese! todas las líneas RE2 .. REO se configuran como entradas analógicas_ Para 
poder utilizarlas como líneas digitales de E/S hay que desactivar la función analógica 
La linea RE3 por defecto tiene la función de Reset del PIC . Si se desea desactivar la 
función de Reset y utilizar RE3 como línea de entrada digrtal hay que poner a 'O' el bit 
MCLRE del registro de configuració n CON FIG3H_ 
2.3.3 Interrupciones del sistema 
El PIC tiene fuentes de interrupción múltiples, asi como prioridad de interrupción, esto 
quiere decir que a dichas fuentes de interrupción se les asigna un nivel de prioridad ya 
sea alto o bajo , los cuales se encuentran en el vector de interrupción 00OO8h para el 
nivel alto y en el vector de interrupción 00OO18h para el nivel bajo. 
A grandes rasgos las tareas prioritarias de la interrupción a nivel alto eliminarán 
cualquier interrupción de prioridad baja que pueda estar en curso_ Cuenta con 
diversas fuentes de interrupción asociadas a la ocurrencia de algunos eventos como: 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COM PETENCIA 
> Interrupciones externas en las terminales RBOflNTO, RB1 /INT1 , RB2/ INT2 
> El overflow en el temporizador del chip 
> Cualquier cambio de nivel en las terminales RB4-RB7 
> Cuando se ha completado la escritura de un dato en la EEPROM 
2.3.4 Módulo CCP (PWM/capturaJcomparación) 
Este tipo de Pie cuenta con 2 módulos cep, cada módulo CCP liene un registro de 
16 bits que se puede utitizar de 3 formas distintas: 
1. Como reg istro de 16 bits para captura de tiempo al producirse un evento. 
2. Como registro de 16 bits para compararlo con el valor de cuenta del 
temporizador TRM1 , pudiendo provocar un evento cuando se alcanza el valor 
contenido en este registro. 
3. Como registro de 10 bits del ciclo de trabajo de una señal P\foJM generada por 
el Microcontrolador. 
Los dos módulos CCP disponibles se comportan casi idénticamente , salvo el caso del 
funcionamiento por disparo de evento especial (special event trigger) que tiene una 
pequeña diferencia si se trata del módulo CCPl ó del módulo CCP2. Tras un reset , el 
módulo CCP está apagado (al forzar los bits de configuración al valor O). 
2.3.5 Timers 
Un temporizador en general, es un dispositivo que marca o indica el transcurso de un 
t iempo determinado. Este PIC tiene cuatro módulos temporizadores denominados 
TIMERO, TI MER1 , TI MER2, TIMER3. Los módulos temporizadores en los 
microcontroladores PIC se emplean para contabilizar intervalos de tiempo o para 
contar flancos que aparecen en terminales externas de l micro. Cuando trabajan como 
temporizadores, utilizan como patrón de cuenta un reloj que se genera a partir del 
oscilador del Microcontrolador. Cada módulo puede generar una interrupción para 
indicar que algún evento ha ocurrido (que se ha sobrepasado el valor máximo de 
cuenta de un temporizador · overflow" o que se alcanza un valor dado). 
37 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COM PETENCIA 
2.3.6 Módulo convertidor ana lógico/digital. 
l as principales características de este modulo son: 
» El Pie cuenta con 13 canales de conversión. 
» Permite una conversión de una entrada analógica a su correspondiente valor 
digital de 10 bits. 
» Puede usar tensiones de referencia VREF+ y VREF~ seleccionables por 
software como pueden ser VDO y VSS 6 las tensiones apl icadas en las 
terminales RA3/RA2. 
)lo También puede seguir funcionando cuando el Pie está en modo sleep ya que 
dispone de un oscilador Re interno propio. 
Para el proceso de conversión , la salida del muestreo y relención es la entrada al 
convertidor. El cual genera el resultado a través de aproximaciones sucesivas. 
Los pasos para lograr la conversión se describen a continuación: 
1. Configurar el modulo AJD 
a. Configurar las entradas que serán analógicas, y el tipo de referencia de 
voltaje por medio del registro (ADCON1) 
b. Seleccionar el canal AO de entrada (AOCO NO) 
c. Seleccionar el tiempo de adquisición (AOCON2) 
d. Seleccionar el reloj de conversión (AOCON2) 
e. Inicializar el modulo AJO (AOCONO) 
2. Configurar la interrupciones del AJO (en caso necesario) 
a. limpiar el bit AOIF 
b. Poner en alto el bit AOIE 
c. Poner en alto el bit GIE 
3. Esperar el tiempo requerido de adquisición 
4. Iniciar la conversión 
5. Esperar el tiempo requerido para terminar por completo la conversión 
6. Leer el resultado en los registros (AORESH, AORESL) 
7. Para la siguiente conversión repetir desde los pasos 1 O 2 
38 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
La figura 2.3 presenta el diagrama de bloques del Pie 18F4550. 
I rTa--l'~ _~ 
RAlIANl 
RA2lANmAE , '¡CVP. E' 
RA3lANl'VRE,. 
RMlTOCK-.-!'C'OUTIHCV 
RA5/AJII.VSSMlVDNC:2OUT 
OSC2/CLKOIRAS 
I rTnl-[~ fm:ANl2'INTOIFL~ 
RBlIAN1 0ilNT11SO<1SCL 
RB2/ANS.'INT2NMO 
R83IAN~CCP~)IVPO 
RB4IAN11IK8W 
RB5.KBI1 / PGM 
AB6n<BI2IPGC 
I LLut-of:' RB7n<BI3IPGD 
RCOIT10SO'T13C!() 
RClrrlosvccJ>2l')!'I:R5r 
AC2J1::CPl 
AOI.u.NM 
ACr.n.NP 
AC6lTXlO< 
RC7.rouDT/SDO 
Note 1: RE3", multipIoxoo";l!l ~ 3",11. oo/y 0",,1_ whenlh<1 ~R_s aro disabiod 
2: OSClI<l..KI aro:l OSC2ICLKO "'. oo'Y avawablo In sGloct osctMa\O( modo. and MIiln l00si! pIos .,~ 001 00Ing usod as <lV1aI1,o. Ae!<lr 
10 SecUon 2.0 "Osclllalor Conllguratlons" \O( ad<Wortal lnlormatlon 
3: RB3 "' tOO a~.mal. pln \O( CCP2 m~xlng. 
Figura 2.3 Diagrama de bloques del Pie 18F450. 
39 
2.4. Servomotores 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
Un servomc(cr (télllbién Ilamaoo Servo) es un dispositivo qJ e tiene la céVaddad 00 
uu carse en cu aqJ ier posid Ó"l oontro de su rm go de operad Ó"l y mantenerse estoole 
en dicha posición Está coo formaoo pcr un mc(cr . una c~ a reductcra y un drcuito 00 
cootrol. Los servos se uti izm frecuentemente 00 sistemas de rad o control y 00 
RotDtica. pero su uso no está limitooo a estos 
Es posi lj e medifica un servcmotor pa a ootener un mc(cr 00 corriente cootinua qJ e. 
si u oo ya no tiooe la capacidad 00 contrd del servo. conserva la fuerza. veloddad y 
b~ a inercia qJ e caracterizE a estos dispositivos 
Un servo ncr rnal o Standard tiooe 3kg pcr cm . de tcrqJ e qJ e es bastmte fuerte pa a 
su télllaño por lo cu a tiooe suficiente potencia para peqJ ef'ias ca gas mecoo icas. Un 
Se!YO, pcr consi gJ ioote , no consume mucha ooergía, la ccrriente que requiere 
depoode d~ télllaño 001 servo Normalmente ~ fa lxicm te in d ca cual es la cornoo te 
que coo sume 
Lafigura 2.4 muestra una Estructura tí ¡::i ca 00 un servolTDtor 
M:b de CD 
-~ ---------------~ bjet> ccdcW:ta 
i Ctbetti m n I , , 
Tcnh 1 1 
Figura 2.4 Estructura típica de un servomotor 
40 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
2.4.1.1 Funcionamiento de un servomotor 
Un servo es un motor de corriente continua dotado de su propia electrónica . nene su 
propia etapa de potencia, por lo que no es necesario conectarlo a una etapa de 
potencia como un driver l298. Sin embargo necesita recibir un tren de pulsos. 
En un servomotor el tren de pulsos no rige la velocidad del servo, sino su posición. 
Según el ancho del pulso, girará entre O y 180 grados, aunque depende del servo en 
cuestión. La figura 2.5 muestra el pulso y ángulo de un servomotor. 
Duración del pulso Ángulo de giro 
, 
n IL 
1ms O grados 
1: ' I 
1.5ms 90 grados rm,~ 
""",6" ", 
2ms 180 grados 
Figura 2.5 Pulso y ángulo de un servomotor 
El servomotor posee tres líneas entrada salida: 
1.-Referencia de tensión , masa o tierra (que suele ser de color negro). 
2.- Alimentación , generalmente de 5V (color rojo o naranja). 
o ' 
"" 
,R 
3.- Datos, (generalmente cable de color blanco o amarillo) por el cual se envía el tren 
de pulsos. 
El periodo total del pulso (tiempo entre el inicio de un pulso y el siguiente) es válido si 
se encuentra entre los 10ms y los 30 ms, por lo que dependiendo del reloj del Pie 
~izá se pueda (o no) enviar el PWM directamente del microcontrolador. La figura 2.6 
muestra un servomotor. 
41 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
Figura 2.6 Servomotor 
Cabe resaltar que el servomotor es un sistema realimentado: es decir, conoce su 
posición y la que debe ocupar, para tratar de reducir el error entre ellas. Si el servo 
recibe un tren de pulsos, permanecerá en el ángulo que le corresponde suministrando 
la fuerza a ocupar. Si una fuerza externa afecta al servo, éste la contrarresta para 
permanecer en esa posición. Para ello, necesita consumir más potencia y aumenta el 
consumo de energía. 
2.4.1.2 Teoría PWM 
Es una técnica de modulación en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal 
periódica con el objeto de variar la velocidad de un motor. El ciclo de trabajo de una 
señal periódica es el ancho relativo de su parte positiva en relación al periodo. Cuanto 
más tiempo pase la señal en estado alto, será mayor la velocidad del motor. Este tren 
de pulsos, en realidad hace que el motor marche alimentado por la tensión máxima de 
la señal durante el tiempo en que esta se encuentra en estado alto y que pare en los 
tiempos en que la señal está en estado bajo. 
2.4.1.3 Ciclo de trabajo 
Recibe este nombre la relación de tiempos entre el estado alto y bajo de la señal 
utilizada. Se expresa como un porcentaje entre el periodo y el ancho del pulso. 
42 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
I 
Cuando el ciclo de trabajo es cercano al 100% el motor gr ará a una ve locidad 
ce rcana a la máxima. Si el ci clo de trabajo se aproxima al 0%, el motor girará mu )' 
despacio, ya que la tensión promedio será cae; cero La figura 2.7 muestra el ciclo de 
traba" para distintas velocidades 
ve loc idad 50Qlo 
u ve loc idad 750/0 
"---~~n,---~ ve loc idad 
Figura 2.7 Ciclo de trabajo 
2A2 Sistemas mecánicos 
Un mecanismo es un conjunto de elementos generalmente rígidos, cuyo propóe;to es 
transmitir ó convertir el movirri ento, algunos ejemplos pueden ir desde un simple 
sacapuntas de manr,.ela, lámpara ajustable de escritorio )' una so rro rilla. Por otro lado 
una máquina se puede deh:1 ir como un sistema de elementos dispuestos para 
transmitir movimiento y energía en un momento predeterminado, algun os ejem plos 
pueden ser una batidora o mezcladora de alimentos, la puerta de la bóveda de un 
banco, el engranaje de la transmisión de un auto rro vil o de un robot 
2.5 Sens ores y transductores 
Sensor: Dispositr,.o que detecta variaciones en una magnitud física y las con vierte en 
señal útil para un sistema de medida o control 
Transductor: Dispositr,.o que convierte una magnitud física en otra distinta, por 
ejemplo, la conversión de temperatura en tensión 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
2.5.1 Sensor de distancia infrarrojo 
Estos sensores infrarrojos (IR) tienen un rango de actuación de 4 a 550 cm y según el 
modelo pueden dar la señal de forma analógica o bien ajustarse como disparador al 
llegar a la distancia menor dentro de su rango. Estos sensores utilizan la trigonometría 
y una matriz para calcular la distancia y/o presencia de objetos en su "campo de 
visión". La figura 2.8 muestra un par de este tipo de sensores. 
Figura 2.8 Sensores Infrarrojos 
Funcionamiento: un pulso de luz infrarroja se emite por el diodo emisor. La luz viaja 
por el "campo de visión" donde puede chocar con un objeto o simplemente continuar. 
En caso de no haber objeto, la luz nunca sería reflejada mostrando que no hay objeto. 
Si la luz es reflejada por un objeto, retorna al detector y crea un triángulo entre el 
punto de reflexión, el emisor y el detector. Los ángulos en este triángulo varían 
basándose en la distancia al objeto. Si el objeto está lejos, el ángulo es mayor que si 
el objeto está más cerca. La parte receptora de estos sensores son unas lentes de 
precisión que distribuyen la luz reflejada sobre la superficie de la matriz lineal de una 
manera proporcional al ángulo del triángulo descrito anteriormente. 
La matriz puede entonces determinar en qué ángulo la luz ha sido reflejada y por 
tanto, puede calcular la distancia al objeto. Este método de medida es casi inmune a 
44 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
la inte rferencia de luz ambienta l y ofrece una asormmsa ind rterencia al color del 
objeto que es detectado. Con estos sensores es posible detectar una pared negra a 
plena luz del sol. La figlJra 2.9 rruestra el triángulo que se fo rma 
Figura 2.9 Ángulo qlJe se form a debido al punto de reflexión 
Comparativa de Sensores: La gráfica de la figura 2. 10 muestra las distintas 
variantes de alguno s sensores. Se pueden ver los sensores que tiene cap aci dad para 
devolver una variación de distancia (sensores analógicos). y los que devuelven un 
valor dig ital para la detección a una distancia fija (sensores digita les). 
 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
<ICIII'(km 2O<m 30cm 00cm 80cm 100cm 
I I I I I 
GP2D12 -'-'--=====::1 sensor . analógico 
sensor 
GP2D120 ... ----- analógico 
GP2YOA02 
GP2Y0A700 •• ________ •••• 
sensor 
analógico 
_
.:==:::~ sensor analógico 
GP2D15 • 
sensor 
digital 
GP2YOD02 • 
---
sensor 
digital 
..... - 1-'-" 
Figlra 2.10 Gráfica comparati va de sensores 
46 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
CAPíTULO 111 
Características y 
Especificaciones de 
Competencia del Robot Caminante 
47 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COM PETENCIA 
3. CARACTERíSTICAS Y ESPECIFICACIONES DE COMPETENCIA 
DEL ROBOT CAMINANTE. 
En este capitulo se analizan las reglas '1 medidas con las que debe cumplir el robot 
caminador para poder participar en las competencias de Robothon 2011. 
3.1 Objetivo de la competencia 
Diseñar y construir un robot hexápoda que cumpla con los requerimientos de tamaño , 
y tareas requeridas para la competencia de robots caminadores, utilizando el menor 
tiempo posible en su desempeño. 
3.2 Especificaciones físic as del robot caminante. 
Las especificaciones físicas con las cuales debe contar el robot caminante son: 
}:o El numero de extremidades en contacto con la superficie es ilimitado siempre y 
cuando todas operen de forma cíclica . 
)lo Ninguna de las extremidades del robot debe tener ruedas. 
> Si algun motor de propulsión tiene un movimiento continuo en una dirección, el 
movimiento de la pata debe oscilar hacia adelante y hacia atrás en esa 
dirección. 
» El peso total del robot debe moverse solo con el apoyo de las patas. 
)o Todas las patas que están en contacto con el suelo deben ser utilizadas para la 
locomoción y el equilibrio del robot, lo que significa que por lo menos en algún 
instante de la carrera todas las extremidades deben estar fuera del contacto 
con la superficie en el ciclo de algún paso; es decir, el robot no puede deslizar 
ninguna extremidad. 
)o Si el robot se cae debe ser capaz de levantarse por sí solo. 
48 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
3.3 Especificaciones de control en el robot caminante. 
)o No se puede tener comunicación inalámbrica con el robot caminante. 
)o Están prohibidos cualquier cable conectado del robot a una computadora 
debido a que este enlace puede alterar la dirección que está teniendo el robot 
caminador. 
)o El robot caminador debe ser autónomo en su caminar y en cualquier decisión 
que tome . 
:> La longitud máxima , ancho , altura y peso del robot caminante no se 
especifican en este concurso. El único requisito es que el robot debe estar en 
sutotalidad en la pista de competencia durante su caminar. 
:> La Propulsión del robot deberá ser de naturaleza eléctrica No se permite la 
propulsión por combustión , neumática , ni cualquier airo medio de propulsión 
alterno que no sea de origen eléctrico. Toda la alimentación utilizada debe ser 
llevada a bordo del robot. 
};o Los funcionarios de carrera tienen la decisión exclusiva en la aprobación de 
un robot para participar en la competencia. A los robots, competidores o 
espectadores, que se puedan considerar como un peligro para la 
competencia , no se les permitirá participar. La decisión de un funcionario 
sobre este asunto es terminante y no esta sujeta a controversia. 
49 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
3.4 Especificaciones de la pista de competencia y tareas que debe reali za r 
Las dimensiones generales de la pista para la competencia de robots caminadores 
es de 3 pies de ancho por 7 pies de largo . No importa el material del piso con la 
condición que el material utilizado sea liso, plano con una pendiente de cero grados, 
'1 no lenga en las orillas roturas, elc. La pista debe estar dividida en Ires areas 
> Área de in icio de la competencia 
» Área de caminado 
> Área de giro 
3.4.1 Área d e inicio 
El área de inicio deberá estar pintada de color verde ("Fusion Spring Green"), y debe 
tener 3 pies de largo , al poner el robot en el área de inicio este no debe tener ninguna 
de sus partes fuera de esta. 
3.4.2 Área de caminado 
Esta área la principal de la carrera y debe tener 5 pies de largo y 36 pulgadas de 
ancho , su color debe ser blanco ("Polar Wlite"). Los robots caminadores no deben 
tocar ninguna de las orillas de esta área con alguna de sus patas, de lo contrario 
serán descalificados. 
3.4 .3 Área de giro 
En esta área todos los robots caminantes de la competencia deberán al llegar a ella 
dar la vuelta y regresar al punto de inicio, sin salirse de ella al estar girando sus patas. 
El color de esta área debe ser de color negro ("Gloss Black'). 
so 
3.4 .4 lados de la pista. 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
la pista deberá tener a cada lado una línea de 2 pulgadas de ancho de color negro o 
en su defecto la pista deberá estar de limitada por cinta de plomería marca "Black 
PRO-Pak", 
3.5 Pared 
Al finalizar el área de giro se tendrá una pared 3 pies de ancho por 18 pulgadas de 
atto pintada del mismo color blanco que el área de caminado . 
Esta pared sumin istrará información al sensor del robot respecto de cuando debe dar 
el giro . 
3.6 Medio ambiente 
El robot debe ser capaz de operar en condiciones variables de luz que puedan ocurrir 
dentro de la competencia. Incluso no deberá ser alterado su caminar debido a 
cáma ras folográficas con flash o camaras infrarrojas. 
3.7 Recorrido de práctica 
Los robots tendrán la oportunidad de dar un recorrido de práctica antes de la 
competencia. con efecto de pruebas y calibración de sus sensores, por lo que se les 
recomienda a los competidores llegar con una hora de anticipación. 
3,8 Carrera 
Cada robot debe iniciar su recorrido en la línea de iniciofmela , avanzar por si solo 
hasta el área de giro , realizar un giro de 180 grados y regresar a la linea de 
inicio/meta . El tiempo de recorrido terminará cuando el robot tenga todas sus partes 
dentro del área de iniciofmeta 
SI 
 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
3.8.1 Ajustes previos a la com petencia 
Cinco minutos antes de empezar la competencia será el último tiempo para realizar 
cualquier ajuste al robot caminante. Después de estos cinco minutos se les llamará 
para acomodar a los robots detrás de la zona de inicio/meta. Uno detrás del otro. 
En la figura 3.1 se muestra la pista requerida 
3 pies 
7pies 
Figura. 3.1 Trayecto 
52 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
CAPíTULO IV 
Diseño del Cuerpo o Base del Robot 
53 
4. DISEÑO DEL CUERPO. 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
El objetivo del proyecto es construir un robot caminante de seis patas capaz de 
realizar tareas básicas de movilidad como son: desplazamiento frontal o lateral , 
rotación de hasta 360 0 en su lugar. levanta r o bajar la altura del cuerpo entre 
otras. El cuerpo del robot servirá como una plataforma sobre el cual los 
componentes sensoriales adicionales se podrán añadir sin ningún problema , con lo 
que podrá ser programado para realizar movimientos más complejos. 
El presente informe analiza el proceso de selección realizado para nuestro proyecto 
con cada uno de los prototipos propuestos hasta la selección y determinación 
de nuestro diseño final. 
4 .1 Selección de diseño 
4.1.1 Diseños alternativos 
Con el fin de cumplir con los requisitos de diseño propuestos, el grupo desarrollo 
prototipos distintos. Cada prototipo tiene especificos puntos de fortaleza ylo defectos 
dependiendo de su aplicación, dichos puntos serán explicados a detalle a lo largo del 
presente capítUlO. 
Algunos de los factores que se tomarán en cuenta para la selección del diseño final 
son: velocidad del avance y retroceso en línea recta, velocidad de rotación, rango 
de altura que es capaz de alcanzar el cuerpo , la complejidad en la conformación , 
diseño y armado de las patas requeridas, peso y capacidad de carga entre otras. 
54 
4.1.1.1 Oisef'lo 1: 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
Estructura hexagonal con motores internos 
Como su nombre claramente lo indica, este diseno consta de un cuerpo de forma 
hexagonal en el cual montan cada una de las patas 
al centro de cada una de las aristas del polrgono, exactamente a la misma 
distancia en cada lado y sUjetas a la base del cuerpo, como se muestra en la 
Figura 4.1 
Figura.4.1 Estructura hexagonal con motores internos 
Es una configuración muy ~mpfe, en ella los servomolores pivote (motores de 
avance) se montan en estrecha colaboración con el cuerpo. Tras analizar 
experimentalmente el desempeflo de esta configuración ¡:xx:Iemos concluir que : nos 
permite girar en ángulos grandes sin chocar con las otras patas lo que proporciona 
mayores velocidades de rotación angular. Sin embargo dicho disel"lO puede ser 
optimizado en gran medida ya que los motores sujetos al cuerpo no cuentan con una 
litxe rotación de 180~ por lo que se ve limitado su desempeno_ 
55 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
Este diseño también incorpora el uso patas cortas por lo que nos da como resultado 
una capacidad de carga grande en la plataforma central pero un avance frontal 
limitado. La disposición de las patas sobre el perímetro exterior de los lados del 
hexágono tiene un gran inconveniente: limita la velocidad de avance frontal, esto 
debido a que la velocidad de avance frontal está directamente relacionada con la 
velocidad angular de rotación y el radio que se genera hasta la punta de la pata, la 
configuración necesaria para su secuencia de movimientos es muy compleja. Al 
momento de realizar el desplazamiento frontal aun cuando tiene como ventaja un 
mayor equilibrio, la velocidad frontal se ve enormemente limitada. 
En la figura 4.2 podemos observar la carcasa utilizada para armar el robot hexápodo 
con el diseño hexagonal y con la cual se realizaron las pruebas experimentales. En 
realidad se ocuparon dos carcasas de la misma forma una como base y otra como 
superficie, en el interior formado se colocaron las baterías y la electrónica 
experimental (se tratará a futuro) así como los 6 servomotores de avance de cada 
pata. 
Figura. 4.2 Carcasa o cuerpo utilizado en el diseño 1 
56 
4. 1. 1. 2 Diseño 2: 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
Estructura Circular con motores sa lientes 
El diseño Circular como puede observarse en la Figura 4. 3 consta de un cuerpo 
circular e l cual cuenta brazos salientes en 6 partes equidistantes del cuerpo en los 
cuales se montan las patas a la misma distanciaen cada lado y siendo estas sujetas 
a la base del cuerpo. Esta es conHguración es muy similar a la hexagonal, 
aprovechando de dicha configuración la ventaja de tener los servos de avance o 
pivote en estrecha colaboración con el cuerpo para un mayor soporte. Al analizar el 
desempeño experimentalmente de esta configuración podemos concluir que al igual 
que en el prototipo hexagonal, este diseño nos permite girar en ángulos grandes y 
con una gran velocidad de rotación angular. 
Figura. 4.3 Estructura Circular con motores salientes 
En este diseño se mejora la libre rotación de los servornotores de giro, 
proporcionándoles la libre rotación de hasta más de 1800 por cada lado por lo que 
se ve ampliamente mejorado su desempeño en cuanto a velocidad de rotación y 
distancia al avance_ 
57 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
Sin embargo este diseño también incorpora la disposición de las patas sobre 
el perímetro exterior de los lados de una circunferencia que no deja de semejar un 
polígono hexagonal lo que conlleva el inconveniente de la limitar la velocidad de 
avance frontal. Para este diseño se requiere también de una secuencia compleja de 
movimientos para realizar el desplazamiento frontal aun cuando tiene como mejora 
una mayor distancia por cada paso realizado debido a la ampliación de los grados de 
giro de los motores de la base. 
La forma de la carcasa utilizada para armar el prototipo de pruebas es la que se 
muestra en la figura 4.4: 
Figura. 4.4 Carcasa o cuerpo utilizado en el diseño 2 
58 
4.1. 1. 3 Diseno 3: 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
Estructura recta con motores salientes. 
En esta estructura se presenta un cambio drástico en la disposición de 105 molores. 
la caracter ística distintiva del diseno 3 es que todos motores de avance de las 
patas se montan en un eje recto de forma simétrica como se muestra en la 
Figura 4.5. 
Figura 4.5. Estructura recta con motores salientes. 
A diferencia de los disel"los anteriores, en este modelo existe una limitanle muy 
pronunciada en los motores centrales ya que existe un ángulo de chCXJue entre las 
patas, esto es, al momento de realizar el desplazamiento de avance, en cuanto e l 
motor cenlral se encuentra adelantado y alguno de los motores ya sea delantero o 
trasero se adelanta para realizar el movimiento de arrastre, existe un choque entre las 
patas por lo que el rango de giro de los motores de avance se ve muy limitado. 
Oicha limitanle afecta considerablemenle la velocidad de desplazamiento que aunque 
supera notablemente la velocidad de avance de las configuraciones anleriores, se ve 
con amplias posjbilidades de mejora al igual que la velocidad de giro. En esta 
59 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COMPETENCIA 
configuración la secuencia que tienen que realizar las patas para lograr el 
desplazamiento es mucho más sencilla que los diseños anteriores y presenta además 
variantes en los modos de locomoción, sin embargo la secuencia de giro se ve 
severamente alterada dificultando por mucho la secuencia de giro establecida en los 
diseños anteriores. 
La estructura utilizada para armar el prototipo y hacer las pruebas de desplazamiento 
frontal y giro de este diseño es la que se muestra en la figura 4.6. 
Figura. 4.6 Carcasa utilizada en el diseño 3 
4. 1. 1. 4 Diseño 4: 
Estructura híbrida con motores salientes. 
El ultimo diseño que se implemento fue un hibrido mejorado de los tres diseños 
anteriores, se tomaron en consideración las ventajas y desventajas de cada uno de 
ellos. En esta estructura se presenta un cambio en la disposición de los motores de 
avance muy similar a la del prototipo 3 solo que con modificaciones en el diseño del 
cuerpo. Se mantiene la característica distintiva del diseño 3 que es que todos 
motores de avance de las patas se montan en un eje semirrecto de forma simétrica, 
sin embargo la parte central se alarga y las partes frontal y posterior se acortan un 
poco dando un aspecto ovalado, como se muestra en la Figura 4.7, además de 
60 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
I 
mantiene la forma de montaje de los motores de avance del diseño dos permitiendo 
un amplio rango de giro de cada uno de ellos. 
Figura 4.7 Estructura híbrida con motores salientes. 
Al analizar el desempeño de este prototipo se logra una mejora significativa en todos 
los criterios de evaluación. Se mejora la velocidad de rotación del diseño 1 y 3, no se 
presenta choque entre ninguna de sus extremidades al momento del desplazamiento 
o giro como en el diseño 1, se obtiene la mejor velocidad de desplazamiento frontal, 
se mejora la capacidad de carga en la plataforma central de los diseños 2 y 3 Y las 
secuencias tanto de desplazamiento como de giro se mantienen simples y con 
múltiples opciones a mejora. 
61 
DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COM PETENCIA 
4. 2 Resumen de la Comparativa de Diseños 
Una comparación de los cuatro disel'ios se presenta en la Tabla 4 .1 Cada requisito 
de diseño es clasificado de acuerdo a la importancia relativa dada y 
a cada diseño se le asigna una calificación . Un valor más alto representa mejor 
rendimiento en general 
Diseño 1 Diseno 2 Diseno 3 Diseño 4 
Velocidad de Avance Lineal 2 3 4 5 
Velocidad de Rotación 3 5 2 4 
Versatilidad en Secuencia de 
Mov. 3 2 4 5 
Capacidad de Carga 4 3 2 5 
Facilidad de Ensamble 5 2 3 4 
Durabilidad 5 2 3 4 
Complejidad 5 2 3 4 
Coslo 5 2 3 4 
Crite rio Final 35.5 26.5 29 42 
Tabla 4.1 
Nota. La importancia relativa se refiere a que para el criterio final se tomo en cuenta 
que el prototipo tiene como principal objetivo participar en un competencia de 
velocidad por lo que se incorporó un factor de importancia L=2 para la velocidad de 
avance lineal y R=1 .5 para la velocidad de rotación , quedando nuestro criterio de la 
Sigo Forma 
Criterio Final= (Vavance IIneal)(f) -t- ( 
Vrotaci6n)(f)-t-Vmovimientos-t-Ccarga-t-Fensamble-t-D-t-C-t-$ 
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DISEÑO Y CONSTRUCCiÓN DE UN ROBOT 
PARA COM PETENCIA 
En la comparación de los 4 diseños, se hizo evidente que el diseño híbrido 
presenta las características mas deseables; una mayor velocidad de desplazamiento 
frontal , una buena velocidad de rotación y un excelente puntaje en los requisitos 
complementarios. Es importante recalcar que tanto la velocidad de desplazamiento 
frontal como la de rotación, son las características que tuvieron más peso en la toma 
de decisiones. Por lo que fue el prototipo numero 4 el de mejor desempeño . 
Realizando la comparativa uno a uno del diseño seleccionado contra cada prototipo , 
en el prototipo numero 1 podemos observar que si bien es el que más alto valor 
obtuvo en la mayoría de los rubros, los puntos de mayor importancia como son la 
velocidad de avance lineal '1 de rotación son los resultados más baJOS que hubo entre 
todos los prototipos propuestos por lo que evidentemente es descartado. las razones 
principales por el bajo desempeño de este prototipo se deben a la limitación del 
ángulo de giro de los motores de desplazamiento '1 a la complejidad de la secuencia 
de desplazamiento, dichas limitantes fueron optimizadas en el diseño de l prototipo 
seleccionado. 
Cuando comparamos al prototipo 2 podemos observar que a pesar de poseer la 
mayor velocidad de rotación y no tener un bajo puntaje en la velocidad de avance 
lineal , los otros criterios como son la durabilidad o la facilidad de ensamble demeritan 
considerablemente su desempeño, de igual forma la compleja secuencia que se tiene 
que generar para poder realizar el desplazamiento lineal lo dejan en mala posición 
respecto al diseño se leccionado. 
Por último al comparar el tercer prototipo podemos ver que al ser un diseño con 
grandes diferencias con respecto a los anteriores, es posible corregir muchos de los 
defectos que se tenia n con los modelos pasados como lo es la complejidad de 
movimientos en la secuencia de avance , la