Diseño e implementación de un robot cuadrupedo 3GDL con microcontrolador de 32bits STM

Abstract

[ES] Aunque los vehículos de ruedas son muy eficientes energéticamente, carecen de la posibilidad de moverse en terrenos accidentados. Lo contrario es cierto para las criaturas con patas. La mayoría de ellos son muy ágiles y algunos pueden alcanzar velocidades muy altas. Los guepardos, por ejemplo, pueden correr hasta 120 km / h. Esta tesis de maestría incluía el diseño y programación de un robot cuadrúpedo 3GDL. Donde se imitó la forma de diseño de la naturaleza, también llamada biocinética, y se entró en el asombroso mundo de la robótica. Antes de crear el cuadrúpedo 3GDL se hizo un robot 2GDL para aprender a programar los microcontroladores STM32. Un estudio de literatura del lenguaje de programación C fue necesario para este proyecto. Al diseñar el cuerpo y las piernas, se optó por un robot ligero pero robusto y fabrique cada pieza con una impresora 3D. Además, la soldadura de la electrónica fue una parte de este proyecto, ya que se diseño e implemento àra el robot de 3GDL una PCB JDMR0617 que acoplaba con la placa Nucleo del microcontrolador de STMF334R8. De esta manera las conexiones y la variedad de pines que ofrecia esta PCB fue de gran ayuda para conectar todos los elementos del robot, tales como servomotores, sensores IMU o de distancia etc…Para este diseño se utilizo el Porgrama Altium Designer. El objetivo de este robot era hacerlo capaz de moverse sobre superficies rugosas. En primer lugar, se necesitaba entender el movimiento del robot cuadrúpedo. Para ello, se realizó un estudio exhaustivo de su cinemática y de 4 patas de animales en movimiento, como perros, gatos y caballos. Con este conocimiento se obtuvo como seria el movimiento de las piernas y el cuerpo de cualquier manera posible. A continuación, se investigó en una manera de hacer que el cuadrúpedo se moviera en un terreno irregular. Se hizo esto combinando la cinemática inversa del cuerpo, estas son las cinemáticas que hacen que el cuerpo se mueva en todos los ángulos posibles, con una unidad de medición inercial (IMU). De esta manera, cuando el cuadrúpedo detecta que su cuerpo no es horizontal, puede reajustar su cuerpo de nuevo a una posición horizontal lo que da como resultado una mayor estabilidad y por lo tanto la capacidad de moverse sobre terreno accidentado. Con ello el autor de esta memoria espera que este estudio sirva a todos aquellos que estén interesados en la robótica o quieran hacer su propio cuadrúpedo, el principio básico de la cinemática utilizada y la forma de programar un robot y diseñarlo. Se es consciente que todavía hay un montón de mejoras necesarias para caminar y estabilizarse antes de que incluso se pueda pensar en hacer un robot cuadrúpedo como un vehículo fiable.

[EN] Creation of quadruped robot for mechatronics engineering master's course, implemented with microcontroller STMF334 R8, programmed by Keil, CubeMX, reverse kinematics, controlled by STM radiofrequency remote control. With SHARP distance sensor, STEVAL -MKI124V1 accelerometer and gyroscope. Design and printing 3D of physical parts such as body and feet using SolidWorks.