Resumen

Los avances en ciencia y tecnología han permitido el desarrollo de la robótica. En los ultimos años, la construcción de robots se ha incrementado gracias a las necesidades de la industria, la milicia y el entretenimiento. Hoy en día la academia y las empresas se esfuerzan por ofrecer robots que asistan en hogares, oficinas y talleres pequeños, nos referimos a los robots de servicio. Para su fácil adaptación al entorno productivo, es imprescindible que los robots cuenten con morfología humana, i.e., robots humanoides. Su integración completa a la sociedad depende de la capacidad humana que posean: comportamiento, apariencia física y habilidad motriz. Las instituciones realizan investigación en prototipos robóticos, sin embargo, la mayoría de estos robots son de muy alto costo. Una alternativa, es la construcción de robots humanoides pequños, diseñados de acuerdo a las necesidades de la experimentación.

En este proyecto de tesis, proponemos el diseño y control de Kokone (niños en náhuatl), un pequeño robot humanoide. Kokone tiene como objetivos asistir en el desarrollo de estrategias de control y fomentar el uso de métodos computacionales en la solución de problemas de robótica humanoide. El esquema de la plataforma robótica facilita las pruebas de laboratorio, pues se aprovecha la flexibilidad del uso de una PC como unidad de control. La distribución de sus 22 grados de libertad, permiten realizar la mayoría de los movimientos del cuerpo humano, y su diseño mecánico, realizado en Solid Edge, requiere un mínimo de piezas y un fácil ensamblaje. Con base en el diseño final, se resolvió la cinemática directa mediante el método de Denavit-Hartenberg, y se propuso un algoritmo para resolver la cinemática inversa. La biblioteca de control realizada (escrita en lenguaje C) permite a las aplicaciones controlar los movimientos de las piernas especificando la localización de los pies y la cadera. Como primera aplicación, se propuso una estrategia de caminado basado en los conceptos de la caminata bípeda estática. Los desplazamientos obtenidos se verificaron en Matlab,  para después ser implementados satisfactoriamente en el robot kokone.

The advances in science and technology have allowed the development of robotics. In recent years, the construction of robots has increased due to the needs of industry, military and entertainment. Nowadays, academia and companies strives to provide robots to assist at homes, offices and small workshops, we refer to the service robots. For an easy adaptation to the production human environment, it is essential that robots have a human morphology, i.e., humanoid robots. Their full integration into society depends on their human capacity: behavior, physical appearance and motor skills. Research centers perform experiments in robotics prototypes, however, most of these robots are expensive. An alternative of this problem are small humanoid robots, designed to the needs of experimentation.

In this document we propose the design and control of Kokone, a small humanoid robot. The main objectives of Kokone (“kid” in nahuatl, a mexican dialect) are to assist in the development of control a strategies and to promote the use of computational methods for solving humanoid robots problems. The robotic platform scheme allows an easy laboratory testing using a PC as a control unit. Most of the human body movements can been done by the 22 degrees of freedom distribution, and mechanical desing, done in Solid Edge, it requires a minimum number of pieces and it is easy to assemble. The forward kinematics problem is solve using the Denavit-Hartenberg method. Furthermore, we propose a specific genetic algorithm in order to solve the inverse kinematics problem. The proposed functions library (written in C) provides methods for an easy control of the leg movements by specifying the locations of the feet and hip. As a first application, we proposed a walking strategy based on the concepts of static bipedal walking. The displacements obtained are verified in Matlab and then they were successfully implemented on Kokone robot.