Este documento describe el desarrollo de un robot gusano controlado a distancia. El robot puede moverse en línea recta simulando el movimiento de un gusano real mediante el uso coordinado de servomotores. También puede moverse en círculo simulando una rueda. El robot fue diseñado para explorar espacios peligrosos o de difícil acceso.

1. 1
Robot Gusano
Elaborado por Christian Miñano Lozano
Universidad Católica Los Angeles de Chimbote
Curso: Proyectos de Control
Docente: ING. MSC. RIGO FELIX REQUENA FLORES
Resumen- El presente proyecto apunta a implementar un
robot gusano basado en la utilización de servomotores y II. OBJETIVOS
diversas secuencias de control. El robot se desplazará con
Diseñar y desarrollar un robot gusano controlado a
movimiento zigzagueante o con movimiento giratorio. El
distancia, para desplazamientos zigzagueantes y
robot gusano podrá ser utilizado en espacios y ambientes
rectilíneos.
difícilmente accesibles por el ser humano, ya sea por su
peligrosidad o por su tamaño. Para el desarrollo del proyecto
Comprender el desplazamiento a simular y las posibles
se requirió investigar procesos de control de servomotores y
secuencias de control de movimiento.
módulos de comunicación inalámbrica. Asimismo se trató de
buscar siempre una adecuada armonía entre software y
Desarrollar un robot eficiente en lo referente al
hardware, a fin de que las secuencias de desplazamiento sean
consumo de energía.
óptimas. El robot está conformado por ocho eslabones. Entre
dos eslabones yacen ubicados los servomotores
Diseñar un sistema de comunicación inalámbrico
ó “articulaciones” del gusano. El sistema es
confiable que permite un adecuado mando a distancia.
conformado por dos partes bien definidas: el robot
gusano en sí y una computadora. Esta última permitirá
el control a larga distancia mediante el envío de
III. JUSTIFICACIÓN
secuencias de control a través de una tarjeta de
comunicación inalámbrica. La señal es recibida por otro El desarrollo del robot tipo gusano constituye una
módulo inalámbrico ubicado en la tarjeta de control del robot alternativa para mejorar el desplazamiento de los robots en
gusano. La información es luego enviada al microcontrolador caminos con desniveles y de relieve irregular.
que actúa como el “cerebro” del robot. El proyecto
Al comparar el desempeño del robot gusano con otros
involucra el desarrollo de diversas aplicaciones en Borland
esquemas de desplazamiento (por ejemplo un carro
C++ Builder 6.0, diseño de un programa para el
telecomandado), se observa que el gusano brinda una
microcontrolador en el compilador PICC, uso de las
mayor flexibilidad para las diferentes superficies. Por
interfases de comunicación USB 2.0, etc.
ejemplo, en una superficie plana, se podría adoptar la forma
de rueda y avanzar a mayor velocidad; para superficies
Palabras claves- Robot modular, robot gusano, explorador,
irregulares (escombros) se podría utilizar el movimiento
robótica, PIC, microcontrolador, PWM, inalámbrico, programación
zigzagueante.
C++, servomotores .
Para el caso de una escalera se podría crear una secuencia
para que suba o baje de la misma.
I. INTRODUCCIÓN
E l presente proyecto apunta a desarrollar e implementar
un robot gusano (diseño, construcción y desarrollo
de hardware y software), el cual, como su nombre lo
dice, simulará el movimiento de estos invertebrados. El
IV. A PLICACIONES
Entre las aplicaciones directas se encuentra la industria
minera y la industria de gases. En este caso, el reducido
prototipo realizará trayectos rectos sin la utilización de tamaño del robot lo hace apropiado para trabajar en la
ruedas y/o patas. Para ello se utilizarán modelos verificación de daños de tuberías; teniendo ventaja sobre
matemáticos que permitirán un movimiento similar al del sistemas similares debido a su desplazamiento.
mencionado animal. Las secuencias de desplazamiento Podría ser utilizado también como equipo de rescate
serán automáticas controladas por medio añadiéndole una cámara para lograr trasmitir información de
de microcontroladores, los cuales definirán los sitios en derrumbe o no accesibles para el ser humano.
pasos a seguir.

2. V. DESARROLLO DEL PROYECTO se fijará el eje de los servomotores; además posee unos
agujeros en la parte posterior para la unión con las demás
A. Movimiento partes (las cuales serán unidas con tornillos).
Zigzagueante
El principal objetivo es que el robot logre desplazarse de un
punto a otro en línea recta mediante el movimiento de onda
simple continua. Esto será conseguido través
del movimiento coordinado que haga entre sus eslabones,
los cuales tendrán como articulaciones a un conjunto de
servomotores.
Los movimientos coordinados se generarán mediante la
ayuda de modelos teóricos matemáticos y de estabilidad.
Con ello se pretende en principio que la simulación del
desplazamiento del gusano sea lo más óptimo. En la Fig. 1
se muestra el movimiento de onda simple, el cual en última
instancia no fue utilizado porque se decidió por el Fig. 3 Simulación del control de servomotores
movimiento de onda completa (Fig 2).
Fig. 1 Movimiento de onda simple
Fig. 4 Interfase de Control - Robot Gusano
Luego de diseñar las piezas mecánicas se procedió a buscar
el material a utilizar. Se llevaron en cuenta como el peso, el
costo, facilidad de uso y adhesión, etc. El material elegido
finalmente fue el acrílico.
Fig. 2 Movimiento de onda completa El control del robot gusano se realizó a través del
microcontrolador PIC 18F4455, debido a sus buenas
características de velocidad.
Para el control de los servomotores se generó un programa Con estas consideraciones se procedió a diseñar la tarjeta
en el PIC 18F4455 para la generación del 16 PWM. El de control de los servomotores. La tarjeta desarrollada
programa fue primero simulado en el PROTEUS (ver Fig. 3) presenta un conector un DB9 para ser conectada a la
Luego de elegir la secuencia a desarrollar y de generar la computadora vía puerto serial. Asimismo presenta ocho
señal para el control de los servomotores, se realizó un conectores para los servomotores; además de llevar un
programa s encillo para controlar el movimiento servo a molex para su alimentación de 5 voltios.
servo. Todo esto fue previo al acople con las piezas
metálicas. La Fig. 4 muestra el ambiente visual del primer Se desarrolló también un software que a partir de los
software que se realizó. parámetros de la onda de movimiento genera
Las piezas mecánicas fueron desarrolladas en el software automáticamente los ángulos, además muestra el
SolidWorks puesto que es un software sencillo de utilizar movimiento del robot gusano y las velocidades de cada
debido al gran número de herramientas para el diseño de servomotor (ver Fig. 6).
piezas que posee. En la Fig. 5 se pueden apreciar las partes Para hacer las pruebas de velocidad y desplazamiento se
que compondrán al robot gusano; estas tienen un número realizó otro programa (ver Fig. 7), el cual mediante barras,
determinado de agujeros en la parte delantera, a los cuales

3. Fig. 5 Vistas de las piezas mecánicas. (a) Piezas internas, (b) Vistas de las piezas internas, (c) Pieza de la cabeza, (d) Pieza de la cola, (e)
Vistas de la pieza de la cola

4. Fig. 6 Programa de obtención de ángulos para cada servomotor
Fig. 7 Programa diseñado para pruebas de velocidad con los ángulos obtenidos

5. Fig. 8 Diagrama de bits para la escritura de la memoria 24LC16B.
Fig. 9 Diagrama de bit s para la lectura de la memoria 24LC16B.
permite variar los parámetros del robot. De esta manera se D. Diseño de nuevas tarjetas de control
logró obtener la mayor velocidad en el desplazamiento del
modo gusano. En base a los conocimientos adquiridos con respecto a los
nuevos dispositivos a utilizar (EEPROM 24LC16B y
módulos RF XBEE), se procedió a diseñar las nuevas
B. Trabajo de las rutinas y ángulos en tarjetas electrónicas de control. Para ello se desarrolló una
memoria nueva tarjeta de control de los servomo tores, a fin de
EEPROM agregar el modulo RF y la memoria externa. Asimismo se
procedió a eliminar el DB9 para la comunicación serial vía
En primera instancia se tuvo que realizar una exhaustiva cable (ver Fig. 12).
investigación sobre la unidad de almacenamiento que se
utilizaría para guardar los ángulos de los servomotores. Esto Se desarrolló también la tarjeta de comunicación inalámbrica
debido a que se requería mayor espacio de memoria que la para la PC, la cual irá conectada a la computadora con el
que podía ofrecer la EEPROM interna del microcontrolador. otro módulo XBEE (ver Fig. 13).
En las Figs. 8 y 9 se muestran los modos de lectura y
escritura de la memoria EEPROM elegida 24LC16B.
E. Movimiento Giratorio
Para el manejo de escritura y lectura de la memoria se utilizó
el software WINPIC800 (ver Fig. 10) para grabar las Para generar el movimiento giratorio, se requirió de expandir
secuencias de los ángulos en la memoria; por este mismo al robot gusano. Esto debido a que el número de piezas no
medio también se puede leer los datos almacenados. permitían generar una forma circular; es por ello que se
adic ionaron tres piezas mecánicas para aumentar tres
articulaciones.
C. Control a larga distancia – Módulos X- Cabe destacar que se retiraron las piezas de soporte
BEE superior, ya que se requería un mayor rango de ángulos
para la formación de un polígono cerrado.
Luego de comprender el funcionamiento, la estructura y los
modos de operación de la memoria; se procedió a investigar Por otro lado, se investigó también el movimiento circular
los módulos de Ra diofrecuencia XBEE, los cuales fueron que simula el movimiento de una rueda. Se requirió
utilizados para la comunicación con el robot gusano a larga consultar información sobre teoría de polígonos y ángulos
distancia. En la Fig. 11 se muestra el modo de operación en internos (ver Fig. 14).
una comunicación inalámbrica con los módulos de X-BEE.

6. Fig. 10 Modo de grabación de los datos en la memoria vía WINPIC800.
Fig. 11 Modo de operación de los módulos XBEE.
Fig. 12 Nueva tarjeta de control del Robot Gusano
Fig. 13 Tarjeta de comunicación a larga distancia

7. La Tabla 1 muestra los resultados de las pruebas de
velocidad y desplazamiento para la forma de rueda.
Tabla 1. Pruebas de desplazamiento y velocidad de la rueda.
Resultado( V. en
Variación Frecuencia cm/s)
25 0.4 No gira
25 0.6 No gira
25 0.8 No gira
Fig. 14 Vista de polígonos y sus ángulos internos. 30 0.4 8.5
30 0.6 12.3
30 0.8 Inestable
El primer programa realizado se basó en una estructura 35 0.4 9
elíptica para la formación del polígono cerrado. Para esto se 35 0.6 13
consultaron textos académicos sobre excentricidad y focos
35 0.8 15.3
de la figura mencionada. Se tuvo como parámetros variantes
a la excentricidad y la velocidad angular. En la Fig. 15 se 40 0.4 8.7
aprecia el primer programa que se realizó para la obtención 40 0.6 12.3
de los ángulos para el modo rueda. 40 0.8 18.3
45 0.4 8.3
45 0.6 14
45 0.8 17.6
La secuencia utilizada es la 40/0.8. La Tabla 2 muestra los
valores de corriente obtenidos de las pruebas de velocidad
y desplazamiento en modo rueda.
Tabla 2. Valores de corriente en modo rueda
Corriente pico Corriente promedio
1.5 1.2 A
A
Fig. 15 Primer programa para simulación y obtención de ángulos.
VI. RESULTADOS
El segundo programa tuvo como base el cambio de ángulos
internos del polígono y fue generado debido a fallas con el Se consiguió obtener el desplazamiento rectilíneo del robot
primer programa. Se presentaban fallas como dificultades a (Fig. 17). Para ello se hizo uso de cinco servomotores que
la hora de girar, ruptura de piezas debido a ángulos muy hacían las veces de las articulaciones del apodo.
cerrados, etc. Entre las características principales de este Se realizaron pruebas de velocidad variando parámetros, de
programa se tiene el número de lados a simular y la longitud de onda, amplitud y frecuencia. La velocidad
variación de ángulos a generarse. máxima alcanzada fue de 5.1 cm/s (recorriendo 20.5
centímetros en 4 segundos). La corriente máxima, la cual
refiere a la máxima velocidad del gusano, es de 2 Amperios.
El producto final de esta etapa tuvo como interfase de
control a una computadora, la cual enviaba al
microcontrolador los ángulos en los cuales debía
posicionarse cada servomotor. Se logró la máxima
resolución permitida por la señal de control PWM. La
computadora enviaba la información cada 20 milisegundos,
(ciclo de trabajo de los servomotores) obteniendo así
movimientos menos bruscos.
Cabe mencionar que además de desarrollar los trayectos
rectos simulando el movimiento del gusano, este también
logra desplazarse por superficies irregulares y con
Fig. 16 Segundo programa para simulación y obtención de ángulos.
desniveles; situación que lo hace ventajoso con respecto a
otros robots exploradores.

8. VII.- CONCLUSIONES
Se descubrió que los problemas de movimientos bruscos
del gusano se evitan calibrando adecuadamente el
parámetro de longitud de onda.
Fig. 17 Robot gusano en desplazamiento rectilíneo
Para la segunda etapa se le añadió la forma de
desplazamiento en forma de rueda (ver Fig. 18).
La secuencia de ángulos que generan los movimie ntos se
guardó en una unidad de almacenamiento Fig. 19 Programa de control del robot con joypad.
con comunicación I2C. Dicho dispositivo permitió
desarrollar las pruebas de movimiento y posteriormente
ajustar y afinar los datos.  Esto debido a que a menores longitudes, el robot
Se le incorporó también módulos inalámbricos de manera sólo tiene un punto de contacto con la s uperficie y
que el robot gusano sea comandado a larga distancia. como consecuencia movimientos violentos en los
Se utilizaron directivas simples como avanzar, retroceder y extremos.
cambiar parámetros. El robot leerá los datos de la memoria,
generará la señal de control y confirmará la secuencia al  Se logró comunicar el microcontrolador vía los
usuario. módulos XBEE con comunicación inalámbrica,
además de cargar los datos de la memoria 24LC16B.
Se produjeron complicaciones con la simulació n
de la comunicación entre el microcontrolador y la
EEPROM externa con el software Proteus, debido a
que se necesita variar algunos parámetros de
tiempo.
 Se determinó que el parámetro principal para
obtener un polígono regular cerrado es la
sumatoria de las medidas de los ángulos internos y
no la longitud de los lados.
 Se procedió también a retirar la pieza de la
cola y el último servomotor, a fin de que se
evite dañar alguna pieza por el movimiento brusco
del robot. Para generar el movimiento ideal, el
rango de variación de ángulos se fija en 40. De
Fig. 18 Robot gusano en desplaz amiento circular esta manera se logra el giro de la rueda.
Finalmente en la Fig. 19 se aprecia el ambiente visual del VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
software de control a distancia del robot gusano, con el
que se controlan las distintas secuencias de movimiento a [1] MICROCHIP. “Lider en tecnologia referente a
través de la PC . microcontroloadores”. 2007 [www.microchip.com]
[2] TOWER PRO. Servomotores analogicos y digitales.
2007 [www.towerpro.cn]
[3] CCS PCW Compiler. 2007 [www.ccsinfo.com/ ]

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[www.eupmt.cat/cra ]
[5] Modular Robotics: Chain. 2007 [http://www2.parc.com/
spl/projects/modrobots/chain/i ndex.html ]
[6] Microbots Articulados. 2007
[http://www.microbotica.es/web/artic.htm]