CONSTRUCCIÓN DE PROTOTIPOS

PROYECTO ESCOLAR

COLEGIO CAROL BAUR

BLINDBOT-1N (ROBOT PARA CIEGOS)

Mauricio Galindo Cohen, Carlos Alberto Núñez Goya, Pablo Antonio Rivas Mercado, Jesús Antonio Fernández Gallardo Márquez, Alejandro Thomas

Mackey

Resumen:

La Robótica como parte de la Mecatrónica ha permitido que los robots

sustituyan poco a poco a los seres humanos en trabajos físicos extremos,

monótonos ó peligrosos. Por otro lado un perro lazarillo, su manutención y

cuidados en la actualidad los ha hecho prohibitivos para la mayoría de las

personas invidentes y éstos solo tienen un bastón y la buena voluntad de la gente

como ayuda para desplazarse por la calles. El proyecto Blindbot-1 representa una

alternativa para la gente ciega que requiere de una ayuda mayor cuando se

traslada por la calle, pues Blindbot-1 es un robot diseñado con sensores

ultrasónicos, ópticos y mecánicos para prevenir al invidente de los posibles

obstáculos que éste pueda encontrar tales como: escaleras, personas, paredes,

etc. de manera autónoma y confiable. Le avisará usando sonidos y vibraciones de

los obstáculos. El invidente con un poco de capacitación podrá caminar de manera

segura, rápida y confiable pues sabrá que Blindbot-1 estará a su lado como

lazarillo robótico siempre dispuesto para hacer su trabajo de guía, requiriendo de

pocos cuidados y escaso mantenimiento pues con solo recargar su batería, estará

listo para trabajar.

BLINDBOT-1

CONTENIDO:

Introducción 3

Método 5

Resultados 14

Discusión 15

Conclusiones 17

BLINDBOT-1

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Introducción:

Planteamiento del problema:

Para la mayoría de las personas invidentes, éstos solo tienen un bastón y

la buena voluntad de la gente como ayuda para desplazarse por la calles. El uso

de los perros lazarillos ha desaparecido casi por completo por lo costoso del

entrenamiento, manutención y cuidados que requiere el perro, así como, el

entrenamiento que requiere el ciego para usarlo.

Antecedentes

La palabra checa ‘Robota’ significa servidumbre o trabajador forzado,

y cuando se tradujo al inglés se convirtió en el término robot. Dicha narración se

refiere a un brillante científico llamado Rossum y su hijo, quienes desarrollan una

sustancia química que es similar al protoplasma. Utilizan ésta sustancia para

fabricar robots, y sus planes consisten en que los robots sirvan a la clase humana

de forma obediente para realizar todos los trabajos físicos, monótonos y

peligrosos.

El desarrollo de la tecnología incluye las poderosas computadoras, los

actuadores de control retroalimentados, transmisión de potencia través de

engranes, y la tecnología en sensores han contribuido a flexibilizar los

mecanismos autómatas para desempeñar tareas dentro de la industria y el hogar.

Son varios los factores que intervienen para que se desarrollaran los primeros

robots en la década de los 50’s.

Leyes de la robótica:

1. Un robot no puede actuar contra un ser humano o, mediante la inacción,

que un ser humano sufra daños.

2. Un robot debe de obedecer las órdenes dadas por los seres humanos,

salvo que estén en conflicto con la primera ley.

3. Un robot debe proteger su propia existencia, a no ser que esté en

conflicto con las dos primeras leyes.

La Robótica poco a poco ha ido cambiando los procesos de fabricación de

muchos de los artículos que usamos cada día. Muchos países como Japón,

BLINDBOT-1

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Estados Unidos, Alemania y por supuesto México están desarrollando actualmente

muchos de estos Robots. La Minirobótica, es decir el diseño y puesta en marcha

de pequeños robots se utiliza mucho en la Medicina, exploración, automatización

y entretenimiento. Cada vez son más pequeños los dispositivos tales como

sensores y motores utilizados en los robots. Con base en lo anterior es muy

factible crear robots para ayudar de manera muy cercana a los seres humanos en

sus labores cotidianas. En este caso la gente invidente.

Hipótesis:

¿Será factible construir un lazarillo robotizado de bajo costo, para ayudar al

tránsito de invidentes y mejorar su calidad de vida?

Objetivos del proyecto:

Los objetivos del proyecto BLINDBOT-1 (robot para ciegos) son:

a) Desarrollar un sistema robótico de bajo costo, que permita a los

invidentes trasladarse de un lado a otro de manera segura, anticipando

mediante tonos y/o vibraciones los posibles obstáculos que pueda

encontrar tales como escalones, rampas, paredes, hoyos, personas, etc.

La operación del robot deberá ser sencilla y con facilidad de operación.

b) Mejorar la calidad de vida de los invidentes, al incrementar su seguridad

para trasladarse por las calles.

c) Proporcionar un robot de muy bajo costo y alta eficiencia para uso

doméstico.

Metodología:

Para el desarrollo del proyecto en primer término se ha realizado lo

siguiente:

a) Investigación documental sobre los robots disponibles a nivel doméstico

para uso de los invidentes.

b) Experimentación en la construcción y puesta en marcha del prototipo

Blindbot-1.

c) Pruebas de uso utilizando voluntarios en el interior de la escuela.

BLINDBOT-1

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Materiales Utilizados:

- Solera y ángulo de aluminio en medidas de 1/8 X 1 pulgada

- Material plástico Cintra para la base y soportes

- Un bastón de uso médico

- Un conjunto de motor y transmisión recuperados de un juguete de

control remoto.

- Una rueda loca de 10 cms. de diámetro.

- Una batería recargable de 6 volts, 1 ampere/hora

- Una batería de 9 volts

- Tornillos de 1/8 de diámetro y diferentes longitudes.

- 1 sensor ultrasónico usados en Minirobótica (SRF05)

- 2 sensores reflexivos de tipo infrarrojo

- 2 sensores mecánicos

- 3 relevadores de 6 volts.

- 1 microcontrolador PIC 16F84

- Resistencias y capacitores

- Tabla fenólica

- Cables eléctricos

- 2 Zumbadores de 6 volts

- Vibradores de baja frecuencia (desarrollo segunda etapa)

Se utilizó la siguiente herramienta e instrumentación:

- Arco segueta

- Tornillo de banco

BLINDBOT-1

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- Taladro Eléctrico

- Multímetro digital

- Computadora

- Interface USB para programar PIC´s

Con base en lo anterior, nuestro proyecto deberá actuar para

proporcionar de manera segura el tránsito de invidentes, sustituyendo el uso

del perro lazarillo, o del bastón convencional, contando para ello de

sensores, motores y un cerebro electrónico para determinar los obstáculos

y así salvaguardar al invidente.

Procedimiento:

El proyecto se ha desarrollado de la siguiente forma:

a) En primer término se investigó el estado del arte sobre las ayudas que

disponen los invidentes para desarrollar su vida cotidiana, en especial si

existe a nivel comercial algún robot hecho para invidentes y que les

permita trasladarse de manera segura por las calles. Nuestra

investigación arrojó que solo hay robots de ayuda para compras en

supermercados, un sistema global de posicionamiento (GPS) para su

ubicación y un bastón de muy alto costo para su movimiento.*(1)

b) Los integrantes del equipo comenzamos investigando sobre robots

móviles, sus usos y aplicaciones. Para ello nos planteamos el poder

desarrollar un robot de muy bajo costo y en forma de bastón. En un

principio quisimos que el bastón tuviera todo integrado, es decir, utilizar

muy pequeños componentes tales como motores, sensores, batería,

etc..

c) Lo anterior, nos pareció poco práctico en esta parte del proyecto por lo

limitado de nuestros recursos, aproximadamente $2,000 para construir el

robot. Por lo que decidimos junto con nuestros asesores el utilizar los

motores y transmisión de un coche de radio control que ya no

funcionaba muy bien (ver figura 1)

BLINDBOT-1

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*(1) http://www.clarin.com/diario/2007/03/13/sociedad/s-03701.htm

Figura 1

Posteriormente fuimos montando cada uno de los componentes

mecánicos incluyendo el bastón. El diseño utiliza una rueda loca para que

facilite su maniobrabilidad, Blindbot-1 utiliza aluminio puesto que es ligero y

resistente, aunque se tuvo que utilizar un soporte de hierro para el bastón,

como se muestra en la figura 2.

d) Una vez que se terminó la construcción y puesta en marcha de la parte

mecánica incluyendo los motores, batería y demás componentes, se

hicieron primero pruebas en un protoboard de los sensores para

determinar cual podía servir mejor. Al final se escogieron de dos tipos:

d.1) Sensor ultrasónico de distancia SRF05 con un alcance máximo

de 3 m y un costo de $370.00 M.N.

BLINDBOT-1

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d.2) Sensor analógico GPY0A21YK del tipo infrarrojo y un costo de

$180.00 M.N. y un alcance de 1.2 m.

Figura 2

El prototipo robótico para invidentes que permite por lo tanto, detectar

los obstáculos entre 1.2 y 3 m, dependiendo del sensor utilizado.

e) Escogimos utilizar un PIC 16F84 pues es un microcontrolador de 8 bits,

programable en sitio usando una interface del tipo USB, además es fácil

de programar usando lenguaje Basic o lenguaje C++, además de ser de

bajo costo (aproximadamente $80.00 M.N.)

f) El robot incluye 3 sensores de distancia uno al frente y dos a los

costados para la localización de objetos. Para la detección de los

BLINDBOT-1

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escalones hacia arriba se usó un sensor de reflexión infrarrojo a una

altura de 12 cm. Esto se hizo para que el robot distinga entre un escalón

y un obstáculo tal como personas, paredes, automóviles, etc.. Para el

escalón hacia abajo se utiliza un sensor de posición ubicado en el frente

del robot y por gravedad caiga accionándose y avisando al invidente del

obstáculo.

g) Dos zumbadores y dos vibradores dactilares ubicados en el mango del

bastón proporcionan una asistencia sonora para el invidente de acuerdo

a la siguiente tabla:

Estatus Zumbador Vibrador 1 Vibrador 2Sistema Normal

sin obstáculo al

frente y los lados

Beep Intermitente

1

Sin Acción Sin Acción

Obstáculo al

frente

Beep Intermitente

1

Activado No activado

Obstáculo

Lateral

Beep Intermitente

1

Activado Activado

Escalón Arriba Beep Intermitente

2

Sin Acción Sin Acción

Escalón Abajo Beep Intermitente

2

Activado Sin Acción

Para evitar un accidente el robot se detendrá cuando el sensor de

distancia señale un obstáculo inmóvil a 40 cm de distancia, produciendo un

beep continuo de alarma.

h) Se construyó la interface de potencia utilizando relevadores para la

conexión de los motores a la batería, además de incluir un interruptor de

seguridad que detiene el robot de manera total y funciona cuando el

invidente sujeta el mango del bastón. Una vez terminadas las pruebas

armamos el robot teniendo cuidado con los componentes electrónicos

sensibles a la electricidad estática (sensores y microcontrolador).

BLINDBOT-1

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i) La programación del PIC se realiza en lenguaje PIC C Lite el cual está

disponible en Internet de manera gratuita *(2), para ello se utiliza una

rutina de búsqueda en los sensores como se muestra en el diagrama de

flujo. Cabe aclarar que se tienen los sensores conectados a cada una de

las terminales del microcontrolador ya que este puede manejar hasta 8

sensores (entradas) y el mismo número de alarmas (8 salidas).

*(2) http://microchip.htsoft.com/products/compilers/PICClite.php

BLINDBOT-1

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Diagrama de flujo de la detección de obstáculos.

Seudocódigo del Programa del Blindbot-1

BLINDBOT-1

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Inicio

Sensor de distancia

Ultrasónico

¿Se presenta un Obstáculo?

Activa los dispositivos de alarma: (zumbador y

vibradores en modo alerta)

SiNo

Distancia menor a 40

cms.?

Si Detiene el robot y emite señal de alarma de alto total

No

Accionamiento

Normal de Motores

Una vez energizado el robot, el programa se ejecutará siguiendo la

siguiente lógica:

i) Inicio

ii) Leer el valor de la entrada del puerto ( interruptor de emergencia y

principal)

iii) Preguntar si ambos tienen el valor lógico adecuado

iv) Si la respuesta es no, sonar alarma que indique tipo de condición y

detener los motores hasta restablecer el sistema.

v) Si la respuesta es sí, seguir con la subrutina de búsqueda de objetos

vi) Al regresar de la subrutina de búsqueda regresar a punto (iii)

vii) Fin

En la subrutina de búsqueda de objetos se realiza así:

a) Leer el puerto de entrada del PIC.

b) Preguntar si el sensor ha sido activado

c) Si la respuesta es sí accionar las ayudas sonoras y vibratorias en el

puerto de salida del microcontrolador

d) Si la respuesta es no regresar al punto (a)

e) Si la distancia es menor a 40 cms. o se ha detectado un escalón

hacia abajo, se detendrán los motores y se avisará del obstáculo. En

caso contrario, se continuará con la operación normal de los

motores.

f) Fin

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Como se podrá observar el programa es muy sencillo, ya que solo se estará

leyendo el puerto de entrada y accionando el puerto de salida del microcontrolador

que controla a los motores y a las alarmas sonoras.

Resultados:

Los resultados hasta ahora obtenidos, nos han demostrado que el robot

BLINDBOT-1 puede auxiliar a invidentes en su tránsito ya que dispone de

sensores tanto ópticos infrarrojos, ultrasónicos y mecánicos para detectar los

obstáculos. Es fácil de operar ya que asemeja un bastón normal, el cual dispone

en su mango de actuadores vibratorios y sónicos para que mediante una pequeña

capacitación, el invidente pueda anticipar los riesgos en su andar.

Aunque estamos todavía en la etapa de experimentación, podemos adelantar que

el robot funciona de manera adecuada en las pruebas que se han realizado con

compañeros nuestros que actúan de voluntarios, aunque tenemos que resolver

que la batería dure más en funcionamiento (actualmente dura 2 horas) y sea más

pequeña y ligera, ya que el prototipo actual pesa aproximadamente 2 kg.

Análisis Costo Beneficio:

El costo de fabricar el robot Blindbot-1 se aproxima a los dos mil pesos

como se muestra a continuación:

Solera y ángulo de aluminio

medida de 1/8 X 1 pulgada $ 100.00

Material plástico Cintra para la base y soportes $ 30.00

Un bastón de uso médico $ 150.00

Una rueda loca de 10 cm. de diámetro. $ 40.00

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Una batería recargable de 6 volts, 1 ampere/hora $ 68.00

Tornillos de 1/8 de diámetro y diferentes longitudes. $ 20.00

2 sensores ultrasónicos usados en Minirobótica $ 670.00

2 sensores reflexivos de tipo infrarrojo $ 650.00

2 sensores mecánicos $ 40.00

3 relevadores de 6 volts. $ 48.00

1 microcontrolador PIC 16F84 $ 90.00

Resistencias y capacitores $ 20.00

Tabla fenólica $ 40.00

Cables eléctricos $ 15.00

2 Zumbadores de 6 volts $ 24.00

Este costo lo obtuvimos de acuerdo a lo que invertimos en el proyecto,

aunque si se produjera en masa este costo se reduciría significativamente

pudiendo obtener un costo cercano a los $1,000.00 M.N. Aunque si lo

comparamos con el costo de un bastón convencional (aprox. $300.00), este es

todavía alto, pero si consideramos los niveles de seguridad y confiabilidad que

proporciona en cuanto al mejoramiento del nivel de vida de los invidentes, es muy

conveniente y relevante.

Discusión:

Poco se ha hecho para mejorar las condiciones de vida de las personas

discapacitadas, tomemos como ejemplo las personas invidentes, muchas de ellas

tienen una gran inteligencia, habilidades con sus manos y usan de manera más

que perfecta sus demás sentidos. Por otro lado las condiciones que nos

encontramos en las calles de las ciudades hacen más difícil el poderse mover en

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ellas de manera segura y confiable por la cantidad de obstáculos como son

personas, automóviles, paredes, escaleras, hoyos, árboles, etc..

Si para las personas normales es complicado poderse mover, para una

persona invidente es más peligroso. Esto nos motivó a intentar desde nuestra

posición como alumnos del Colegio Carol Baur construir un robot de muy bajo

costo que pudiese ayudar a los invidentes. Aunque nos hemos encontrado con

problemas para hacerlo, poco a poco y con apoyo de nuestros asesores hemos

casi terminado el Blindbot-1.

Nos referimos a que al robot lo estamos continuamente modificando, pues

la solución de un problema, nos conduce a otro y conforme estamos avanzando,

se van introduciendo mejoras tanto en parte mecánica, electrónica y de

programación. Aunque el robot está limitado en velocidad y cantidad de sensores,

con respecto a la movilidad que le puede dar a un ciego el uso de su bastón,

sabemos que con una mayor investigación y experimentación el Blinbot-1 irá

sustituyendo al bastón convencional.

Conclusiones:

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Podemos concluir que el Blindbott-1 será un auxiliar de bajo costo

(aproximadamente $2,000.00 M.N.) para invidentes y estos puedan sustituir sus

bastones y/o perros lazarillos en un corto plazo, pues consideramos que

Blindbot-1 es factible de construir, prácticamente no requiere de mantenimiento, es

fácil de operar, pero sobre todo con sus sensores permite que el invidente tenga

más elementos para transitar por las calles de manera segura. Nuestra idea es

novedosa, en el sentido de que, aunque encontramos algo similar en Europa, el

costo de un “bastón inteligente” es de $2,000 euros. Aquí costaría cerca de $200

euros, un costo bastante bajo para el prototipo, aunque en serie este costo sería

de aproximadamente $500.00 M.N., lo que lo hará una buena opción para la gente

que no puede ver.

Bibliografía

Libros:

1. Robots Móviles - Estudio y Construcción. Giamarchi, Frederic. Edit.

Paraninfo, México, 2001.

2. Robótica Práctica, Tecnología y Aplicaciones. Angulo Usástegui,

José. Edit. Paraninfo, México, 1997.

3. Microcontroladores Fundamentos y Aplicaciones con PIC. VALDES, Fernando, PALLAS R. Edit. Alfaomega - Marcombo, México,

2007

Páginas WEB

http://www.el-universal.com.mx/articulos/39503.html

http://www.roboticspot.com/spot/vernot.shtml?noticia=Thu-May--5-10:27:38-2005

http://axxon.com.ar/not/136/c-1360081.htm

http://microchip.htsoft.com/products/compilers/PICClite.php

http://www.clarin.com/diario/2007/03/13/sociedad/s-03701.htm

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