Módulos Y1

Módulo Y1 (v1.1)

Introducción

Módulos mecánicos para la construcción de robots modulares. Están inspirados en la primera generación de módulos de Polybot, creada por Mark Yim. Los módulos Y1 son muy fáciles de construir. Están diseñados para los servos del tipo Futaba 3003.

Los diseñé como parte de mi tesis doctoral, para construir robots ápodos y realizar experimentos con ellos. Algunos de los robots que usan estos módulos son:

Cube Reloaded	Cube Revolutions	Hypercube	MiniCube

Motivación

Este proyecto lo comencé como parte de mi tesis doctoral. El objetivo es crear una plataforma abierta para investigar en robótica modular reconfigurable. Cada vez estoy más convencido de que la información tiene que ser libre. Es la única manera de que la sociedad, en su conjunto, avance. Por eso este proyecto es libre, para que otros investigadores o aficionados por la robótica lo puedan utilizar, modificar, mejorar o reutilizar partes. Todo ello sin tener que pedir permiso ni ser considerado un “pirata” por reutilizar las ideas.

Y por esa razón utilizo Linux y sistemas abierto. No quiero que este proyecto, que al fin y al cabo es conocimiento, quede atado a una tecnología controlada únicamente por una empresa y que esté a merced de sus decisiones. Sin embargo, el software libre es de todos.

Características

Dimensiones del módulos Y1

Dimensiones:	52x52x72 mm3
Peso:	50 gr
Material:	Metacrilato de 3mm de espesor
Sección:	Cuadrada (52x52 mm2)
Grados de libertad:	1
Servo:	Futaba 3003
Par:	3.2 Kg.cm/0.314 N.m
Velocidad:	260 grados/seg
Rango de giro:	180 grados
Señal de control:	Pulse Width Modulation (PWM)
Unión entre módulos:	Mediante tornillos

Conexionado

La sección del módulo es cuadrada para permitir que la unión entre dos módulos se haga de dos maneras: conexión cabeceo-cabeceo y conexión cabeceo-viraje. Estas uniones son fijas, mediante tornillos que unen ambos módulos.

Dos módulos Y1 con conexión de cabeceo-cabeceo

Dos módulos Y1 con conexión de cabeceo-viraje

Fotos

Ver álbum de fotos

Versión 1.1

Módulo Y1 (v1.1) en posición de reposo (0 grados)	Módulo Y1 (v1.1) en posición de reposo. Visto desde el lado contrario
Módulo Y1 (v1.1) en posición de 90 grados

Versión 1.0

Módulo Y1 (1.0). Primer prototipo. Hecho a mano

Módulo Y1 (1.0). Primero prototipo. Plegado

Vídeos

Versión 1.0

Y1-modulo1-1.mpg	Movimiento de un módulo Y1
Y1-modulo2-fase-1.mpg	Movimiento de dos módulos Y1 en conexión cabeceo-cabeceo
Y1-modulo2-desfase-1.mpg	Movimiento de dos módulos Y1 en conexión cabeceo-viraje
Y1-modulo2-fase-2.mpg	Experimento de locomoción de la configuración mínima formada por dos módulos con conexión de cabeceo-cabeceo
Y1-modulo3-desfase-1.mpg	Experimento de movimiento de la configuración mínima formada por tres módulos con conexión cabeceo-viraje-cabeceo
Y1-modulo3-desfase-2.mpg	Experimento de movimiento de la configuración mínima formada por tres módulos con conexión cabeceo-viraje-cabeceo
Y1-modulo3-fase-1.mpg	Locomoción de la configuración de tres módulos Y1 en conexión de cabeceo-cabeceo
Y1-modulo4-desfase-2.mpg	Experimento de movimiento de un robot de 4 módulos Y1 con conexión cabeceo-viraje
Y1-modulo4-desfase-3.mpg	Experimento de movimiento de un robot de 4 módulos Y1 con conexión cabeceo-viraje

Mecánica

Planos

Partes y piezas

El módulos está formado por dos partes que se montan por separado y se unen al final:

• Cuerpo: Piezas B1, F, FE y el servo
• Cabeza: Piezas B2, E, FE

Modelo en OpenScad

Las piezas del módulo Y1 se han modelado también con OpenScad. A partir de ellas se puede construir el módulo completo o bien sólo la cabeza o el cuerpo.

Módulo Y1 en OpenScad (click para ampliar)

Construcción de las piezas

Las piezas se pueden obtener de las siguientes maneras:

• Construcción manual. Imprimir la plantilla de las piezas sobre un papel A4 transparente. Pegarlo sobre la lámina de Metacrilato (o el material que queramos). Cortar las piezas con sierra de calar o segueta y hacer los taladros. Es una buena opción para hacer prototipos

• Corte por láser. Llevar la plantilla a un centro de corte por láser. Esta es la mejor opción si queremos construir muchos módulos.

Construcción en Ponoko.com

• Conectarse a www.ponoko.com/
• Subir la plantilla en EPS con las piezas para los 20 módulos Y1: cube_y1_20u_v1_1.eps

Se ha usado la plancha P3 de ponoko (790 x 384mm). Espesor del material: 3mm

• Seleccionar el material. Por ejemplo plástico acrílico negro de 3mm de espesor.
• El coste total (incluidos gastos de envío) es de unos 125€ (Cada módulos sale a 6.3€)
• El tiempo en recibirlos es de unos 5 días

Información suministrada por Daniel Berdugo y Miguel Angel Berna (Muchas gracias!)

Montaje del módulo

Instrucciones generales

• Paso 0: Conseguir todo el material. Se nececitan dos piezas FE, una E, una F, una B1 y una B2. En total 6. Un servo del tipo Futaba 3003 con una corona de Φ21mm y su tornillo (Incluidos con el servo). Además son necesarios 5 tonillos de Φ3mm y 10mm de largo y 6 tuercas de métrica 3.

• Paso 1: Usando un pegamento de contacto (Superglue o similar), pegar las piezas B1 y F

• Paso 2: Una de las piezas FE se pega también a la base B1. Obsérvese que no está justo en el extremo, sino unos milímetros hacia el interior.

• Paso 3: La pieza E se pega a la B2, pero no junto al extremo, sino alineada con la cara interior.

• Paso 4: La otra pieza FE se pega también a la B2, pero esta sí está alineada con la cara exterior. Un tornillo se sitúa en la otra pieza FE, que hará de falso eje.

• Paso 5: La corona del servo se atornilla a la pieza E.
• Paso 6: El servo se atornilla a la pieza F. Con esto se obtiene una de las dos partes móviles del módulo. Esta parte se denomina cuerpo del módulo. La otra parte, que se atornilla al eje del servo y al falso eje, se denomina cabeza del módulo.

• Paso 7: Finalmente se unen el cuerpo y la cabeza para obtener el módulo definitivo. Las dos tuercas se ponen en el falso eje. Antes de realizar la unión es preciso calibrar el servo. Tiene que estar en su posición central (0 grados), de manera que al terminarlo, la cabeza pueda girar 90 grados en ambos sentidos.

Paso 0: Conseguir todas las piezas necesarias para montar el módulo	Paso 1: Pegar las piezas B1 y F
Paso 2: Pegar la pieza FE a la B1	Paso 3: Pegar pieza E a la B2
Paso 4: Pegar la pieza FE a la B2. Colocar el falso eje	Paso 5: Atornillar la corona a la pieza E
Paso 6: Atornillas servo a pieza F	Paso 7: Unir el cuerpo y la cabeza del módulo

Detalles de la construcción

• Cortesía de Miguel Ángel Berna.

Piezas para montar 20 módulos Y1 (v1.1). Fabricados en ponoko.com (Click para ampliar)

Piezas: B1, FE, B2 y F, con sus fundas protectoras. Fabricados en ponoko.com (Click para ampliar)

Piezas E y FE con avellanado en los taladros junto a la corona del servo con dos taladros de 3mm (Click para ampliar)

Detalle del avellanado del taladro para la corona del servo (Click para ampliar)

Piezas E y FE: Detalles de los avellanados de los taladros (Click para ampliar)

Corona del servo con los taladros de 3mm hechos (Click para ampliar)

Descargas

Versión 1.1

• Ficheros FUENTE:

modulos-y1-v1.1-planos.zip	Planos en formato DXF. Visibles con Qcad / Autocad
modulos-y1-v1.1-modelos-3D.zip	Modelos en 3D para blender
modulos-y1-openscad.zip	Modelos 3D para OpenScad

• Plantillas para fabricacion:

cube_y1_20u_v1_1.dxf

cube_y1_20u_v1_1.svg

Plantilla para construir 20 módulos Y1 en www.ponoko.com Créditos: Daniel Berdugo

cube_y1_20u_v1_1.eps

Plantilla en EPS para fabricar directamente en Ponoko.com. Créditos: Miguel Ángel Berna Alberola

• Planos en PDF:

plantilla.pdf	Plantillas para la construcción de 1 módulo. Escala 1:1
plano1-futabas.pdf	Servos Futaba 3003
plano2-pieza-F.pdf	Pieza F. Donde se atornilla el servo
plano3-pieza-E.pdf	Pieza E. Atornillada al eje del servo
plano4-piezas-B1-B2.pdf	Piezas B1 y B2. Bases superior e inferior
plano5-piezas-FE.pdf	Pieza FE. Falso eje del módulo
plano6-modulo-1.pdf	Módulo montado, con los tornillos necesarios
plano7-modulo-2.pdf	Módulo montado. Plano descriptivo, sin cotas
plano8-cube-1.pdf	Cube Reloaded. 4 módulos con conexión cabeceo-cabeceo
plano9-tornillos.pdf	Tornillos y tuercas empleados

Versión 1.0

• Ficheros FUENTE:

modulos-y1-v1.0-planos.zip	Planos en formato DXF. Visibles con Qcad / Autocad
modulos-y1-v1.0-modelo3D.zip	Modelos en 3D para blender

• Plantillas para fabricacion:

cube_y1_plantilla-20-modulos.dxf

cube_y1_plantilla-20-modulos.svg

Plantilla para construir 20 módulos Y1 en www.ponoko.com Créditos: Daniel Berdugo

• Planos en PDF:

plantillas.pdf	Plantillas para la construcción de 2 módulos Las líneas discontinuas son sólo guías para saber donde pegar las otras piezas Las cruces indican dónde hacer los taladros
plano1-futabas.pdf	Servo Futaba 3003
plano2-pieza-F.pdf	Pieza F, a la que se atornilla el cuerpo del servo
plano3-pieza-E.pdf	Pieza E, atornillada al eje del servo
plano4-piezas-B1-B2.pdf	Piezas B1 y B2. Bases superior e inferior
plano5-pieza-FE.pdf	Pieza FE. Falso eje del módulo
plano6-modulo-1.pdf	Módulo montado, con los tornillos necesarios
plano7-modulo-2.pdf	Módulo montado. Plano descriptivo, sin cotas
plano8-cube-1.pdf	Robot Cube Reloaded: Cuatro módulos con conexión de cabeceo
plano9-tornillos.pdf	Tornillos y tuercas necesarios

Repositorio

• Repositorio SVN: http://svn.iearobotics.com/modulos_y1/

Para obtener la última versión teclear:

svn co http://svn.iearobotics.com/modulos_y1/v1.1

Historia

• 13/Ago/2010: Modelo 3D de los módulos hecho con openscad (Blog)
• 30/Jul/2010: Kirsty Boyle me envía fotos de los robots modulares que ha construidos basados en los módulos y1: Web de Kirsty
• 28/Jul/2010: Miguel Ángel Berna Alberola ha fabricado las piezas para construir 20 módulos Y1 en www.ponoko.com (Blog)
• 13/Jul/2010: Daniel Berdugo ha creado una plantilla para construir 20 módulos Y1 en www.ponoko.com (Blog)
• 25/Jun/2010: Francisco Reinoso (Furri) me informa de que ha construido un módulo Y1: Noticia en su blog
• 06/Diciembre/2009: Migrada la página de los módulos Y1 al wiki
• 03/Diciembre/2009: Primera tarjeta Skycube 1.0 industrial puesta en marcha. Es la que se usará para los talleres de robótica modular.
• 01/Diciembre/2009: Prueba de concepto de los módulos MY-1, compatibles con los Y1, pero hechos en aluminio. Diseñados por Andrés Prieto-Moreno
• 29/Noviembre/2009: El robot Minicube-II se mueve de manera totalmente autónoma. Es el primer prototipo, pensado para ser usado en los talleres de robótica. Se ha enseñado públicamente por primera vez en el DorkBot Madrid (#38)
• 13/Septiembre/2009: Minicube-I se mueve de manera totalmente autónoma por primera vez, gracias a la nueva tarjeta Skycube que se integra en los módulos Y1 y unas baterías de LiPo.
• 25/Agosto/2009: Nuevos módulos ORM, creados por Andrés San Millán Rodríguez. Compatibles con los Y1, pero con base octogonal y simétricos.
• 25/Julio/2009: Simulación de los módulos Y1 usando google Sketch-up. Realizado por Andrés San Millán Rodríguez
• 10/Junio/2009: Nuevos módulos REPY-1, compatibles con los Y1, que pueden ser "impresos" en una impresora 3D
• 15/Abril/2009: El robot Minicube-I se mueve por primera vez de manera autónoma, sin PC, aunque la electrónica y alimentación están situados fuera.
• 08/Abril/2009: Primera versión del software de micro-osciladores, para que los robots modulares sean autónomos del PC
• 21/Noviembre/2008: Lectura de la Tesis Doctoral: "Robótica modular y locomoción: Aplicación a robots ápodos"
• 13/Septiembre/2006: Presentado a Hypercube en el congreso internacional Clawar, celebrado en Bruselas
• 18/Abril/2006: Presentado el robot Hypercube a los investigadores del TAMS (Hamburgo, Alemania)
• Marzo/2006: El robot Hypercube ya se mueve en dos dimensiones
• 19/Enero/2006: Se presenta por primera vez en público la estructura del robot Hypercube, en la Universidad Rey Juan Carlos, aunque todavía no se ha puesto en movimiento
• Octubre/2005: Segunda tirada de módulos 1.1, cortada por láser. 20 Unidades de color (negro)
• 14/Sep/2005: Presentadas las configuraciones mínimas en el congreso Internacional Clawar celebrado en Londres
• 07/Abril/2005: Mostradas por primera vez las configuraciones mínimas (MiniCube) en Robolid05
• 21/Octubre/2004: Versión 1.1. Tirada de 8 módulos, cortados por láser (color gris). En la versión 1.1, la pieza B1 se ha modificado para que sea más resistente. También se han mejorado los modelos 3D
• 30/Agosto/2004: Planos DXF migrados a Qcad 2.0 (Formato DXF 2000)
• 25/Marzo/2004: Presentado por primera vez en público el robot Cube Revolutions, creado con 8 módulos Y1 v1.0 con conexión de cabeceo-cabeceo, en la Facultad de Informática de la UPM (Sicfima)
• 13/Agosto/2003: Versión 1.0 final!. Publicada información en la web (página original). Pequeños cambios estéticos en los planos
• 01/Mayo/2003 : Versión 1.0-rc2. Nuevos escenarios 3D. Creados los vídeos. Pruebas de Cube Reloaded y Cube-larva.
• 19/Abril/2003: Versión 1.0-rc1. Creados los modelos 3D en Blender. Instrucciones de montaje
• 12/Abril/2003: Versión 1.0-pre4. Nueva versión con los huecos interiores para tirar los cables. Construcción de 4 módulos para conectarlos en cabeceo-cabeceo. Primera versión de Cube Reloaded!
• 30/Marzo/2003: Versión 1.0-pre3. Añadidos taladros. Primeras pruebas con conexión cabeceo-cabeceo de tres módulos
• 29/Marzo/2003: Versión 1.0-pre2. Pruebas de concepto de las uniones cabeceo-cabeceo y cabeceo-viraje
• 16/Marzo/2003: Versión 1.0-pre1. Primera prueba de concepto. Prototipo hecho a mano

Autor

• Juan González-Gómez

Créditos

• Mark Yim. Los módulos Y1 están inspirados en la generación G1 de Polybot desarrollado por Mark Yim en el PARC . La idea clave de estos módulos es la de su conexión tipo cabeceo-cabeceo o cabeceo-viraje. Una idea sencilla pero brillante, que se ha tomado para realizar los módulos Y1, y por ello se han bautizado con la letra Y, (de YIM) y el 1 indica que es la primera generación, siguiendo la misma nomenclatura que en Polybot.

Agradecimientos

• Andrés Prieto-Moreno Torres. Por su ayuda en la financiación de la tercera tirada de módulos Y1. Sacamos 20 módulos (en negro) que sirvieron para hacer el robot Hypercube, así como diferentes pruebas. ¡¡Muchas gracias!!
• A Daniel Berdugo por crear la plantilla con 20 módulos Y1 (v1.1) para su fabricación en Ponoko.com. ¡¡Muchas gracias!!
• A Miguel Angel Berna Alberola por la plantilla para 20 módulos Y1 en formato EPS y compartir su experiencia en la fabricación de los módulos Y1. ¡Muchas gracias!

Enlaces

• Servos Futaba 3003. Los servos usados para los módulos Y1
• Tarjeta Skypic. Tarjeta entrenadora basada en el PIC16F876A que permite la conexión directa de los módulos Y1
• Tarjeta Skycube. Tarjeta basada en el PIC16F876A que se atornilla directamente a los módulos Y1. Con ella se logra que los robots modulares sean autónomos
• Micro-osciladores. Rutinas en C para el PIC16F876A para realizar oscilaciones de los módulos Y1. Estos osciladores son el mecanismos de locomoción de los robots ápodos
• Módulos REPY-1. Versión de los módulos Y1 que se puede "imprimir" en una impresora 3D
• Módulos MY. Módulos compatibles con los Y1 hechos en aluminio
• Robot Hypercube. Robot ápodo de 8 módulos con conexión cabeceo-viraje que se mueve como una serpiente
• Cube Revolutions. Robot ápodo de 8 módulos con conexión cabeceo-cabeceo que se mueve como un gusano
• MiniCube. Configuraciones modulares mínimas capaces de moverse en una y dos dimensiones.
• Polybot. Página del Robot Polybot, desarrollado por Mark Yim en el Parc
• Mark Yim. Página personal
• Generación G1 de Polybot. La primera generación de módulos de Polybot
• QCAD. Programa libre de diseño en 2D, con el que se han hecho los módulos Y1
• Blender. Programa libre de modelado 3D. Usado para los módulos Y1

Noticias

• 13/Ago/2010: Creado el modelo en OpenScad
• 8/Ago/2010:
  • Subida plantilla en EPS para fabricar 20 módulos Y1 (Gracias a Miguel Ángel Berna Alberola)
  • Publicadas fotos enviadas por Miguel Angel Berna Alberola
• 13/Jul/2010:
  • Añadidas plantillas para fabricar 20 módulos en Ponoko.com (Gracias a Daniel Berdugo)
  • Corregida una errata en una figura (Reportado por Daniel Berdugo)
• 07/Dic/2009: Añadida figura con las partes del módulo
• 06/Dic/2009: Finalizada la migración al wiki
• 01/Dic/2009: Comenzada la migración al wiki de la página original de los módulos Y1