PicassoBot, un robot que replica el dibujo del ser humano

Abstract

PicassoBot es un brazo electro-mecánico de cuatro articulaciones compuesto por servos modelo Dinamixel AX-12 de Robotis, y diseñado por los autores del presente proyecto. El mismo se inspira en “Paul the robot” desarrollado por el artista Patrick Tresset, enmarcado en el proyecto AIKON del Departamento de Computación de la Goldsmiths College (Londres, UK). “Paul the robot” es un brazo robótico que dibuja retratos humanos gracias a una capa de procesamiento invisible para el usuario. El proyecto implica desarrollar un sistema de control de movimiento para los servos, tomando como entrada un archivo de texto que contiene los comandos a ser ejecutados en el lenguaje gráfico de plotters e impresoras HPGL de Hewllet-Packard. La salida resultante : la ejecución de movimientos mediante los cuales se representan figuras geométricas básicas como rectas, cuadrados y circunferencias. El sistema además tiene una infraestructura escalable para eventualmente llegar a representar figuras más complejas. A lo largo del proyecto final de la asignatura “Sistemas Embebidos para tiempo Real” se implementó una primera prueba de concepto, constituida por un prototipo de brazo robótico simplificado con dos articulaciones. Posteriormente se diseñó el sistema completo conformado por el brazo de cuatro articulaciones, junto con las unidades de procesamiento y comunicación que se desarrollaron. La entrada del sistema se toma desde una computadora que procesa el archivo HPGL en dos modos seleccionables, “Modo Operador” y “Modo Genérico”, el primero enfocado al uso manual del sistema por parte de un operador o usuario, y el segundo al procesamiento de archivos .dwg con sintaxis HPGL obtenidos desde un conversor de archivos gráficos. Una vez leída la información en coordenadas cartesianas, ésta se envía al algoritmo de posicionamiento o control de trayectoria para caracterizar la secuencia de configuraciones de brazo sucesivas que representan al dibujo deseado en la traslación del lápiz. Esta secuencia se transmite por puerto serial, y los módulos de comunicación inalámbrica lo transmiten al brazo, donde un microcontrolador conforma los paquetes de instrucciones de los servos Dinamixel AX-12, y los envía para su ejecución. A modo de interfaz de usuario el sistema implementa una realimentación visual del estado del dibujo en tiempo real, a través de una transmisión en streaming hacia una web generada en la red Wifi creada por el mismo brazo. El corazón del sistema es un algoritmo de traslación y posicionamiento punto a punto del extremo libre del brazo desarrollado en Octave GNU. El algoritmo toma como entrada pares de puntos cartesianos (X,Y) del plano donde se desea posicionar el lápiz, y automáticamente se calculan los ángulos en los que debe posicionarse el actuador de cada servo para representar la trayectoria deseada desde su posición actual, cualquiera sea esta, hasta el punto de destino. En paralelo a la capa de posicionamiento en bases móviles se desarrolló un sistema dinámico que modela el movimiento a partir del control sistemático de las velocidades angulares de ejecución de los servos, con el objetivo de simular un brazo humano que dibuja al natural. Por último, se diseñó un protocolo de comunicación para transferir los datos generados desde el procesamiento en la computadora hasta la ejecución efectiva del movimiento, dejándose implementada un sistema de comunicación cableada además del sistema inalámbrico que utiliza protocolo Wifi. Los resultados teóricos de estos algoritmos fueron evaluados durante su construcción mediante dos simuladores gráficos desarrollados particularmente para esta tarea. Sin perder de vista el objetivo de componer dibujos a partir de figuras geométricas cerradas como circunferencias, cuadrados, rectángulos y rombos, en la práctica, el desempeño de ambos algoritmos se comparó mediante pruebas específicamente diseñadas para evaluar los aspectos de naturalidad del dibujo y fidelidad con respecto a su original, tanto cualitativa como cuantitativamente, identificando los factores que favorecen o perjudican el resultado.