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-1“LEVITADOR MAGNÉTICO PARA EL EQUILIBRIO DE ROBOTS
BÍPEDOS”
CAMPO TÉCNICO
5
10
La presente invención, según
esta memoria descriptiva, se
mecánica y electrónica, y se
un dispositivo de equilibrio
levitación magnética de una
mediante electromagnetismo.
se expresa en el enunciado de
relaciona con los campos de la
refiere a la implementación de
para robots bípedos mediante la
masa estabilizadora controlada
ANTECEDENTES
15
Actualmente existen dispositivos y métodos para controlar el
equilibrio durante el caminado de robots bípedos (US 7904203,
US7493192, US 5337235, US 6943520, US 6901313, US 2008281469,
JP 2008030165, JP2011140096), en tales robots se utilizan los
servomotores como actuador principal en la modificación del
20
centro de gravedad. Dichos actuadores tienen el efecto de
reducir
la
autonomía
energética
del
robot,
complican
el
diseño del sistema de control y sacrifican la eficiencia del
robot y su mantenimiento.
25
El diseño de los robots bípedos actuales basado en el uso de
servomotores
dinámicos,
ha
para
generar
restringido
el
la
equilibrio
autonomía
en
ambientes
energética
de
los
mismos, puesto que estos contribuyen, en mayor proporción, al
agotamiento de las baterías del robot.
30
El uso de actuadores tipo servomotor para modificar el centro
de gravedad de un robot bípedo, implica que estos “carguen”
-2gran parte del peso de la estructura robótica, mediante la
producción de grandes torques de energía durante el caminado,
lo cual se traduce en un alto consumo de corriente en cada
servomotor implicado y su consecuente desgaste mecánico.
5
El
equilibrio
de
robots
bípedos
mediante
servomotores,
requiere de esquemas de control complejos y más propensos a
fallos pues implica el uso y coordinación de dos, o más
servomotores
10
para
producir
los
movimientos
laterales
y/o
sagitales que estabilicen el centro de gravedad del robot
para lograr su equilibrio, además, este tipo de actuadores
producen fricciones mecánicas por lo que la velocidad de
respuesta,
desde
el
punto
de
vista
del
controlador
de
balance, no es la más óptima. Dichas fricciones producen
15
desgaste
mecánico
complicando
el
mantenimiento
de
la
estructura robótica y requieren mayores cantidades de energía
para su operación.
En la mayoría de los robots bípedos actuales se ha utilizado
20
los servomotores como actuador principal para el caminado y
equilibrio, lo cual ha hecho que dichos robots sean poco
eficientes
en
autonomía,
el
uso
alcance
de
y
su
energía
aplicación
en
y
han
limitado
algunos
su
sectores
tecnológicos; como por ejemplo el desarrollo e investigación
25
pública
y
aplicaciones
privada
enfocadas
de
inteligencia
en
el
caminado
artificial,
así
bípedo,
como
aplicaciones de visión por computador para humanoides, etc.
30
Por otro lado existen algunas invenciones que proponen el
caminado de robots bípedos sobre superficies metálicas (JP
-32012-125908) mediante el uso de magnetos permanentes y la
generación de movimientos mediante motores, así como también
robots retractiles tipo tornillo sin fin (JP 62-018375) que
utilizan
5
placas
de
absorción
magnética
conformadas
por
electro-magnetos para desplazarse adheridos sobre superficies
de paredes metálicas verticales e inclinadas de aviones o
estructuras de acero varias. Sin embargo estas invenciones
utilizan
el
principio
del
magnetismo
solo
para
poder
adherirse sobre superficies metálicas pero no para generar el
10
control del equilibrio en un robot bípedo.
Por
último
existen
micro
robots
mecedores
caminantes
de
juguete (CN201848102). Sin embargo este tipo de robot no fue
diseñado realmente para caminar como lo hace un humano, ya
15
que no fue hecho con “piernas” que presenten los grados de
libertad necesarios para emular el caminado humanoide, y en
lugar de ellas presenta dos alambres rígidos. Dicho robot es
capaz
de
avanzar
oscilaciones
20
de
con
los
algunos
“brincos”
magnetos
que
y
producen
bobinas.
las
Dichas
oscilaciones le permiten brincos hacia adelante, atrás, y
giros. Este robot tampoco ha sido diseñado para corregir el
equilibrio en ambientes dinámicos durante su caminado (cambio
de pendiente y/o tipo de superficie, perturbaciones, etc.)
por lo que dicho robot juguete no puede ser usado para la
25
investigación
formal
del
caminado
humanoide
ya
que
en
realidad no presenta los grados de libertad de movimiento
necesarios para implementar un caminado bípedo y más bien fue
diseñado para ser un juguete de diseño simple y económico.
30
En las propuestas anteriores a pesar de que algunos utilizan
imanes permanentes y otros electro-magnetos ninguno los usa
-4en conjunto ni en la manera original y novedosa que lo hace
esta
invención.
Por
lo
que
dichas
invenciones
son
sustancialmente diferentes al levitador magnético propuesto
en este documento e incluso en conjunto no podrían generar un
5
dispositivo de levitación magnética para el equilibrio de un
robot bípedo como el propuesto en esta invención.
Finalmente, un dispositivo de equilibrio para una estructura
robótica bípeda, basado en el efecto de levitación magnética
10
de una masa estabilizadora mediante imanes permanentes y su
control
mediante
electroimanes,
como
el
propuesto
en
la
presente invención ofrece la posibilidad de investigar nuevas
técnicas de control y la exploración de nuevas aplicaciones,
al ampliar las posibilidades de equilibrar las estructuras
15
robóticas bípedas. Este dispositivo que es conformado por una
masa
estabilizadora
en
permanente
levitación,
modifica
el
centro de gravedad de un robot bípedo mediante electroimanes
que atraen o repelen a dicha masa, es realizado a fin de
obtener
20
numerosas
dispositivos
y
y
notables
métodos
de
ventajas
respecto
equilibrio
que
a
otros
utilizan
servomotores para modificar el centro de gravedad de robots
bípedos existentes de análogas finalidades.
25
30
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
-5-
5
Los detalles característicos, innovaciones y ventajas de este
levitador magnético para el equilibrio de robots bípedos se
muestran claramente en la siguiente descripción y en los
dibujos que se acompañan, así como una ilustración de aquella
y siguiendo los mismos signos de referencia para indicar las
partes y las figuras mostradas.
Figura 1.-
Muestra una vista en perspectiva convencional del
levitador magnético para el equilibrio de robots
10
bípedos.
Figura 2.-
Muestra
una
vista
explosiva
del
levitador
magnético para el equilibrio de robots bípedos.
Figura 3.-
Muestra una vista superior del cartucho dividido
en
15
4
derecha
secciones:
observada
(A)
cara
desde
el
derecha,
(B)
cara
interior,
(C)
cara
izquierda observada desde el interior, (D) cara
izquierda.
Figura 4.-
Muestra una vista explosiva del costado derecho
de la masa estabilizadora.
20
Figura 5.-
Muestra la vista explosiva de la cara posterior
de la masa estabilizadora.
Figura 6.-
Muestra
una
vista
inferior
de
la
masa
estabilizadora.
Figura 7.25
Muestra al levitador magnético para el equilibrio
de robots bípedos completo en una vista superior
y seccionado donde: (E) muestra internamente al
dispositivo observado hacia la masa, indicando la
polaridad necesaria para la levitación de ésta,
así mismo la polaridad de los imanes permanentes
30
de la masa que interactúan con los electroimanes
del cartucho. (F) muestra la cara interna del
-6cartucho
observando
hacia
los
núcleos
de
los
electroimanes y el sensor ultrasónico.
Figura 8.-
Muestra
una
vista
explosiva
del
levitador
magnético para el equilibrio de robots bípedos
5
ensamblado sobre una estructura robótica bípeda.
Figura 9.-
Muestra una vista frontal del levitador magnético
para el equilibrio de robots bípedos ensamblado
sobre
una
posición
10
estructura
de
robótica
equilibro
estabilizadora,
en
el
bípeda
para
caso
y
la
específico
la
masa
de
una
inclinación hacia su lado derecho.
Figura 10.- Muestra una vista frontal del levitador magnético
para el equilibrio de robots bípedos ensamblado
sobre
15
una
posición
estructura
de
robótica
equilibro
estabilizadora,
en
el
bípeda
para
caso
y
la
específico
la
masa
de
una
inclinación hacia su lado izquierdo.
Con referencia a dichas figuras el levitador magnético para
20
el
equilibrio
cartucho,
b)
de
robots
una
bípedos
masa
se
constituye
estabilizadora
c)
de:
a)
un
un
sensor
ultrasónico, d) un módulo de control; montados todos sobre
una estructura robótica bípeda. Posteriormente se explicará
su funcionamiento.
25
a) Un cartucho (1a), figuras 1-3,7-10 conformado por una
carcasa rectangular la cual es básicamente una caja de
aluminio, que en su cara superior posee una tapa (9a)
desmontable.
30
barrenos
La
pasados
base
del
(18a)
lo
cartucho
que
(16a)
permite
cuenta
con
ensamblar
al
cartucho con la parte superior de la estructura de un
-7robot bípedo (2), figura 8-10; así mismo se ubican un
par de canales (17a), figuras 2 y 3 sección A, donde se
ensamblan
unos
rectangulares
5
imanes
(4a),
permanentes
estos
se
de
encuentran
ferrita
orientados
magnéticamente con su polo norte a la cara superior del
cartucho, figura 3 sección B y C, mientras el polo sur
esta ensamblado en el canal (17a). Los lados frontal
(12a) y posterior (14a), así como los lados izquierdo
(13a)
10
y
derecho
(15a),
son
simétricos
entre
si
respectivamente, figuras 2 y 3.
El
cartucho
(1a) compartimentos:
se
uno
divide
en
central
su
(10a)
interior
y
dos
en
tres
laterales
(izquierdo y derecho) a los extremos del cartucho (11a),
15
figuras 2-3. En el compartimento central (10a) se sitúa
la
masa
estabilizadora
adelante.
En
los
(2a)
la
compartimentos
cual
describo
laterales
más
(11a)
se
ubican un par de electroimanes (3a) en cada lado, cuyos
núcleos son acoplados en los barrenos (19a). Cada núcleo
20
está enrollado con hilo de cobre esmaltado, conformando
así
a
cada
electroimán;
estos
electroimanes
(3a)
interactúan con los imanes permanentes de neodimio (7a)
25
incrustados
en
desplazándola
por
la
masa
medio
de
estabilizadora
la
atracción
o
(2a),
repulsión
entre los mismos. Para finalizar se tiene una par de
barrenos
pasados
(20a)
en
cada
compartimento
lateral
(11a) utilizados para pasar los alambres de cobre de los
electroimanes
y
del
sensor
ultrasónico
(8a)
y
ser
conectados al módulo de control (3), figuras 8-10, el
30
cual describo más adelante. Este controlará la polaridad
de
cada
par
de
electroimanes
(3a),
alojados
en
los
-8compartimentos laterales (11a), generando las fuerzas de
atracción/repulsión necesarias para desplazar a la masa
estabilizadora con el fin de equilibrar al robot.
5
b) Una masa estabilizadora (2a), figuras 1-2,4-10, la cual
se
aloja
dentro
del
compartimento
central
(10a)
del
cartucho (1a) y se encuentra en permanente levitación
debido a la acción de las propiedades repulsivas entre
los
10
imanes
permanentes,
y
su
disposición
como
a
continuación se explica en detalle. En la base (23a) de
la masa estabilizadora (2a), se encuentran dos ranuras a
los extremos (30a) y una ranura en el centro (31a). En
cada ranura se aloja un imán de neodimio rectangular, de
esta forma se tienen dos imanes permanentes laterales
15
(6a) y un imán central (5a); cuya orientación magnética
se
observa
levitación
en
de
las
la
figuras
masa
4,6.
Para
estabilizadora
generar
(2a),
los
la
dos
imanes permanentes laterales (6a) se configuran con los
polos
20
iguales
respecto
a
los
polos
de
los
imanes
permanentes (4a) del cartucho (1a) produciéndose así la
repulsión continua entre la masa y el cartucho. Mientras
que el imán central (5a), tiene como función el mantener
la masa estabilizadora (2a) centrada. El imán (5a) se
ubica en la ranura central (31a) de la base (23a), y se
25
orienta con polaridad contraria respecto a los imanes
permanentes laterales (6a). Resumiendo, en conjunto los
imanes
permanentes
estabilizadora
(2a)
(5a)
y
logran
(6a)
el
adheridos
estado
de
a
la
masa
levitación
dentro del compartimento (10a), ya que interactúan con
30
los
imanes
permanentes
de
ferrita
(4a)
del
cartucho
(1a), como se muestra en detalle en la figura 7 sección
-9E.
La
masa
estabilizadora
tiene
la
función
de
desplazarse a lo largo del compartimento, modificando
así el centro de gravedad de la estructura robótica
bípeda.
5
En las caras izquierda (25a) y derecha (27a) de la masa
estabilizadora (2a), figuras 2,4-7, se ubican un par de
10
ranuras
circulares
imanes
permanentes
(29a)
de
que
servirán
neodimio
para
incrustar
circulares
(7a),
los
cuales tendrán una magnetización axial, con la finalidad
de
interactuar con los campos magnéticos de cada par de
electroimanes
(3a)
figura
7,
ubicados
en
los
compartimentos laterales (11a) del cartucho (1a) cuyos
núcleos están expuestos al compartimento central (10a)
15
por medio de los barrenos (19a), como se explicó en el
apartado (a). Tanto el área del compartimento (10a) como
el tamaño de la masa estabilizadora (2a) son suficientes
para permitir la interacción de los campos magnéticos
entre los electroimanes (3a) y los imanes permanentes
20
circulares (7a) incrustados en la masa estabilizadora,
con lo que entonces se está en la posibilidad de generar
movimientos
de
desplazamiento
conclusión,
25
el
de
repulsión/atracción
la
masa
movimiento
para
estabilizadora
y
el
peso
(2a).
de
la
el
En
masa
estabilizadora son suficientes para modificar el centro
de gravedad del robot.
c) Un
sensor
ultrasónico
(8a),
figuras
1-3,7,
que
le
entrega a la tarjeta de control (3) una señal de voltaje
30
que corresponde a la posición de la masa estabilizadora
(2a). Este sensor (8a) se encuentra instalado dentro del
- 10 cartucho (1a), alojado en uno solo de los compartimentos
laterales (11a), e insertado en la ventana (23a) la cual
le permite al sensor (8a) enviar y recibir la señal
ultrasónica para medir continuamente la distancia de la
5
masa estabilizadora (2a).
d) Un módulo de control (3), figuras 8-10, ubicado en la
parte superior del levitador magnético, sobre la tapa
desmontable (9a) del cartucho (1a). En este se encuentra
10
alojado
una
tarjeta
electrónica
basada
en
un
microcontrolador PIC©, cuatro puentes H y un sensor de
15
20
inclinación. El sensor de inclinación se encuentra
conectado internamente a la tarjeta del microcontrolador
y es utilizado para leer la inclinación del robot
modular caminante respecto a la horizontal de la tierra.
Dicho sensor entrega una señal digital que indica los
grados de inclinación del robot y un signo que indica si
la inclinación es hacia la izquierda o hacia la derecha.
La tarjeta ejecuta un programa que tiene por objetivo
dos tareas: 1.- controlar los servomotores de la
estructura
robótica
bípeda
(2)
para
producir
el
caminado; 2.- controlar la posición y movimiento de la
masa estabilizadora (2a). Esta última acción afecta el
centro
25
de
gravedad
con
el
objeto
de
equilibrar
la
estructura robótica bípeda (2). Este equilibrio se logra
mediante el cambio de la intensidad y polaridad de los
campos
magnéticos
figura
7,
los
de
cuales
los
cuatro
atraen
o
electroimanes
repelen
a
la
(3a)
masa
estabilizadora (2a), mientras está levita debido a la
30
acción
de
las
fuerzas
magnéticas
repulsivas
que
se
producen entre los rieles de los imanes permanentes (4a)
del cartucho (1a) y los imanes permanentes (6a) de la
- 11 masa estabilizadora (2a). El sistema de control para la
posición
de
la
masa
estabilizadora
electroimanes
se
realiza
en
tiempo
mediante
real
los
mediante
un
algoritmo de control difuso proporcional derivativo. La
5
tarjeta se encuentra debidamente insolada contra ruido
electro-magnético.
La presente invención, se puede implementar como un sistema
de
10
equilibrio
para
cualquier
tipo
de
robots
bípedo
de
cualquier dimensión, simplemente adecuando las dimensiones
del levitador magnético propuesto en esta invención. Como un
ejemplo de implementación de la presente invención, aplicado
al sistema de equilibrio de un robot,
se utilizó el robot
modular caminante de la patente mexicana MX 273554 (en la que
15
participaron
algunos
de
los
inventores
de
la
actual
invención); donde dicho robot logro el equilibrio utilizando
solo seis motores en lugar de diez, los cuales se proponían
originalmente en la patente mencionada. Así, el equilibrio de
cualquier
20
estructura
robótica
bípeda
que
incluso
requiera
diferentes grados de libertad podría ser controlado usando el
dispositivo
de
levitación
magnética
propuesto
por
esta
invención.
25
El mejor método para llevar a cabo la invención es el
siguiente:
Una vez ensamblado el levitador magnético e instalado sobre
la estructura robótica bípeda, como se explicó en la
descripción, es necesario conectar el módulo de control (3) a
30
una fuente de alimentación que sea capaz de dar la energía
necesaria a las piernas robóticas y al levitador magnético
con al menos 10 amperes. Al energizarse la unidad de control,
- 12 el
programa
automáticamente
interno
y ordena
del
a la
microcontrolador
inicia
masa estabilizadora (2a)
posicionarse al centro de la carrera del cartucho (1a). Al
5
10
15
mismo tiempo, ordena a la estructura robótica el pararse
(erguirse) con un valor bajo de Centro de Masas (CDM) como
posición inicial. Un CDM bajo aumenta la estabilidad de la
estructura
robótica
durante
el
caminado
e
impacta
positivamente en un menor consumo de energía, ya que el
controlador de equilibrio tendrá menos trabajo para compensar
las inestabilidades presentadas durante el caminado del
robot. Dicha posición fue encontrada por medio de un proceso
de simulación para una posición en la que el robot se
encontraba parado y sin movimiento. De esta manera, se
encontró el valor de posición para cada servomotor de las
piernas robóticas (2) necesario para colocarse en su posición
inicial.
A continuación, el programa interno que se encuentra en el
microcontrolador de la unidad de control (3) espera veinte
20
segundos para iniciar la secuencia de caminado. Así
microcontrolador de la unidad de control (3), envía
secuencia
de
posiciones
para
cada
uno
servomotores y de esta forma el robot camine.
25
de
los
el
la
seis
Después la unidad de control lee el valor y signo del
ángulo
de
inclinación
del
sensor
inclinometro
para
posteriormente efectuar el movimiento de corrección de la
masa estabilizadora mediante los electroimanes (3a), esto
30
será proporcional a los movimientos de descompensación que se
producen normalmente durante el caminado del robot.
35
La corrección de la posición de la masa estabilizadora se
realiza mediante un algoritmo de control difuso PD alojado en
la unidad de control, el cual determinará la posición actual
de la masa estabilizadora (2a) mediante la lectura del sensor
- 13 ultrasónico, así como la posición deseada por el sistema y
realizará el cálculo de la diferencia entre estos (error).
5
Para producir el caminado, el programa interno de la unidad
de control (3), considera dos etapas:
10
La etapa de “balance”, que se lleva a cabo mediante el
algoritmo de control difuso PD que balancea al robot
eficientemente
mediante
los
movimientos
de
la
masa
estabilizadora, sin necesidad de usar servomotores.
15
La etapa de “secuencia de caminado”, que consiste en enviar
para cada instante de tiempo, una nueva posición a los seis
servomotores; ambas etapas tienen por objeto imitar los
movimientos de caminado de un ser humano.
20
En caso de inestabilidad o pérdida del equilibrio del robot,
el algoritmo de control para la “secuencia de caminado” baja
la velocidad de caminado o incluso se detiene. Quedando solo
en función el algoritmo de “balance” que tratará de compensar
la pérdida de equilibrio para que la estructura robótica
pueda recuperar un estado estable de equilibrio y así
posteriormente siga caminando.
25
Las características de diseño del levitador magnético para el
equilibrio de robots bípedos presentado en esta invención
son:
a)
30
Implementa
el
equilibrio
de
estructuras
bípedas
robóticas, mediante una masa en permanente levitación
magnética, la cual corrige el centro de gravedad del
robot.
- 14 b)
Es conformado por un cartucho de diseño simple y de
electroimanes
que
atraen
o
repelen
a
una
masa
estabilizadora.
5
c)
Presenta
un
control
simplificado
mediante
una
sola
unidad de control.
d)
Presenta
un
utilizando
10
coeficiente
una
masa
de
fricción
cercano
a
cero
estabilizadora
en
levitación
y
instantánea
permanentemente.
e)
Permite
la
generación
transmisión
de
campos electromagnéticos hacia la masa estabilizadora
en
15
estado
de
movimiento
y
levitación
presenta
permanente,
una
mayor
facilitando
velocidad
su
para
modificar el centro de gravedad de un robot bípedo.
f)
Permite su uso sobre diferentes bases robóticas bípedas
(piernas) para controlar su equilibrio. Permitiendo así
20
su uso en aplicaciones diversas como la investigación,
exploración,
vigilancia,
prótesis
para
caminar
y
el
acceso a ambientes peligrosos para el ser humano y en
donde otro tipo de robot no puede acceder.
25
30
- 15 -
- 16 -
REIVINDICACIONES
Habiendo
descrito
suficientemente
nuestra
invención,
la
consideramos como una novedad y por lo tanto reclamamos como de
5
nuestra exclusiva propiedad, lo contenido en las siguientes
cláusulas:
1.-
Un
bípedos,
10
15
levitador
el
cual
magnético
para
se
en
ubica
el
la
equilibrio
parte
de
superior
robots
de
una
estructura bípeda; un sensor de inclinación que se encuentra
conectado internamente a la tarjeta del microcontrolador y es
utilizado para leer la inclinación del robot respecto a la
horizontal de la tierra. Dicho sensor entrega una señal digital
que indica los grados de inclinación del robot y un signo que
indica si la inclinación es hacia la izquierda o hacia la
derecha para que posteriormente la unidad de control calcule la
polaridad y nivel de voltaje en los electroimanes que
efectuaran
el
movimiento
de
corrección
de
la
masa
estabilizadora; un sensor ultrasónico que produce una señal de
20
voltaje que indica la posición de la masa estabilizadora, esta
señal es leída por la unidad de control; una unidad de control
que utiliza la señal de posición de la masa estabilizadora para
calcular la polaridad y potencia de cada par de electroimanes
generando
25
así
las
fuerzas
de
atracción/repulsión
necesarias
para desplazar a la masa estabilizadora y equilibrar al robot.
Dicha unidad de control contiene dos algoritmos, los cuales
generan dos rutinas; una que genera la secuencia de caminado, y
la otra que balancea al robot durante su caminado y siendo el
levitador
30
magnético
para
el
equilibrio
de
robots
bípedos
caracterizado por que se compone de:
Un cartucho el cual es una carcasa rectangular (1a)
dividida
en
tres
compartimentos
que
tiene,
un
- 17 -
compartimento central (10a) configurado para alojar una
masa estabilizadora (2a),
(11a)
que
contienen
gobernados
5
por
la
dos compartimentos laterales
cada
uno
unidad
de
ellos
de
electroimanes
control
(3),
dichos
electroimanes interactúan con los imanes permanentes de
neodimio
capaces
(7a),
de
incrustados
desplazarla
en
por
la
masa
medio
de
estabilizadora
la
atracción
o
repulsión entre los mismos;
Una
10
masa
estabilizadora
(2a),
en
permanente
levitación mediante las propiedades repulsivas entre los
imanes
permanentes
permanentes
de
(6a).
En
ferrita
donde
(4a)
la
y
base
los
de
imanes
la
masa
estabilizadora (2a), contiene ranuras para alojar imanes
permanentes;
15
Unos imanes permanentes laterales (6a) orientados con
los
polos
iguales
respecto
a
los
polos
de
los
imanes
permanentes de ferrita (4a) del cartucho, produciéndose
así la repulsión permanente entre la masa y el cartucho;
Un
20
imán
permanente
función el mantener
central
(5a),
que
tiene
como
la masa estabilizadora centrada. En
conjunto con los imanes permanentes (6a) adheridos a la
masa
estabilizadora
logrando,
el
estado
de
levitación
dentro del compartimento central, mediante la interacción
con los imanes permanentes (4a) del cartucho (1a);
25
Unas caras izquierda (25a) y derecha (27a) de la masa
estabilizadora
ranuras
(29a)
(2a),
para
donde
estas
incrustar
presentan
imanes
un
par
de
permanentes
de
neodimio circulares (7a) con magnetización axial, estos le
30
permiten
interactuar con los campos magnéticos de cada
par
los
de
compartimentos
electroimanes
laterales
(11a)
(3a)
del
ubicados
cartucho
en
los
(1a),
para
- 18 -
generar
movimientos
de
repulsión/atracción
para
el
desplazamiento de la masa (2a) estabilizadora a lo largo
del compartimento, para modificar el centro de gravedad de
la estructura robótica bípeda.
5
2. El Levitador magnético para el equilibrio de robots bípedos,
según
la
reivindicación
1,
caracterizado
por
que
el
levitador, esta configurado para alojar cualquier tipo y
número de imanes permanentes, así como de
10
electro imanes.
- 19 -
RESUMEN
La
5
10
15
20
25
30
presente
invención
se
relaciona
con
los
campos
de
la
mecánica y electrónica, y se refiere a la implementación de
un dispositivo de equilibrio para un robot bípedo mediante la
levitación magnética de una masa estabilizadora controlada
mediante electromagnetismo.
Este dispositivo usa la levitación magnética y no requiere
servomotores para producir el control de equilibrio en un
robot bípedo, y es substancialmente diferente a los métodos y
dispositivos existentes, gracias al uso novedoso de una masa
estabilizadora
que
levita
permanentemente
mediante
magnetismo, logrando de una manera ingeniosa la corrección
del centro de gravedad del robot, aumentando así su
autonomía, y haciéndolo susceptible de ser reproducido
industrialmente.
El objeto del dispositivo equilibrar estructuras robóticas
bípedas durante su caminado sin la necesidad de actuadores
tipo servomotor, en cambio, el balance o equilibrio se
implementa corrigiendo, mediante electroimanes, el centro de
gravedad del robot. Lo cual se logra con el movimiento de una
masa estabilizadora en levitación magnética continua. Los
movimientos de la masa son producidos por electroimanes
instalados en los extremos de un cartucho contenedor. El uso
de esta masa estabilizadora simplifica y eficienta el control
del balance, comparado con el tradicional control de varios
servomotores, y reduce significativamente su mantenimiento al
presentar un desgaste despreciable debido a las fricciones
cercanas a cero durante el movimiento de la masa.
9a
27a
1a
3a
2a
7a
5a
3a
28a
25a
29a
24a
7a
2a
30a
6a
7a
4a
7a
1
6a
3a
11a
3a
10a
3a
Figura 1
8a
29a
30a
31a
5a
19a
6a
23a
17a
4a
19a
1a
3a
10a
11a
16a
18a
12a
4a
20a
8a
3a
19a
20a
21a
Figura 2
13a
19a
15a
19a
1a
19a
14a
20a
12a
20a
17a
17a
Sección A
3a
A
N
S
4a
C
3a
4a
N
S
3a
10a
N
S
8a
17a
D
C
B
8a
D
3a
11a
A
Sección B
19a
11a
4a
19a
19a
18a
B
16a
7a
27a
7a
29a
7a
7a
25a
27a
29a
30a
2a
6a
30a
23a
N
S
S
N 5a
Figura 4
7a
7a
S
N
31a
6a
26a
23a
6a
5a
N
Sección C
S
14a
12a
20a
20a
Sección D
2a
7a
6a
21a
7a
5a
N
15a
6a
S
7a
N
7a
6a
Figura 5
19a
19a
Figura 3
28a
4a
19a
13a
2a
23a
Figura 6
1
2a
1a
E
4a 7a
7a
2a
7a
11a
1a
F
S
3a
3a
S
N
N
8a
S
S S
S
S
27a
S
N
N
N
S
4a
Sección E
25a
11a
S
N
N
S
1
6a
5a
19a
1
3a
3a
S
F
4a
E
7a
23a
S
4a
10a
7a
Figura 7
Sección F
8a
3
1
9a
2a
1a
2
Figura 8
3
10a
2a
3a
3a
3a
1a
1
1
2
Figura 9
10a
2a
9a
3a
1a
3
9a
2
Figura 10