Construye tu propio zowimanoide

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¿Conoces la versión imprimible del robot Zowi? ¿Sabías que puedes utilizarlo como base para construir nuevos robots? Los zowimanoides son versiones modificadas de Zowi a la que se les ha añadido dos brazos y una cabeza. Por su morfología, a los zowimanoides los llamamos robots “micro-humanoides”, y son un buen punto de partida para aprender a gestionar el movimiento de muchos servos simultaneamente.

Nombre	Zowimanoides
Fecha publicación	3 Febrero 2016
Autores	Javier Isabel, Alberto Arribas, David Sanchez, Sonia Verdú, bqlabs
Audiovisuales	Diego Aldea, María de Prado
Licencia
Fuentes	GitHub de bqlabs

PASO 0: Reúne los materiales.

Para montar un zowimanoide se necesitarán los materiales que aparecen en la siguiente foto: piezas impresas, componentes electrónicos, tornillería y algunas herramientas.

PASO 1: Montaje de los pies.

Vamos a comenzar por montar los pies del robot. Para cada pie, se necesitarán:

2x Pie imprimible.
2x Servo tamaño estándar.
8x Tornillos M3x18.
8x Tuercas M3.
2x Tornillo con cabeza avellanada M3x12.

Empezamos por introducir las tuercas en las ranuras de la cavidad del servo y el tornillo avellanado en el agujero trasero. Es importante procurar que no se caigan las tuercas durante el montaje, ya que una vez se coloque el servo no podrán meterse dentro. Después se introducirá el servo presionando un poco con los dedos y se atornillará en su sitio con el resto de tornillos.

PASO 2: Montaje de las patas.

Para este paso se utilizarán:

2x Pata imprimible.
2x Horn de servo standard.
Tornillos de servo.

Es recomendable utilizar unos horns como los que aparecen en la imagen, pero si los servos no traen este horn redondo, pueden adaptarse horns de otro tipo. Los tornillos que se usarán para montarlo son los tornillos que vienen junto al servo. Además harán falta unos alicates u otra herramienta para cortar los tornillos.

Los horns se montan con tres tornillos cada uno, atravesando el propio horn y la pata. Después es necesario cortar los tornillos para que no rocen con la carcasa del servo. Como son tornillos muy finos, pueden cortarse fácilmente con unos alicates grandes.

PASO 3: Montaje del chasis.

Pasamos a montar la base del robot, el chasis. Para ellos se necesitan estos componentes:

2x Servo tamaño estándar.
2x Tuercas M3.
4x Bridas cortas.

Las bridas pueden sustituirse por 8 tornillos M3x18 con sus 8 tuercas M3, pero el montaje es un poco más engorroso.

Antes de nada, se deben meter las dos tuercas en las ranuras del chasis. Estas tuercas no harán falta hasta prácticamente el final del montaje, pero es importante ponerlas en este punto y no perderlas. Como se comentó en el párrafo anterior, los servos pueden montarse con tornillos, sin embargo, utilizar bridas es mucho más sencillo y el anclaje queda bastante robusto. Como detalle, la cabeza de la brida debe salir por la parte de arriba del chasis, ya que si sale por abajo rozará con las patas.

PASO 4: Unión de las patas al chasis.

En este punto, se unirán las piezas de las patas al chasis. Será necesario para este paso:

Ensamblaje del paso 2.
Ensamblaje del paso 3.
2x Tornillos para los horns de los servos.

Lo más crítico de este apartado es colocar las patas de manera que puedan moverse a lo largo de un rango como el que se muestra en las imágenes. Si al girar el conjunto de pata y servo con la mano, la articulación no es capaz de realizar el movimiento que se ve en las imágenes, será necesario separarlo y volver a colocarlo en su sitio. Cuando las dos patas estén correctamente colocadas, se procederá a atornillar los horns con los tornillos propios del servo.

PASO 5: Unión de los pies a las patas.

Para realizar este paso, se necesitarán:

Ensamblaje del paso 4.
Ensamblaje del paso 1.
2x Tornillos para los horns de los servos.

Para meter las piezas en las patas, hay que comenzar por introducir la parte que sobresale del tornillo del pie en el agujero del extremo trasero de la pata. Para meterlo hay que tirar ligeramente de las dos partes de la pata, pero con cuidado de no romperla. Al igual que en el paso anterior, en las imágenes se muestra el recorrido que debe ser capaz de realizar el servo. Una vez más, habrá que recolocarlo las veces que sean necesarias hasta que quede en su sitio. Por último se atornillarán los horns del servo con sus tornillos.

PASO 6: Montaje de los hombros.

Terminada la parte inferior del robot, empezaremos a montar los hombros. Las piezas que serán necesarias en este paso son:

2x Hombro impreso.
4x Horn de microservo.
16x Tornillos del microservo.

En este apartado es posible con que nos encontremos con que los tornillos que traen los servos sean muy pequeños y frágiles. Por ello, es importante elegir un destornillador del tamaño adecuado y tener un poco de paciencia. Los tornillos deben atravesar la pieza de plástico y agarrarse a los horns. Si el agujero del horn es demasiado pequeño, puede agrandarse con un taladro de 2 mm o una lima puntiaguda. Un detalle importante, si el servo no trae muchos tornillos, es mejor poner los horns con solo dos tornillos para cada uno y reservar algunos para los pasos posteriores.

PASO 7: Montaje del tronco.

El tronco del robot se monta con estos componentes:

1x Torso imprimible.
2x Microservo.
4x Tornillo de anclaje de microservo.

El eje del servo debe quedar entre los dos salientes del cuerpo. Se atornillará en esa posición con los tornillos que vienen con el servo (los mismos del paso 6).

A continuación, usaremos:

1x Microservo.
1x Horn de microservo.
2x Tornillo de microservo.
1x Tornillos del horn del microservo.

En este paso, se monta el servo de la cabeza. Para colocarlo adecuadamente, hay que hacer que el punto central del giro del servo quede en la posición que se observa en las siguientes imágenes.

PASO 8: Unión de los hombros al cuerpo.

En este paso se continúa montando el tronco del robot, siendo necesario:

Ensamblaje del paso 6.
Ensamblaje del paso 7.
2x Tornillo del horn del microservo.

Al igual que con el resto de servos, deben colocarse de forma que puedan alcanzar las posiciones que se muestran en las siguientes imágenes. Una vez colocados los atornillaremos con los tornillos que vienen con el servo.

PASO 9: Montaje de los brazos.

En el montaje de los brazos necesitaremos:

2x Brazo impreso.
2x Microservo.
4x Tornillo de microservo.
2x Tuerca M3.

El montaje de los brazos es bastante sencillo. Lo primero que hay que hacer es colocar las tuercas en el hueco hexagonal de la pieza impresa. Una vez puesta la tuerca, se meterá el servo. Hay que tener especial cuidado con el cable del servo para no pillarlo con las paredes de la pieza. Una vez colocado en su sitio, se atornillará cada servo son dos tornillos.

PASO 10: Unión de brazos en cuerpo.

Una vez completados los brazos se procederá a montarlos en los hombros. Para realizar este paso se necesitará:

Ensamblaje del paso 8.
Ensamblaje del paso 9.
2x Tornillo M3x10.
2x Tornillo del horn del microservo.

Montar los brazos en los hombros es muy similar al montaje de los pies que se realizó en el paso 5. De nuevo, es importarte controlar que el brazo es capaz de moverse a lo largo del rango completo del brazo. Una vez verificado, se fijará el horn al microservo con el tornillo que trae el microservo. Posteriormente hay que colocar el tornillo M3 en el agujero trasero del hombro, roscándolo en la tuerca que se colocó dentro del brazo. No hay que apretarlo muy fuerte, ya que podría tocar con la carcasa del microservo y dañarla.

PASO 11: Montaje de la electrónica.

En este paso se montará la electrónica. En este caso, se monta una placa Zum Core, que nos permitirá controlar los servos, alimentarlos y nos proporcionará conectividad Bluetooth. Por tanto necesitaremos:

Ensamblaje del paso 5.
1x BQ Zum Core.
2x Tornillo M3x12.
2x Tuerca M3.

La placa se montará en la parte trasera del chasis. Aunque hay cuatro agujeros, con dos tornillos el anclaje es lo suficientemente robusto. Hay que tener cuidado para no dañar los componentes de la placa al apretar los tornillos.

Los servos pueden conectarse a la placa en cualquier pin entre el 2 y el 12. Da igual qué pines se elijan, pero se debe recordar donde se ha conectado cada uno para luego poder programar el robot.

PASO 12: Montaje de la batería.

En lo que a alimentación se refiere, existen muchas posibilidades. En este caso se ha escogido una batería LiPo de dos celdas (7,4 V), pero podríamos alimentar nuestro robot con un portapilas, una batería portatil para móviles, una batería NiMH recargable… etc. Lo más importante es respetar la tensión de entrada de la placa. Como en este caso se trata de una placa Zum Core, podemos alimentarla con una tensión de entre 6 V y 17 V. También es importante recalcar que la Zum Core nos permite alimentar los servos a través del convertidor integrado en la propia placa. Si se utilizase otra placa, sería conveniente vigilar que a los servos les llegue suficiente corriente, que comúnmente se consigue alimentándolos por separado. Lo más sencillo si se utiliza, por ejemplo, una placa Arduino, sería alimentar tanto la placa como los servos directamente desde una batería de 6 V (cuatro pilas alcalinas, cinco pilas recargables o una batería NiMH de radiocontrol). Otra opción es utilizar servos “HV”, que están preparados para poder conectarse directamente a una batería LiPo de dos celdas.

Para conectar la batería, se conectan dos cables de los pines Vin y GND. Tanto estos cables como el conector de la batería se sacan por el agujero que tiene el chasis del robot, para poder conectarla y desconectarla desde fuera.

Advertencia: Las baterías LiPo requieren especial atención, tanto en su carga como en su uso. Para cargarlas se necesita además un cargador con capacidad para balancear las celdas. Un mal uso de estas baterías puede causar daños al robot o incluso a ti mismo. Deben respetarse siempre los manuales de carga de la batería y también las recomendaciones de almacenamiento.

PASO 13: Unión del cuerpo.

¡Último paso! Para terminar el montaje vamos a necesitar:

Ensamblaje del paso 10.
Ensamblaje del paso 12.
2x Tornillos M3x10.

Al igual que se hizo con los servos de las patas, los servos de los brazos se conectarán en cualquiera de los pines libres comprendidos entre el 2 y el 12. Recuerda apuntar donde has conectado cada servo de los brazos, ya que a la hora de programarlo será necesario escribirlo en el código. Coloca el cuerpo sobre el chasis y utiliza los dos tornillos de M3 para fijar el conjunto.

Si has llegado hasta aquí ¡Ya tienes tu zowimanoide montado! Sin embargo, el robot no tiene ni manos ni cabeza. Tienes dos opciones para completarlo: utilizar uno de los diseños libres que encontrarás en el repositorio de Zowi de bqlabs, o (muy recomendado) diseñarte unos personalizados con la plantilla de FreeCAD que encontrarás aquí.