Animatronic
Escuela Preparatoria Oficial No. 23
María José Elías Sánchez
Maritza Lizbeth González Núñez
Jessica Anel Álvarez Reyes
Adriana Hernández Gutiérrez
Irlanda Hernández Maldonado
Joselin Zacatenco Osorio
Erika Shanat Sánchez Pedroza
Vanessa Jaqueline Gálvez Salazar
Grado: 2°
Grupo: lll
14
de marzo 2016
Introducción
Con este proyecto se pretende
conocer y al mismo tiempo mostrarle a alumnos, docentes y personas
externas , lo que es un animatronic mediante un investigación que se realizara
, también sus características ,compuestos , sonidos , los distintos tipo de animatronic que existen ,
la forma en que este se realiza ; así mismo la estructura del proyecto que va a
llevar el animatronic que vamos a llevar a cabo . Pretendemos saber y analizar,
la aplicación que tienen tanto la física
y otras ciencias en ese proyecto.
Veremos que materiales se utilizaran para la realización de nuestro
producto integrador algunos pueden ser:
• Aluminio, Luz electricidad,
Metales, Plástico, Hierro, Acero inoxidable; Entre otros.
También analizaremos como podemos conjuntar la tecnología con la
naturaleza y conoceremos juntos más de
la ciencia llamada mecatrónica.
Se pretende realizar un robot donde este haga tres pasos, diga tres palabras y otros aspectos.
En su diseño se generara un homenaje a
un artista muy destacado años atrás, este artista es conocido como Michael Jackson. El objetivo es que el animatronic
realice algunos de sus pasos más destacados.
Queremos comprobar que tan sencillo o difícil puede ser el realizar lo
mencionado y el uso de los instrumentos
e herramientas que aplicaremos, y que tan necesario es ampliar nuestros
conocimientos en todos los aspectos.
Para poder realizar este trabajo requerimos de mucha paciencia y trabajo
colaborativo ya que es un trabajo en
equipo, se usaran conocimientos ya adquiridos en todas las materias tanto
valores como formulas, también buscaremos distintas fuentes de información se tiene
planeado utilizar desde libros, internet
hasta orientación de docentes y personas que conocen del tema.
ANIMATRONIC
¿Qué es un Animatronic?
Se
refiere al uso de dispositivos robóticos para emular un humano o un animal, o
traer características reales a un objeto de una forma inanimada, las creaciones
de los animatronic’s incluyen animales (incluidos los dinosaurios), plantas e
incluso criaturas míticas. Es un robot diseñado para hacer una imitación
convincente de un ser humano o animal que es etiquetado más específicamente
como un androide.
En los
animatronic’s modernos se han encontrado múltiples y amplias aplicaciones en
películas de efectos especiales y en parques temáticos, pues desde su inicio
han sido principalmente utilizados como un espectáculo de diversión.
Los
animatronic’s son un campo multidisciplinar que integra la anatomía, la
robótica y mecatronica. Son marionetas que resultan de la animación realista.
Las figuras animatronic’s son a menudo impulsadas por la neumática, hidráulica
o por medios eléctricos y se pueden implementar el ordenador y el control
humano, en donde se puede incluir la tele-operación, los accionadores de
movimientos que son utilizados normalmente para imitar los movimientos
musculares y así poder crear movimientos realistas en las extremidades del animatronic.
A menudo
los animatronic’s están cubiertos por carrocería y pieles flexibles hechas de
materiales plásticos duros y blando y para dar un mejor toque terminan con
materiales como los colores, pelo, plumas, vestido, o diversos accesorios que
aran lucir mejor al animatronic.
¿Qué tipo de animatronic’s
exististen?
Existen
diversos tipos de robot y algunos de ellos son:
-
Poliarticulados: En este grupo están los Robots de muy diversa forma y
configuración cuya característica común es la de ser básicamente sedentarios
(aunque excepcionalmente pueden ser guiados para efectuar desplazamientos
limitados) y estar estructurados para mover sus elementos terminales en un
determinado espacio de trabajo según uno o más sistemas de coordenadas y con un
número limitado de grados de libertad. En este grupo se encuentran los
manipuladores, los Robots industriales, los Robots cartesianos y se emplean
cuando es preciso abarcar una zona de trabajo relativamente amplia o alargada,
actuar sobre objetos con un plano de simetría vertical o reducir el espacio
ocupado en el suelo.
-
Móviles: Son Robots con grandes capacidades de desplazamiento, basados en
carros o plataformas y dotados de un sistema locomotor de tipo rodante.
Un robot
móvil es una máquina automática que es capaz de trasladarse en cualquier
ambiente dado. Los robots móviles tienen la capacidad de moverse en su entorno
y no se fijan a una ubicación física. En contraste, existen robots industriales
fijos, que consisten en un brazo articulado (manipulador de multi-ligado) y una
pinza de montaje (o efector de extremo) que está unida a una superficie fija.
-
Androides: Son Robots que intentan reproducir total o parcialmente la forma y
el comportamiento cinemático del ser humano. Actualmente, los Androides son
todavía dispositivos muy poco evolucionados y sin utilidad práctica, destinados
especialmente a la experimentación. Un ejemplo de androide es el ASIMO,
fabricado por Toyota.
-
Zoomórficos: Los Robots zoomórficos, que considerados en sentido no restrictivo
podrían incluir también a los androides, constituyen una clase caracterizada
principalmente por sus sistemas de locomoción que imitan a los diversos seres
vivos.
A pesar
de la disparidad morfológica de sus posibles sistemas de locomoción es conveniente
agrupar a los Robots zoomórficos en dos categorías principales: caminadores y
no caminadores. El grupo de los Robots zoomórficos no caminadores está muy poco
evolucionado. Cabe destacar, entre otros, los experimentados efectuados en
Japón basados en segmentos cilíndricos biselados acoplados axialmente entre sí
y dotados de un movimiento relativo de rotación. En cambio, los Robots
zoomórficos caminadores multípedos son muy numerosos y están siendo
experimentados en diversos laboratorios con vistas al desarrollo posterior de
verdaderos vehículos terrenos, piloteando o autónomos, capaces de evolucionar
en superficies muy accidentadas. Las aplicaciones de estos Robots serán
interesantes en el campo de la exploración espacial y en el estudio de los
volcanes.
-
Híbridos: Por último, los Híbridos corresponden a aquellos de difícil
clasificación, cuya estructura se sitúa en combinación con algunas de las
anteriores ya expuestas, bien sea por conjunción o yuxtaposición. Por ejemplo,
robots articulados y con ruedas (conjunción) o un cuerpo formado por un carro
móvil y de un brazo semejante al de los robots industriales (yuxtaposición).
¿Cómo se hace un animatronic?
Para
diseñar un animatronic se deben cumplir con ciertas etapas, algunas pueden
variar dependiendo del modelo de construcción por lo que se presenta un
enfoque muy general. Como primera etapa se planteará el ser vivo que se
requiere recrear mediante el animatrónic. Este campo es extenso por lo que la elección dependerá
de la finalidad del proyecto o los requerimientos del cliente en el campo comercial.
Ya con
una idea clara del ser que caracterizará el animatronic, se procede a plantear
las funciones del mismo, funciones móviles, funciones
sensitivas y método de control, ya sea automático o controlado por un operador.
Es
importante notar que en la parte de control existen muchas opciones desde un
control inalámbrico, alámbrico o simplemente una secuencia programada, incluso
la utilización de múltiples sensores para su accionamiento.
Pasamos a
otra etapa muy importante para el diseño, que es el análisis de movimiento y el diseño mecánico del animatronic. Por lo
general se hace un estudio anatómico del ser que se busca recrear, y se construye
un esqueleto mecánico en base a ello.
Para el
diseño mecánico cada parte debe estar perfectamente colocada, y la distribución espacial de los elementos electrónicos debe
ser la adecuada, en ciertos casos se puede estructurar un banco de control en donde prácticamente se
encontrará toda la electrónica y el diseño mecánico estará por separado. Al
tener el diseño mecánico separado del accionado por la electrónica surge una
serie de problemas como la transmisión del movimiento que generalmente
utiliza un sistema de cables mecánicos o en determinadas ocasiones
un sistema bastante complejo de engranajes.
La
optimización del espacio es un aspecto importante al momento del diseño, ya que
la programación misma o software de control deberá funcionar
en base a ello.
Al recrear un ser vivo debemos tomar en cuenta múltiples factores, comprender primero la anatomía del ser y los diferentes movimientos que este presenta, es importante tener en cuenta si el diseño engloba a un cuerpo entero o por lo general todo el entorno craneal únicamente.
En el
caso de la robótica el objetivo es imitar el movimiento muscular de un ser
utilizando componentes electrónicos y mecánicos, por lo que es importante
conocer las funciones de un músculo y su interacción con las partes móviles.
Los músculos son únicamente tejido que tiene la capacidad
de contraerse como por ejemplo, una mandíbula permite el movimiento del maxilar
inferior para abrir y cerrar la boca mediante múltiples músculos que funcionan
en sincronía
La manera más común de relacionar los músculos con la construcción de un animatronic es la utilización de servomotores o la implementación de cualquier dispositivo electrónico que permita justamente generar un empuje o una contracción en las partes móviles del animatronic. Es en este punto donde el conocimiento de anatomía nos simplifica el diseño, al conocer el trabajo muscular que realiza el movimiento es más sencillo crear un sistema mecánico que imite el mismo, así el accionar o el método de control de los mismos es puramente ingenio y creatividad del constructor o diseñador.
De
acuerdo con la anatomía existen movimientos relativamente simples como el abrir
y cerrar la boca, hasta movimientos muy complejos como el movimiento de los
ojos. En el caso de los ojos es un accionar totalmente sincronizado con dos
ejes cada uno, regresando a lo antes mencionado si se conoce la acción muscular el diseño tiene más sentido y punto
de partida.
Existen
complejos mecanismos para lograr un realismo increíble ante el usuario,
mientras más puntos móviles posean mayor impacto generará.
Otro
aspecto importante es la implementación de movimientos pequeños que añaden más
detalle al animatronic como por ejemplo las expresiones faciales de igual
manera son músculos que mueven la piel que los rodea.
Las
expresiones faciales es el factor clave cuando hablamos de realismo, nuestro subconsciente
puede percibir pequeños movimientos en el rostro y ser interpretados como
un estado de animo
Lenguaje Facial: Múltiples combinaciones en
el movimiento facial pueden ser una manera eficaz de transmitir el estado de ánimo o un sentimiento como por ejemplo: alegría,
enojo, sorpresa, etc...
Estas combinaciones
en un ser vivo involucran muchísimos músculos para lograr su objetivo, lo que
trasladando a nuestro diseño se convierte en un funcionamiento mecánico muy
complejo así como una implementación de software muy
avanzada para coordinar todo lo antes mencionado.
Un ser
vivo al tener miedo tiende a protegerse, por otra parte la ira nos induce hacia
la destrucción, este mensaje es precisamente lo que un animatronic de alta
calidad busca transmitir hacia el público.
Es por
ello que los animatronic’s necesitan un excelente acabado externo, y
precisamente este debe interactuar perfectamente con la parte mecánica y el software. Todo será un conjunto integro
para lograr un acabado perfecto.
Software
y Control
El
control del animatronic también es un campo muy extenso en el que el diseñador utilizara
el método que más le convenga o se adapte a sus necesidades.
En el
desarrollo y de manera didáctica son muy utilizadas las placas o tarjetas electrónicas con software libre, que permite un diseño un tanto más sencillo, para
un diseño más grande pueden utilizarse ya controladores diseñados por el mismo creador.
El control inalámbrico es una ventaja para el operador del animatronic pero sin
embargo genera ciertos inconvenientes en la construcción lo cual implica también
una fuente móvil por lo general. Dependiendo de la escala del diseño el consumo eléctrico del animatronic crece a la par,
dependiendo también de la complejidad del mismo. Un aspecto que genera
problemas y es una de las principales razones por las que se toma la decisión
de tener los accionadores externos, es el calor generado por todos los componentes y el riesgo que generan para el controlador. Como habíamos
mencionado antes el acabado externo es de altísima calidad por el detalle es
imposible generar espacios de ventilación para el hardware electrónico
en su interior.
Generalmente
un animatronic requiere múltiples movimientos al mismo tiempo, esto genera la necesidad (Refiriéndose a un
animatronic con radio control) de un emisor con múltiples canales o
en ciertos casos dos emisores y dos receptores por lo que obviamente se
necesitarían dos operadores. Por esta razón en muchas ocasiones se utiliza un
software que permita el control virtual del accionado desde una laptop. La
interfaz de cierta manera puede ser cableada o tener una conectividad
inalámbrica, en la cual se deberá tener en cuenta la velocidad de respuesta de los accionadores entre otros
aspectos.
1)
Accionadores Electrónicos: Los accionadores o actuadores serán parte importante tanto en el
diseño como en la implementación del software, existen diferentes tipos de
actuadores según las necesidades del diseño.
Dependen
directamente del tipo de movimiento a realizarse existiendo actuadores lineales
circulares o también clasificados por su limitación de movimiento. Los más
comunes en el mundo de la electrónica son los servomotores que al igual que los
demás accionadores electrónicos tienen una amplia gama de modelos y variaciones, existen también actuadores
lineales todos ellos utilizando un motor de corriente continua y un circuito de
control. Para diseños a grandes escalas como habíamos mencionado antes los
actuadores también deben ser los adecuados. El electro-actuador, pistones que
generan un empuje bastante elevado para mover estructuras con mayor peso y de grandes dimensiones.
Cada tipo
de actuador tendrá diferentes ventajas y desventajas, por ejemplo un pistón de
grandes dimensiones requiere un espacio y ángulo de acción bastante grande, por
lo que el diseño deberá adaptarse a él.
En cambio los servomotores ocupan relativamente poco
espacio y su método de control es mucho más preciso, en ciertos casos para
ejercer un movimiento lineal requieren de un diseño mecánico extra para su
implementación.
2)
Servo motor: Se
describirá a breves rasgos un servo motor, al ser unos de los accionadores
electrónicos más utilizados en este campo
Un servo
motor es un dispositivo electrónico que posee un motor de corriente continua
junto con un circuito de control y un conjunto de engranes o caja de reducción
para generar una relación de movimiento adecuada con el motor.
Este
dispositivo generalmente presenta una conexión bastante simple, que involucra a
tres terminales uno de control y dos de alimentación. El
terminal de control será el que reciba la señal del software implementado.
Los colores del cable de cada terminal varían con cada
fabricante: el cable del terminal positivo siempre es rojo; el del terminal
negativo puede ser marrón o negro; y el del terminal de entrada de señal suele
ser de color blanco, naranja o amarillo.
En
general el servo motor trabaja con el ancho de pulso de la señal de control
mediante esta relación se determinara el ángulo de movimiento del brazo. Según
el modelo el servomotor puede tener movimientos de 45°, 90°, 180° y 360°
realmente esta limitación únicamente vendrá dada por el fabricante y modelo del
servo motor.
Costo de implementación
Nuevamente
el costo cambiara de acuerdo a la calidad del producto y principalmente a la
escala del mismo, he aquí algunos aspectos a ser tomados en cuenta:
1)
Relación con la escala: Los accionadores electrónicos deberán estar
estrictamente relacionados con la escala del proyecto y los materiales a
utilizarse. Por ejemplo un servo que accione una mandíbula deberá tener el
límite de giro adecuado y sobretodo el torque necesario para el movimiento. En
este caso para un funcionamiento óptimo el servomotor o accionador deberá
presentar el menor esfuerzo posible durante su funcionamiento y por obvias
razones estar dentro de los parámetros que el modelo y marca especifique.
2)
Materiales: Ciertos materiales pueden llegar a ser muy costosos sin embargo
generan una gran ventaja en el diseño e incluso pueden disminuir el costo en
otras partes importantes. Por ejemplo un cuerpo mecánico liviano requerirá
accionadores de menor torque ya que ejercerán menos fuerza para realizar sus
funciones y por ende estos serán más baratos. Para un constructor con un
presupuesto relativamente alto lo mejor sería tener una estructura lo más
liviana posible utilizando materiales como fibra de carbono, plástico moldeado
o en estructuras más grandes, aluminio u otros metales livianos que a su vez
son bastante costosos
3) Tiempo
de implementación: Como sabes el tiempo es el recurso más caro junto con el
conocimiento del diseñador. Por lo general en un animatronic trabajan personas
con distintas habilidades para crear un solo producto, El tiempo dependerá
directamente de la escala del proyecto y de la complejidad del mismo, sin
embargo se necesitan muchas horas de trabajo arduo para lograr un buen
resultado.
Las
etapas de diseño y construcción pueden tomar semanas, meses o incluso años, la
perfección y calidad de un animatronic generalmente viene dada por un trabajo
en equipo y complementada con una correcta planificación.
APLICACIÓN DE LA ANIMATRÓNICA
Como ya
hemos descrito las utilidades y aplicaciones son infinitas que únicamente
quedan en la creatividad del creador. En la actualidad los animatronic’s se
encuentran en publicidad, cine, educación, etc... Campos en los que
principalmente interviene el término multimedia o entretenimiento, sin embargo
las aplicaciones únicamente dependen de la inventiva del diseñador.
En la
industria cinematográfica existen animatronic’s muy famosos que gran parte del
público desconoce que son precisamente eso animatronic’s.
A
continuación algunos ejemplos de animatronic’s que se han hecho populares a lo
largo del tiempo.
¿Qué principios básicos de la física se
utilizan?
Los robots industriales están disponibles en una amplia gama de tamaños,
formas y configuraciones físicas. La gran mayoría de los robots comercialmente
disponibles en la actualidad tienen una de estas cuatro configuraciones
básicas:
•Configuración polar
•Configuración cilíndrica
•Configuración de coordenadas cartesianas
•Configuración de brazo articulado
Todo
dependerá del animatronic que se quiera
realizar ya que este utilizara algunos principios básicos de la física. Pero
primero debemos analizar que son los principios básicos en física, se dice que
un cálculo proviene de los primeros principios, si comienza directamente en el
nivel de las leyes establecidas de la física y no hace suposiciones tales como
el modelo y los parámetros de ajuste. Se trata de encontrar los
primeros principios a partir de los cuales puedan deducirse todas las verdades
de la física.
·
La primera ley de Newton, conocida también
como Ley de inercia, nos dice que si sobre un cuerpo no actúa ningún otro, este
permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad constante
(incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero).
·
Segunda ley de Newton o principio fundamental de la
dinámica, se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza
neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere
dicho cuerpo.
·
Tercera ley de Newton o principio de acción-reacción, también conocida como Principio de acción y
reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B,
éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario.
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En
este proyecto se diseña y construye tanto el circuito de control como la parte
mecánica de un robot humanoide. La peculiaridad de este es que el control de
los servomotores no se realiza mediante un módulo controlador comercial sino
que se crea uno basándose en un proceso de análisis para obtener los mejores
resultados posibles. Podremos ver también los distintos tipos de componentes
que lo integran y conocen su funcionamiento a rasgos generales junto con los
planos y características de las piezas mecánicas.
Hay
Muchos Productos para la "Piel" (Silicona, Gel, Resinas u otros
Polímeros). Con respecto a la Estructura o Esqueleto puede ser de infinidad de
Materiales (Aluminio, Fibra de Carbono, Nylon, Varillas de Bronce o acero
Inoxidable).
En
el Tema de los Movimientos el abanico de posibilidades es aún Mayor (Servos de
Modelismo (los hay de decenas de tamaños y Fuerzas), Pistones Hidráulicos,
Neumáticos, Manuales por cable de Acero, Etc.) todo dependerá de la escala del
Proyecto, velocidades de los Movimientos y Practicidad.
CERATANIO:
Es
una aleación de titanio la cual es resistente y es sumamente maleable y puede
reestablecerse a su forma normal sin quebrarse o romperse, aguanta grandes
temperaturas y por lo tanto es el fuck yeah de los metales.
CARBURO:
De titanio cuya fórmula
es TiC y una variante Ti8C12, su apariencia es de polvo negro, su densidad es
de 4,93g/cm3, su punto de fusión es de 3160°C, eso quiere decir aguanta
demasiado calor y por lo general se le utiliza en el revestimiento de
transbordadores espaciales ya que resisten altas temperaturas, también el metal
carburo de titanio y sus compuestos se consideran fisiológicamente inertes.
Esta propiedad lo hace útil en la detección de sonidos subacuáticos al
convertir vibraciones mecánicas en señales eléctricas.
Por lo tanto sus usos
son:
-Instrumentos de
cocina
-Revestimiento de
transbordadores espaciales (placas de color negro)
-Sierras mecánicas
-Instrumentos que
captan movimientos ultrasensibles.
-Se emplea como
pulimento para los relojes con superficie anti rayado.
EVALUACIÓN
POR RUBRICAS DE ACTIVIDAD DE PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
“ANIMATRONIC´S
FOR DUMMIES”
CATEGORIA
|
EXCELENTE (4)
|
BUENO (3)
|
SATISFACTORIO (2)
|
DEFICIENTE (1)
|
PUNTAJE
|
Presentación
|
La presentación incluye aspectos requeridos y formato adecuado
|
La presentación incluye aspectos básicos requeridos
|
La presentación carece de algunos aspectos requeridos
|
La hoja de presentación carece de los aspectos requeridos
|
|
Introducción
|
La introducción incluye el propósito, exposición general del tema y
objetivos claros
|
La introducción incluye el propósito, exposición general del tema y
los objetivos están un poco confusos
|
La introducción incluye el propósito y los objetivos pero no se
presentan de forma clara
|
La introducción está incompleta y los objetivos no están claros
|
|
Información contenida
|
Provee información completa correcta y pertinente apoyado claramente
por fuentes confiables
|
Provee información parcialmente completa correcta y pertinente
como resultado de un trabajo adecuado de investigación
|
Provee información básica o no es pertinente basado en un
trabajo mínimo de investigación
|
El trabajo carece de información pertinente o relevante de la
investigación
|
|
Fuentes de información
|
Las fuentes de información son múltiples y variadas
|
Las fuentes de información son variadas
|
Las fuentes de información son limitadas
|
Las fuentes de información son muy pocas o ninguna
|
|
Traducción al idioma ingles
|
Todo el contenido de la traducción es correcto y no tiene errores
|
La mayor parte de la traducción es correcta, pero hay una parte que puede
ser inexacta.
|
La traducción es generalmente correcta, pero una parte es claramente
errónea
|
La traducción suele ser confusa y contiene varios errores
|
|
TOTAL
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