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Megaproyecto "DANI" : Diseño e implementación de un dragón animatrónico interactivo con fines de promover los programas tecnológicos de la Universidad del Valle de Guatemala.

Resumen

El proyecto “DANI” es un animatrónico que imita a un dragón de aspecto infantil, con dos modos de operación: en el primer modo, es capaz de interactuar de forma auditiva y visual con un usuario; y en el segundo, implementa el sistema de teleoperación. Todo esto con la finalidad de que el robot sea capaz de dar la bienvenida a las personas. Se plantea que las partes a movilizar sean las orejas, cejas, ojos, boca, brazos, garras, y cola. Para la elaboración de los mecanismos de la cabeza, se tuvo como primer requerimiento el espacio de trabajo, ya que debían adaptarse a la cabeza de “DANI”, la cual fue elaborada por artistas guatemaltecos. Los mecanismos se elaboraron con materiales de fácil mecanizado, de bajo peso y fácil acceso. Los mecanismos se lograron adaptar a las condiciones de la cabeza y así lograr el objetivo de imitar los gestos faciales. Para lograr la interacción de forma audiovisual, se desarrolló un algoritmo para interpretación de señales provenientes de dispositivos de audio y video. El sistema de reconocimiento de voz implementa el Google Speech API, que es seleccionado en base al método de Pugh con trade study. El sistema provee un rendimiento constante en reconocer los comandos de nivel de complejidad que involucra una mezcla de 3 términos con acierto de 70% a 80%, mientras que el nivel de complejidad con combinación de 4 términos o mayor provee aciertos de 33%. El sistema de reconocimiento de rostro hace el uso de OpenCV para distinguir el rostro del usuario, y algoritmo del sistema para calibración durante la operación del reconocimiento utiliza las compensaciones u “Off-sets”. Las cámaras Microsoft LifeCam Cinema y OOSSXX Mini Security Camera son implementadas para el sistema, con diferentes calidades que se observan en las Figuras 54 al 57 con la plataforma de Python. La prueba con la plataforma de Matlab se observa en las Figuras 52 y 53. Además, se describe el proceso de diseño mecánico de los brazos y garras del megaproyecto “DANI”, responsable de brindar las extremidades superiores a un animatrónico con materiales fáciles de maquinar y de bajo costo. Para ello se diseñó una estructura que se adaptara al diseño de un muñeco realizado por un artista nacional. Se consideraron cuatro grados de libertad para su movimiento con los servomotores Dynamixel AX-12A para dos grados en los hombros y los Dynamixel XL-320 para un grado en el codo y otro en la apertura de la garra. Se obtuvieron cinco iteraciones para llegar al diseño final en donde el peso total fue de 64.45 N (657.13g), habiendo seis puntos críticos obtenidos a partir del diagrama de corte y momento del modelo de una viga empotrada para el peor caso que fue el brazo completamente en voladizo. El torque necesario para levantar el brazo fue de 1.375 N*m lo que representó aproximadamente el 92% de la capacidad de los servomotores. Esto al mismo tiempo provocó que los servomotores no soportaran más de ocho segundos en cualquier posición mayor o igual a 70° medidos desde el brazo en posición vertical hacia abajo. A partir de lo anterior, fue posible diseñar un brazo mecánico basado en el diseño de un artista nacional, pero se recomienda utilizar servomotores de torque más alto para evitar problemas de sobrecarga.