Desarrollo de un chasis de robot humanoide basado en el PPegasus-21

Abstract

El proyecto consistió en el rediseño y la construcción de un chasis humanoide destinado a investigación académica en robótica. La motivación principal surgió de las limitaciones del modelo predecesor, el PPegasus-21, cuyo número reducido de articulaciones y restricciones geométricas impedían alcanzar configuraciones de mayor movilidad. Con base en estos antecedentes, se definió como objetivo general desarrollar un chasis de nueva generación que incrementara los grados de libertad, mejorara la integración con servomotores inteligentes y mantuviera compatibilidad con los ecosistemas de experimentación como el robotat de la Universidad del Valle de Guatemala. El proceso de diseño se llevó a cabo mediante modelado tridimensional en un entorno CAD en línea, utilizando como punto de partida la estructura previa y adaptándola a las nuevas exigencias mecánicas. Se rediseñaron piezas clave para compensar la asimetría de los servomotores seleccionados y se empleó diseño en contexto de ensambles para garantizar alineación, movilidad y manufacturabilidad. Paralelamente, se fabricaron prototipos funcionales mediante tecnologías de impresión tridimensional, lo que permitió validar ajustes geométricos, tolerancias y comportamiento estructural antes de construir la versión final. Como resultado, se obtuvo un chasis humanoide con 21 grados de libertad, cinco más que su antecesor, y completamente integrado con servomotores inteligentes y un sistema electrónico renovado que incluye un microcontrolador Esp32 con capacidad de conexión inalámbrica. Los ensambles finales cumplieron con las especificaciones de movilidad, rigidez y mantenimiento establecidas al inicio del proyecto. El trabajo deja como línea futura la incorporación de un sistema de baterías autónomo, la implementación de control avanzado con cinemática inversa y la integración de una unidad inercial para mejorar la estabilidad y percepción del robot.

The project focused on redesigning and constructing a humanoid chassis intended for academic research in robotics. The main motivation stemmed from the limitations of the previous model, the PPegasus-21, whose reduced number of articulations (Degrees of freedom) and geometric constraints limited its ability to reach configurations requiring greater mobility. Based on these considerations, the general objective was to develop a new-generation chassis that increased the degrees of freedom, improved integration with intelligent servomotors, and remained compatible with experimental ecosystems such as Robotat at Universidad del Valle de Guatemala. The design process was carried out through three-dimensional modeling in an online CAD environment, using the previous structure as a starting point and adapting it to new mechanical requirements. Key components were redesigned to compensate for the asymmetry of the selected servomotors, and context-based assembly modeling was employed to ensure alignment, mobility, and manufacturability. Functional prototypes were fabricated using three-dimensional printing technologies, allowing validation of geometric adjustments, tolerances, and structural behavior prior to constructing the final version. As a result, the project achieved a humanoid chassis with 21 degrees of freedom five more than its predecessor-and fully integrated with intelligent servomotors and a renewed electronic system that includes an ESP32 microcontroller with wireless communication capabilities. The final assemblies met the mobility, rigidity, and maintenance specifications established at the outset of the project. Future work includes incorporating an autonomous battery system, implementing advanced control with inverse kinematics, and integrating an inertial measurement unit to enhance the robot's stability and perception.