Locomoción de un robot vestible sobre superficies cilíndricas con diámetros variables

Abstract

En este trabajo se presenta el desarrollo y validación de un robot vestible, diseñado para desplazarse sobre superficies cilíndricas con diámetros variables, como las extremidades humanas. El problema principal es que el cuerpo no es una “superficie rígida ideal”: cambia de forma, es blando y su geometría varía con la postura, lo que complica tanto la planificación de trayectorias como la estabilidad del control. Por eso, el trabajo se enfoca en optimizar la locomoción en entornos controlados, con el objetivo de generar una base sólida para aplicaciones futuras donde la interacción humano–robot sea segura y funcional. La propuesta combina modelado geométrico, diseño mecánico y control. A nivel de sistema, el robot usa tres ruedas (R1, R2 y R3) con tres grados de libertad para moverse longitudinalmente y mantener orientación/estabilidad sobre el cilindro. Además, R1 y R2 están acopladas mecánicamente (por eso comparten referencia de control), mientras que R3 se controla de forma independiente. La estabilidad se analiza con relaciones trigonométricas y un parámetro clave: el ángulo e, donde valores cercanos a 0° indican una configuración más estable de los puntos de contacto. En control y electrónica, se implementa un contorl PI con una arquitectura con ESP32, drivers L293D, motores DC con encoder, servos para orientar la dirección, y un filtro EMA para suavizar el ruido en las lecturas angulares (mejorando el cálculo de diámetro y correcciones). La validación incluye pruebas sobre un tubo de diámetro variable recubierto para simular piel y pruebas finales sobre un maniquí APOLLO; se observa un comportamiento consistente de las ruedas (ángulos µ) sin pérdida marcada de velocidad pese al cambio de sección, y una corrección proporcional entre µ3 y e, para conservar estabilidad durante el movimiento. El trabajo demuestra que integrar un modelo geométrico (para estimar estabilidad y diámetro), junto con un esquema de control y filtrado de señales, permite que el robot se desplace de manera estable y adaptable en superficies curvas XIV con variación de diámetro. Las pruebas experimentales respaldan que el prototipo cumple criterios de funcionamiento y adaptabilidad en condiciones controladas, y se plantean mejoras para acercarlo a escenarios reales sobre el cuerpo humano.