Los robots dibujantes suelen ser bastante grandes, así que es fácil encontrar uno encima de un escritorio, pero meterlo en una mochila o en un bolsillo no es muy realista. La razón es que estas máquinas funcionan normalmente bajo principios parecidos a los de una impresora 3D. Los motores y brazos deslizantes que usan ocupan mucho espacio. Pero ¿es esa la única manera de armar un robot dibujante? Por supuesto que no.
El hacker de hardware Dorian Todd propuso recientemente un diseño muy creativo para un robot dibujante distinto a cualquier otro. Es más complicado que los robots existentes, así que puede no servir para todos los casos, pero cuando el tamaño importa, el PenBot Mini es difícil de batir. El diseño único le da al robot un footprint aproximadamente del tamaño de una tarjeta de crédito, si no se cuentan los brazos del dibujo.
¿Por qué un mecanismo de cinco barras?
En lugar de apoyarse en los sistemas de movimiento cartesiano clásicos de las máquinas CNC y las impresoras 3D, el PenBot Mini usa un mecanismo de cinco barras en miniatura. Dos servomotores diminutos montados al frente del robot controlan los brazos interconectados que guían la punta del lápiz a través de la página. El arreglo inusual reduce drásticamente el tamaño del robot, aunque también introduce una gran cantidad de complejidad matemática.
Para hacer el diseño lo más pequeño posible, Todd abandonó el hardware voluminoso usado en su prototipo PenBot anterior. La máquina original se apoyaba en un Raspberry Pi y ensamblajes mecánicos mucho más grandes. El PenBot Mini en cambio usa una pequeña placa de desarrollo Seeed Studio XIAO ESP32C6 como controlador. El microcontrolador onboard tiene suficiente poder de procesamiento para manejar los cálculos de cinemática inversa, gestionar los buffers de dibujo y comunicarse con un computador host en tiempo real sobre USB-C.
¿Cómo se logra precisión con tan poco espacio?
Con tantos puntos de pivote empacados en un área tan pequeña, incluso cantidades diminutas de juego mecánico pueden desviar la posición del lápiz. Para resolver esto, Todd integró rodamientos en miniatura directamente en las articulaciones del linkage para eliminar el wobble y mejorar la precisión. El chasis y los ensamblajes de los brazos se modelaron en CAD usando datos exactos del fabricante de cada componente, para asegurar que cada parte calzara perfectamente dentro del footprint del tamaño de una tarjeta de crédito.
El cuerpo del PenBot Mini y sus componentes estructurales se fabricaron con una impresora 3D usando filamentos de grado ingeniería diseñados para reducir flex. También se usaron técnicas de impresión multicolor para agregar acentos visuales directamente en las partes finales. Una tapa magnética snap-on protege el dispositivo durante el transporte.
¿Qué corre por dentro?
El firmware del ESP32 usa un solver iterativo para refinar repetidamente las posiciones de los brazos requeridas para ubicar el lápiz con precisión, compensando el offset entre el pivote final y la punta real del lápiz. Mientras tanto, una aplicación Python de escritorio custom permite a los usuarios dibujar trazos a mano alzada o generar texto usando fuentes de un solo trazo. El software también realiza chequeo de colisiones para evitar que los brazos del linkage entren en posiciones imposibles.
¿Qué viene?
Aunque el robot ya es capaz de producir dibujos bastante detallados, Todd dice que las revisiones futuras pueden incluir reducciones por engranajes en los servos y una geometría de linkage revisada, para mejorar la precisión aún más sin aumentar el tamaño del dispositivo.
La construcción se publica en Hackster.io y reúne tres ingredientes técnicos poco frecuentes en este formato: cinemática inversa resuelta en un microcontrolador chico, rodamientos en miniatura para eliminar holgura y un chasis impreso en multicolor que es a la vez estructura y carcasa.
