Instituto de Robótica Humanoide, Universidad Waseda

La Universidad Waseda es líder en investigación de robótica antropomórfica. Desarrolló, por ejemplo, el WABOT-1, el primer robot humanoide a escala completa en 1973. En el año 2000, la universidad creó el Instituto de Robótica Humanoide (HRI, por sus siglas en inglés) para promover actividades de investigación que generaran nuevas relaciones entre humanos y máquinas en una sociedad de información avanzada. Bajo la dirección de Atsuo Takanishi, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica Moderna de Waseda, el HRI ha acelerado la investigación y el desarrollo (I+D) de la robótica humanoide. Esta organización de investigación de Tokio ha creado una tecnología robótica fundamental al tiempo que fomenta simultáneamente el desarrollo de muchos ingenieros y científicos con talento. La investigación del HRI se centra en el desarrollo de robots que interactúen con humanos, ya sea para realizar tareas rutinarias, proporcionar asistencia médica o servir de compañía. Puesto que estos robots trabajan junto con socios en un entorno humano, compartiendo el mismo espacio de trabajo y teniendo las mismas experiencias, no solo necesitan parecer humanos, sino que también deben evocar el mismo pensamiento y los mismos patrones de comportamiento que un ser humano. Mientras que la Universidad Waseda utilizó inicialmente herramientas de diseño en 2D para desarrollar robots humanoides, el HRI determinó en 2001 que era necesaria una plataforma de desarrollo en 3D integrada para avanzar en la I+D de la robótica humanoide, según el profesor asociado Kenji Hashimoto. "Nuestros robots son sistemas complejos que requieren la integración de información de sensores relacionados con el habla, las expresiones faciales y los movimientos corporales, lo que da como resultado un alto nivel de comunicación y acciones coordinadas", explica Kenji Hashimoto. "Nuestros equipos necesitan acceder a un completo conjunto de herramientas de diseño e ingeniería en 3D para cumplir nuestros objetivos". Tras evaluar varios de los principales sistemas de diseño en 3D, el HRI eligió el software SOLIDWORKS Research como plataforma estándar e implementó 60 licencias. El HRI eligió SOLIDWORKS Research porque su interfaz es más fácil de usar que otros paquetes en 3D y proporciona acceso a una amplia gama de herramientas integradas de diseño y simulación.

UNA SOLA PLATAFORMA, VARIOS ROBOTS

Desde la implementación del software SOLIDWORKS Research en 2001, el HRI ha acelerado el ritmo del desarrollo de robots (ha introducido más de 20 robots humanoides) trabajando en una plataforma 3D integrada. Estos robots incluyen la serie Waseda Leg, locomotoras bípedas para el transporte de personas discapacitadas y de edad avanzada; la serie Waseda Jaw, robots que simulan mecánicamente la masticación humana para comprender conceptos dentales; la serie Waseda Yamanashi, robots de apertura y cierre de mandíbulas para pacientes con problemas de mandíbula; las series Waseda Flautist y Waseda Saxofonist, robots que tocan la flauta y el saxofón; la serie Waseda Talker, robots que emiten mecánicamente sonidos vocálicos y consonánticos japoneses; y las series Waseda Eye y KOBIAN, robots que expresan emociones. Otros robots del HRI incluyen el WABIAN-2R, un robot que camina con extensión de rodilla utilizando una pelvis humanizada y mecanismos de piernas con siete grados de libertad (DOF, por sus siglas en inglés); el WAREC-1, un robot de rescate en caso de desastres con 28 DOF; y el WL-16, un robot que puede transportar a humanos y prácticamente cualquier carga de hasta 80 kg. "El HRI ha aumentado su productividad a la hora de desarrollar robots con el software SOLIDWORKS Research gracias a su gama de funciones integradas. Ha aumentado la eficacia del diseño entre tres y cuatro veces", comenta Kenji Hashimoto. "En 2D, solo podíamos diseñar miembros estructurales planos simples. Gracias a SOLIDWORKS, ahora podemos diseñar fácilmente piezas robóticas complejas".

LIGERO PERO FIRME

El HRI supera el principal reto en el diseño de robótica humanoide, ya que reduce el peso de las piezas manteniendo su firmeza, gracias al uso de las herramientas integradas de análisis de elementos finitos (FEA, por sus siglas en inglés) de SOLIDWORKS. "SOLIDWORKS Simulation es esencial para diseñar un robot con piernas porque su peso debe ser lo más ligero posible pero debe mantener un alto grado de firmeza", recalca Kenji Hashimoto. "El software de diseño de SOLIDWORKS nos permite calcular rápidamente el centro de gravedad y el momento de inercia de las piezas robóticas, información que se utiliza para las simulaciones, y comprobamos las piezas en busca de interferencias en tres dimensiones. "SOLIDWORKS Flow Simulation [software de análisis de dinámica de fluidos computacional] también resulta útil para diseñar un sistema de refrigeración para fuentes de calor, como accionadores, motores y controladores", añade Kenji Hashimoto.
 

DISEÑO MECÁNICO Y ELECTRÓNICO TODO EN UNO

El aumento sustancial de la productividad que el HRI ha conseguido con el software SOLIDWORKS Research también se debe a la naturaleza multidisciplinar e integrada del software, que permite a los equipos del instituto realizar diseños mecánicos, eléctricos y térmicos de forma simultánea en lugar de por separado. "La tecnología de SOLIDWORKS es innovadora porque puede gestionar tanto el diseño mecánico como el eléctrico con un mismo software", apunta Kenji Hashimoto. "Además, con SOLIDWORKS es posible realizar diversos análisis, como análisis de FEA estructurales y análisis térmicos de flujo de fluidos", continúa Kenji Hashimoto. "Para desarrollar un robot sofisticado, no solo debemos llevar a cabo el diseño mecánico, sino también el diseño eléctrico y el diseño térmico simultáneamente. Debemos colocar todos los componentes, como el motor, el engranaje reductor, los codificadores, etc., en un espacio limitado. Se debe lograr la reducción del tamaño y el peso al tiempo que se mantiene un alto nivel de firmeza de cada pieza y realizar análisis FEA repetidamente. SOLIDWORKS es muy útil en este proceso de diseño".