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PROYECTO DE GRADO
”APLICACIÓN DE CONTROL DE UN BÍPEDO HUMANOIDE PARA ANIMACIÓN EN STOP
MOTION”
POR
CARLOS ANDRÉS LÓPEZ LÓPEZ
Código: 1110072
DEYSI MARÍN VELÁSQUEZ
Código: 1115819
Trabajo de grado dirigido por:
ANDRÉS FELIPE HURTADO BANGUERO
Ingeniero Electrónico
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
INGENIERÍA MULTIMEDIA
CALI
2015
II
Nota de aceptación
__________________________
__________________________
__________________________
__________________________
__________________________
__________________________
__________________________
Firma del jurado
__________________________
Firma del jurado
Santiago de Cali, septiembre de 2015
III
AGRADECIMIENTOS
Por Deysi Marin:
Agradezco a Dios por las oportunidades que me ha puesto en el camino, por todas las
ayudas recibidas y por permitirnos culminar satisfactoriamente esta fase.
Agradezco a mi esposo por su apoyo incondicional, por su fe y su confianza, por impulsarme
a cumplir este sueño, por la paciencia y los sacrificios de tiempo, por estar pendiente de mi
progreso y ayudarme de alguna forma cuando no comprendía muy bien los temas o cuando
me sentía frustrada por las situaciones que se viven en el ámbito universitario. Gracias amor
por siempre estar allí.
A mi familia, especialmente a mis papás, a mi hermana y mi tía Alba por brindarme todo el
ánimo posible, por comprenderme en los momentos en que falté a actividades familiares,
por aceptar mis momentos de antipatía producidos por el exceso de trabajo, por hacer
parte de este proceso.
A mi compañero Carlos Andrés López, por la paciencia y la constancia, porque a pesar de
las dificultades y los contratiempos que pudimos enfrentar, dio siempre lo mejor de sí.
A mi amigo Ricardo, gracias por las asesorías estéticas, por las ideas compartidas, por
ayudarme a realizar las paredes de la escena y la mesa secundaria, por compartirme parte
de su conocimiento artístico, que a su vez, despertó la parte artística que tenía algo
dormida, por ayudarme revisando y dando su opinión acerca de los textos que le envié en
varias ocasiones. Gracias también a su familia por estar siempre pendiente del proceso.
A Alexander Castañeda por prestarnos el robot, herramienta principal para la elaboración
de este trabajo, por el interés que mostró en el proyecto y por estar pendiente del progreso
que teníamos.
A doña Margarita Caicedo, por ayudarnos con la confección de los vestidos de las muñecas
de la escena, por enviarnos siempre sus buenos deseos y estar pendiente de la evolución
del proyecto.
A mi amigas Karim y Lina, por el apoyo emocional, por estar siempre pendiente de mí, por
revisar lo que les enviaba y brindarme su opinión.
A los docentes de la carrera, por los conocimientos compartidos, por preguntarnos por el
proceso y brindarnos opiniones que mejoraban nuestra labor. En especial quiero agradecer
a Dario Bolivar porque de él surgió la idea de este trabajo de grado y porque sus enseñanzas
fueron de completa aplicación, por recalcarnos siempre la documentación previa, por
brindarnos críticas constructivas y por estar pendiente del progreso; al profesor Andrés
Felipe Hurtado por su compromiso como director de tesis, por recibirnos y guiarnos semana
IV
tras semana en este proceso, al profesor Jairo Alejandro Gómez por impulsarnos en sus
materias a investigar, por las correcciones seguidas por consejos en los trabajos
presentados, por el interés que siempre mostró en este proceso y porque algunas de las
aptitudes que nos sirvieron para este trabajo fueron adquiridas en sus materias.
A mis amigos en general por el interés que han mostrado en este proceso y por el ánimo
que siempre nos han brindado.
Por Carlos Andrés López López:
Primero que todo agradezco a Dios, por las oportunidades y bendiciones que me regala a
diario y por brindarme la gracia de culminar esta bella etapa.
A mis padres, por su paciencia, comprensión y amor incondicional; motor principal de mi
vida.
A mi familia por el apoyo, cariño y constancia durante el periodo universitario.
A mis amigos por las orientaciones, consejos, atención y ayuda durante la realización de
nuestro trabajo de grado.
A Alexander Castañeda por prestarnos el robot, pieza esencial para el desarrollo de nuestro
trabajo de grado.
Al profesor Darío Bolivar, por compartirnos la idea y punto de partida del presente trabajo
de grado.
Al profesor Andrés Felipe Hurtado, director de tesis y quien nos proporcionó una invaluable
ayuda académica y humana para desarrollar este trabajo de grado.
Al grupo de docentes de la facultad de Ingeniería, por sus conocimientos y experiencias
compartidas durante toda la carrera.
V
Tabla de contenido
AGRADECIMIENTOS ............................................................................................................... III
TABLAS .................................................................................................................................. VII
FIGURAS ............................................................................................................................... VIII
GRÁFICAS ................................................................................................................................ X
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 1
1. ANTECEDENTES............................................................................................................... 3
2. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................ 8
2.1. MULTIMEDIA: ....................................................................................................... 8
2.2. ANATOMÍA (Movimientos bípedos): .................................................................. 11
2.3. ELECTRÓNICA: .................................................................................................... 14
2.4. HCI: ..................................................................................................................... 21
2.5. SOFTWARE: ........................................................................................................ 24
3. HARDWARE ................................................................................................................... 26
3.1. ROBOT BÍPEDO ................................................................................................... 26
3.2. ELECCIÓN DE LA ESCENA .................................................................................... 31
3.3. REVESTIMIENTO DEL BÍPEDO (SKIN) .................................................................. 32
3.4. ILUMINACIÓN ..................................................................................................... 34
3.5. SET DE GRABACIÓN ............................................................................................ 37
3.6. CÁMARA FOTOGRÁFICA ..................................................................................... 43
4. SOFTWARE .................................................................................................................... 49
4.1. INTERFAZ DE LA APLICACIÓN ............................................................................. 49
4.2. LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN ......................................................................... 53
4.3. CONEXIÓN BLUETOOTH ..................................................................................... 57
5. PRUEBAS Y RESULTADOS .............................................................................................. 59
5.1. DISTANCIA RECORRIDA VS ÁNGULO: ................................................................. 59
5.2. EXACTITUD DEL ÁNGULO: .................................................................................. 60
5.3. VELOCIDAD: ........................................................................................................ 67
5.4. DISTANCIA CON PESO VS DISTANCIA SIN PESO: ................................................ 69
6. TRABAJOS FUTUROS ..................................................................................................... 71
6.1. ADICIONAR MOTORES: ....................................................................................... 71
VI
6.2. MANIPULACIÓN DE LA CÁMARA FOTOGRÁFICA: .............................................. 71
6.3. DESCARGAR AUTOMÁTICAMENTE IMÁGENES DESDE LA CÁMARA: ................. 71
6.4. ADICIONAR FOTOS DE MODELOS DE ROBOTS DIFERENTES: ............................. 71
6.5. SECUENCIAS DE MOVIENTO CON MODELOS 3D:............................................... 71
CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 72
ANEXOS ................................................................................................................................. 74
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................................. 76
VII
TABLAS
Tabla 3-1: Elementos requeridos del set de expansión de Lego MindStorms ..................... 29
Tabla 3-2: Especificaciones técnicas de las bombillas utilizadas en la iluminación de la
escena. .................................................................................................................................. 36
Tabla 3-3: Medidas de las paredes del set de grabación. *Las marionetas adicionales, no
cumplen con la proporción que se encuentra en la escena porque se contó con la
disponibilidad del mercado, lo que dificulta la consecución de estos con medidas
específicas. ............................................................................................................................ 38
Tabla 3-4 Materiales utilizados para la escenografía. .......................................................... 43
Tabla 3-5: Especificaciones técnicas cámara fotográfica Lumix Panasonic DMC-LZ40. ....... 47
Tabla 4-1: Resultados de la prueba Card Sorting. ................................................................ 50
Tabla 4-2: Paletas de colores evaluadas para uso en la interfaz. ......................................... 52
Tabla 4-3: Lenguajes bajo los cuales se pude programar el bloque Lego. ........................... 54
Tabla 5-1: Distancia recorrida por el bípedo para diferentes ángulos. ................................ 59
Tabla 5-2: Ángulo ideal vs ángulo medido para un giro de 360° con avances de 15°, con su
respectivo error absoluto y relativo. .................................................................................... 63
Tabla 5-3: Ángulo ideal vs ángulo medido para un giro de 360° con avances de 45°, con su
respectivo error absoluto y relativo. .................................................................................... 64
Tabla 5-4: Ángulo ideal vs ángulo medido para un giro de 360° con avances de 90°, con su
respectivo error absoluto y relativo. .................................................................................... 65
Tabla 5-5: Ángulo ideal vs ángulo medido para un giro de 360° con avances de 30°, con su
respectivo error absoluto y relativo. .................................................................................... 66
VIII
FIGURAS
Figura 1-1: Interfaz de Robolab (Aurova, 2088). .................................................................... 5
Figura 1-2: Interfaz del TIA Portal (Siemens, 1996-2015). ..................................................... 5
Figura 1-3: Interfaz hobsoft (HoBSoft, s.f.). ............................................................................ 6
Figura 1-4: Power Glove (Jobson, s.f.). ................................................................................... 6
Figura 2-1: Recogiendo una bola. Movimiento en Stop Motion (Priebe, 2011). ................... 8
Figura 2-2: Temperatura de color en °K. .............................................................................. 10
Figura 2-3 Reproducción del color según el porcentaje de ICR. [En línea]. Available:
http://ledspots.org/color-rendering-index/ ......................................................................... 11
Figura 2-4: Planos y ejes de movimiento del ser humano. (García N. , 2005) ..................... 13
Figura 2-5: Sistemas caminantes ZMP en AIST Tsukuba, AIST Waterfront, and Honda.
(Bekey, 2008) ........................................................................................................................ 14
Figura 2-6: Parámetros D-H para un eslabón giratorio (Barrientos, 2007). ......................... 15
Figura 2-7:Topología en bus (Julio Barbancho Concejero, 2014). ........................................ 17
Figura 2-8:Topología en estrella (Julio Barbancho Concejero, 2014). ................................. 18
Figura 2-9: Topología física en anillo (Julio Barbancho Concejero, 2014)............................ 18
Figura 2-10: Topología física en árbol (Julio Barbancho Concejero, 2014). ......................... 19
Figura 2-11:Topología en malla completa (Julio Barbancho Concejero, 2014). .................. 19
Figura 2-12:Tipos de redes (Gómez, 2011). ......................................................................... 21
Figura 2-8: Ejemplo de card sorting (Hassan Montero & Ortega Santamaría., 2009) ......... 23
Figura 3-1: Opciones de bípedos encontradas en línea. ...................................................... 27
Figura 3-2: LEGO MINDSTORMS Education EV3 Core Set Hardware. El set también incluye
una batería recargable para el bloque EV3 (no mostrada en la figura). (Laurens, 2013) .... 28
Figura 3-3: LEGO MINDSTORMS Education EV3 Core set lista de partes. (Laurens, 2013) . 28
Figura 3-4: LEGO MINDSTORMS Education EV3 Expansion Set (Laurens, 2013) ................. 29
Figura 3-5: Proceso de construcción del robot bípedo ........................................................ 30
Figura 3-6: Robot bípedo terminado .................................................................................... 31
Figura 3-7: Película Robocop 1987 (Verhoeven, 1987). ....................................................... 31
Figura 3-8 Esquema básico de iluminación con tres fuentes de luz. Iluminación Básica. Rita
Noriega. Escuela Internacional de Medios Audiovisuales, Falco Films. (Noriega, 2013) .... 34
Figura 3-9 Posiciones de la luz de contra. Iluminación Básica. Rita Noriega. Escuela
Internacional de Medios Audiovisuales, Falco Films. (Noriega, 2013) ................................. 35
Figura 3-10: Iluminación artesanal creada para la escena. .................................................. 37
Figura 3-11 Elementos de la escena: (a) Pared lateral derecha. (b) Pared lateral izquierda.
(c) Puerta principal. (d) Puerta fondo. (e) Accesorios y personajes. (f) Vestuario de los
personajes. ........................................................................................................................... 42
Figura 4-1: Listado de elementos gráficos. ........................................................................... 50
Figura 4-2: Conclusiones de la prueba Card Sorting. ........................................................... 51
IX
Figura 4-3: Colores utilizados en la interfaz. ........................................................................ 52
Figura 4-4: Diseño final de la interfaz. .................................................................................. 53
Figura 4-5: Mapa de la API leJOS. ......................................................................................... 56
Figura 4-6: Mapa de la API leJOS. ......................................................................................... 57
Figura 4-7: Diagrama de conexión. ....................................................................................... 58
Figura 5-1: Prueba de ángulo medido con transportador para un paso completo realizado
con ángulos de 15°. .............................................................................................................. 62
Figura 5-2: Prueba de ángulo medido con transportador para un paso completo realizado
con ángulos de 45°. .............................................................................................................. 64
Figura 5-3: Prueba de ángulo medido con transportador para un paso completo realizado
con ángulos de 90°. .............................................................................................................. 65
Figura 5-4: Prueba de ángulo medido con transportador para un paso completo realizado
con ángulos de 30°. .............................................................................................................. 66
Figura 5-5: Secuencia de avance con giros de 15°. .............................................................. 68
Figura 5-6: Secuencia de avance con giros de 45°. .............................................................. 68
Figura 5-7: Secuencia de avance con giros de 90°. .............................................................. 68
Figura 5-8: a) Distancia recorrida con peso. b) Distancia recorrida sin peso. ...................... 69
X
GRÁFICAS
Gráfica 5-1: Distancia recorrida por el bípedo para 5 ángulos diferentes, resultados
obtenido en 5 muestras por cada ángulo............................................................................. 59
Gráfica 5-2: Comparación del Error Relativo para los grados de 15°,45°, 60° y 90°. ........... 67
XI
INTRODUCCIÓN
En este trabajo se encontrará todo el proceso que se llevó a cabo para la realización de una
aplicación que permita el control de un bípedo humanoide armado con partes de 2 kits Lego
Mindstorm EV3, para uso en procesos de animación bajo la técnica del Stop Motion.
La técnica de animación conocida como Stop Motion, consiste en crear una historia visual
partiendo de la generación de movimientos parciales de sus personajes y del entorno, paso
por paso de la manera más fluida posible, para que de esta forma al realizar la unión de
tomas se experimente una sensación de movimiento de algo inanimado. Generalmente los
personajes utilizados en este tipo de técnica poseen un esqueleto o armadura que facilita
la precisión del movimiento, de esta premisa, surge la idea de utilizar un robot bípedo en
sustitución de tal armadura.
Un robot bípedo para nuestro caso, humanoide, es un robot con aspecto y funciones
basadas en el cuerpo humano, en este trabajo se presenta la función de marcha con 1 grado
de libertad para el movimiento del equivalente a las rodillas. Los grados de libertad son un
término usado comúnmente en robótica y hacen referencia a las partes que componen el
robot que simulan articulaciones y por ende tienen cierta capacidad de giro.
En cuanto a control, se refiere a la medición de una variable o variables adquiridas y la
aplicación de una variable manipulada para limitar el valor de giro del motor encargado de
generar el cambio en el movimiento de las extremidades inferiores del robot.
Dado la importancia que implica un movimiento exacto y coherente para proporcionar
realismo a cada escena creada bajo la técnica del Stop Motion, se evalúa qué tanto afecta
el factor humano en la implementación de este tipo de animaciones, ya que, aunque la
persona sea una experta en cada avance, no se tiene una medida exacta entre cambios de
posiciones surgiendo así el motivo principal de esta investigación; buscar una forma para
generar este movimiento, en la cual no haya cabida a errores generados por el factor
humano.
Aprovechando los avances en la robótica, los componentes electrónicos y el material
científico, se pueden trabajar maneras más eficaces que combinen estas tecnologías con
procesos manuales como el Stop Motion, con el fin de ayudar a explotar mucho más esta
técnica o los procesos que se generan en ella.
En páginas posteriores se describen los procesos que se llevaron a cabo para la elección del
bípedo, la elección de la escena a representar, el diseño y montaje del set de grabación, con
todo lo que incluye, maquillaje corporal del bípedo (revestimiento del robot), iluminación,
utilería, personajes, cámara, la elección del lenguaje de programación y la implementación
2
de la aplicación, con las diferentes librerías importantes para el funcionamiento y la
comunicación entre el programa y el controlador del robot.
Adicionalmente las pruebas que se realizaron al sistema con los respectivos resultados
obtenidos y su análisis; se listan también algunos trabajos que pueden implementarse
partiendo con esta aplicación como base.
3
1. ANTECEDENTES
Introducción:
En este capítulo encontrará explicaciones generales y comentarios sobre la técnica de Stop
Motion, la evolución e inconvenientes que han enfrentado aquellos que han trabajado en
producciones realizadas bajo esta técnica, también se mencionan aspectos necesarios en
estas creaciones como los sets, los personajes y su movilidad, el maquillaje, y finalmente se
habla un poco de las aplicaciones que se encuentran en el mercado que aunque no son
directamente usadas para las producciones de Stop Motion, tienen una cercanía con el
propósito de esta investigación.
Para el proceso de desarrollo de la técnica del Stop-Motion son necesarias ciertas
habilidades, que pueden ser consultadas en (Purves B. , 2010). El autor Barry Purves recalca
la importancia del movimiento continuo, a través de pequeños cambios entre cuadros (cada
cuadro subsecuente con el anterior) y menciona también que la paciencia es de gran
importancia cuando un animador se enfrenta a este proceso, dado a lo tedioso, lento,
exigente y laborioso que resulta, motivos que en ocasiones hacen que muchas personas
encuentre maneras más fáciles de hacer películas bajo otras técnicas, dejando al Stop-
Motion por las dificultades que trae consigo.
Uno de los procesos críticos para la animación en Stop Motion es la creación de los modelos,
los sets y la utilería, tal como lo menciona Susannah Shaw (ver (Shaw, 2008)), en donde
presenta las bases para una gran animación, ya que como asegura “se necesita saber cómo
controlar todo el mundo: cómo hacer el personaje, cómo hacer que el personaje viva y que
esté feliz o triste. Necesita crear las cuatro paredes a su alrededor y la vida dentro de ellas.
No es como jugar a las muñecas, es como jugar a ser Dios. Uno tiene que adentrarse en el
personaje, hacerlo vivir y hacerlo actuar”. Es por eso que la elección de la escena a
representar es uno de los temas principales, pues no basta solo con poseer buenas tomas
fotográficas o un buen proceso de generación de movimiento, la adecuación que se haya
hecho de la escena es esencial para que todas las piezas del conjunto encajen
correctamente, esta debe ser acorde a los modelos que van a interactuar en ella.
Producciones como Robocop, Star Wars (The Empire Strikes Back 1980) y The Terminator
utilizan robots animados bajo la técnica de Stop Motion en sus escenas, el robot ED-209,
los caminadores AT-AT y el robot de The Terminator (Purves B. , 2015) respectivamente, en
donde estos personajes cuentan con una escenografía que es fiel copia de aquella en la que
4
interactúan los seres humanos y los materiales utilizados en su anatomía y skin deben ser
acorde a la misma.
Aún bajo el conocimiento de que el bípedo (modelo) que se utilizará en esta investigación
no va a ser construido, se considera la importancia de estar al tanto sobre qué materiales
se usan comúnmente para la creación de los títeres, los tipos de uniones y las herramientas
necesarias, adicionalmente, se debe saber qué tipo de maquillaje anatómico funcionaría en
esta “armadura” (Brierton, 2002).
En cuanto al bípedo que se desea conseguir, se debe tener claro ¿cuál es la función que va
a realizar (qué tipo de movimientos), de los que se consiguen en el mercado cuáles se
acomodan más a las necesidades de funcionalidad, presupuesto y programación?, por esto
Miguel Ángel Ramírez (ver (Ramírez, 2014)), brinda una serie de consejos iniciales sobre
aquello a tener en cuenta en la consecución y programación de un robot humanoide.
Ahora bien, en las películas que se realizan bajo la técnica de Stop Motion se utilizan
comúnmente modelos mecanizados; homólogamente en cine en la filmación de escenas
que manejan esta técnica, los modelos manejan una combinación entre los mecánicos y
animatrónicos (entendiéndose por estos últimos como la combinación de animación y
electrónica, son construcciones de robots animados (Nirosha, 2012)), pero no utiliza
software para generar movimiento alguno, los modelos animatrónicos hacen uso es de
interfaces que habilitan sus movimientos, en sí, el software que se utiliza es para la parte
de post producción. Aun así, en la industria se encuentran aplicaciones que hacen
manipulación de modelos robotizados para desarrollar tareas específicas, como ejemplo
podemos listar las siguientes:
1.1. Aurova (Grupo de Automática, Robótica y Visión Artificial , de la Universidad
de Alicante):
Robolab (actualmente RobUAlab) es un sistema que permite a estudiantes de
asignaturas de Robótica practicar comandos de posicionamiento en un robot industrial
simulado, aprendiendo aspectos básicos de robótica, cinemática y diseño de
trayectorias. Además, los comandos se pueden enviar a un robot real, situado en el
laboratorio de Universidad de Alicante, para ver los resultados de forma on-line, a
través de Internet. (Aurova, 2088)
5
Figura 1-1: Interfaz de Robolab (Aurova, 2088).
.
1.2. Siemens:
Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal), Siemens ofrece un sistema de
ingeniería que hace posible la implementación de soluciones de automatización de
cualquier parte del mundo en todas las industrias. Desde la planificación hasta la puesta
en marcha, operación y mantenimiento de todo el camino a una actualización de los
sistemas de automatización existentes, el TIA Portal ahorra tiempo de ingeniería, costos
y esfuerzos. (Siemens, 1996-2015)
Figura 1-2: Interfaz del TIA Portal (Siemens, 1996-2015).
1.3. Hobsoft:
Los sistemas de producción HoBSoft automatizan los procesos intensivos de trabajo,
que hacen parte de la producción de largometrajes animados, series de televisión o
6
producciones de acción en vivo que incorporan altos niveles de CGI (Imágenes
Generadas por Computadora). (HoBSoft, s.f.)
Figura 1-3: Interfaz hobsoft (HoBSoft, s.f.).
1.4. Guante de Poder de Nintendo hackeado (Nintendo Power Glove Hacked):
Dillon Markey, un animador de stop-motion de Robot Chicken, emplea una versión
hackeada del Guante de poder de Nintendo para asistir a su proceso de animación.
Usando un tablero de control personalizado y una conexion bluetooth, él controla las
acciones del software de animación Dragonframe. (Chan, 2015)
Figura 1-4: Power Glove (Jobson, s.f.).
De esta forma se deduce, que algunas interfaces que poseen los softwares de
automatización, contienen mucha información relevante para la ejecución de las
actividades para la cual se diseñó; sin embargo, estos softwares, están más
7
especializados en optimizar procesos industriales - áreas de la robótica y electrónica - y
en el campo de la animación – la post-producción y superficialmente la producción-.
Conclusiones:
Las producciones realizadas bajo la técnica del Stop Motion toman mucho tiempo de
realización y la implementación de automatización en algunos de sus procesos ayudarían a
minimizarlo.
La revisión de antecedentes del tema que se desea trabajar, facilita la planeación del mismo
ya que permiten conocer detalles que se deben tener en cuenta de manera general y
enfocarse en las áreas que requieran mayor investigación.
8
2. MARCO TEÓRICO
Introducción:
En este capítulo se encontrará con las bases teóricas mínimas que permiten un mejor
entendimiento del proyecto. El capítulo está separado por áreas de interés que
internamente muestran qué temas de cada área son requeridos en esta investigación.
Las áreas fueron elegidas pensando en los diferentes puntos que intervienen en el proyecto,
para de esta forma poder contextualizar al lector.
2.1. MULTIMEDIA:
2.1.1. Animación: La animación Stop Motion es una forma de hacer cine que
consiste en aparentar el movimiento de objetos estáticos por medio de una
serie de imágenes fijas sucesivas. La primera película con Stop Motion fue
grabada en 1889 con el título The Humpty Dumpty Circus. Esta película
consistió en dos cineastas que usaban un kit de juguetes de madera de un niño
de circo para hacer una película muda (The Big Cartoon Database, 2007).
Ahora, unos 120 años después, la animación Stop Motion es muy popular entre
los cineastas, y se ha vuelto muy conocida a través de la televisión y películas
como Wallace and Grommit de los estudios Aardman, The Nightmare Before
Christmas de Tim Burton (dirigida por Henry Selick) y Harvie Krumpet , Coraline
y Mary and Max de Adam Elliot.
Figura 2-1: Recogiendo una bola. Movimiento en Stop Motion (Priebe, 2011).
9
El Stop Motion, se basa en los siguientes principios:
1. Se utiliza una técnica para producir una serie de imágenes fijas donde cada
captura añade los cambios en la escena antes de convertir esta serie de
imágenes en una película.
2. Juega con la persistencia de la visión. Es decir, que crea una ilusión óptica
donde el espectador experimenta una leve demora en la visión, y los ojos
naturalmente rellean las diferencias entre las imágenes fijas e interpretan estas
como imágenes en movimiento.
3. Se requiere una excelente observación de la realidad para analizar las
secuencias de movimientos en particular para convertirlas en cientos de
pequeños pasos por minuto. En pocas palabras, se requiere una comprensión
fina de sincronización (Thomas, 2011).
2.1.2. Iluminación para video: por iluminar se entiende poner luces de tal forma
que se establezca un clima propicio para lo que se quiere transmitir
dramáticamente. Iluminar es un arte que implica conocimientos y recursos
técnicos (Espinosa, 2005).
Toda radiación luminosa se define al ojo humano por el tono (matiz o pureza
de color), la saturación (gradación de un mismo tono) y brillo (viveza de la
saturación).
2.1.2.1. Temperatura de Color: En fotografía, cine y TV se maneja el
parámetro Temperatura de Color, una escala del espectro visible
expresada en grados Kelvin (°K).
Hace referencia al color de la luz, la luz tiene una composición espectral y
según sea esta, se dice que tiene una temperatura de color, por lo qué
unas luces serán más cálidas y otras más frías. Cuanto más cálida es una
luz, más baja es su temperatura de color y viceversa. La temperatura de
color de la luz del sol varía a lo largo del día, en el amanecer y el atardecer
la luz es más cálida y al medio día la luz es más fría. En una zona exterior
a la sombra la temperatura de color sube aún más (Noriega, 2013)
Va desde el rojo oscuro de una puesta de sol o de la luz de una vela, al
blanquiazul del cielo, al medio día y en dirección norte. La temperatura
de color es independiente de la intensidad. Solo combina los tres
parámetros referidos: tono, saturación y brillo (figura 1-2).
10
Aproximadamente, en el centro de la escala se sitúa la luz blanca
equilibrada: unos 6000°K, pero las más utilizadas en filmación son
básicamente dos 3200°K y 5600°K.
El ojo humano se adapta rápidamente a las posibles variaciones de
cualquiera de esos parámetros, pero los soportes fotoquímicos y el video
requieren ciertas compensaciones (Casas, 1985), es decir a estos se les
debe indicar si se está trabajando con una luz cálida o con una luz fría
porque si no se tendrán dominantes de color cálido, frío o verdoso.
Figura 2-2: Temperatura de color en °K.
2.1.2.2. Flujo luminoso: indica la cantidad de luz emitida por una fuente de
luz en un segundo en todas las direcciones, su unidad de medida es el
lumen (Salomone, 2004).
2.1.2.3. Índice de reproducción cromática (CRI / IRC): Se refiere al aspecto
cromático que presentan los cuerpos iluminados por ésta en comparación
con el que presentan bajo una luz de referencia, que puede ser el cuerpo
negro o una luz día homologada.
El índice de reproducción cromática puede ser general (Rf) como
promedio del desplazamiento para un conjunto de 8 colores de muestra
o específico (Re) para un solo color.
11
Para que el alumbrado sea de buena calidad ha de existir una relación
entre la temperatura de color de las fuentes de luz utilizadas y el nivel de
iluminación de la instalación (Díez, 2007).
La fuente de luz natural es el sol y por ende ayuda a reproducir y apreciar
los colores que se observan de la naturaleza, los objetos y las personas sin
distorsiones de tonalidad.
En la iluminación artificial sólo las lámparas incandescentes son las que
permiten reproducir los colores al 100%. Otras tecnologías de lámparas
como las fluorescentes, descarga de alta presión o lámparas LED
presentan índices de reproducción cromática que pueden ir desde el 20%
hasta casi el 95% y 100%.
Lámparas por encima de un índice de reproducción cromática de 80% se
consideran buenas para reproducir colores, y si se añade un
dimensionado adecuado de la iluminación en relación al objetivo se
puede asegurar que el ojo humano “puede” ser engañado (García M. N.,
2014).
Figura 2-3 Reproducción del color según el porcentaje de ICR. (En línea). Available:
http://ledspots.org/color-rendering-index/
2.2. ANATOMÍA (Movimientos bípedos):
La anatomía humana es la ciencia que estudia la forma y estructura del cuerpo
humano. Aunque la anatomía estudia principalmente la forma, siempre se deben
considerar en conjunto forma y función (Ballesteros, 2007).
El movimiento humano hace referencia al desplazamiento de una parte o de todo el
cuerpo. Este movimiento puede ser de tipo adaptativo, es decir, que desde que se nace
se ha de adaptar al mundo que le rodea y esta adaptación se compone de diversas
acciones motrices; o de tipo exploratorio dado que las personas necesitan moverse y es
12
a través del movimiento y de la exploración del mundo que un niño conoce, aprende y
se conecta con su entorno (Sugrañes, 2007).
Desde el punto de vista de la historia de la evolución humana, la transición de la postura
corporal cuadrúpeda a la posición bípeda, trajo consigo una serie de modificaciones
corporales, producto de las nuevas demandas mecánicas y de la interacción con el
entorno, la orientación espacial de la cabeza, la columna vertebral y las extremidades
(Lesmes, 2007).
2.2.1. Bipedismo: hace referencia al movimiento en dos piernas. Es común ver
animales parados o caminando en dos patas, pero solo algunos animales
practican el bipedismo de manera intencional en su movimiento (eFossils,
2012).
Caminar se caracteriza por ser la traducción del centro de gravedad a lo largo
de una vía que requiere el menor gasto de energía. Esta locomoción es
generada por un lado a través del arrastre global del sistema nervioso y por el
otro, la combinación del sistema músculo-esquelético y su entorno (Vaughan,
2001).
2.2.1.1. Marcha humana: La marcha humana puede ser estudiada con
diferentes técnicas, algunos estudian la dinámica del movimiento sin
ocuparse de las fuerzas que lo originan, otros en cambio estudian las
fuerzas que se producen durante la marcha como es el caso de la
cinemática (estudio del movimiento).
El proceso de marcha del ser humano se realiza en tres planos (figura 2),
en este, el cuerpo se comporta como un sistema físico (las únicas fuerzas
que actúan son las de la gravedad y la acción muscular) y a pesar de que
cada persona tiene diferentes características en su forma de caminar
(dado a que es un proceso aprendido), existen elementos comunes que
se evidencian en los cuatro tiempos de la marcha normal:
13
Figura 2-4: Planos y ejes de movimiento del ser humano. (García N. , 2005)
Primer doble apoyo: Se caracteriza porque los dos pies contactan con
el suelo: uno está iniciando el contacto con el talón, mientras la punta
del otro está próximo al despegue.
Primer apoyo unilateral: el peso del cuerpo recae en una sola
extremidad. El pie que anteriormente sólo se apoyaba por el dedo
gordo ha iniciado su periodo de oscilación, por lo tanto el peso del
cuerpo recae en una sola extremidad.
Segundo doble apoyo: Es simétrico al primer doble apoyo, pero aquí
el pie que antes despegaba es el que ahora contacta con el talón
finalizando su período de oscilación y el otro pie se encuentra
apoyado por el dedo gordo preparándose para el despegue.
Segundo apoyo unilateral: Es simétrico al primer apoyo unilateral pero
con los pies cambiados, el que antes estaba en período de oscilación
ahora se encuentra en período de apoyo y viceversa.
Durante los períodos de doble apoyo se realiza la transmisión del peso de
una pierna a otra (modificado de (Voegeli, 2001)).
14
2.3. ELECTRÓNICA:
2.3.1. Robot Humanoide: Un robot humanoide, es un robot con el aspecto
general de un ser humano. Para actuar como un humano, un robot necesita un
nutrido conjunto de habilidades que le permitan actuar de acuerdo con la
información sensorial (Bermejo, 2003).
La mayoría de los sistemas bípedos para caminar son humanoides en forma y
utilizan el algoritmo de punto de momento de cero (The Zero Moment Point
ZMP). En este algoritmo, el punto de inflexión del sistema se maneja hacia
adelante o hacia atrás para caminar. Los robots como el AIST Tsukuba y el AIST
Waterfront han usado poleas como un campo experimental seguro para el
desarrollo y perfeccionamiento de los sistemas caminantes ZMP. El sistema
honda tiene muchas generaciones de éxito (Bekey, 2008).
Figura 2-5: Sistemas caminantes ZMP en AIST Tsukuba, AIST Waterfront, and Honda. (Bekey, 2008)
2.3.2. Parámetros Denavit-Hartenbert: Dado que un robot se puede considerar
como una cadena cinemática formada por objetos rígidos o eslabones unidos
entre sí mediante articulaciones, se puede establecer un sistema de referencia
fijo situado en la base del robot y describir la localización de cada uno de los
eslabones con respecto a dicho sistema de referencia (Barrientos, 2007).
Cualquier robot puede describirse en forma cinemática proporcionando los
valores de cuatro cantidades para cada vínculo (eslabón-articulación). Dos
describen el vínculo en sí, y los otros dos describen la conexión del vínculo con
un vínculo adyacente (Craig, 2006).
Denavit y Hartenberg propusieron un método sistemático para describir y
representar la geometría espacial de los elementos de una cadena cinemática
15
(conjunto de elementos que producen movimiento) con respecto a un sistema
de referencia fijo. Este método utiliza una matriz de transformación
homogénea para describir la relación espacial entre dos elementos rígidos
adyacentes, reduciendo el problema cinemático directo a encontrar una matriz
de transformación homogénea 4 x 4 que relacione la localización espacial del
robot con respecto al sistema de coordenadas de su base.
Figura 2-6: Parámetros D-H para un eslabón giratorio (Barrientos, 2007).
Un robot de n grados de libertad está formado por n eslabones unidos por n
articulaciones, de forma que cada par articulación-eslabón constituye un grado
de libertad (Barrientos, 2007).
2.3.3. Control: Controlar significa medir el valor de la variable controlada del
sistema y aplicar la variable manipulada al sistema para corregir o limitar la
desviación del valor medido respecto al valor deseado (Ogata, 2003).
Variable controlada: es la cantidad o condición que se mide y se controla.
Variable manipulada: es la cantidad o condición que el controlador
modifica para afectar el valor de la variable controlada (Ogata, 2003).
El control se puede realizar de manera análoga o digital, presentando la última
ciertas ventajas en cuanto a la flexibilidad que se puede tener al utilizar la
tecnología digital:
El sistema queda plenamente caracterizado mediante una ecuación de
diferencias en pro de cumplir algunas especificaciones requeridas, por
ejemplo trabajar en periodos de tiempo predeterminados.
Los componentes digitales tienen menor susceptibilidad al
envejecimiento y a las variaciones de las condiciones ambientales, son
menos sensibles al ruido y a las perturbaciones.
16
El control digital proporcionan mayor sensibilidad a las variaciones en
los parámetros.
Los procesadores tienen menor tamaño y peso.
Los cambios de hardware no son (o son muy poco) requeridos.
El control digital hace uso de microcontroladores los cuales son circuitos
integrados que contienen un procesador digital programable, estos se utilizan
para la realización de tareas específicas y son empotrados en diferentes
sistemas con el fin de concebir y fabricar nuevos productos que no podrían
existir sin electrónica, mejoran (o incrementar en algunos casos) las
prestaciones de productos ya existentes y facilitan la utilización de equipos
complejos para hacer su integración más sencilla con el ser humano.
Por otro lado los microcontroladores disponen de un número de terminales
dedicados a tareas de entrada y salida para lo cual cuentan con diferentes tipos
de circuitos de interfaz como los son puertos de comunicación (serie, Ethernet,
bluetooth, wi-fi, etc.) y también con circuitos internos que facilitan tareas
generales como por ejemplo la temporización o la conversión entre señales,
como son, adquirir los datos procedentes del exterior y realizar su adecuación
para el procesamiento interno y viceversa (conversores análogos-digitales)
(Perez, 2008).
2.3.4. Redes: Hace referencia a un conjunto de entidades (objetos, personas, etc.)
conectadas entre sí. Por lo tanto, una red permite que circulen elementos, en
este caso información, entre estas entidades (Ivoskus, 2010).
2.3.4.1. Red informática o red de ordenadores: Una red informática es
un sistema de interconexión entre ordenadores que permite compartir
recursos, de forma que los programas, los datos, los dispositivos y los
servicios estén disponibles para cualquier ordenador de la red que los
solicite, sin importar la localización física del recurso o del usuario.
Los dos elementos principales de una red son los nodos y el medio de
transmisión:
Nodos o host: son los dispositivos que envían y reciben información
en la red.
Medio de transmisión: son los cables o las ondas electromagnéticas
que comunican los distintos nodos por donde se transmite la
información.
2.3.4.1.1. Las redes se pueden clasificar en redes privadas y en redes
públicas:
17
Redes privadas: pertenecen a una organización y son gestionadas y
controladas por los administradores de la organización. Solamente
tienen acceso a esta red aquellas personas que trabajan en la
organización, o aquellas a las que se le da permiso explícito para ello.
Redes públicas: las puede utilizar cualquier persona, aunque
generalmente a cambio de un precio [se alquila su uso]. Las redes
públicas suelen pertenecer a las empresas de telefonía de los distintos
países. En estas redes el usuario que alquila la red no tiene control
sobre la misma (Camino, 2011).
2.3.4.1.2. Una red informática está compuesta por equipos que están
conectados entre sí mediante líneas de comunicación (cables de red,
etc.) y elementos de hardware (adaptadores de red y otros equipos
que garantizan que los datos viajen correctamente). La
configuración física, es decir la configuración espacial de la red, se
denomina topología física (Miranda, 2014).
Los diferentes tipos de topología son:
Topología de bus:
Esta es la topología más sencilla. En las redes que tienen esta
topología todos los nodos están conectados directamente a un canal
de comunicaciones común llamado bus.
Figura 2-7:Topología en bus (Julio Barbancho Concejero, 2014).
Topología de estrella:
En esta topología existe un nodo central, enlazado directamente con
todos los demás, que controla el tráfico de datos por la red,
reenviando los datos a su destino. Cada nodo tiene un enlace punto a
punto con el nodo central. Cuando un nodo quiere mandar datos a
otro, los envía a través del nodo central que es quien los reenvía a su
destino.
18
Figura 2-8:Topología en estrella (Julio Barbancho Concejero, 2014).
Topología en anillo:
En esta topología cada nodo está conectado con sus dos nodos
adyacentes por enlaces punto a punto, formando un anillo cerrado o
círculo por el cual viaja la información.
Figura 2-9: Topología física en anillo (Julio Barbancho Concejero, 2014).
Topología de árbol:
En esta topología, también llamada topología jerárquica, puede verse
como un conjunto de redes en estrella interconectadas a un bus
mediante e concentrador primario, esto hace posible que presenten
características de las topologías en estrella y en bus.
19
Figura 2-10: Topología física en árbol (Julio Barbancho Concejero, 2014).
Topología de malla:
En esta topología cada nodo se conecta a todo los demás, de forma
que los datos pueden viajar del nodo origen al destino siguiendo
distintas rutas (Julio Barbancho Concejero, 2014) .
Figura 2-11:Topología en malla completa (Julio Barbancho Concejero, 2014).
2.3.4.1.3. Las redes pueden clasificarse en relación al tamaño de la red
(Área de Distribución).
En cuanto al área que cubre la red de datos, podemos encontrar los
siguientes tipos:
PAN (Personal Area Network, Red de Área Personal):
Es la red de intercambio de periféricos que se pueden encontrar tanto
a unos pocos centímetros, como a metros de distancia del emisor. La
20
red PAN puede ser construida con cables (USB o FireWire) o
inalámbrica (Bluetooth, Infrarrojo, Z-wave, etc.). Debido a ello, es
normal encontrar PAN (Basada en cable) y WPAN (Basada en una red
PAN sin cable). El estándar más conocido es el bluetooth, que se
utiliza para el intercambio de archivos <<Persona a Persona>> o
<<Terminal a Terminal>>.
LAN (Local Area Network, Red de Área Local):
Es la red que suele situarse en el mismo edificio o en entornos de unos
200 m, llegando al kilómetro con repetidores, o a 450 m en versiones
inalámbricas. La más conocida es la WiFI.
CAN (Campus Area Network, Red de Área Campus):
Es la red cuya extensión es la de un campus universitario, una base
militar, un polígono industrial o un grupo de grandes edificios en un
área geográfica limitada. Muchos la consideran como un subtipo de
las redes MAN.
MAN (Metropolitan Area Network, Red de Área Metropolitana):
Es la red que se sitúa en un barrio, urbanización, cuidad o municipio
pequeño (a pocos kilómetros, normalmente oscila entre 1 y 7 km y
excepcionalmente puede llegar a decenas de kilómetros con
repetidores). Las tecnologías de este grupo se conocen como de
banda ancha.
WAN (Wide Area Network, Red de Área Mundial o Red de Área
Amplia):
Es la red global (varios países, un continente o incluso mundial). Estas
redes suelen estar diseñadas para la interconexión de redes (Gómez,
2011).
21
Figura 2-12:Tipos de redes (Gómez, 2011).
2.4. HCI:
2.4.1. Human-Computer Interaction: Es la disciplina que estudia el diseño,
evaluación e implementación de sistemas informáticos interactivos para uso
humano y el estudio de los principales fenómenos que los rodean (ACM Special
Interest Group on Computer-Human Interaction, 2009).
HCI es un área interdisciplinaria bastante amplia. Surge especialmente como
una inquietud entre varias disciplinas, cada una con enfoques diferentes:
ciencias de la computación (diseño de aplicación e ingeniería de interfaces
humanas), psicología (la aplicación de las teorías de los procesos cognitivos y
el análisis empírico del comportamiento de los usuarios), sociología y
antropología (interacciones entre tecnología, trabajo y organización) y diseño
industrial (productos interactivos) (ACM Special Interest Group on Computer-
Human Interaction, 2009). El objetivo del HCI es crear software usable, seguro
y funcional.
Dentro del contexto de HCI se ubica la usabilidad, la experiencia de usuario y
tipos de usuario. La usabilidad tiene como objetivo crear sistemas:
Eficientes.
Efectivos.
Seguros.
Útiles.
22
Fáciles de aprender.
Fáciles de recordar.
2.4.2. Test de usabilidad: Es un test que busca satisfacer estas cinco
características:
El objetivo es mejorar la usabilidad del producto.
Los participantes son usuarios reales.
Los participantes realizan tareas reales.
Se observa y graba lo que hacen y dicen.
Se analizan los datos, diagnostican problemas y recomiendan cambios
para solucionarlos.
2.4.2.1. La experiencia de usuario: Del inglés User Experience (UX), se
preocupa de aspectos más amplios y subjetivos: satisfacción, diversión,
entretenimiento, motivación, estética, creatividad o emociones (Lacalle,
2009).
2.4.3. Card Sorting: Una de las técnicas más populares y eficaces para extraer la
estructura semántica del conocimiento que los usuarios tienen sobre un
dominio concreto, es la llamada card sorting o “Agrupación de tarjetas”. Esta
técnica consiste en solicitar a un grupo de participantes –deben tener un perfil
acorde con la audiencia a la que se dirige– que agrupen los conceptos
representados en cada tarjeta por su similitud semántica. El objetivo es, por
tanto, identificar qué conceptos, de los representados en cada tarjeta, tienen
relación semántica entre sí, e incluso cuál es el grado de esa relación.
En el análisis cualitativo, el número de participantes debe encontrarse en torno
de 5. De esta forma podremos acompañar a cada participante en su tarea, e
interrogarle acerca de por qué toma la decisión de agrupar unos conceptos u
otros y con qué problemas de comprensión se encuentra durante la prueba.
(Santamaría, 2005)
Con el análisis cuantitativo, por el contrario, lo que buscamos es una imagen
global de las relaciones semánticas entre conceptos. En este tipo de análisis,
para que los resultados sean representativos, debemos contar con un número
mayor de participantes, que Tullis y Wood estiman entre 20 y 30 (Tullis & Wood,
2004).
Otra de las decisiones que debemos tomar en la planificación de la prueba es
el tipo de card sorting que llevaremos a cabo, en función de su propósito.
23
Rosenfeld y Morville diferencian entre card sorting abierto y cerrado.
(Rosenfeld & Morville, 2002)
En el abierto el usuario puede agrupar los conceptos libremente en el número
de conjuntos que crea necesario, mientras que en el cerrado los grupos o
conjuntos están predefinidos y etiquetados, y el participante únicamente
deberá ubicar cada concepto en el grupo que crea pertinente.
El card sorting cerrado es recomendable para evaluar si una categorización
resulta predecible para el usuario, mientras que el abierto tiene el objetivo de
descubrir qué tipo de categorización o agrupación de los conceptos resultará
más natural y acorde con el modelo mental compartido de la audiencia.
Las pruebas de card sorting pueden ser realizadas de forma manual o virtual.
En el primer caso, los conceptos son representados en tarjetas reales (papel o
cartón), y los participantes proceden a agruparlas sobre una mesa. En el
segundo caso se emplean aplicaciones software específicas, mediante las que
los participantes realizan la prueba (ejemplos de aplicaciones populares son
optimalsort.com y websort.net). (Hassan Montero & Ortega Santamaría.,
2009)
Figura 2-13: Ejemplo de card sorting (Hassan Montero & Ortega Santamaría., 2009)
24
2.5. SOFTWARE:
2.5.1. Lenguaje de programación: Lenguaje artificial que se utiliza para expresar
programas de ordenador. (Rodríguez Sala, 2003)
Un lenguaje de programación puede definirse como una notación para escribir
instrucciones u órdenes útiles para el ordenador y necesarias para la
realización de un determinado proceso. Se denomina “lenguaje fuente” a las
órdenes que escribe el programador, las cuales son traducidas al lenguaje
máquina de la computadora. Cada lenguaje de programación tiene su propia
gramática o “lenguaje”. (Roque, 2007)
2.5.2. Java: Es un lenguaje de programación que fue concebido por James Gosling,
Patrick Naughton, Chirs Warth, Ed Grank y Mike Sheridan en Sun
Microsystems, Inc. en 1991. Java está relacionado con C++, que es un
descendiente directo de C. Del lenguaje C deriva su sintaxis y muchas de sus
características orientadas a objetos fueron consecuencia de la influencia de
C++ (Shildt, 2009).
El impulso inicial de Java no fue internet sino la necesidad de un lenguaje de
programación de fuera independiente de la plataforma, un lenguaje que
pudiera ser utilizado para crear software que pudiera correr en dispositivos
electrodomésticos, como hornos de microondas y controles remotos. Por ello
crearon un código “neutro”, al cual nombraron bytecode. Este se ejecutaba
sobre una “máquina hipotética o virtual” denominada Java Virtual Machine
(JVC). Era la máquina virtual de java quien interpretaba el código neutro
convirtiéndolo a código particular de la CPU utilizada (Valbuena, 2008).
El inconveniente de C y C++ (y la mayoría de los lenguajes) es que están
diseñados para ser compilados para un dispositivo específico. Aunque es
posible compilar un programa de C++ para casi todo tipo de CPU, hacerlo
requiere un compilador de C++ completo para el CPU especificado y estos son
costosos y consumen demasiado tiempo al crearse (Shildt, 2009).
Con la aparición de la World Wide Web, Java fue lanzado a la vanguardia del
diseño de lenguajes de programación, porque la Web también demandaba
programas que fuesen portables (Shildt, 2009).
2.5.3. IDE (Entorno de desarrollo): Es un conjunto de herramientas de
programación integrados diseñados para trabajar en conjunto para aumentar
drásticamente la eficiencia del programador. Un IDE básica combinará creación
y la edición de archivos-fuente, gestión de proyectos, lanzamiento de
25
aplicaciones, y los servicios de depuración. Las IDEs con todas las
características pueden incluso ayudar al diseño de la interfaz gráfica de usuario
(GUI) y la generación de código automático.
ECLIPSE: Muchos desarrolladores de Java profesionales utilizan un IDE
muy potente llamado Eclipse. Desarrollado por IBM, Eclipse está disponible
como una aplicación de código abierto de eclipse.org [www.eclipse.org].
(Miller & Kasparian, 2006)
2.5.4. API (Interfaz de programación de aplicaciones) : Consiste en una
colección de paquetes y cada uno contiene un conjunto de clases (Características y
métodos de los Objetos) e interfaces (Conjunto de métodos no implementados, para
ser sobrescritos en un fututo) listas para ser usadas en diferentes programas (The
Java Tutorials, s.f.). En otras palabras es un conjunto de constantes, funciones y
protocolos que permiten programar aplicaciones. La idea es facilitar la tarea de
desarrollar software ya que proporciona todas las piezas y el programador sólo tiene
que unirlas para lograr el fin que desea (Mora, 2002).
Conclusiones:
Tener presente las áreas que intervienen directa o indirectamente en la creación de un
proyecto, permite realizar un análisis desde diferentes perspectivas e involucrar aspectos
que inicialmente no se tenían en cuenta.
A pesar de que los temas en este capítulo no se explican profundamente, permiten que el
lector se ubique en el contexto que el proyecto propone.
26
3. HARDWARE
Introducción:
En este capítulo se especificara el hardware requerido en este proyecto en todos los
aspectos, el bípedo, el escenario, la iluminación, el porqué de la elección de los elementos,
las especificaciones y descripción de materiales o los componentes utilizados.
3.1. ROBOT BÍPEDO
3.1.1. Limitaciones: En la búsqueda del bípedo que se deseaba utilizar para la
realización de este proyecto, se pensó en diferentes opciones y modelos que se
encontraban en la web, esto porque la realización del bípedo desde cero implicaba
conocimientos sólidos en electrónica y robótica, en donde se debía estudiar
aspectos como los grados de libertad, la implementación de articulaciones y la
estabilidad vertical que necesitaba el sistema (aunque esta última se podía omitir y
se podía trabajar con un bípedo que contara con una estructura de soporte),
adicionalmente, independiente del tiempo que se podría llevar esa parte de la
investigación, el valor de los materiales era bastante elevado.
En línea se encontraron estructuras predeterminadas para bípedos, algunas eran
solamente el esqueleto lo que conllevaba a implementar los motores y el
controlador, otras eran bípedos con la función de marcha pero no permitían la
modificación del código interno y otras cuantas a pesar de permitir la modificación
o creación de código independiente para la manipulación del bípedo resultaban
altamente costosas, desde unos USD$1.000 hasta superar incluso los USD$8.000.
En el rango de los USD$500 ó USD$600 se encontraban algunas opciones, pero con
movilidad muy limitada.
A continuación se muestran algunas de las opciones que se encontraron en el
mercado sobre bípedos programables.
Rapiro. By Switch Science.
BRAT Walking Robot. Lynxmotion.com.
RQ-HUNO. By RoboBuilder.
27
NAO. Aldebaran Robotics. 2008.
RoboPhilo. By RoboBrothers
Lego Mindstorm EV3. Lego.
Figura 3-1: Opciones de bípedos encontradas en línea.
Con el bípedo seleccionado se definen aspectos como el lenguaje de programación,
la adecuación de la interfaz, la escena y los materiales usados para crear el aspecto
del robot.
Luego de evaluar las opciones de modelos que se tenía, se optó por el Lego
Mindstorm EV3, principalmente por la facilidad que se tenía de consecución, porque
permitía mayor libertad en cuanto a la variación del modelo en caso de ser requerido
y por los diversos lenguajes de programación con los que se puede trabajar. Con este
robot y la forma que se construyó (figura 2-6), se contará con 1 grado de libertad, ya
que se deseaba que el robot no estuviese atado a ninguna suspensión externa y el
peso del brick (bloque donde está el microcontrolador) y de los motores limitaban
ese aspecto.
3.1.2. LEGO MINDSTORMS EV3: En este proyecto se utiliza el LEGO
MINDSTORMS Education EV3 Core Set (LEGO #45544); el set contiene:
1 bloque programable EV3
2 motores grandes
1 motor mediano
2 sensores de contacto
1 sensor de color
1 sensor ultrasónico
1 sensor giroscópico
El set contiene también 7 cables conectores y 1 cable USB para programarlo. El
set incluye una batería recargable para el bloque EV3.
28
Figura 3-2: LEGO MINDSTORMS Education EV3 Core Set Hardware. El set también incluye una batería recargable para el bloque EV3 (no mostrada en la figura). (Laurens, 2013)
El set contiene alrededor de 540 elementos de construcción, incluyendo vigas, ejes,
engranajes y conectores.
Figura 3-3: LEGO MINDSTORMS Education EV3 Core set lista de partes. (Laurens, 2013)
29
Adicional a esto fue necesario 1 cargador (#8887), y un LEGO MINDSTORMS
Education EV3 Expansion Set (#45560), que contiene más de 850 elementos de
construcción como vigas, ejes y engranajes. Esta no contiene ningún elemento
electrónico.
Figura 3-4: LEGO MINDSTORMS Education EV3 Expansion Set (Laurens, 2013)
La expansión fue necesaria debido a que se requirieron las siguientes piezas
adicionales:
Cantidad Nombre Módulos Color Código
3 Bujes ½ amarillo 4239601
2 Vigas 7 gris 4495930 Tabla 3-1: Elementos requeridos del set de expansión de Lego MindStorms
El diseño del robot que se construyó está basado en el proyecto de Joe Nagata
llamado Walker ND1 (Nagata, 2013). Pero debido a que este utiliza el LEGO
MINDSTORMS NXT, realizamos algunas modificaciones y adaptaciones para que
funcionara en el LEGO MINDSTORMS EV3.
30
Figura 3-5: Proceso de construcción del robot bípedo
El bloque EV3 cuenta con las siguientes especificaciones:
Brick HW V 0.60 (Hardware del bloque EV3)
Brick FW V 1.03E (Firmware del bloque EV3)
Id 0016534450eb (Identificador)
Brick OS Linux 2.6.33-rc (Sistema Operativo del bloque)
Para poder conectarse al computador, el bloque EV3 requiere de un controlador,
llamado NXT Fantom Drivers, que se puede descargar desde la página oficial de
LEGO, aunque sea para la versión NXT, también funciona para el EV3; pero en el
momento de la instalación, se debe contar con el LegoMindstormsNXTdriver64.msi
y este debe ser ubicado en:
NXTFantomDrivers\Windows\1.2\1.2.0\Products\LEGO_NXT_Driver_64_Support\
NXT_D00 ya que no lo trae consigo la versión comprimida del NXT Fantom Drivers.
Los robots LEGO MINDSTORMS EV3 deben programarse desde una computadora,
National Instruments y LEGO, han creado un entorno de programación gráfico para
que sea más fácil para todo el mundo empezar a programar. Este software está
disponible en dos versiones: La edición Hogar y la edición Educación para profesores
y estudiantes. Además los aficionados están desarrollando formas de programar el
EV3 en lenguajes de programación alternativos como C/C++ y Java. (Laurens, 2013)
Para Java, existe una API (interfaz de programación de aplicaciones) llamada LeJOS,
que será utilizada para controlar el bloque EV3 y en la implementación de la interfaz.
31
Figura 3-6: Robot bípedo terminado
3.2. ELECCIÓN DE LA ESCENA
Para la elección de la escena inicialmente se pensó un bípedo general, es decir,
simplemente la existencia de dos piernas sin pensar mucho en la forma en que estos
se moverían, pero luego de realizar la investigación sobre los bípedos existentes en
el mercado y los grados de libertad que se podrían trabajar con estos se pensó en
elegir la escena basada en la forma del bípedo construido y tener de esta forma un
punto de referencia para realizar el resto de implementación (skin del personaje, set
de filmación, iluminación).
Por el parecido encontrado entre la forma del bípedo construido y la del robot DE-
209 utilizado en la película Robocop (1987) y luego de ver las posibles escenas que
se podían utilizar, se optó por la elección de la escena que se muestra a
continuación:
Figura 3-7: Película Robocop 1987 (Verhoeven, 1987).
32
3.3. REVESTIMIENTO DEL BÍPEDO (SKIN)
Buscando adecuar el bípedo a una forma más cercana del personaje de la escena
elegida se evaluaron las opciones nombradas a continuación para cubrir el
esqueleto:
3.3.1. Porcelanicron o porcelana fría: es un material elástico, suave y fácil de
manejar, que permite crear un sin número de modelos y figuras. Puede
pintarse y combinarse con otros materiales como madera, vidrio, plástico,
papel y goma eva. No requiere de cocción y se seca al contacto con el aire. Su
textura es similar a la d la plastilina y se puede teñir con colorante vegetal, óleo,
acrílico o témpera (Fiodorow, 2014).
3.3.2. Látex líquido: Es la combinación de goma extraída de árboles de caucho, con
preservativos y solvente entre otras cosas. Es usada para realizar moldes
flexibles y reproducciones de elementos usando moldes de otros materiales.
Cuando el látex se endurece se convierte en una piel flexible fuerte.
Los moldes de látex pueden hacerse cubriendo un objeto con el látex líquido,
al endurecer se produce una piel tan flexible que puede ser retirada en una
sola pieza sin dejar ninguna línea de unión (James, 1989).
3.3.3. Espuma expansiva (poliuretano): Es una sustancia que combina dos
componentes líquidos a través de una reacción química. Los líquidos
reaccionan cuando se les mezcla, expandiéndose ante el contacto para crear
espuma. Esto hace que el material pueda ser estirado, aplastado o rayado y
siga siendo resistente (Spray Foam Coalition, 2012).
La espuma expansiva puede ser aplicada a un molde y en su fase de curado, se
empezará a expandir, ocupando todo las hendiduras, su tamaño puede ser
modificado simplemente vertiendo más material y aun así el peso del objeto
no es un inconveniente.
El trabajo con poliuretano requiere de gran experiencia y precaución al ser
manipulado, ya que este material resulta tóxico si se inhala y es irritante al
tacto cuando se está preparando (Lizandra, 2005).
3.3.4. Papel: Es un medio económico, listo y fácil de usar, el reto es solucionar cómo
convertir una hoja plana de papel en algo que tiene profundidad alto y ancho.
Pues generalmente no se puede moldear, esculpir o tallar el papel, de tal
manera que se debe doblar, cortar, enroscar, poner en capas y pegar para
realizar un proyecto (Ives, 2009).
33
Para esto se requiere dibujar una plantilla del modelo deseado con los detalles
necesarios.
Para el elegir el medio con el cual se revestiría el robot, se tuvo en cuenta el peso
del material, la facilidad de uso, que no fuera invasivo y que permitiera la respiración
del esqueleto, esto último por razones de seguridad del microcontrolador. En ese
orden de ideas, a pesar de que todos los materiales son livianos el porcelanicron
aumentaba el peso del esqueleto, por lo que fue descartado; el látex y la espuma se
descartaron por dos motivos, el cubrimiento que generarían puede generar
calentamiento en los dispositivos y la generación del molde no se podría realizar
fielmente, pues no pueden ser vertidos directamente sobre el objeto.
De esta forma la opción que más se acomodó a la necesidad del proyecto fue el
papel, que aunque requiere bastante trabajo y tiempo para su adecuación, logra un
buen resultado final para el producto.
Para el revestimiento se hizo uso de un papercraft disponible bajo licencia de
Creative Commons (con las especificaciones Atribución – No comercial – Compartir
igual) realizado por Julius Perdana, lo que nos permitió utilizar el diseño y generar
modificaciones al producto final.
34
Figura 3-8: Papercraft modificado con los requerimientos del bípedo.
3.4. ILUMINACIÓN
La iluminación de la escena se realizó con el esquema básico de iluminación con
tres fuentes de luz, el cual cuenta con una luz principal, una luz de contra y una luz
de relleno, esta última no es una fuente de luz como tal, sino con un panel que
permite reflexión de la luz. Los dispositivos utilizados para la iluminación fueron
realizados de manera experimental siguiendo lineamientos teóricos, esto debido a
que la consecución de un kit de iluminación profesional resulta costoso para los
propósitos del ejercicio a realizar (desde unos $300.000 el kit más básico).
Figura 3-9 Esquema básico de iluminación con tres fuentes de luz. Iluminación Básica. Rita Noriega. Escuela
Internacional de Medios Audiovisuales, Falco Films. (Noriega, 2013)
3.4.1. Esquema de iluminación:
35
3.4.1.1. Luz principal: es la que crea la intención fundamental de la
iluminación de una escena, distribuye la luz y las sombras. Es la luz
predominante. Se ubica aproximadamente a 45° de la cámara y por un
poco por encima de la línea de los ojos del personaje por dos motivos, el
primero es porque la sombra que proyecta el personaje sobre el fondo se
verá menos si la luz está más alta y la segunda es porque la sombra que
proyecta la nariz del personaje sobre la cara es más favorecedora si se
proyecta un poco más abajo llegando casi a la comisura de la boca
generando el triángulo de Rembrandt, que estipula la definición correcta
entre luces y sombras.
3.4.1.2. Luz de relleno: con ella se controla la oscuridad de las sombras que
produce la luz principal, esta luz no debería crear sombras nuevas, por lo
que generalmente se coloca en el eje de la cámara. Contribuye a fijar el
tono de la escena, porque con ella se controla la relación de contraste.
Cuanta más luz de relleno existe, hay menos contraste y viceversa.
3.4.1.3. Luz de contra: esta luz proviene del lado contrario del punto de vista
y contribuye a despegar al personaje del fondo, aporta volumen a la
imagen. Puede venir desde el mismo eje de la luz principal o del lado
contrario al eje. Este tipo de luz ayuda a hacer más visibles las partículas
en suspensión como por ejemplo el humo, la niebla, el polvo y la lluvia.
Figura 3-10 Posiciones de la luz de contra. Iluminación Básica. Rita Noriega. Escuela Internacional de
Medios Audiovisuales, Falco Films. (Noriega, 2013)
3.4.2. Tipos de luz:
3.4.2.1. Luz dura: se hace referencia a la geometría que genera, en este caso,
este tipo de luz genera sombras duras, es decir, que la gradación que hay
entre la luz y la sombra es muy corta (gradiente de sombreado corto). Esta
luz se dirigen fácilmente, posee un ángulo de luz pequeño, se puede
controlar fácilmente a que zonas del decorado se quiere que llegue.
36
3.4.2.2. Luz suave: en este tipo de luz la gradación entre la luz y la sombra es
más larga (gradiente de sombreado largo), esta luz es más difícil de dirigir
y menos controlable, tiene a llenar el decorado de luz, con lo que hace
más difícil mantener algunas zonas en penumbra. Generalmente la luz de
relleno es una luz suave (Noriega, 2013).
3.4.2.3. Especificaciones técnicas de las bombillas: La iluminación construida
cuenta con dos fuentes de luz fría y dura, pero se les puede realizar una
adecuación con un filtro difusor para convertirla en luz blanda en caso de
ser requerido.
Tipo de bombilla Fluorescente compacta Fluorescente compacta
Tipo de Luz Luz día Luz Blanca
Eficiencia luminosa 55 lm/w 35 lm/w
Consumo de energía 25w 8w
Voltaje 120-127 V~ 120-127 V~
Temperatura de color
6500K 6400K
CRI/IRC 80 80
Frecuencia de operación
50/60 Hz 50/60 Hz
Tiempo de vida 6000 hrs 8000 hrs
Base de casquillo E27 E14 Tabla 3-2: Especificaciones técnicas de las bombillas utilizadas en la iluminación de la escena.
37
Figura 3-11: Iluminación artesanal creada para la escena.
3.5. SET DE GRABACIÓN
El set se realizó, como ya se mencionó anteriormente, con base a la escena elegida,
los elementos que la conforman se realizaron manualmente tratando de que
recrearan lo más fiel posible la escena original. El contorno del escenario fue
realizado por paneles para poder quitarlos y ponerlos y de esta forma facilitar la
toma de fotografías, por lo que todas las paredes son independientes entre ellas y
el piso.
3.5.1. Medidas: Para la realización del set se tuvo en cuenta el tamaño del robot
ensamblado (ancho y alto), se consideró también, una proporción visual del
robot en la escena original y de esta forma se generó una escala base,
trabajando las medidas de la siguiente manera:
Objeto Alto Ancho Bípedo 20cm. 28cm
Puerta principal 48.5cm 50cm
Puerta de fondo 48.5cm 37cm
Ventanales laterales 48.5cm 100cm (cada panel)
Pared con panel de televisores.
48.5cm 140cm
Mesa principal 10cm 17cm x 53cm
38
Mesa auxiliar de maqueta 10cm 15cm x 15cm
Sillas 14.5cm (9cm espaldar,
0.5cm base y 5cm patas) 6cm x 5cm
Marionetas* 22.5cm 6cm
Piso 151cm 155cm Tabla 3-3: Medidas de las paredes del set de grabación. *Las marionetas adicionales, no cumplen con la proporción que se encuentra en la escena porque se contó con la disponibilidad del mercado, lo que dificulta la consecución de estos con medidas específicas.
Los detalles internos de las paredes y de las sillas se realizaron por proporción visual de
espacios, además, existen detalles que por facilidad para utilización de la técnica de stop
motion se dejaron estáticos (el panel de televisores por ejemplo).
Respecto a los personajes diferentes del robot, por reducción de costos se tomó la decisión
de utilizar personajes (marionetas) con movilidad limitada, es decir, no poseen movilidad
en todas las articulaciones (rodillas, codos, muñecas) pero se buscó que se lograra tener
una buena interacción con ellos en la escena. Algunos fueron modificados con calor para
doblar sus rodillas, ya que en toda la escena permanecen sentados.
El vestuario de estos se cambió en su mayoría para darle un poco más contexto, se
mandaron a confeccionar diferentes atuendos para cambiar los trajes originales
principalmente de los personajes femeninos (vestidos, bufandas, falda, chaquetas), las
batas de laboratorio para los científicos y unas chaquetas para diferenciar algunos de los
personajes masculinos.
(a)
39
(b)
(c) (d)
40
41
42
(e)
(f)
Figura 3-12 Elementos de la escena: (a) Pared lateral derecha. (b) Pared lateral izquierda. (c) Puerta principal. (d) Puerta fondo. (e) Accesorios y personajes. (f) Vestuario de los personajes.
43
3.5.2. Materiales: Los materiales utilizados son de fácil consecución en el mercado
y se eligieron analizando lo que contiene cada una de las secciones de la
escena, además de su fácil de manejo y las modificaciones que permitieran
hacerse respecto a colores o texturas. Los materiales utilizados se nombran
especifican en la siguiente tabla:
Iluminación: Cartón corrugado. Enchufe.
Papel aluminio. Arandela.
Foammy. Tornillo con tuerca.
Cinta aislante negra. Plafón.
Cable No.12. Tubos pvc de ½”.
Plafón pequeño para bombillo. Uniones de ½”
Interruptor. T’s de ½”
Colbón. Bombillas de 25W.
Cinta de aluminio. Papel encerado.
Alicate. Pinza.
Cortafrío. Segueta.
Taladro. Destornillador
Set de Grabación: Cartón corrugado. Cartón paja.
Acetato. Foammy.
Balso (diferentes formas y tamaños). Vinilo (gris, negro, blanco y colores primarios)
Colbón. Silicona Líquida
Palos para chuzos. Papel contact.
Regla. Cuchilla de precisión.
Bisturí. Papel Bond de 115gr.
Pinceles Cinta de Enmascarar.
Tijeras. Metro.
Lima. Plastilina.
Paleta mezcladora. Laca brillante.
Lápiz. Marcador.
Borrador Pegamento Boxer.
Propalcote de 150gr. Palitos de polipropileno.
Compás. Impresora láser. Tabla 3-4 Materiales utilizados para la escenografía.
3.6. CÁMARA FOTOGRÁFICA
Para las tomas de la escena se utilizó una cámara digital Panasonic Lumix DMC-LZ40
con las siguientes especificaciones técnicas para la parte fotográfica:
44
Métricas Dimensiones (ancho x alto x profundidad)
126,4 x 86,6 x 94,2 mm
Dimensiones (ancho x alto x profundidad)
(4,98 x 3,41 x 3,71 pulgadas)
Peso aprox. 498 g sin batería ni tarjeta de memoria SD (1,10 libras)
Peso aprox. 524 g con batería y tarjeta de memoria SD (1,16 libras)
Óptica Pixeles Pixeles efectivos de la cámara
20,0 megapixeles
Sensor Tamaño del sensor/Pixeles totales/Filtro
Sensor CCD de 1/2,3 pulgadas/Número total de pixeles: 20,5 megapixeles/Filtro de colores primarios
Lente Apertura F3,0 - 6,5 /2 pasos (F3,0/8,6 (W), F6,5/18,9 (T))
Zoom óptico 42x
Distancia focal f=4,0 - 168 mm (equivalente a 22 - 924 mm en 35 mm)
Distancia focal (24 - equivalente a 1007mm en 35 mm en grabaciones de video 16:9)
Zoom óptico extra (EZ)
66,3x (4:3/8 M), 105,0x (4:3/menos de 3 M)
Zoom inteligente 84x
Lente 12 elementos en 9 grupos
Lente (3 lentes asféricas/6 superficies asféricas/2 lentes ED)
45
Zoom de 2 velocidades
-
Estabilizador óptico de imagen/Corrección de cinco ejes
O.I.S. (Activado/Desactivado)/No
Zoom digital Máx. 4x
Compatibilidad de la lente de conversión
-
Enfoque Área de enfoque Normal: Gran angular de 30 cm a infinito/Teleobjetivo de 160 cm a infinito
Área de enfoque Macro AF/Auto inteligente/Película: Gran angular de 1 cm a infinito/Teleobjetivo de 160 cm a infinito
Luz de asistencia de AF
Sí (Activado/Desactivado)
Enfoque Normal/Macro AF/Zoom macro
Enfoque AF rápido (siempre activo), AF continuo (solo para películas)
Enfoque Seguimiento de AF
Medición de AF Detección de rostros/Seguimiento de AF/1 área/9 áreas/Precisión
Obturador Velocidad de obturación
Aprox. 15 a 1/1.500 seg.
Velocidad de obturación
Modo noche estrellada: 15, 30, 60 seg.
Archivo Formato de archivo
Imagen fija: JPEG (DCF/Exif2.3)
46
Modos de grabación
Disco de modo/Botón de modo
Auto inteligente, P, M, Toma panorámica, Escena, Control creativo, Retrato, Paisaje
Modo Control creativo
Expresivo, Retro, Viejos tiempo, Clave alta, Clave baja, Sepia, Monocromático dinámico, Arte impresionante, Dinámico alto,
Modo Control creativo
Proceso cruzado, Efecto de juguete, Efecto de miniatura, Enfoque suave, Filtro de estrella, Un punto de color (15 filtros)
Modo de escena de imagen fija
Piel suave, Deportes, Retrato nocturno, Paisaje nocturno,
Modo de escena de imagen fija
Comida, Bebé1*, Bebé2*, Mascota*, Atardecer, Alta sensibilidad, A través de un vidrio, HDR, Noche estrellada
Modo de escena de imagen fija
* Solo para cumpleaños.
Modo de toma continua
Imagen en resolución completa: 1,1 cuadros/seg.
Modo de toma continua
Velocidad de ráfaga: Aprox. 3 cuadros/seg.
Modo de toma continua
(grabado en 3 M para 4:3, 2,5 M para 3:2, 2 M para 16:9, 2,5 M para 1:1)
Parámetros de exposición
Exposición AE de programa, Manual
Compensación de la exposición
1/3 paso EV, +/-3 EV
Horquillado automático (AE)
1/3 a 2 pasos EV, Máx. ±2 EV, 3 cuadros
47
Medición de la luz Múltiple inteligente/central/puntual
Sensibilidad ISO Auto/i.ISO/100/200/400/800/1600
Sensibilidad ISO Modo de alta sensibilidad (ISO1600 - 6400)
Calidad de foto
Grabación de imágenes fijas
[4:3] 5152 x 3864 (20 M)/3264 x 2448 (8 M EZ)/2048 x 1536 (3 M EZ)/640 x 480 (0,3 M EZ)
Grabación de imágenes fijas
[3:2] 5152 x 3432 (17,5 M)/3264 x 2176 (7 M EZ)/2048 x 1360 (2,5 M EZ)
Grabación de imágenes fijas
[16:9] 5152 x 2896 (14,5 M)/1920 x 1080 (2 M EZ)
Grabación de imágenes fijas
[1:1] 3856 x 3856 (15 M)/1536 x 1536 (2,5 M EZ)
Calidad de imagen Fina/Estándar
Balance de blancos Automático/Luz de día/Nublado/Sombra/Incandescente/Ajuste de blancos
Balance de blancos Ajuste de balance de blancos (excepto Auto)
Tabla 3-5: Especificaciones técnicas cámara fotográfica Lumix Panasonic DMC-LZ40.
Conclusiones:
La utilización de herramientas como el kit Lego MindStorm que permiten modificar su forma
estructural, brindan una gran ventaja para este tipo de proyectos, pero siempre debe
tenerse en cuenta la limitación que posee de piezas.
Los materiales elegidos para la implementación de un set y del maquillaje corporal de los
personajes, facilitan la interacción con estos; es recomendable (si lo permite el
presupuesto) elegir materiales durables y resistentes, para así evitar reprocesos en el
momento de la grabación.
48
La iluminación es crucial para toda escena. Mientras sea posible contar con un lugar
mayormente obscuro, permite brindar una mejor iluminación sin importar cambios de
horario o de clima.
La filmación de la escena se realiza de una manera más cómoda si se cuenta con
instrumentos que faciliten el proceso, como es el caso de los trípodes tipo pulpo que
sostengan la cámara en diferentes posiciones y de elementos que ayuden a sostener a los
personajes.
49
4. SOFTWARE
Introducción:
En este capítulo se explican las actividades que se realizaron previas a la implementación
del software, la elección del lenguaje de programación, las librerías utilizadas y la
configuración que se realizó para la conexión entre la aplicación y el robot.
4.1. INTERFAZ DE LA APLICACIÓN
4.1.1. Prueba de Usabilidad: Para realizar el diseño de la interfaz, se realizó una
prueba llamada card sorting, donde se le mostraba a los usuarios potenciales,
los elementos gráficos o metáforas, y debían de clasificarlos según su función
(Ayuda, Rotar y Selección de grados).
La prueba se les realizó a 32 personas, divididas de la siguiente manera:
13 personas con conocimientos en animación.
10 profesionales con conocimiento en animación.
9 personas con conocimiento básico - casi nulo de la animación.
Los componentes gráficos, se organizaron en un orden del 1-12 como se
muestra en la figura:
50
Figura 4-1: Listado de elementos gráficos.
Terminada la prueba estos fueron los resultados:
Función
Metáforas Ayuda Rotar Selección de Grados
1 20
2 11
3 8
4 2 1
5 9 2
6 9 3
7 9 2
8 8 1
9 13
10 7
11 17
12 1
Tabla 4-1: Resultados de la prueba Card Sorting.
51
Donde se concluye que los elementos gráficos con mayor número de votos
se implementarán en el diseño de la interfaz, relacionado en la siguiente
figura:
Figura 4-2: Conclusiones de la prueba Card Sorting.
Inicialmente se trabajaron los íconos tal cual se registraron en la prueba, pero
posteriormente, evaluando la interfaz con un profesional de diseño, se
realizaron modificaciones para llevarlos a una expresión un poco más
minimalista, así, se tomaron las ideas de las metáforas y se incluyeron de una
manera más organizada y sencilla como se puede ver en la figura 4-4.
4.1.2. Colores:
Para la elección de los colores de la interfaz, se buscaron en internet
aplicaciones de tecnología o de robótica y kits de robótica para utilizar los
colores como referencia y se encontró, que el azul y el gris son los colores más
repetitivos.
Posteriormente se realizaron diferentes paletas de color con ayuda de una
herramienta en línea llamada Adobe Color CC (Adobe Systems Incorporated.,
2015). Se utilizaron diferentes tonos de los colores mencionados y se
52
verificaron sus colores complementarios o colores equidistantes, hasta generar
una combinación que fuera agradable para los autores de este trabajo.
Las paletas obtenidas, se sometieron a votación con un grupo de personas
objetivo y así optar por la que mayor aceptación tuviese entre ellos,
obteniendo como resultado lo siguiente:
Paleta Votos
5
3
2
1
2
Tabla 4-2: Paletas de colores evaluadas para uso en la interfaz.
De esta forma se eligieron los colores mostrados en la siguiente figura con su
respectivo código hexadecimal.
Figura 4-3: Colores utilizados en la interfaz.
53
Figura 4-4: Diseño final de la interfaz.
4.2. LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN
La siguiente tabla muestra algunos de los lenguajes de programación más usados
para la programación del bloque del kit Lego MindStorm en sus versiones NTX y EV3.
Posterior a esta se brinda una explicación del por qué fue elegido Java por los
autores para el desarrollo de la aplicación.
Nombre Tipo de Lenguaje Descripción
Lego::NXT Perl
Conjunto de módulos de Perl que proporciona un
control de bajo nivel en tiempo real de un bloque de
Lego NXT a través de Bluetooth.
leJOS Java
Un sistema basado en Java, para programadores
avanzados que puede manejar la mayoría de los
sensores y dispositivos como el GPS, reconocimiento
de voz y tecnología de mapeo. Puede ser
interconectado con el IDE de Eclipse o ejecutarse
desde la línea de comandos.
54
NXT_Python Python
NXT_Python es un paquete para controlar un robot
LEGO NXT usando el lenguaje Python. Puede
comunicarse vía USB o Bluetooth.
NXT-Python Python
Basado en NXT_Python, incluye características
avanzadas adicionales, soporte para
aproximadamente 30 sensores y varios respaldos de
conexión del bloque. Funciona en Windows, Linux y
Mac.
Lestat C++
Es una biblioteca de C ++ para controlar un “Bloque”
Lego NXT, motores y sensores. Permite controlar NXT
directamente desde cualquier programa en C ++ en
Linux.
RWTH –
Mindstorms
NXT Toolbox
MATLAB Interfaz para controlar el NXT desde MATLAB a través
de Bluetooth o USB (código abierto).
NXTComm
Processing (Java
simplificado /
programado
estilo C)
Es un lenguaje de programación de código abierto para
las personas que quieren programar imágenes,
animaciones e interacciones. Es usado por
estudiantes, artistas, diseñadores, investigadores y
aficionados por el aprendizaje, creación de prototipos
y producción.
Tabla 4-3: Lenguajes bajo los cuales se pude programar el bloque Lego.
Para la elección del lenguaje de programación del bloque se tuvo en cuenta
diferentes aspectos como el licenciamiento, la experiencia previa de uso del
lenguaje, el soporte en línea y las limitaciones que tenga este (en cuanto al acceso
de los recursos) entre otros.
Respecto al licenciamiento se buscó que el lenguaje fuera libre lo que implicó
descartar a Matlab ya que este requiere de una licencia.
55
Por otra parte, los lenguajes basados en C / C++, instalan un sistema operativo en
reemplazo del firmware del bloque EV3, cosa que Java no hace, específicamente la
API LeJOS, pues Java como tal instala una máquina virtual que le permite al bloque
ser programable sin reemplazar su firmware original o sin requerir un compilador
específico (esto también teniendo en cuenta que el módulo con el que se trabaja no
es de los autores, sino que es un préstamo del SENA, por lo que convierte ese en una
gran restricción). Adicionalmente, LeJOS cuenta con tres versiones, una para cada
generación de LEGO Mindstorms (LeJOS EV3 - EV3 / LeJOS NXJ – NXT / LeJOS RCX –
RCX) y brinda mayor libertad y acceso a los recursos del Kit, permite el uso de
entornos de desarrollo, incluyendo Eclipse y NetBeans, y se pueden aprovechar las
librerías de clase que soportan funciones de alto nivel como la navegación basada
en comportamiento y soporta funcionalidades como recursividad, arreglos y
matrices multidimensionales, sincronización, manejo de hilos y excepciones y
posibilita también el uso de tipos de datos como punto flotante, String y entero.
Finalmente, dado a que los autores han tenido mayor acercamiento al lenguaje de
programación Java, se optó por elegir este para el desarrollo de la aplicación;
utilizando JavaFX, que es un conjunto de paquetes gráficos y multimedia que
permite a los desarrolladores diseñar, crear, probar, depurar y desplegar
aplicaciones que operan constantemente a través de diversas plataformas. (Pawlan,
2013)
Y JavaFX Scene Builder, una herramienta de diseño visual para aplicaciones JavaFX
que permite a los usuarios diseñar rápidamente interfaces de usuario de
aplicaciones JavaFX, sin necesidad de programación. (Oracle, s.f.)
56
4.2.1. Diagrama de la API leJOS EV3:
Figura 4-5: Mapa de la API leJOS.
57
Figura 4-6: Mapa de la API leJOS.
4.3. CONEXIÓN BLUETOOTH
Para realizar la conexión bluetooth, se deben tener presentes varios aspectos como:
Tanto el PC como el Lego EV3 deben permitir la configuración para conexión
por medio de bluetooth.
Se debe encender el bluetooth del PC y del Lego EV3.
Se deben aparear los dispositivos, desde el PC, accediendo en agregar
dispositivos bluetooth y digitando la clave en el Lego EV3.
Desde el PC, se debe unir a una red de área personal, conectándose a través
de un punto de acceso con el Lego EV3.
Hecho esto, en el Lego EV3 se debe ejecutar el programa para que quede a la espera
de recibir datos. – La configuración del Lego EV3 consta de un server socket, el cual
espera peticiones que entren a la red. Esto, realiza algunas operaciones basadas en
la petición y es posible que retorne un resultado al solicitante –.
Y desde el PC se debe ejecutar el programa que le enviará las peticiones al Lego EV3;
a través de un socket, que es el punto final para la comunicación entre dos
máquinas, el cual envía las peticiones, como ordenes de mover el motor del Lego
EV3.
58
Figura 4-7: Diagrama de conexión.
Conclusiones:
La implementación de una interfaz de usuario debe evaluarse en diferentes periodos con
algunas personas (de manera aleatoria) para realizar las mejoras que se consideren
necesarias.
Aunque existan limitaciones respecto al lenguaje de programación que el robot permite
utilizar, es recomendable elegir aquel que por las tecnologías que maneja posea más
alternativas de desarrollo.
59
5. PRUEBAS Y RESULTADOS
Introducción:
En este capítulo se explican pruebas realizadas al robot y se documentan los datos
obtenidos con su respectivo análisis.
5.1. DISTANCIA RECORRIDA VS ÁNGULO:
En esta prueba se tomó la medida de la distancia recorrida por el bípedo al cabo de
5 pasos. Desde la aplicación se enviaron 5 ángulos diferentes, los 3 ángulos
predeterminados (15, 45 y 90) y 2 ángulos personalizados (360 y 1080). Esta prueba
se realizó 5 veces por ángulo.
Ángulo # Veces por paso
Toma 1 Toma 2 Toma 3 Toma 4 Toma 5
15 24 28,3 27,5 28,4 28,7 29,3
45 8 27,7 27,7 27,7 27 26,9
90 4 28,3 28,5 28,1 28,1 27,8
360 1 28,5 28,7 28,7 28,9 28,7
1800 N-A 29,6 29,5 29,9 29,8 28,8
Promedio N-A 28,48 28,38 28,56 28,5 28,3
Deviación Estándar
N-A 0,69426 0,80746517 0,83546 1,03682 0,95131
Tabla 5-1: Distancia recorrida por el bípedo para diferentes ángulos.
Gráfica 5-1: Distancia recorrida por el bípedo para 5 ángulos diferentes, resultados obtenido en 5 muestras por cada ángulo.
26,5
27
27,5
28
28,5
29
29,5
30
30,5
0 500 1000 1500 2000
Dis
tan
cia
(cm
)
Ángulo °
Distancia vs Ángulo
Toma 1
Toma 2
Toma 3
Toma 4
Toma 5
60
La gráfica permite ver que el robot avanza mayores distancias con ángulos pequeños
(15°) o con ángulos muy grandes (1800°), esto porque con ángulos pequeños existe
mayor control de la fricción de la superficie y para ángulos muy grandes el robot
vence la inercia. Por otro lado si lo que se desea es obtener distancias un poco más
constantes los ángulos entre 45° y 360° son una mejor opción.
5.2. EXACTITUD DEL ÁNGULO:
En esta prueba se observa el giro que realiza el piñón grande de una de las patas del
robot frente al ángulo que se envía desde la aplicación. Posteriormente se compara
el ángulo que registra el piñon (por medio de una seña que se puso) contra el ángulo
que se mide con ayuda de una herramienta que posee el programa Adobe
Illustrator, la cual permite verificar el ángulo en el que se encuentra una posición
marcada por un segmento de línea.
Para esta prueba los ángulos entre 90 y 180 no fueron tenidos en cuenta porque
partes de la pata del robot no dejaban ver la seña que se dispuso para la medición,
por otro lado el ángulo de 360° se mostraba en la misma ubicación que el de 0° por
lo que fue omitido.
5.2.1. Ángulo 15°
61
62
Figura 5-1: Prueba de ángulo medido con transportador para un paso completo realizado con ángulos de 15°.
63
Datos Obtenidos
Ángulo Ideal Ángulo Medido Error Absoluto Error Relativo
0 0 0 0
15 15,62 0,62 4,13%
30 31,51 1,51 10,07%
45 46,6 1,6 10,67%
60 60,65 0,65 4,33%
75 75,16 0,16 1,07%
90 89,33 0,67 4,47%
195 194,68 0,32 2,13%
210 209,27 0,73 4,87%
225 223,64 1,36 9,07%
240 238,78 1,22 8,13%
255 253,78 1,22 8,13%
270 270 0 0,00%
285 285,77 0,77 5,13%
300 300,72 0,72 4,80%
315 315,21 0,21 1,40%
330 330,28 0,28 1,87%
345 345,04 0,04 0,27% Tabla 5-2: Ángulo ideal vs ángulo medido para un giro de 360° con avances de 15°, con su respectivo error absoluto y relativo.
5.2.2. Ángulo 45°
64
Figura 5-2: Prueba de ángulo medido con transportador para un paso completo realizado con ángulos de 45°.
Datos Obtenidos
Ángulo Ideal Ángulo Medido Error Absoluto Error Relativo
0 0 0 0,00%
45 44,87 0,13 0,29%
90 89,79 0,21 0,47%
225 223,94 1,06 2,36%
270 270 0 0,00%
315 314,75 0,25 0,56% Tabla 5-3: Ángulo ideal vs ángulo medido para un giro de 360° con avances de 45°, con su respectivo error absoluto y relativo.
65
5.2.3. Ángulo 90°
Figura 5-3: Prueba de ángulo medido con transportador para un paso completo realizado con ángulos de 90°.
Datos Obtenidos
Ángulo Ideal Ángulo Medido Error Absoluto Error Relativo
0 0 0 0,00%
90 89,43 0,57 0,63%
270 270 0 0,00% Tabla 5-4: Ángulo ideal vs ángulo medido para un giro de 360° con avances de 90°, con su respectivo error absoluto y relativo.
66
5.2.4. Ángulo personalizado (60°)
Figura 5-4: Prueba de ángulo medido con transportador para un paso completo realizado con ángulos de 30°.
Datos Obtenidos
Ángulo Ideal Ángulo Medido Error Absoluto Error Relativo
0 0 0 N-A
60 59,18 0,82 1,37%
240 238,12 1,88 3,13%
300 301,4 1,4 2,33% Tabla 5-5: Ángulo ideal vs ángulo medido para un giro de 360° con avances de 30°, con su respectivo error absoluto y relativo.
67
Gráfica 5-2: Comparación del Error Relativo para los grados de 15°,45°, 60° y 90°.
En la gráfica se puede apreciar el mayor error de giro que presenta cada ángulo, de esta
forma se puede asumir que le sistema posee las siguientes características:
Para el ángulo de 15°, el máximo error encontrado equivale a 10.67%, que se traduce
en ±1.6°.
Para el ángulo de 45°, el máximo error encontrado equivale a 2.36%, que se traduce
en ±1.06°.
Para el ángulo de 90°, el máximo error encontrado equivale a 0.63%, que se traduce
en ±0.38°.
Para un ángulo personalizado de 60°, el máximo error encontrado equivale a 3.13%,
que se traduce en ±1.88°.
5.3. VELOCIDAD:
En esta prueba se tomaron fotos sobre las secuencias de movimiento para cada
ángulo hasta completar un paso y verificar de manera visual la sensación de
velocidad producida al cambiar el tamaño de giro que se ordena desde la aplicación.
Se aclara que este ejercicio es apreciable desde un navegador o un visor de
imágenes; de la manera que acá se presenta resulta un poco difícil apreciarlo.
10,67%
2,36%
3,13%
0,63%
0,00%
2,00%
4,00%
6,00%
8,00%
10,00%
12,00%
15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 45 45 45 45 45 45 60 60 60 90 90 90
Error Relativo
68
5.3.1. Ángulo 15°
Figura 5-5: Secuencia de avance con giros de 15°.
5.3.2. Ángulo 45°
Figura 5-6: Secuencia de avance con giros de 45°.
5.3.3. Ángulo 90°
Figura 5-7: Secuencia de avance con giros de 90°.
69
Al recorrer estas secuencias se alcanza a percibir el cambio de velocidad que se
buscaba, con la secuencia de 15° el movimiento del bípedo es detallado y brinda
una sensación de avance similar a una caminata normal, en la secuencia de 45° se
acelera un poco el paso, por lo que genera una sensación de caminata rápida,
finalmente para el ángulo de 90° el paso es rápido, dado a que no tiene mayor
detalle permite una sensación de avance mayor cada vez por lo que puede ser
usado en escenas de trote o de persecución.
5.4. DISTANCIA CON PESO VS DISTANCIA SIN PESO:
En esta prueba se realizaron 5 pasos enviando órdenes de giro de 90° desde la
aplicación. Para la distancia sin peso el robot se sostuvo con la ayuda de una piola
librándolo del peso del brain.
a) Distancia recorrida: 26cm.
b) Distancia recorrida: 37cm.
Figura 5-8: a) Distancia recorrida con peso. b) Distancia recorrida sin peso.
Se puede observar que el peso que introduce el brain, genera un cambio considerable en la
distancia recorrida por el robot, tomando como referencia los resultados obtenidos en las
70
pruebas de distancia que se muestran en el punto 5.1, el mayor valor registrado en las
pruebas es de 29.9cm, permitiendo ver una pérdida de 8cm de recorrido.
Conclusiones:
El robot funciona mecánicamente de forma esperada, el porcentaje de error que presenta
en giro oscila entre 0.4° y 1.8°, valor que se considera admisible, pues permite proyectar
posiciones según el ángulo elegido por el usuario.
Se puede realizar la planeación de distancias a recorrer y el ángulo que se debe utilizar,
basados en los promedios de distancia obtenidos.
Controlando el peso del robot y con el uso de herramientas adicionales, se pueden obtener
mayores recorridos al promedio general (28.4), teniendo en cuenta el tope máximo medido
(37cm).
71
6. TRABAJOS FUTUROS
6.1. ADICIONAR MOTORES:
El prototipo presentado en este proyecto implementa un solo motor que mueve las
dos extremidades inferiores del bípedo, por lo que tener esta opción permitiría
generar y manipular objetos más complejos estructuralmente o en su defecto si se
desea conservar el bípedo, permitiría crear más grados de libertad de movimiento.
6.2. MANIPULACIÓN DE LA CÁMARA FOTOGRÁFICA:
La idea de este, sería realizar la toma de fotos enviando la orden desde la aplicación,
de esta manera la acción sería automatizada en el proceso.
6.3. DESCARGAR AUTOMÁTICAMENTE IMÁGENES DESDE LA CÁMARA:
Incluir en la aplicación una función para que en el momento en que se haga la toma,
la imagen pueda ser almacenada inmediatamente en el equipo.
6.4. ADICIONAR FOTOS DE MODELOS DE ROBOTS DIFERENTES:
Esto hace referencia a si se desea o se necesita cambiar el modelo del robot que se
utiliza, que la aplicación permita cargar las imágenes que se verán en la secuencia
de movimiento.
6.5. SECUENCIAS DE MOVIMIENTO CON MODELOS 3D:
En este punto se pretende que las secuencias de movimiento se muestren utilizando
modelos 3D y que estos permitan una vista 360° horizontal del robot en uso.
72
CONCLUSIONES
La escena realizada es muestra de la integración entre el prototipo bípedo realizado y la
adecuación artística, la mezcla lograda prueba que se pueden incluir aspectos
tecnológicos en técnicas artesanales, sin perder el objetivo principal de la técnica y así
facilitar parte de su proceso.
La aplicación, cuenta con una interfaz amigable que permite dar las instrucciones para
el movimiento del robot, generando la secuencia esperada de la escena.
En la grabación de la escena se evidenció la complejidad que implica realizar el proceso
de animación con elementos que requieran el factor humano para la generación de
movimiento, los personajes que interactuaban con el robot fueron animados
manualmente y aunque se contaba con soportes para los que se encontraban de pies,
lograr la estabilidad de posición entre fotos fue un inconveniente constante, problema
que no se tuvo con el robot, pues dentro la planificación, se buscó que la estructura
realizada pudiese ser movida con fuerza del motor sin requerir de ajustes externos. Se
debe tener presente que esto no es un impedimento, es solo que realizarlo de esta
forma facilita más el proceso de grabación. Por otra parte el tiempo de animación de los
personajes fue mucho más elevado, en comparación, las tomas del robot en
movimiento se realizaron en 15 o 20 minutos, mientras que cada toma de los personajes
tomó como mínimo un tiempo de 1 hora.
El esquema de iluminación fue utilizado siguiendo las recomendaciones descritas en el
capítulo de hardware, fue apta para el escenario, se realizaron algunas modificaciones
de ubicación de los focos de iluminación buscando que la escena conservara mayor
fidelidad a la escena original.
La construcción del set fue pensaba desde el inicio de manera modular, para que al
trabajar las diferentes tomas se facilitara la colocación de la cámara y la animación de
los personajes, pero, aunque las paredes y las puertas eran módulos separables, el piso
fue un bloque completo y este hizo que se presentaran 2 inconvenientes por una parte
que la grabación para ciertos ángulos presentara dificultades en cuanto a la ubicación
de la cámara, pero haciendo uso de elementos externos como cajas, cuñas de cartón, el
trípode en diferentes posiciones e incluso almohadas se superó la situación y se pudo
realizar el proceso. Por otra parte para no afectar el esquema de iluminación y asegurar
que esta fuera constante en todo el proceso de grabación, hubo tomas que se realizaron
en posiciones muy incómodas, incrementando el tiempo de grabación.
73
Inicialmente se realizó una interfaz gráfica partiendo estrictamente de los resultados
obtenidos en la prueba de usabilidad, pero al enfrentarla con un profesional de diseño,
surgieron críticas constructivas que llevaron a implementar mejoras. Esto no solo
implicó un cambio en la ubicación de los íconos, el tamaño e incluso los colores, también
generó un reproceso en la programación, pues se tuvo la necesidad de utilizar una
librería de gráficos diferente a la que se venía trabajando y esto llevó a implementar
código adicional y adaptar las funciones que se tenían anteriormente.
El proyecto, dada su estructura y soporte, queda abierto a modificaciones y adiciones
para aquellas personas que estén interesadas en incursionar en este tipo de temáticas.
74
ANEXOS
Función para la elección de 45 grados:
@FXML
private void handleSeleccion4() {
if (puerta4) {
cuarenta.getStyleClass().add("press");
noventa.getStyleClass().remove("press");
quince.getStyleClass().remove("press");
personalizar.getStyleClass().remove("press");
texto.setStyle("visibility:invisible");
angulo.setStyle("visibility:invisible");
texto.setText("");
puertaP = true;
personali = true;
puerta = true;
puerta4 = false;
puerta8 = true;
}
Función para el giro:
@FXML
private void handleconexionP() {
System.out.println("Positivo");
try {
if (!personali) {
textin = texto.getText();
if (textin.equals("") || textin.equals(null)) {
} else {
int cam = Integer.parseInt(textin);
explorer = cam;
if (cam > 360) {
explorer = restaC(cam);
System.out.println("restaC: " +
explorer);
} else {
explorer = rangos(cam);
System.out.println("rangos: " +
explorer);
}
int ang = cam * multiplo;
Grados = Integer.toString(ang);
System.out.println(textin + " : " + cam +
" : " + Grados
+ " : " + explorer);
}
75
}
if (Grados == "" || Grados == null) {
// System.out.println("whats Up men!");
alert = new Alert(AlertType.WARNING);
iconi = (Stage)
alert.getDialogPane().getScene().getWindow();
iconi.getIcons().add(
new Image(Main.class
.getResourceAsStream("../res/icon.png")));
alert.setTitle("Oh no!");
alert.setHeaderText("Un momento...");
alert.setContentText(Mensaje);
alert.showAndWait();
} else {
orden = conexion(Grados, true);
if (orden) {
Almacen = Almacen + explorer;
if (Almacen > 360) {
Almacen = restaC(Almacen);
System.out.println("restaC:-- " +
explorer);
}
System.out.println("Vamos en: " +
Almacen);
visualizador.setImage(new Image(Main.class
.getResourceAsStream("../res/Recortadas/" + Almacen
+ ".jpg")));
}
}
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
76
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