Un aficionado desarrolla un robot cuadrúpedo funcional desde cero

El desarrollador Ashish Agrahari ha completado en ocho meses la creación de Orion, un robot cuadrúpedo construido enteramente desde cero y alimentado por ROS 2, según informa Hackster.io. Este proyecto integral abarca desde el diseño mecánico hasta la implementación de sistemas de control y percepción avanzados.

Orion presenta doce grados de libertad, con tres articulaciones motorizadas en cada una de sus cuatro patas. El chasis fue diseñado en SolidWorks y fabricado mediante impresión 3D, incorporando rodamientos para todas las articulaciones. Los pies se crearon con moldes de silicona, y se implementaron soportes magnéticos para facilitar el acceso a la electrónica interna. Previo al ensamblaje completo, se utilizó un banco de pruebas de una sola pierna sobre un riel lineal para desarrollar la cinemática inversa y el control de la marcha de manera controlada.

La arquitectura de control del robot se divide en dos sistemas. Un módulo NVIDIA Jetson Orin Nano procesa tareas computacionalmente intensivas como la percepción, el SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) y la navegación. El control de movimiento en tiempo real es gestionado por un microcontrolador STM32F401 que ejecuta FreeRTOS. Este STM32 maneja cinco tareas críticas, incluyendo la cinemática inversa, la generación de la marcha, la lectura de la IMU (Unidad de Medición Inercial), la supervisión de la batería y la comunicación con el Jetson, proporcionando también control de postura corporal de seis grados de libertad. Un sensor IMU BNO055 aporta datos de orientación para la estabilización, mientras que un PCA9685 controla los servomotores.

Agrahari diseñó placas de circuito impreso (PCB) multicapa personalizadas en KiCad para las funciones de control y distribución de energía. La PCB de distribución de energía, equipada con un INA3221, monitoriza tres raíles de potencia y gestiona las corrientes elevadas requeridas por los servomotores.

El software de nivel superior de Orion se ejecuta en ROS 2 dentro de un entorno Docker de Isaac ROS. Para la percepción visual, emplea dos cámaras CSI que proporcionan visión estéreo, con soporte para algoritmos como SGBM y MiDaS para la estimación de profundidad. La inferencia de redes neuronales se acelera con TensorRT, y MediaPipe permite el reconocimiento de poses de mano. Un sensor RPLIDAR A1M8 se utiliza para la percepción del entorno, posibilitando la construcción de mapas 2D con slam_toolbox. La navegación autónoma se logra mediante Nav2 y un controlador de persecución pura, permitiendo al robot desplazarse a destinos seleccionados.

Ashish Agrahari ha liberado el código fuente de Orion, el firmware del STM32, los diseños de PCB, los modelos mecánicos y los archivos URDF, facilitando así la replicación y el desarrollo futuro en la comunidad.