Joy Robot: Robot Inteligente con Arduino y ESP8266

Componentes y Suministros

Componente	Cantidad
Arduino UNO	1
Espressif ESP8266 ESP-01	1
Servomotor SG90	6
Motor DC con reductor y ruedas de goma	2
Controlador Puente H L298N	1
Controlador PWM/Servo 16 Canales PCA9685 (I2C)	1
Pantalla LED 8x8 MAX7219	4
Controlador Dual Puente H L298 (SparkFun)	1
Batería 18650	2
Portabaterías 18650	2
Shield Proto para Arduino	1
Diodo 1N4001	1
Resistencia 10k ohm	3

Herramientas Necesarias

• Impresora 3D

Aplicaciones y Servicios Online

• Autodesk Fusion 360 (diseño 3D)
• Arduino IDE
• Android SDK

Sobre el Proyecto

Primer premio en el Instructables Wheel Contest, segundo premio en el Arduino Contest y finalista en el Design for Kids Challenge. ¡Gracias a todos los que votaron!

Ver en Instructables

Los robots están en todas partes: industria, exploración submarina y espacial. Pero mis favoritos son los de entretenimiento. En este proyecto se diseñó un robot DIY para llevar diversión a hospitales infantiles, enfocado en compartir conocimiento y promover innovación tecnológica para ONGs que realizan trabajo benéfico.

Este tutorial muestra cómo diseñar un robot humanoide de telepresencia, controlado por Wi-Fi, usando un Arduino Uno conectado a un módulo ESP8266. Usa servomotores para cabeza y brazos, motores DC para movimiento, y una cara hecha de matrices LED. Se controla desde un navegador web mediante una interfaz HTML. Un smartphone Android transmite video y audio al operador.

El tutorial cubre impresión 3D y ensamblaje de la estructura, esquemas electrónicos y código Arduino detallado para que cualquiera pueda replicarlo.

Tutoriales Relacionados

• Robot FPV controlado por Wi-Fi
• Control de array de matrices LED
• Servomotores controlados por navegador Wi-Fi

Equipo

• Thiago Farauche
• Diego Augustus
• Yhan Christian
• Helam Moreira
• Paulo de Azevedo Jr.
• Guilherme Pupo
• Ricardo Caspirro
• ASEBS

Más Información

• Hackaday
• Hackster
• Facebook

Paso 1: Un Poco de Historia

El proyecto "Robô da Alegria" (Robot de la Alegría) nació en 2016 en la región de Baixada Santista (Brasil), con el objetivo de desarrollar tecnología y atraer a la comunidad al movimiento maker. Inspirado en proyectos voluntarios de ONGs en hospitales infantiles, busca desarrollar un robot con hardware y software abierto que lleve diversión a niños hospitalizados.

La semilla se plantó a finales de 2015, tras una charla de la Asociación de Startups de Baixada Santista (ASEBS). Se idealizó un proyecto sin premio económico, pero que involucrara a la gente de forma altruista para ayudar a otros.

El robot ha pasado por diversas transformaciones: de una sola cabeza con ojos y cejas mecánicas a su forma humanoide actual. Se probaron distintos materiales y electrónica: prototipo acrílico, MDF cortado láser, y finalmente cuerpo impreso en 3D. De una interfaz simple con 2 servos por Bluetooth, a 6 servomotores y 2 motores DC controlados por interfaz web Wi-Fi.

La estructura se imprime completamente en 3D con Fusion 360. Para permitir réplicas en makerspaces donde el tiempo de impresora es limitado, el diseño se dividió en piezas de menos de 3 horas de impresión cada una. Las piezas se pegan o atornillan.

La cara, con arrays LED, da al robot capacidad de expresar emociones. Brazos y cuello con servomotores dan movilidad para interacción. En el centro de control, un Arduino Uno gestiona todos los periféricos, incluido el ESP8266 para comandos por Wi-Fi desde cualquier dispositivo en la red.

El robot lleva un smartphone en el pecho para transmisión de audio/video entre operador y niños. La pantalla también sirve para juegos e interacción.

Paso 2: Herramientas y Materiales

Herramientas

• Impresora 3D - Todo el cuerpo se imprime en 3D. Se necesitan muchas horas de impresión.
• Filamento PLA - Blanco y negro para el cuerpo.
• Destornillador - La mayoría de piezas se unen con tornillos.
• Superglue - Algunas piezas se pegan.
• Alicates y cortadores
• Soldador e hilo

Electrónica

• Arduino Uno - Controlador principal. Envía señales a motores y comunica con módulo WiFi.
• ESP8266-01 - "Módem WiFi". Recibe señales de la interfaz para el Arduino.
• Servomotores SG90 (x6) - 4 para brazos, 2 para cabeza.
• Motores DC con reductor y ruedas (x2) - Movimiento a corta distancia.
• L298N doble puente H (x1) - Convierte salidas digitales del Arduino en potencia para motores.
• Controlador 16 canales servo (PCA9685) - Controla varios servos con solo 2 salidas del Arduino.
• Pantalla MAX7219 8x8 (x4) - Cara del robot.
• Cable Micro USB - Para subir código.
• Cables jumper hembra-hembra y macho-hembra
• Smartphone - Motorola Moto E 4.3" (otros tamaños similares valen).
• Batería 18650 (x2) - Alimentan Arduino y periféricos.
• Portabaterías 18650 (x2)
• Diodos 1N4001 (x2)
• Resistencias 10k ohm (x3)
• Interruptor on/off 20mm (x1)
• ProtoShield - Facilita el cableado.

Mecánica

• Ruedas locas (x2)
• Tornillos M2x6mm (~70)
• Tornillos M2x10mm (~20)
• Tuercas M2x1.5mm (x10)
• Tornillos M3x40mm (x4)
• Tuercas M3x1.5mm (x4)

Los enlaces son sugerencias. Busca en tu tienda local u online favorita.

Paso 3: Impresión 3D

El modelo tiene 36 piezas distintas. La mayoría se imprime sin soportes, con 10% de relleno.

• Cabeza superior (der/izq)
• Cabeza inferior (der/izq)
• Tapas laterales cabeza (der/izq)
• Placa trasera cara
• Placa frontal cara
• Eje cuello 1, 2, 3
• Centro cuello
• Brazo (der/izq)
• Hombro (der/izq)
• Copa hombro (der/izq)
• Tapa hombro (der/izq)
• Eje brazo (der/izq)
• Busto (der/izq)
• Pecho (der/izq/frontal)
• Ruedas (der/izq)
• Base
• Soporte teléfono
• Espalda (der/izq)
• Pomos (der/izq)
• Cierres (der/izq)

Archivos STL en:

• Thingiverse
• Pinshape
• YouMagine
• Cults3D

Problemas conocidos (prototipo experimental):

• Interferencia entre cableado de servos y hombro
• Rozamiento entre cabeza y busto
• Rozamiento entre ruedas y estructura
• Algunos agujeros de tornillos muy justos, requieren taladrado

Si no tienes impresora 3D: pídele a un amigo, busca un makerspace cercano, o compra una (Anet A8 ~$165). Si hay interés, se podría ofrecer kit DIY en Tindie.

Paso 4: Visión General de Circuitos

El robot usa Arduino Uno como núcleo. Interfaza con ESP8266-01 para control remoto por Wi-Fi.

• Controlador 16 canales servo (I2C) → 6 servomotores (2 cuello, 4 brazos)
• Array de 4 matrices LED 8x8 (MAX7219) controladas por Arduino
• 4 salidas digitales → 2 motores DC vía puente H

Alimentación: dos power banks USB (uno para motores, otro para Arduino). Intenté una sola fuente pero el ESP8266 perdía conexión por picos al arrancar/parar motores DC.

El smartphone en el pecho transmite audio/video a la interfaz de control en PC. También puede enviar comandos al ESP8266 controlando el cuerpo.

Nota: Los componentes no son óptimos (NodeMCU o Raspberry Pi serían mejores), pero Arduino Uno era lo más accesible y barato cuando empezamos.

Paso 5: Ensamblaje de la Cara

Cuatro matrices LED 8x8. Estructura en dos partes (placa trasera y frontal) en PLA negro, ~2.5h impresión, 10% relleno, sin soportes.

Por espacio, los conectores de las matrices se desoldan y resoldan al otro lado del PCB con pines hacia el centro.

Se atornillan a la placa trasera (16 tornillos M2x6mm). Conexión según esquemático: primera matriz con jumper macho-hembra a pines Arduino; salidas encadenadas con jumpers hembra-hembra. Se coloca la placa frontal (4 tornillos M2) y se recogen cables.

Paso 6: Montaje de la Cabeza

Cabeza en 8 piezas (PLA blanco, 0.2mm, 10% relleno, sin soportes): tapa superior/inferior (der/izq), tapas laterales (der/izq), eje cuello 1 y 2. ~18h impresión (diámetro 130mm).

Partes superior/inferior se pegan con superglue. Tapas laterales se atornillan a los lados (desmontable quitando tornillos). Antes de cerrar: instalar módulo cara (paso anterior) y busto (siguiente paso).

Servo #5 en eje cuello 1, servo #6 en eje cuello 2. Eje cuello 2 conecta a centro cuello (paso 7). Módulo cara se instala dentro de la cabeza.

Paso 7: Busto y Hombros

~12h impresión. 5 piezas: busto (der/izq), hombros (der/izq), centro cuello, eje cuello 3.

Busto se pega con superglue. Hombros se atornillan (M2x10mm) y servos #2 y #4 se instalan en cada lado (cableado difícil). Centro cuello tiene hueco rectangular para eje cuello 3 (4 tornillos M2x6mm). Se fija a hombros con mismos tornillos y 4 tuercas M2x1.5mm.

Servo #6 conectado a eje cuello 3, instalado en centro cuello con 4 tornillos M2x6mm.

Paso 8: Brazos

~5h por brazo. 4 piezas: copa hombro, tapa hombro, eje brazo, brazo.

Eje centralizado en brazo (3 tornillos M2x6mm) con cuerno de servo en otro extremo. Servo #1/#3 en copa hombro, cuerno instalado. Hueco para cuerno de servo #2/#4 (ya en hombros). Hueco para cables. Tapa cierra con 2 tornillos M2x6mm.

Paso 9: Pecho

Une busto con base (ruedas). 2 piezas (der/izq), ~4h impresión. Hombros encajan en parte superior (agujero para tornillo de alineación, recomendado pegar). Base tiene 6 agujeros para ruedas. Etiqueté servos con pegatinas para facilitar cableado.

Paso 10: Ruedas

3 piezas impresas: ruedas (izq/der) y frontal. ~10h impresión.

1. Soldar cables a conectores motores DC (para puente H)
2. Fijar motores con 2 tornillos M3x40mm y tuercas cada uno
3. Pegar panel frontal (une estructura)
4. Panel frontal tiene 6 agujeros superiores para unir a pecho (6 tornillos M2x6mm)

Paso 11: Soporte Teléfono

1 pieza, ~1h. Diseñado para Motorola Moto E 4.3". Otros tamaños similares valen. Se coloca el teléfono, se presiona con soporte y 4 tornillos M2x6mm. Importante: conectar cable USB al teléfono antes de apretar tornillos (espacio muy limitado, tuve que recortar conector USB).

Paso 12: Base

1 pieza, ~4h. Agujeros para ruedas locas, placas de circuito, etc.

1. Instalar controlador 16 servos (4 tornillos M2x6mm)
2. Instalar puente H L298N (4 tornillos M2x6mm)
3. Instalar Arduino Uno (4 tornillos M2x6mm)
4. Instalar ProtoShield encima
5. Cablear circuitos (paso 14)
6. Instalar ruedas locas (2 tornillos cada una, cables atrapados entre base y tornillos)
7. Unir base a sección ruedas

Paso 13: Tapa Trasera y Baterías

Diseñada para abrir fácilmente y acceder a circuitos, recargar baterías, encender/apagar smartphone. 6 piezas: espalda (izq/der), pomos (x2), cierres (izq/der). ~5.5h impresión. Partes izq/der se pegan (esperar secado total).

Pack de energía: 2 baterías 18650 + portabaterías. Soldar cable entre polo - de bat1 y + de bat2. Polo - del pack a GND Arduino. Interruptor on/off entre polo + y Vin Arduino. Interruptor atornillado a pieza impresa (M2x6mm + tuerca M2x1.5mm). Portabaterías atornillado (4 tornillos M2x6mm).

Cilindros de cierres lijados para mejor ajuste. Pasan por agujeros de tapa; pomos se conectan y pegan al otro lado. Tapa encaja en robot; pomos giran para bloquear.

Paso 14: Cableado de Circuitos

Arduino

• D2 → L298N IN4
• D3 → L298N IN3
• D6 → L298N IN2
• D7 → L298N IN1
• D9 → MAX7219 DIN
• D10 → MAX7219 CS
• D11 → MAX7219 CLK
• D4 → ESP8266 RXD
• D5 → ESP8266 TXD
• A4 → SDA
• A5 → SCL
• Vin → Batería V+ (antes diodos)
• GND → Batería V-

ESP8266-01

• RXD → Arduino D4
• TXD → Arduino D5
• GND → Arduino GND
• VCC → Arduino 3V3
• CH_PD → Arduino 3V3

L298N Puente H

• IN1 → Arduino D7
• IN2 → Arduino D6
• IN3 → Arduino D3
• IN4 → Arduino D2
• +12V → Batería V+ (tras diodos)
• GND → Arduino GND
• OUT1 → Motor 1
• OUT2 → Motor 2

MAX7219 (primera matriz)

• DIN → Arduino D9
• CS → Arduino D10
• CLK → Arduino D11
• VCC → Arduino 5V
• GND → Arduino GND

MAX7219 (resto matrices)

• DIN → DOUT matriz anterior
• CS → CS matriz anterior
• CLK → CLK matriz anterior
• VCC → VCC matriz anterior
• GND → GND matriz anterior

Controlador 16 servos (PCA9685)

• SCL → Arduino A5
• SDA → Arduino A4
• VCC → Arduino 5V
• GND → Arduino GND
• V+ → Batería V+ (tras diodos)
• GND → Arduino GND

Para servos SG90 (3-6V o 4-7.2V según fuentes), puse 2 diodos en serie tras baterías: 2×3.7V - 2×0.7V = 6.0V para servos y motores DC. No es lo más eficiente pero funciona.

Paso 15: Código Arduino

Instalar Arduino IDE. Librerías necesarias:

• LedControl.h - Control matrices LED
• Adafruit_PWMServoDriver.h - Control servomotores

Código en 9 partes:

• RobodaAlegria.ino - Sketch principal, importa librerías, variables globales
• _05_Def_Olhos.ino - Matrices para cada ojo (8x8). 9 expresiones: neutral, abierto, cerrado arriba/abajo, enfadado, aburrido, triste, enamorado, muerto. Distinto der/izq.
• _06_Def_Boca.ino - Matrices boca (16x8). 9 opciones: feliz, triste, muy feliz/triste, neutral, lengua fuera, abierto, muy abierto, asqueado.
• _10_Bracos.ino - Movimientos predefinidos brazos/cuello: mov1() a mov9()
• _12_Rosto.ino - Funciones para actualizar cara combinando ojos y boca
• _13_Motores_DC.ino - Funciones motores DC
• _20_Comunicacao.ino - Envío datos a ESP8266
• _80_Setup.ino - Inicio: cara/posición inicial, conexión Wi-Fi (cambiar SSID/contraseña XXXXX/YYYYY y baudrate ESP8266)
• _90_Loop.ino - Loop principal: busca comandos ESP8266 y ejecuta funciones

Descargar código, configurar Wi-Fi, subir a Arduino.

Paso 16: Apps Android

Smartphone transmite video/audio a interfaz de control. Apps usadas:

• IP Webcam: Google Play
• Screen Mirror: Google Play

Juego Android para interactuar con robot (no estable, no disponible para descarga).

Paso 17: Interfaz de Control

Interfaz HTML para control del robot. Descargar interface.rar, extraer, abrir en Firefox. Dos bloques: izquierda (cámara y screen mirror), derecha (botones control).

• Campos de texto: IP ESP8266 ("Endereço IP Arduino:"), IP Webcam ("IP Webcam (IP):"), IP Screen Mirror ("Screen Mirror (IP):")
• Pestaña "Ações predefinidas": 9 movimientos cuerpo + 13 caras
• Pestaña "Ações personalizadas": ángulos 6 servos individualmente, 9 ojos, 8 bocas
• JavaScript envía comando a IP ESP8266 al pulsar botones
• Teclas flecha: adelante/atrás, girar izq/der
• Al iniciar: pide permiso micrófono. Si se permite, intensidad de sonido dispara animación de "habla" en cara. Botón configuración (esquina sup. der.) para sensibilidad micrófono y velocidad brazos/cuello

Paso 18: ¡A Disfrutar!

¡Enciende y diviértete! Si te gusta, comparte y vota en concursos Instructables. Enlace al proyecto

Código y Recursos

• Código Arduino (descarga únicamente)
• Interfaz HTML (descarga únicamente)
• Librería LedControl: GitHub
• Librería Adafruit PWM Servo Driver: GitHub

Piezas 3D

• Thingiverse
• YouMagine

Esquemáticos

Disponibles en archivos del proyecto (PDF y Fritzing).