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1 RAE 1. TIPO DE DOCUMENTO: Trabajo de grado para optar por el título de INGENIERO MECATRONICO 2. TÍTULO: Diseño Y Construcción De Un Prototipo De Robot Explorador Para Ductos Capaz De Reconocer Y Memorizar Obstáculos 3. AUTORES: Leonardo Pérez Ramírez ,Nadia Patricia Vargas Corredor 4. LUGAR: Bogotá, D.C. 5. FECHA: Noviembre de 2012 6. PALABRAS CLAVE: Ruedas Omnidireccionales, Microcontrolador, Arduino, Bateria Lipo. 7. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO: El objetivo principal de este proyecto es el diseño y construcción de un robot explorador capaz de reconocer y memorizar obstáculos, teniendo en cuenta las necesidades, pues cada vez es más común encontrar robot desempeñando diferentes tareas industriales o domesticas como soldaduras, pintura, aspirado, etc. Innovando así los avances de la tecnología siendo capaz de realizar tareas propias del ser humano. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN: Línea de Investigación de la USB: Análisis y procesamiento de señales. De Procesos. Campo Temático del Programa: Robótica 8. FUENTES CONSULTADAS: BATURONE, Aníbal Ollero. Robótica: manipuladores y robots móviles, Marcombo SA 2001. VELASCO, Enrique Ruiz, Educatronica, Ediciones Díaz Santos S.A. (Madrid España), Universidad Nacional Autónoma de México, 2007. MARTÍNEZ, Santiago. SISTO, Rafael. Control y Comportamiento de Robots Omnidireccionales, Montevideo,(2009), 43 h. Trabajo de grado. Universidad de la Republica. Facultad de Ingeniería. GARCIA, Erik. Diseño de la automatización del encajado y paletizado de una línea de envasado de colonias [En línea]. [Consultado el 12 de noviembre del 2011]. Disponible en internet: http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/12830/1/Mem%C3%B2ria_1.pd 9. CONTENIDOS: La creación de un robot explorador para tuberías integra diferentes sistemas haciendo de este una herramienta necesaria en la industria, tanto para facilidad de operación como para evitar riesgos personales. Ofreciendo una solución a las numerosas producciones que, por sus características de procesamiento, necesitan realizar un control seguro. Gracias a que en la actualidad los beneficios de la robótica hacen posible que los robots lleguen a algunos lugares inaccesibles y que cumplan sus tareas con un buen desarrollo, se pretende aportar un diseño para resolver algunos problemas, como accesibilidad, y riesgos físicos que puede tener el hombre en algunos de estos trabajos a realizar. 10. METODOLOGÍA: La metodología de investigación para el alcance de los objetivos, tendrá un enfoque empírico - analítico de innovación tecnológica, cuantitativa, experimental. Por consiguiente, se enfatizará en la observación directa del comportamiento de los componentes y el control de los mismos mediante la instrumentación adecuada que permita garantizar la calidad de las observaciones. 11. CONCLUSIONES: El proceso de detección de obstáculos se pudo llevar a cabo por medio de un proceso de selección y posición correcta de sensores, como se demuestra en el trabajo con la implementación de sensores ópticos, logrando satisfacer las necesidades del diseño ejecutando sus movimientos dependiendo de los puntos débiles donde se hace necesaria la calibración especial para mejorar la señal de cada uno de los sensores.
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RAE
1. TIPO DE DOCUMENTO: Trabajo de grado para optar por el título de INGENIERO MECATRONICO
2. TÍTULO: Diseño Y Construcción De Un Prototipo De Robot Explorador Para Ductos Capaz De Reconocer Y Memorizar Obstáculos
3. AUTORES: Leonardo Pérez Ramírez ,Nadia Patricia Vargas Corredor 4. LUGAR: Bogotá, D.C. 5. FECHA: Noviembre de 2012 6. PALABRAS CLAVE: Ruedas Omnidireccionales, Microcontrolador, Arduino, Bateria Lipo. 7. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO: El objetivo principal de este proyecto es el diseño y
construcción de un robot explorador capaz de reconocer y memorizar obstáculos, teniendo en cuenta las necesidades, pues cada vez es más común encontrar robot desempeñando diferentes tareas industriales o domesticas como soldaduras, pintura, aspirado, etc. Innovando así los avances de la tecnología siendo capaz de realizar tareas propias del ser humano. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN: Línea de Investigación de la USB: Análisis y procesamiento de señales. De Procesos. Campo Temático del Programa: Robótica
8. FUENTES CONSULTADAS: BATURONE, Aníbal Ollero. Robótica: manipuladores y robots móviles, Marcombo SA 2001. VELASCO, Enrique Ruiz, Educatronica, Ediciones Díaz Santos S.A. (Madrid España), Universidad Nacional Autónoma de México, 2007. MARTÍNEZ, Santiago. SISTO, Rafael. Control y Comportamiento de Robots Omnidireccionales, Montevideo,(2009), 43 h. Trabajo de grado. Universidad de la Republica. Facultad de Ingeniería. GARCIA, Erik. Diseño de la automatización del encajado y paletizado de una línea de envasado de colonias [En línea]. [Consultado el 12 de noviembre del 2011]. Disponible en internet: http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/12830/1/Mem%C3%B2ria_1.pd
9. CONTENIDOS: La creación de un robot explorador para tuberías integra diferentes sistemas haciendo de este una herramienta necesaria en la industria, tanto para facilidad de operación como para evitar riesgos personales. Ofreciendo una solución a las numerosas producciones que, por sus características de procesamiento, necesitan realizar un control seguro. Gracias a que en la actualidad los beneficios de la robótica hacen posible que los robots lleguen a algunos lugares inaccesibles y que cumplan sus tareas con un buen desarrollo, se pretende aportar un diseño para resolver algunos problemas, como accesibilidad, y riesgos físicos que puede tener el hombre en algunos de estos trabajos a realizar.
10. METODOLOGÍA: La metodología de investigación para el alcance de los objetivos, tendrá un enfoque empírico - analítico de innovación tecnológica, cuantitativa, experimental. Por consiguiente, se enfatizará en la observación directa del comportamiento de los componentes y el control de los mismos mediante la instrumentación adecuada que permita garantizar la calidad de las observaciones.
11. CONCLUSIONES: El proceso de detección de obstáculos se pudo llevar a cabo por medio de un proceso de selección y posición correcta de sensores, como se demuestra en el trabajo con la implementación de sensores ópticos, logrando satisfacer las necesidades del diseño ejecutando sus movimientos dependiendo de los puntos débiles donde se hace necesaria la calibración especial para mejorar la señal de cada uno de los sensores.
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE ROBOT EXPLORADOR PARA DUCTOS
CAPAZ DE RECONOCER Y MEMORIZAR OBSTÁCULOS
LEONARDO PÉREZ RAMÍREZ
NADIA PATRICIA VARGAS CORREDOR
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
BOGOTÁ D.C
2012
3
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE ROBOT EXPLORADORPARA DUCTOS
CAPAZ DE RECONOCER Y MEMORIZAR OBSTÁCULOS
LEONARDO PÉREZ RAMÍREZ
NADIA PATRICIA VARGAS CORREDOR
Proyecto de Grado para optar para optar al Título de
Ingeniero Mecatrónico
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
BOGOTÁ D.C
2012
4
Nota de aceptación
___________________________
___________________________
___________________________
Presidente del jurado
__________________________
Jurado
__________________________
Jurado
5
AGRADECIMIENTOS
A medida que el proyecto fue desarrollado se contó con el apoyo y la colaboración de
muchas personas, que gracias a su contribución se hizo posible el desarrollo de este
trabajo.
En primer lugar le queremos agradecer a Dios por ofrecernos la oportunidad de llegar a
este punto y poder dar todo de sí para su desarrollo.
Por otro lado es importante agradecer a la Universidad De San Buenaventura por poner en
disposición tutores para guiar nuestro proyecto y permitir el uso de diferentes elementos
para el desarrollo del este.
Estamos agradecidos con nuestro director de tesis el Ing. Leonardo Rodríguez, por su
disposición, acompañamiento, y conocimientos, durante la ejecución del proyecto.
6
Contenido Pág.
LISTA DE TABLAS .................................................................................................. 9
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................. 10
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 12
1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................. 14
1.1 ANTECEDENTES ..................................................................................... 14
1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ............................. 19
1.2.1 PROBLEMA DE INVESTIGACION .................................................... 19
1.3 JUSTIFICACIÓN ....................................................................................... 20
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ..................................................... 21
1.4.1 OBJETIVO GENERAL ....................................................................... 21
1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................. 21
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES ................................................................. 22
2 MARCO DE REFERENCIA ............................................................................. 24
2.1 MARCOTEORICO - CONCEPTUAL......................................................... 24
2.1.1 Robótica. ............................................................................................ 24
2.1.2 Robot. ................................................................................................. 25
2.1.3 Ruedas. .............................................................................................. 27
2.1.4 Ruedas omnidireccionales ................................................................. 28
2.1.5 Tipos De Locomoción Para Robots Móviles ....................................... 29
2.1.6 Estructura. .......................................................................................... 34
2.1.7 Motor. ................................................................................................. 34
2.1.8 Motoreductores .................................................................................. 34
2.1.9 Puente H. ........................................................................................... 35
2.1.10 Algoritmo. ........................................................................................ 36
2.1.11 Microcontrolador ............................................................................. 36
2.1.12 Microchip. ........................................................................................ 36
2.1.13 Freescale. ....................................................................................... 37
2.1.14 Atmel ............................................................................................... 37
2.1.15 Arduino............................................................................................ 38
2.1.16 Arduino duemilanove ...................................................................... 38
7
2.1.17 Arduino mega .................................................................................. 39
2.1.18 Circuito. ........................................................................................... 41
2.1.19 Ductos. ............................................................................................ 41
2.1.20 Materiales ....................................................................................... 42
2.1.21 Esfuerzos que soporta la estructura ............................................... 46
2.1.22 Estructuras en equilibrio.................................................................. 49
2.1.23 Momento de Fuerza ........................................................................ 50
2.1.24 Fricción ........................................................................................... 50
2.1.25 Modulación de ancho de pulso (PWM) ........................................... 53
2.1.26 Sensor............................................................................................. 54
2.1.27 Sensores ópticos. ........................................................................... 55
2.1.28 Batería ............................................................................................ 56
2.1.29 Batería de polímero de iones de litio ............................................... 56
2.2 MARCO LEGAL O NORMATIVO ............................................................. 57
2.2.1 ISO 1018:1992. .................................................................................. 57
2.2.2 ANSI/RIA R15.06-1992. ..................................................................... 57
2.2.3 EN 775 y UNE – EN 775. ................................................................... 57
3 METODOLOGIA .............................................................................................. 58
3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACION ........................................................ 58
4 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUB-LÍNEA DE FACULTAD / CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA............................................................................... 59
5 DESARROLLO INGENIERIL ........................................................................... 60
5.1 POSIBLES MECANISMOS. ...................................................................... 62
5.1.1 Selección del mejor mecanismo. ........................................................ 65
5.2 DESARROLLO DE LA SOLUCIÓN .......................................................... 66
5.2.1 Prototipo No 1. ................................................................................... 72
5.2.2 Prototipo No 2. ................................................................................... 74
5.2.3 Prototipo No 3. ................................................................................... 76
5.3 DISEÑO MECÁNICO ................................................................................ 78
5.3.1 Base. .................................................................................................. 78
5.3.2 Ruedas. .............................................................................................. 84
5.3.3 Motor. ................................................................................................. 85
8
5.3.4 Carcasa. ............................................................................................. 88
5.4 DISEÑO ELECTRÓNICO Y DE CONTROL ............................................. 89
5.4.1 Sensores. ........................................................................................... 89
5.4.2 Control de Potencia para los Motores ................................................ 92
5.4.3 Etapa De Alimentación ....................................................................... 96
5.4.4 Etapa de Control. ............................................................................. 102
5.4.5 Cinemática de funcionamiento del robot. ......................................... 110
5.4.6 Almacenamiento de datos. ............................................................... 112
6 PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ...................................... 127
6.1 Prueba 1. ................................................................................................ 128
6.2 Prueba 2. ................................................................................................ 130
6.3 Prueba 3. ................................................................................................ 132
6.4 Prueba 4. ................................................................................................ 134
7 CONCLUSIONES .......................................................................................... 137
8 RECOMENDACIONES ................................................................................. 139
9 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 140
10 GLOSARIO ................................................................................................ 141
9
LISTA DE TABLAS
TABLA 1 CARACTERÍSTICAS ARDUINO DUEMILANOVE 39
TABLA 2. CARACTERÍSTICAS ARDUINO MEGA 40
TABLA 3. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL ALUMINIO 43
TABLA 4. PROPIEDADES FÍSICAS DEL ACRÍLICO 45
TABLA 5. COEFICIENTES DE ROZAMIENTO 52
TABLA 6. COEFICIENTE DE ROZAMIENTO ESTÁTICO Y CINÉTICO 52
TABLA 7. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA PROPUESTA 1. 63
TABLA 8. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA PROPUESTA 2. 64
TABLA 9.VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA PROPUESTA 3 65
TABLA 10. SELECCIÓN DE MOTORES. 66
TABLA 11. SELECCIÓN DE RUEDAS 67
TABLA 12. DIMENSIONES DEL PROTOTIPO. 69
TABLA 13. SELECCIÓN DE SENSORES. 70
TABLA 14. SELECCIÓN DEL MICROCONTROLADOR. 71
TABLA 15. PESO TOTAL DEL PROTOTIPO 79
TABLA 16. SISTEMA DE CONTROL DE LOS SENSORES ÓPTICOS 92
TABLA 17. CONFIGURACIÓN DE L293B 93
TABLA 18. CONFIGURACIÓN DE L293B 94
TABLA 19. SISTEMA DE CONTROL DE VELOCIDAD DE LOS MOTORES. 96
TABLA 20. CARACTERÍSTICAS DEL MOTORREDUCTOR 97
TABLA 21. CARACTERÍSTICAS DEL SENSOR. 98
TABLA 22. CARACTERÍSTICAS DEL ARDUINO. 98
TABLA 23. CONSUMO DEL ROBOT CON CARGA MÁXIMA. 99
TABLA 24. ESPECIFICACIÓN DE LA BATERÍA. 99
TABLA 25.CARACTERÍSTICAS DE LA BATERÍA. 101
TABLA 26. SISTEMA DE POTENCIA Y CONTROL DE LOS MOTORES 109
TABLA 29. DESARROLLO INTERFAZ GRAFICA 123
10
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1. ROBOT N6 ........................................................................................................................................ 15
FIGURA 2. ROBOT SR1 ....................................................................................................................................... 16
FIGURA 3. MINI - ROVER MIRO2 ...................................................................................................................... 17
FIGURA 4. SPIRIT ............................................................................................................................................... 18
FIGURA 5. ROBOT EXPLORADOR ....................................................................................................................... 19
FIGURA 6. RUEDAS UNIVERSAL ......................................................................................................................... 28
FIGURA 7. RUEDAS MECANUM ......................................................................................................................... 29
FIGURA 8. LOCOMOCIÓN DIFERENCIAL ............................................................................................................ 30
FIGURA 9. LOCOMOCIÓN SÍNCRONA ................................................................................................................ 31
FIGURA 10. LOCOMOCIÓN ACKERMAN ............................................................................................................ 32
FIGURA 11. LOCOMOCIÓN OMNIDIRECCIONAL ................................................................................................ 32
FIGURA 12. LOCOMOCIÓN CON PATAS............................................................................................................. 33
FIGURA 13. MOTORREDUCTOR ......................................................................................................................... 35
FIGURA 14. LAMINAS DE ALUMINIO ................................................................................................................. 42
FIGURA 15. COLD ROLL ..................................................................................................................................... 43
FIGURA 16. LAMINAS DE ACRÍLICO ................................................................................................................... 44
FIGURA 17. FIBRA DE VIDRIO ............................................................................................................................ 46
FIGURA 18. ESFUERZO POR TRACCIÓN ............................................................................................................. 47
FIGURA 19. ESFUERZO POR COMPRESIÓN ........................................................................................................ 47
FIGURA 20.ESFUERZO POR FLEXIÓN ................................................................................................................. 47
FIGURA 21. ESFUERZO POR TORSIÓN ............................................................................................................... 48
FIGURA 22. FUERZA DE FRICCIÓN ..................................................................................................................... 51
FIGURA 23. MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO........................................................................................... 53
FIGURA 24. MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO........................................................................................... 54
FIGURA 25. ESQUEMÁTICO DEL PROTOTIPO .................................................................................................... 60
FIGURA 26. RUEDA CON MOTORREDUCTOR .................................................................................................... 68
FIGURA 27. PROTOTIPO 1 ................................................................................................................................. 73
FIGURA 28. PROTOTIPO 1 ................................................................................................................................. 74
FIGURA 29. ENFOQUE DE SENSORES ................................................................................................................ 75
FIGURA 30. PROTOTIPO 2 ................................................................................................................................. 76
FIGURA 31. PROTOTIPO 3 ................................................................................................................................. 78
FIGURA 32. BASE ............................................................................................................................................... 79
FIGURA 33. DIAGRAMA DE FUERZAS ................................................................................................................ 80
FIGURA 34. FUERZAS EJERCIDAS ....................................................................................................................... 82
FIGURA 35. DIAGRAMA DE FUERZAS DE COSTADO .......................................................................................... 83
FIGURA 36. DIAGRAMA DE ESFUERZOS DE FRENTE .......................................................................................... 83
FIGURA 37. MECANUM WHEELS ....................................................................................................................... 85
FIGURA 38. CARCASA ........................................................................................................................................ 88
FIGURA 39. CARCASA FINAL .............................................................................................................................. 89
11
FIGURA 40. SENSOR ÓPTICO GP2D12 ............................................................................................................... 91
FIGURA 41. SENSOR DE HERRADURA ................................................................................................................ 95
FIGURA 42. BATERIA LIPO ............................................................................................................................... 100
FIGURA 43. CIRCUITO DE POTENCIA MOTORES .............................................................................................. 104
FIGURA 44. CIRCUITO DE CONTROL DE VELOCIDAD ....................................................................................... 105
FIGURA 45. CONTROL PARA LOS MOTORES .................................................................................................... 107
FIGURA 46. SISTEMA DE CONTROL ................................................................................................................. 108
FIGURA 47. SISTEMA DE CONTROL ................................................................................................................. 108
FIGURA 48. SISTEMA DE CONTROL FINAL ....................................................................................................... 108
FIGURA 49. CINEMÁTICA MECANUM WHEELS ............................................................................................... 110
FIGURA 50. CINEMATICA MECANUM WHEELS ............................................................................................... 111
FIGURA 51. CINEMATICA MECANUM WHEELS ............................................................................................... 111
FIGURA 52. CINEMATICA MECANUM WHEELS ............................................................................................... 112
FIGURA 53. DIAGRAMA DE FLUJO DE EJECUCIÓN DEL PROTOTIPO ................................................................ 114
FIGURA 54. DIAGRAMA DE FLUJO DE PROGRAMA PRINCIPAL ....................................................................... 118
FIGURA 55. VECTOR INICIAL ............................................................................................................................ 120
FIGURA 56. VECTOR FINAL .............................................................................................................................. 121
FIGURA 57. COORDENADAS DE GRAFICAS ...................................................................................................... 122
FIGURA 58. DIAGRAMA DE FLUJO DE SISTEMA DE ENVIÓ Y RECEPCIÓN DE DATOS EN MATLAB GUI ........... 124
FIGURA 59. INTERFAZ GRAFICA ....................................................................................................................... 126
FIGURA 60. REPRESENTACIÓN GRAFICA ......................................................................................................... 126
FIGURA 61. PROTOTIPO FINAL ........................................................................................................................ 127
FIGURA 62. PRUEBA 1 ..................................................................................................................................... 129
FIGURA 63. RESULTADOS PRUEBA 1 ............................................................................................................... 130
FIGURA 64. PRUEBA 2 ..................................................................................................................................... 131
FIGURA 65. RESULTADOS P2 .......................................................................................................................... 132
FIGURA 66. PRUEBA 3 ..................................................................................................................................... 133
FIGURA 67. RESULTADOS P3 ........................................................................................................................... 134
FIGURA 68. PRUEBA 4 ..................................................................................................................................... 135
FIGURA 69. RESULATDO P4 ............................................................................................................................. 136
12
INTRODUCCIÓN
Cada vez es más común encontrar robot desempeñando diferentes tareas
industriales o domesticas como soldaduras, pintura, aspirado, etc. Innovando así
los avances de la tecnología siendo capaz de realizar tareas propias del ser
humano; la construcción de los robots constituye la realización de diferentes
sistemas para coordinar los elementos que logran el desplazamiento, en la
actualidad el diseño de los robots van ligados con las necesidades que se crean
según el entorno, en la industria los robots hacen parte fundamental de esta,
también se puede encontrar robots capaces de ejecutar tareas domésticas
mientras otros son los encargados de construir y ayudar en el procesamiento de
todo lo que se hace necesario en la cotidianidad facilitando el trabajo,
proporcionando calidad y evitando riesgos en trabajos pesados
Un claro ejemplo de lo anterior lo constituyen los robots exploradores donde se
encuentran aquellos destinados a la inspección de tuberías. A lo largo de este
trabajo se plantea construir un robot capaz de reconocer obstáculos e ilustrar la
trayectoria realizada, para así lograr resolver algunos problemas de inaccesibilidad
en sistemas de ductos.
Un proceso de diseño de este tipo implica abordar diversos objetivos desde la
óptica experimental a través de la cual se diseña, se hacen pruebas y se valida o se
rediseña
Como introducción se analizan robots similares, que desempeñan trabajos en
zonas de difícil acceso, por esto se tiene como una solución para alguna parte de la
industria pesada, por lo que se hace importante recorrer cada uno de los puntos
clave a evaluar teniendo como principio fundamental el movimiento del robot para
13
proceder al sistema de inspección y así generar un proceso y análisis de datos para
llegar a el conocimiento del área a evaluar.
El trabajo concluye con la presentación de resultados en los que podrá observarse
un proceso de diseño y construcción teniendo como base la estructuración y
realización de pruebas para llegar a la construcción del prototipo mostrado en este
ideal.
14
1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 ANTECEDENTES
En 1921 se consideraba que un robot era una réplica de humanos, durante la
segunda guerra mundial aparecen una gran variedad de mecanismos de control1,
es así que los robots se han concebido en funciones de algunas tareas específicas,
en la antigüedad los robots estaban diseñados para trabajar como herramientas
de la automatización y estaban teóricamente diseñados para ejecutar tareas
particulares como transportar, cargar, y soldar por lo que implicaba que los
mismos no fueran inteligentes, aparecieron algunos prototipos de robot y algunos
modelos diseñados en la imaginación de la literatura y el cine, pero el primer
autómata real nace en 1923 capaz de calcular y ejecutar operaciones de adición y
sustracción , actualmente existen los robots programables y de manipulación
automática que efectúan funciones tales como la de detectar cualquier
modificación en el entorno.
“Los robots móviles son una tecnología importante en la disminución de riesgos
contra la vida humana en ambientes peligrosos”2, existen varias clases de robots
exploradores para diferentes fines, desde explorar zonas minadas, hasta explorar
el espacio, cada uno diseñado para un fin en específico.
Entre las necesidades de solucionar problemas e innovar en el medio de la
industria mediante la robótica se ha construido diferentes tipos de robots móviles
que hacen más simple el trabajo del hombre en espacios de difícil acceso como las
1ENRIQUE RUIZ VELASCO SÁNCHEZ, Educatronica:Innovación En El Aprendizaje De Las Ciencias De La Tecnología, , 2007
2http://kefamare.galeon.com/edoarte.htm (agosto 15 de 2.011)
15
tuberías, donde su inspección se hace bastante riesgosa para el ser humano, ya sea
por el espacio reducido, contaminación, o infestaciones de organismos vivos. Entre
los robots exploradores con más importancia en la evolución de la robótica
podemos encontrar:
El N6 es un robot de tracción diferencial, desarmable. Diseñado especialmente
para ser utilizado en educación, a este robot se lo puede programar con el
entorno de programación Arduino, lo que lo hace más amigable para el
usuario3.
Figura 1. Robot N6
Fuente:http://www.robotgroup.com.ar/web/index.php?page=shop.product_details&flypage=&product_id=3&category_id=17&option=com_virtuemart&Itemid=2&lang=es
El SR1 es un robot multifuncional de desarrollo y aprendizaje dirigido a aquellos
entusiastas y aficionados a la robótica que quieren aprender y profundizar en la
construcción real de robots móviles de experimentación4, capaz de enviar audio,
3 http://www.robotgroup.com.ar/web/index.php?page=shop.product_details&flypage=&product_id=3&category_id=17&option=com_virtuemart&Itemid=2&lang=es (agosto 15 de 2.011) 4http://www.superrobotica.com/sr1_Robot.htm (agosto 15 de 2.011)
16
vídeo y datos de forma inalámbrica de la misma forma que lo haría un robot como
los que se mandan a explorar el espacio.
El robot SR1 cuenta con un chasis lo suficientemente robusto para proteger todos
los componentes mecánicos y electrónicos del robot mientras se desplaza en
cualquier entorno interior. El chasis admite ampliaciones como plataformas de
carga, techos con sensores, motores dc, ruedas de sumo, etc.5.
Figura 2. Robot SR1
Fuente: http://www.superrobotica.com/Images/s300010big.jpg
El mini-rover MIRO-2 ha sido desarrollado por la ESA (EuropeanSpaceAgence) es
impulsado totalmente por energía solar, tiene “12 kg de peso incorpora un taladro
robótico que permite reunir hasta 10 muestras a una profundidad máxima de 2
m”6.
5http://www.superrobotica.com/sr1_Robot.htm (agosto 15 de 2.011)
6https://docs.google.com/document/d/1QJbcG-sJcbN_PyCTonHFld_86lUWfLTszax-GOHF84o/edit?hl=en_US&pli=1 (agosto 15 de 2.011)
17
Solero el mini-rover utiliza baterías en miniatura para almacenar la electricidad a
bordo. También dispone de un bastidor innovador. Sus seis ruedas montadas sobre
los vértices de un hexágono le permiten funcionar en terrenos muy irregulares.
Fuente:http://www.innovationsreport.de/html/berichte/physik_astronomie/bericht-
36928.html
Spirit es el primero de los dos robots que forma parte del Programa de
Exploración de Marte de la NASA, este robot está diseñado para despertar de la
hibernación y comunicarse con la Tierra, cuenta con cámaras, un brazo con una
herramienta para la colección y desmenuzamiento de rocas, un aparato para la
toma de imágenes microscópicas y varios espectrómetros que miden la
composición de minerales7.
7http://www.natura-medioambiental.com/2011/06/el-robot-explorador-spirit-de-la-nasa.html (agosto 15 de 2.011)
Figura 3. Mini - rover MIRO2
18
Figura 4. Spirit
Fuente: http://mibahia.net/wp-content/uploads/2010/01/3239648716-robot-explorador-
spirit-cumple-seis-anos-marte.jpg
El robot explorador es un proyecto realizado en el centro universitario de
ciencias exactas e ingenierías, en donde, se busca construir un robot neumático
mediante el cual se pueda observar el interior del ducto o del tubo en el que se
encuentre. De esta manera, el robot permite identificar el desgaste o
problemas internos del tubo, siendo esto posible mediante el uso de un
manipulador capaz de realizar diversas tareas dependiendo del problema a
solucionar y de la herramienta capaz de realizar dicha actividad.Como
propósito general se encuentran el mantenimiento de ductos laterales
obturados, limpieza de superficies internas y perforaciones, permitiendo
además la supervisión de personal encargado teniendo total facultad de las
tareas del robot mediante el uso de una computadora.
19
Figura 5. Robot Explorador
Fuente: http://proton.ucting.udg.mx/expodec/abr2003/memoria/electronica/EL-04.PDF
1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
1.2.1 PROBLEMA DE INVESTIGACION
Las nuevas tecnologías y el desarrollo ingenieril proponen el avance, la creación y
experimentación de la robótica, sustituyendo sistemas manuales por sistemas
automáticos con un diseño óptimo, haciendo una sinergia entre la electrónica y la
mecánica. A través de este medio se pueden generar mejoras y ayudas para el día
a día, teniendo en cuenta las necesidades y requerimientos de algunas industrias
el hombre ha sentido la necesidad de crear y experimentar con algunos sistemas,
para llegar a hacer un trabajo eficaz, es así como se ha llegado a la necesidad de
crear sistemas móviles capaces de inspeccionar y monitorear lugares donde el
acceso es un poco complicado; de esta problemática sale este proyecto que
20
consiste en la construcción de un robot autónomo, donde su función es
monitorear ductos de diámetros mayores a catorce pulgadas.
Existen diferentes campos donde se hace muy notoria la necesidad de este tipo de
robots, puesto que se crean una serie de estructuras de difícil acceso para su
monitoreo y verificación, ya sea al finalizar su construcción o pasado un tiempo de
uso. Dentro de estas podemos encontrar gasoductos, oleoductos, alcantarillados,
acueductos, etc.
Debido a las largas distancias que recorren estos sistemas y a las áreas que se
utilizan en algunos tramos de estos, es muy difícil el acceso humano para la
verificación del estado actual, es ahí donde entraría a jugar un papel muy
importante un robot como el planteado en este trabajo, puesto que facilitaría la
inspección y verificación de estado en el que se encuentran los sistemas, posibles
obstáculos durante la trayectoria, y el recorrido o la trayectoria final que recorren
estos sistemas.
¿Cómo diseñar y construir un prototipo de robot explorador para ductos capaz de
reconocer obstáculos y memorizarlos, versátil y, que pueda inspeccionar
superficies pequeñas?
1.3 JUSTIFICACIÓN
La creación de un robot explorador para tuberías integra diferentes sistemas
haciendo de este una herramienta necesaria en la industria, tanto para facilidad de
operación como para evitar riesgos personales.
21
Ofreciendo una solución a las numerosas producciones que, por sus características
de procesamiento, necesitan realizar un control seguro. Gracias a que en la
actualidad los beneficios de la robótica hacen posible que los robots lleguen a
algunos lugares inaccesibles y que cumplan sus tareas con un buen desarrollo, se
pretende aportar un diseño para resolver algunos problemas, como accesibilidad,
y riesgos físicos que puede tener el hombre en algunos de estos trabajos a realizar.
Dentro de los diferentes campos para los que este proyecto podría llegar a ser
importante podemos encontrar, los alcantarillados, ventilaciones, exploración de
zonas desconocidas, lugares que deben ser monitoreados constantemente ya sea
para tomar medidas correctivas o preventivas.
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1 OBJETIVO GENERAL
Diseñar y construir un robot explorador de ductos capaz de reconocer obstáculos y
memorizarlos.
1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Implementar y probar diferentes métodos para el reconocimiento de
obstáculos a través de los cuales se pueda llegar a determinar una forma
óptima para realizar esta labor en el robot.
Diseñar un sistema mecánico adecuado para la sujeción y monitoreo del robot
dentro de los ductos afectados y con obstáculos.
22
Diseñar un sistema electrónico aplicable a las necesidades del sistema,
mediante el manejo de sensores de detección para generar la visualización
completa y exacta del ambiente donde se transporte el robot.
Diseñar e implementar un sistema de control adecuado para la inspección,
programación de rutinas de movimiento y reconocimiento de obstrucciones
dentro de los ductos.
Integrar los diferentes sistemas en una plataforma completa que permita la
realización de pruebas preliminares, para identificación y corrección temprana
de errores que puedan entorpecer el funcionamiento en conjunto.
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES
El prototipo debe estar diseñado para manipular el robot en cualquier ambiente donde se
vaya a operar junto a un sistema mecánico efectivo que permita desplazarse con gran
facilidad y donde su función sea identificar obstrucciones en ductos de diámetros
superiores a 14”, siendo capaz de recopilar ciertos puntos para que esta información sea
almacenada y procesada por un PC después de ser ejecutado el recorrido del robot.
Teniendo en cuenta a las limitaciones por las que iba a estar sometido el prototipo por el
tipo de área de traslado se tomara el recorrido en superficies niveladas, evitando así el
atascamiento del robot dentro de las tuberías, otra limitante a tener en cuenta es que el
terreno donde el robot ejecute su movimiento debe ser una superficie con pocos
obstáculos de subida y bajada es decir que haya aproximadamente ángulos menores de
23
15° de inclinación, puesto que el diseño de la transmisión y la tracción debe proporcionar
el suficiente manejo de torque y estabilidad para el robot.
24
2 MARCO DE REFERENCIA
Teniendo en cuenta los aspectos que tratan el presente trabajo y los objetivos que
tienen que cumplir se considera adecuado aclarar ciertos conceptos para una mayor
comprensión del documento.
2.1 MARCOTEORICO - CONCEPTUAL
2.1.1 Robótica.
La robótica es la ciencia o rama de la tecnología, estudia el diseño y construcción
de máquinas.
Por siglos, el hombre ha construido máquinas para reproducir partes del cuerpo
del ser humano. En la antigüedad los egipcios acoplaron brazos mecánicos a las
estatuas de los dioses, los griegos crearon estatuas que manejaban con sistemas
hidráulicos. La robótica actual tiene sus comienzos en la industria textil desde el
siglo XVIII, donde construyeron una máquina programable mediante tarjetas
perforadas, luego vino la revolución industrial.8
En Europa la robótica es definida como la ciencia de la robotología y se entiende
como la integración de computadoras y robots para realizar un cierto trabajo9. La
robótica es llamada como una ciencia o rama de la tecnología, que estudia el
diseño y construcción de máquinas dispuestas a ejecutar tareas realizadas por el
8ANIBAL OLLERO BATURONE, Robótica: Manipuladores y robot Móviles, 2001
9http://robotica.wordpress.com/about/ (noviembre 21 de 2011)
25
ser humano o que requieren del uso de inteligencia: se enfoca en el diseño y la
construcción.
Algunos de los robots exploradores son construidos de acuerdo a algunos puntos
de investigación con el fin de solucionar problemas de inspección y monitoreo, ya
sea en el espacio, zonas abiertas al ambiente o en lugares de difícil acceso como los
poliductos.
En la XXIV muestra de máquinas y prototipos Robot Explorador De Tuberías, se dió
a conocer un prototipo diseñado por estudiantes de la universidad nacional de
Colombia en el año 2009 donde su objetivo era el mantenimiento óptimo de las
redes de acueducto y alcantarillado, y donde su vehículo se pudiera transportar
por tuberías mayores a 8’’ de manera autónoma, a partir de esto se diseñó un
prototipo con un presupuesto de $600.000.10
2.1.2 Robot.
Según el instituto de robots de América un robot es un manipulador
reprogramable y multifuncional concebido para transportar materiales, piezas,
herramientas, o sistemas especializados con movimientos variados y programados
con la finalidad de ejecutar tareas diversas.11 Según la federación internacional de
robótica (ifr) es “Aquel que trabaja de manera parcial o totalmente autónoma
10http://www.slideshare.net/diales/robot-explorador-de-tuberias (marzo 05 de 2012)
11ENRIQUE RUIZ VELASCO SÁNCHEZ, Educatronica:Innovación En El Aprendizaje De Las Ciencias De La Tecnología, , 2007
26
desarrollando servicios útiles para el bienestar de los humanos y equipos. Pueden
ser móviles y con capacidad de manipulación”.
Los robots se definen como dispositivos o aparatos mecánicos y eléctricos capaces
de tomar decisiones ya sea programado o por instrucción del ser humano.
Generalmente los robots tienen que cumplir con características específicas para
ser una máquina capaz de pensar, tomar decisiones y así mismo recibir y enviar
información. En la actualidad y en la industria los robots han abarcado
importancia, a partir de esto encontramos varios tipos de robots.
TIPOS DE ROBOTS12
Domésticos. Esta rama es más conocida como domótica y son robots
usados para la limpieza y mantenimiento del hogar además de ser
utilizados para la seguridad de algunos hogares.
Industriales. Los robots industriales están diseñados para realizar
procesos automáticos en fabricación o manipulación de objetos en
forma repetitiva dando mayor precisión y reduciendo riesgos.
Androides. Los androides son robots creados para asemejarse lo más posible al
ser humano, los androides son robots más evolucionados, sin embargo uno de
los mayores problemas en la investigación de este tipo de robot es conseguir la
optimización en la locomoción bípeda del robot.
12
ENRIQUE RUIZ VELASCO SÁNCHEZ, Educatronica:Innovación En El Aprendizaje De Las Ciencias De La Tecnología, , 2007
27
Móviles. Los robots móviles son aquellos que están creados para permitir el
movimiento por diferentes superficies con ayuda de ruedas, orugas o patas,
su función es procesar información recibida por medio de sensores, su
utilización se ve en procesos industriales ya sea para el transporte de
mercancía, investigación o exploración en lugares de difícil acceso para el ser
humano.
Cada uno de estos grupos se han planteado de acuerdo a las necesidades
requeridas para cumplir con las tareas demandadas y con la complejidad del
campo en el que se vaya a desenvolver, una de las características de los robot
móviles es su locomoción pues de estas deriva la forma de transportarse por el
ambiente deseado como ruedas o patas.
2.1.3 Ruedas.
La rueda se considera como una pieza mecánica circular que gira alrededor de un
eje, en el campo de la robótica móvil las ruedas ejecutan funciones específicas por
las que se les da el nombre de:
Rueda Motriz: La que proporciona fuerza de tracción al robot.
Rueda Directriz: Ruedas de direccionamiento de orientación controlable.
Ruedas Fijas: Sólo giran en torno a su eje sin tracción motriz.
Ruedas Locas O Ruedas De Castor: Ruedas orientables no controladas.
Mecanum Whells: este tipo de ruedas permite que el robot se desplace en
cualquier sentido sin necesidad de girar su estructura, se componen de una
rueda convencional con una serie de rodillos anexos a su circunferencia y con
un eje de rotación a 45°, estas ruedas únicamente se desplazan en grupo de
28
cuatro, para que por medio del control de velocidad pueden generar el
desplazamiento en diferentes sentidos sin girar su estructura.
2.1.4 Ruedas omnidireccionales
Las ruedas omnidireccionales, permiten realizar movimientos en todas las direcciones,
atrás, adelante, diagonales, laterales y giros sobre su propio eje.
Ruedas especiales. Se basan en la idea de tener una unidad activa que
proporciona tracción en una dirección, estas ruedas poseen rodillos pasivos
ubicados en la periferia de la rueda principal. Posee una capacidad de carga
limitada, su diseño es simple ya que con tres ruedas se permite obtener cualquier
movimiento.
Figura 6. Ruedas Universal
Fuente: http://www.superrobotica.com/Images/S360162big.JPG
29
Ruedas especiales mecanum. Dentro de las ruedas especiales, están las ruedas
especiales mecanum, son similares a las anteriores, estas ruedas posee unos
rodillos con una grado de rotación de 45°, por lo que hace que la fuerza emitida
sobre la rueda produzca una fuerza sobre la superficie q se descompone en dos
factores de fuerza, una perpendicular al eje del rodillo y la segunda paralela al eje
del rodillo, estas se disponen a emplear 4 para generar sus movimientos cada una
acompañada de un motor, así generara una combinación lineal de fuerzas
resultantes para obtener cualquier dirección de desplazamiento
instantáneamente.
Figura 7. Ruedas Mecanum
Fuente: http://www.fingertechrobotics.com/proddetail.php?prod=ft-mecanum-set-cg
2.1.5 Tipos De Locomoción Para Robots Móviles
Para la robótica móvil la locomoción es la una base para poder identificar la forma
y base de transporte.13
13
ANIBAL OLLERO BATURONE, Robótica: Manipuladores y robot Móviles, 2001
30
• Diferencial: este sistema de locomoción se basa en dos ruedas motrices
controladas cada una por separado, al hacer un cambio de velocidad en alguna de
las ruedas permite realizar el cambio de dirección. Su construcción se hace fácil
pues su capacidad para maniobrar y programar resulta sencilla sin embargo carece
de estabilidad por lo que es necesario añadir puntos de apoyo extras.
Figura 8. Locomoción Diferencial
Fuente: http://www.esi2.us.es/~vivas/ayr2iaei/LOC_MOV.pdf
• Síncrona: Se utiliza entre tres o más ruedas las cuales se mueven en conjunto,
todas sus ruedas son motrices y van movidas por el mismo motor, y directrices ya
que todas apuntan siempre hacia la misma dirección; al tener un motor para su
translación y otro para su rotación se hace más fácil la programación y el control
de este, sin embargo su diseño se hace un poco más complejo y en la mayoría de
casos es necesario añadir un sistema para la orientación del robot.
31
Figura 9. Locomoción Síncrona
Fuente:http://www.esi2.us.es/~vivas/ayr2iaei/LOC_MOV.pdf
• Triciclo: su diseño es de tres ruedas, una va centrada en la parte delantera y las
otras sobre un eje , generalmente la rueda delantera se comporta como la rueda
directriz y las traseras como las ruedas motrices, la estabilidad que ofrece es buena
y se hace fácil de construir pero su radio de giro es poco maniobrable.
• Ackerman: su sistema es similar al triciclo simplemente en esta caso se utilizan 4
ruedas, dos delanteras y dos traseras en este caso igual que en el anterior las
ruedas delanteras también son directrices y las traseras actúan como las ruedas
motrices cada una compartiendo el eje respectivamente , tiene una buena
estabilidad pero en el caso de maniobrabilidad posee fallas.
32
Figura 10. Locomoción Ackerman
Fuente: http://www.esi2.us.es/~vivas/ayr2iaei/LOC_MOV.pdf
•Omnidireccionales: a diferencia de los anteriores casos todas las ruedas son
motrices y su maniobrabilidad es muy buena que le permite el movimiento que no
son capaces de realizar otras distribuciones su sistema de control puede ser un
poco complicada ya que su trayectoria en línea recta no es posible
mecánicamente.
Figura 11. Locomoción Omnidireccional
Fuente: http://www.esi2.us.es/~vivas/ayr2iaei/LOC_MOV.pdf
33
•Otras: entre estos encontramos los robots con patas los cuales pueden ejercer
movimientos en varios terrenos hasta subir escaleras, sin embargo controlar este
tipo de robots tiene mucha complejidad puesto que tienen muchos grados de
libertad, otro factor complejo es mantener la estabilidad y el consumo de energía.
Figura 12. Locomoción con Patas
Fuente:http://img.tecnomagazine.net/2011/06/Robot-con-patas-ajustables-que-
parece-una-cucaracha.jpg
Además de definir el tipo de movimiento que se requiere para el diseño del robot,
se tienen en cuenta otros aspectos importantes para que cumplan con la
necesidad que se está intentando suplir, aspectos de vital importancia, que varían
respecto a la complejidad y entorno en el cual el robot va a cumplir su función.
34
2.1.6 Estructura.
La estructura en la robótica móvil es fundamental ya que sobre esta se distribuirán
las cargas y partes que conforman el funcionamiento del robot al igual que decide
una forma especifica que se le quiera dar con su apariencia, dentro de los
elementos de funcionamiento están dispuestos los elementos que le dan
movimiento al robot como en este caso las ruedas que serán movidas por un par
de motores, un sistema de electrónica y un par de sensores.
2.1.7 Motor.
El motor es parte de una máquina capaz de transformar algún tipo de energía en
energía mecánica, produciendo capacidad para realizar algún trabajo, parte
fundamental en la construcción de robots ya que la mayoría de estos basan su
locomoción en diferentes tipos de motores, donde son monitoreados y
comandados por un par de rutinas para proporcionar un movimiento adecuado.
2.1.8 Motoreductores
Los reductores de velocidad son indispensables en algunos de los procesos
manejados en la industria mundial, estos son diseñados a base de engranajes con
geometría especial los cuales dependen de su tamaño y de la función que debe
cumplir cada motor.
Los reductores son un sistema de engranajes que permiten que los motores
funcionen a diferentes velocidades que para las que fueron diseñados,
multiplicándole fuerza a la máquina para la cual se está empleando el motor.
35
Figura 13. Motorreductor
Fuente: http://img.directindustry.es/images_di/photo-m2/micro-motorreductores-
electricos-dc-con-engranajes-de-dientes-rectos-39252-2272481.jpg
2.1.9 Puente H.
El puente H es un circuito electrónico que le permite a un motor eléctrico girar en
cualquier sentido (avance o retroceso), al mismo tiempo cumple la función de ser
convertidores de potencia. El puente H debe entregar la máxima potencia posible
para una mayor eficiencia, por lo que es indispensable tener en cuenta las
especificaciones técnicas de los motores a controlar, es decir para un motor de
consumo a 1A, se emplea un puente H de 1A, igualmente se tiene en cuenta el
rango de voltaje.
36
2.1.10 Algoritmo.
Conjunto de instrucciones definidas, ordenadas y finitas que permiten solucionar
una acción mediante pasos sucesivos, permitiendo darle una estructura lógica
ordenada al robot respecto a las acciones que debe realizar para cumplir su tarea,
estas instrucciones se envían por medio de un controlador capaz de proporcionar
lo requerido.
2.1.11 Microcontrolador
Es un circuito integrado programable capaza de producir ordenes grabadas en su
memoria, se compone de bloques funcionales con una tarea específica e incluye
tres unidades funcionales, unidad central de procesamiento, memoria y periféricos
de entrada y salida, por lo que lo hace ver similar a una computadora. Los
Microcontroladores funcionan a velocidad de reloj con frecuencias bajas
Al ser fabricados, la memoria ROM del microcontrolador no posee datos. Para que
pueda controlar algún proceso es necesario generar o crear y luego grabar en
la EEPROM o equivalente del microcontrolador algún programa, el cual puede ser
escrito en lenguaje para Microcontroladores.
2.1.12 Microchip.
Microchip maneja Microcontroladores de 8-bits, 16 bits y 32 bits, con una
arquitectura de gran alcance, las tecnologías de memoria flexibles, integrales
fáciles de usar herramientas de desarrollo, documentación técnica completa14 .
14
http://www.microchip.com/
37
Los PIC Peripheral InterfaceController (controlador de interfaz periférico), son una
familia de Microcontroladores tipo RISC fabricados por Microchip Technology Inc.
Hoy en día multitud de PICs vienen con varios periféricos incluidos (módulos de
comunicación serie, UARTs, núcleos de control de motores, etc.) y con memoria de
programa desde 512 a 32.000 palabras (una instrucción en lenguaje ensamblador,
y puede ser de 12, 14, 16 ó 32 bits, dependiendo de la familia específica de
PICmicro).
2.1.13 Freescale15.
Los Microcontroladores Motorola son fabricados por freescale, posee
características tales como su bajo precio, velocidad, consumo reducido de energía,
tamaño, facilidad de uso y programación.
2.1.14 Atmel16
Atmel es una compañía de semiconductores. Su línea de productos
incluye Microcontroladores, dispositivos de radiofrecuencia,
memorias EEPROM y Flash, entre otras. Atmel sirve a los mercados de la
electrónica de consumo, comunicaciones, computadores, redes, electrónica
15
http://www.freescale.com/webapp/sps/site/homepage.jsp?code=PCMCR01&tid=prodlib
16http://www.atmel.com/default.aspx
38
industrial, equipos médicos, automotriz, aeroespacial y militar. Es una industria
líder en sistemas seguros, especialmente en el mercado de las tarjetas seguras.
2.1.15 Arduino
Plataforma electrónica open-source basada en una tarjeta de entradas y salidas y
un entorno de programación fáciles de usar, su diseño es ideal para desarrollar
proyectos interactivos y autónomos; esta plataforma trabaja con un controlador
AT MEGA.
2.1.16 Arduino duemilanove
Arduino duemilanove es una placa electrónica que basa su funcionamiento en el
microcontrolador ATMega168.
Esta placa se compone de 14 pines dentro de su distribución se encuentran6 pines
que pueden ser utilizados como salidas PWM, una entrada de 16 MHZ para el
oscilador del cristal, 6 entradas análogas una conexión USB, un conector de
alimentación, una cabecera de ICSP, y un botón de reinicio.
La alimentación de energía se hace por medio de un adaptador AC DC o una
batería, para alimentarlo por medio de un ordenador se hace por una conexión
USB.17
17
http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardDuemilanove
39
Tabla 1 Características Arduino Duemilanove
Microcontroladores ATMega168
Voltaje de funcionamiento 5V
Voltaje de Entrada
(recomendado) 7-12V
Voltaje de entrada (los
límites) 6-20V
Digital pines I / O
14 (6 de las cuales proporcionan una
salida PWM)
Pines de entrada analógica 6
Corriente de I / S de CC Pin 40 mA
De corriente continua de 3,3
V Pin 50 mA
Memoria Flash 16 KB ( ATmega168 )
SRAM 1 KB ( ATmega168 )
EEPROM 512 bytes ( ATmega168 )
Velocidad de reloj 16 MHz
Fuente. http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardDuemilanove
Otra ventaja que proporciona es que cada uno de sus 14 pines pueden ser utilizados
como entradas o como salidas sin importar su distribución original, utilizando una serie de
funciones tales como pinMode () ,digitalWrite () , y digitalRead (). La tolerancia máxima
que maneja cada pin es de 40mAya sean utilizados como señal de salida o de entrada,
maneja una resistencia interna que varía de 20 a 50 K ohm.
2.1.17 Arduino mega
Arduino Mega es una placa electrónica que basa su funcionamiento en el
microcontrolador ATMEGA1280.. La composición de esta placa está dada por 54
entradas / salidas digitales pines los cuales se distribuyen en 14 pines que pueden
40
ser usados como salidas PWM, 16 pines como entradas analógicas, 4 pines que
sirven como puertos de hardware de serie (UARTs), un pin a 16 MHz oscilador de
cristal, una conexión USB, un conector de alimentación, una cabecera de ICSP, y un
botón de reinicio.18
Tabla 2. Características Arduino Mega
Microcontroladores ATMEGA1280
Voltaje de
funcionamiento 5V
Voltaje de Entrada
(recomendado) 7-12V
Voltaje de entrada (los
límites) 6-20V
Digital pines I / O
54 (de los cuales 15 proporcionan una
salida PWM)
Pines de entrada
analógica 16
Corriente de I / S de CC
Pin 40 mA
De corriente continua de
3,3 V Pin 50 mA
Memoria Flash
128 KB de los cuales 4 KB utilizadas por
gestor de arranque
SRAM 8 KB
EEPROM 4 KB
Velocidad de reloj 16 MHz
Fuente. http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega
18
http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega
41
Si utiliza más de 12V, el regulador de voltaje se puede sobrecalentar y dañar la
placa. El rango recomendado es de 7 a 12 voltios.
El ATMEGA1280 cuenta con 128 KB de memoria flash para almacenar el código (de
los cuales 4 KB se utiliza para el gestor de arranque), 8 KB de SRAM y 4 KB de
memoria EEPROM.
2.1.18 Circuito.
Red eléctrica que contiene más de dos puntos para hacer una conexión con
resistencias inductores fuentes interruptores entre otros.
2.1.19 Ductos.
Serie de conductos, por medio de las cuales se puede guiar una serie de cosas
por una trayectoria deseada, existen varios tipos de ductos los cuales reciben su
nombre dependiendo del fluido o material que circule por ellos. Dentro de los
más conocidos perdemos encontrar.
Oleoductos: se le llama así a las tuberías que son utilizadas para la
transportación de crudo, y sus derivados, excluyendo el gas natural
Gasoductos: son conductos utilizados para transportar gases, debido a que sus
derivaciones provienen del petróleo adoptan también el nombre de
gaseoductos.
42
Acueductos: serie de sistemas, los cuales permiten transportar agua a
diferentes puntos de consumo desde un punto remoto de nacimiento natural
de agua.
2.1.20 Materiales
Entre los materiales que pueden llegar a ser útiles en la construcción de un robot
móvil están el acero, aluminio y el acrílico.
Aluminio. Es un material liviano y resistente a la corrosión, es conductor
eléctrico y de calor apariencia agradable y reciclable, por la combinación de sus
propiedades es muy usado en la construcción.
Figura 14. Laminas de Aluminio
Fuente:http://2.bp.blogspot.com/_c4_24cgFmAQ/TQfPX8MC0LI/AAAAAAA
AFM0/EUIHzv-aobU/s1600/aluminio.jpg
43
Tabla 3. Características físicas del aluminio
Cold roll es un tipo de acero que se obtiene por la laminación en frio, este
acero no es expuesto a altas temperaturas en el proceso de laminación, su
principal característica es su fácil manipulación lo que permite utilizarlo en
todos los campos de la industria.
Figura 15. Cold Roll
Fuente.http://www.bobcometal.com/media/catalog/category/Cold-Rolled_2.jpg
44
Acrílico. es uno de los materiales más utilizados en robótica ,variante del
plástico; el acrílico se obtienen de la polimerización del metacrilato de metilo ,
puede trabajarse fácilmente asegura solidez al robot, es resistente a los rayos
ultravioleta, a la intemperie y al rayado, igualmente es un material de bajo peso ,
de fácil moldeo , no envejece, aislante térmico y acústico, su dureza es similar a la
del aluminio no produce gases tóxicos, es inerte en contacto con agua, alcalinos,
hidrocarburos alifáticos y esteres simples, el acrílico es un material dieléctrico, su
densidad equivale a la mitad de la del vidrio, y un 43% la densidad del aluminio.
Figura 16. Laminas de Acrílico
Fuente.http://images02.olx.cl/ui/9/01/39/1289307121_136269239_1-Fotos-de--
VENTA-DE-ACRILICO.
45
Tabla 4. Propiedades físicas del acrílico
Fibra de vidrio. Es uno de los materiales más usados en la actualidad, este
material es capaz de soportar altas temperaturas, y cualquier químico que
pueda afectar sus moléculas, además que es un aislante térmico, siendo un
material flexible posee alta resistencia a la tracción, haciéndolo así un
material de bajo costo que lo hace adecuado para el desarrollo de muchos
proyectos en la industria.
46
Figura 17. Fibra de Vidrio
Fuente.http://t1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSbUDSR9tRYcAyoJYXdN3TtpqtTWdvQHr8fDZO9OTHs5lV3zdZtQ&t=1
2.1.21 Esfuerzos que soporta la estructura19
Al diseñar y construir la estructura se necesita un diseño adecuado como algunos
elementos que sean capaces de soportar fuerzas y cargas a los que va a ser
sometida, por tanto depende de las condiciones de la estructura y el tipo de
fuerzas que actúan sobre ellas se soporta diferentes clases de esfuerzos.
Tracción: un elemento está sometido a esfuerzo de tracción cuando las
fuerzas que actúan sobre el tienden a estirarlo, como el esfuerzo que ejerce
un cable de una grúa.
19
FERDINAND P. BEER , Mecánica de materiales, cuarta edición, 2007
47
Figura 18. Esfuerzo por Tracción
.
Compresión: un elemento se somete a compresión cuando sobre el actúan
fuerzas que tienden a contraerlo como en las patas de una silla.
Figura 19. Esfuerzo por Compresión
Flexión: una estructura está sometida a esfuerzo de flexión cuando las
fuerzas que actúan sobre el tienden a doblarlo, como ejemplo las vigas.
Figura 20.Esfuerzo por Flexión
48
Torsión: el esfuerzo de torsión ocurre cuando las fuerzas que soporta la
pieza tienden a retorcerla como en el caso de ejes.
Figura 21. Esfuerzo por Torsión
Esfuerzo Normal20
Es la fuerza por unidades de área o la cantidad de fuerza distribuidas a través de
una sección.
Donde:
Σ: esfuerzo normal
A: área transversal del elemento
P: carga axial a la que está sometido el elemento
20
FERDINAND P. BEER , Mecánica de materiales, cuarta edición, 2007
49
Esfuerzo Cortante21
Se produce cuando se aplican fuerzas perpendiculares a un elemento, haciendo
que las partículas del material tiendan a moverse unas sobre otras.
Donde:
V: fuerza cortante
A: área transversal del elemento
2.1.22 Estructuras en equilibrio22
Una estructura se encuentra en equilibrio cuando permanece en estado de reposo
ante la acción de fuerzas externas. El equilibrio estático se aplica un cuerpo en sí
como a cada una de las partes.
Decimos que un cuerpo se encuentra en equilibrio dinámico cuando responde con
un movimiento o vibración (aceleración) controlada de sus partes (deformación)
mas no de su soportes, ante la acción de las cargas generadas por sismo, viento,
motores y en general aquellas excitaciones dinámicas producidas por la carga viva.
La ecuación de equilibrio:
∑ ∑
21
FERDINAND P. BEER , Mecánica de materiales, cuarta edición, 2007 22
FERDINAND PIERRE BEER, Mecánica vectorial para ingenieros: Estática, séptima edición,
50
Donde
f= sumatoria de fuerzas ejercidas
M =los momentos ejercidos
2.1.23 Momento de Fuerza23
Momento de fuerza o torque es la magnitud vectorial que mide la capacidad de
rotación de una fuerza que es capaz de producir a un cuerpo, la magnitud física
que produce el giro se calcula multiplicando la fuerza por la distancia que hay
entre el punto donde se aplica el giro.
La estabilidad se logra si el número de reacciones es igual al número de ecuaciones
de equilibrio que se puedan plantear.
2.1.24 Fricción
La fuerza de fricción es la que opone resistencia al movimiento de los cuerpos
cuando están en contacto con la superficie, este proceso supone un freno de los
objetos y un aumento de la temperatura de su superficie, las propiedades
principales es que la fuerza de rozamiento se opone al movimiento de un bloque
que se desliza no depende del área aparente de contacto, la fuerza de rozamiento
es proporcional a la fuerza normal que ejerce el bloque con la superficie.
23
FERDINAND PIERRE BEER, Mecánica vectorial para ingenieros: Estática, séptima edición
51
Figura 22. Fuerza de Fricción
Fuente:
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/rozamiento/general/roza5.gif
Fuerza de rozamiento Fr N
Donde:
: coeficiente de rozamiento.
El coeficiente de rozamiento es un número sin dimensiones.
52
Tabla 5. Coeficientes De Rozamiento
Fuente.http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/teoria/A_Fran
co/dinamica/rozamiento/general/rozamiento.htm
Tabla 6. Coeficiente De Rozamiento Estático Y Cinético
Fuente.http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/teoria/A_Fran
co/dinamica/rozamiento/general/rozamiento.htm
53
2.1.25 Modulación de ancho de pulso (PWM)24
Es un método de modulación basado en variar la duración de pulsos entre el
tiempo de acción del pulso respecto al tiempo de reposo sin variar la frecuencia.
La modulación por ancho de pulso es una técnica para simular la salida análoga con
una salida digital, el control se usa para crear una onda cuadrada, una señal
conmutada entre encendido y apagado variando la proporción de tiempo.
Señal de modulación por ancho de pulso.
Figura 23. Modulación por Ancho de Pulso
Fuente. http://arduino.cc/es_old/AnalogWrite/PWM
Donde:
PW: tiempo del pulso.
Periodo: tiempo total que dura la señal.
24
MUHAMMAD H. RASID, Electrónica de potencia: Circuitos, dispositivos y aplicaciones, 2004
54
La frecuencia se define como la cantidad de pulsos (estado on/off) por segundo y
su expresión matemática es la inversa del periodo, como muestra la siguiente
ecuación.
Figura 24. Modulación por ancho de pulso
Fuente.http://arduino.cc/es_old/AnalogWrite/PWM
El periodo es medido en segundos, de este modo la unidad en la cual se mide la
frecuencia (hertz) es la inversa a la unidad de tiempo (segundos).
2.1.26 Sensor
Los sensores son dispositivos diseñados para recibir y enviar información de una
magnitud física y convertirla en información eléctrica o viceversa. Normalmente
estos dispositivos se hacen con componentes pasivos (resistencias variables,
positive temperatura coeficient (PTC), negative temperatura coeficient (NTC), light
dependent resistor (LDR), todos aquellos componentes que varían su magnitud en
función de alguna variable), y la utilización de componentes activos. Dependiendo
de las necesidades se pueden encontrar varios tipos de sensores análogos o
digitales que se adapten a la situación.
Sensores de posición.
Sensores de contacto.
55
Sensores de ultrasonidos.
Sensores de ópticos.
2.1.27 Sensores ópticos.
Los sensores ópticos son aquellos que pueden que son capaces de detectar
factores atreves de un lente óptico, estos sensores sensibles a la luz, modifican su
comportamiento electrónico según la luz que incida sobre ellos, convierten los
rayos de luz en señales electrónicas. Están diseñados especialmente para la
detección.
Sensor SHARP IS471F25. este sensor es inmune a la interferencia de luz, incorpora
un modulador de señal. cuando un objeto se sitúa enfrente del conjunto
emisor/receptor parte de la luz emitida es reflejada y desmodulada para activar la
salida que pasará a nivel bajo si la señal captada es suficientemente fuerte.
CNY7026. Es un sensor pequeño en forma de cubo, aloja en su interior diodo
emisor de infrarrojos con una longitud de onda de 950nm y fototransistor que
trabaja como receptor, la salida de este sensor análoga y viene determinada por la
cantidad de luz reflejada.
GP2DXX27. Es un sensor de reflexión por infrarrojos con medidor de distancia
proporcional al ángulo de recepción que incide en el sensor lineal integrado, y
vienen en digital o análogo, Este sensor es un CCD lineal y dependiendo
25
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/42903/SHARP/IS471F.html 26
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/vishay/83751.pdf 27
http://www.sharpsma.com/webfm_send/1203
56
del ángulo de recepción de la luz incidirá esta en un punto u otro del sensor
pudiendo de esta manera obtener un valor lineal y proporcional al ángulo de
recepción del haz de luz.
2.1.28 Batería
También se conoce como acumuladores eléctricos. Se trata de un generador
eléctrico secundario; es decir, un generador que no puede funcionar sin que se le
haya suministrado electricidad previamente mediante lo que se denomina proceso
de carga28.
2.1.29 Batería de polímero de iones de litio
Las baterías de polímero de iones de litio poseen importantes características, entre
las cuales se destacan: bajo voltaje que no permitiría cargar su circuito de
regulación, pero su velocidad de descarga es tan alta como para dar cabida a
componentes electrónicos y motores pequeños, de igual manera su alta densidad
energética permite tener una batería de larga duración siendo esta mas ligera,
aparte de que lo usuarios tienen la facilidad de recargar la batería en cualquier
momento sin tener que esperar ciclos de carga o descarga.
28
http://www.regenbat.com/tipos-regenbat-regeneracion-baterias.php
57
2.2 MARCO LEGAL O NORMATIVO
ROBÓTICA. Hoy en día la normatividad legal en el empleo de la robótica no existen
muchas, entre las más relevantes a nivel mundial encontramos29:
2.2.1 ISO 1018:1992.
Esta norma hace un análisis sobre la seguridad y definición de riesgos identificando las
fuentes de accidentes, también contiene una parte acerca de diseño y fabricación donde
se tienen en cuenta aspectos de diseño mecánico ergonomía y de control.
2.2.2 ANSI/RIA R15.06-1992.
Esta es una norma americana que presenta algunas de las características importantes
como el posible daño físico que un robot puede producir a una persona dependiendo de
los niveles de operarios y la frecuencia de exposición al peligro.
2.2.3 EN 775 y UNE – EN 775. Esta norma se desarrollo tomando como base la norma ISO 10218:1992 donde se incluye
algunos requisitos para mejorar la seguridad en la fase de diseño, utilización reparación y
mantenimientos de los robot industriales.
29
http://www.robotics.org/bookstore-cat.cfm?category_id=118
58
3 METODOLOGIA
3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACION
La metodología de investigación para el alcance de los objetivos, tendrá un
enfoque empírico - analítico de innovación tecnológica, cuantitativa, experimental.
Por consiguiente, se enfatizará en la observación directa del comportamiento de
los componentes y el control de los mismos mediante la instrumentación
adecuada que permita garantizar la calidad de las observaciones.
Se consultaron diferentes fuentes para extraer información necesaria, como libros,
revistas, artículos internet y tesis de grado respecto a robótica, las cuales fueron
adquiridas de la biblioteca de Universidad De San Buenaventura, Universidad Luis
Ángel Arango y La Red De Bibliotecas Públicas De Bogotá.
59
4 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUB-LÍNEA DE FACULTAD / CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA
Línea de Investigación de la facultad de ingeniería: Análisis y procesamiento de
señales.
Núcleo Problémico del programa: Robótica
60
5 DESARROLLO INGENIERIL
Para seleccionar el mecanismo adecuado para el diseño del robot explorador se
toman en cuenta los parámetros de diseño considerados, para la implementación
del prototipo y los sistemas mecánicos, electrónicos y de control aptos para el
funcionamiento del prototipo.
El proyecto se conformara de un sistema de entradas y salidas, de la siguiente
forma como se muestra en el diagrama 22.
Figura 25. Esquemático del Prototipo
Fuente: Autores
61
El sistema está dividido en dos bloques principales, bloque 1 que representa el
prototipo y bloque 2, representa el PC.
El bloque 1 se divide en 4 sub-bloques donde muestra todo el proceso de entradas
y salidas que complementan el funcionamiento del prototipo.
Bloque A: este representa los elementos principales de todo el sistema, ya que en
él se constituye la parte lógica que controla el robot, en esta parte por ser un
robot móvil será controlado por un microcontrolador, en el que se controlara
todas las señales de entrada y salida que ayudan al funcionamiento lógico del
sistema.
Bloque B: en esta parte del sistema estarán dispuestos los elementos de entrada,
elementos electrónicos, los sensores son los dispositivos que generan la señal de
entrada al sistema de control (Bloque A), de aquí nace el segundo prototipo.
Bloque C: en este se encuentra la parte de potencia de los motores, la cual estará
dispuesta para ejecutar el movimiento de los mismos partiendo de las necesidades
de control del prototipo, teniendo en cuenta aspectos como voltaje y corriente
para el circuito de reconocimiento.
Bloque D: en este bloque se descargan varios elementos que componen el sistema
de locomoción del prototipo final (elementos mecánicos), como lo son las ruedas,
motores, y base de soporte de todos los componentes del circuito. De esta fase
nace el prototipo 1 por parte de las ruedas a utilizar, el prototipo 2 por la selección
de motores y el prototipo 3 al optar por una base se sujeción para todo el sistema.
62
Bloque 2. El bloque dos está dispuesto a ser empleado cuando el prototipo acabe su
recorrido por los lugares indicados, al terminar su camino se dispondrá a conectarlo a
un PC para así ser mostrado toda la parte de interfaz gráfica (MATLAB, C++), que la
componen un diagrama de los datos obtenidos mostrando el recorrido completo del
robot, esta comunicación entre el prototipo y PC se hace por ,medio de un protocolo
de comunicación ya sea USB O SERIAL, los cuales dependen del microcontrolador que
sea empleado para controlar el sistema y almacenar los datos enviados por la entradas
y salidas
5.1 POSIBLES MECANISMOS.
Teniendo en cuenta los parámetros y procedimientos establecidos para el diseño
del prototipo se examinaron los posibles mecanismos de locomoción en robots
móviles y nuevas tecnologías que ayudan a la robótica en la actualidad.
Para la selección del mecanismo adecuado se analiza las propuestas postuladas a
continuación y así hacer la elección del prototipo a diseñar para suplir las
necesidades requeridas del proyecto.
PROPUESTA No 1 Robot Diferencial.
La primera propuesta basada en la construcción de un robot con locomoción
diferencial el cual constaba de 4 (cuatro) ruedas, las dos ruedas delanteras se
encargaban de proporcionarle dirección al robot y las otras dos ruedas traseras se
encargaban de darle la estabilidad necesaria al robot para mantenerse firme en el
63
piso. Analizando este tipo de mecanismo para el movimiento se llegaron a las
siguientes conclusiones.
Tabla 7. Ventajas y desventajas de la propuesta 1.
LOCOMOCION DIFERENCIAL DESVENTAJAS VENTAJAS
http://reflow.scribd.com/3m8aa3p
la87wezq/images/image-8.jpg
No mantiene el
equilibrio en superficies
donde necesite pasar
obstáculos.
Precisión en trayectorias
rectas.
El cambio de la velocidad
se hace dependiendo el
lado del giro por lo que
hace difícil el control y
precisión en la
trayectoria requerida.
Economía.
Fácil implementación
para el desarrollo de
diferentes labores.
Simplicidad en el diseño
mecánico.
Fuente: Autores
PROPUESTA No 2 Robot con locomoción Ackerman.
Esta propuesta cuenta con cuatro ruedas dos direccionales y dos motrices
las cuales comparten eje y son las ruedas traseras con un único motor,
64
ofrece estabilidad pero carece de grados de libertad en sus giros.
Tabla 8. Ventajas y desventajas de la propuesta 2.
LOCOMOCIONACKERMAN. DESVENTAJAS VENTAJAS
Carece de maniobrabilidad,
restricciones en su
movimiento.
La dirección puede ser
controlada por un sistema
simple de barras
Fuente: Autores
PROPUESTA No 3. Robot de Ruedas Omnidireccionales.
Esta propuesta se basa en la implementacion de unas ruedas omnidireccionales
creadas especialmente para el diseño de robots moviles en la actualidad, teniendo
encuenta que entre el grupo de las ruedas omnidireccionales se encuentran las
mecanum wheel se tomaroncomo referencia los movimientos capaces de realizar y
la facilidad de movimiento en la superficie. Este sistema consta de 4 ruedas dos
delanteras y dos traseras cada una consta de un motorreductor que dependiendo
de la direccion que deba tomar el robot genera el movimiento.
65
Tabla 9.Ventajas Y Desventajas De La Propuesta 3
LOCOMOCION
OMNIDIRECCIONALES DESVENTAJAS VENTAJAS
http://cdn.shopify.com/s/files/
1/0062/6682/products/10543-
05.jpg?111472
Realizar un control exacto
para proporcionar igualdad
en la velocidad de los
cuatro motores manejados
independientemente, para
asi proporcionar un
movimiento de rotación
con libertad de
movimientos
Motores separados para
traslación y rotación
simplifican el control.
Las mecanum wheels
proporcionan giros exactos
al igual que permite que
el robot gire sobre su
mismo eje.
El control en línea recta
está garantizado
mecánicamente.
Restricciones en fuerza,
(manejado con
motoreductores).
Fuente: Autores
5.1.1 Selección del mejor mecanismo.
En la determinacion del mejor mecanismo se evaluaron todos los pro y contra
66
haciendo una estimacion de acuerdo a los parametros de diseño y a los
movimientos necesarios para el transporte dentro del espacio adecuado.
5.2 DESARROLLO DE LA SOLUCIÓN
El prototipo escogido a desarrollar es el 3 (tres) Robot Con Ruedas
Omnidireccionales;
Para la elaboración del diseño mecánico se tomaron algunos puntos a considerar,
los parámetros necesarios para el diseño mecánico del robot, teniendo en cuenta
los elementos principales que proporcionen el desplazamiento sobre las
superficies deseadas como son los motores y ruedas capaces de proporcionar
movimientos.
Tabla 10. Selección De Motores.
Selección De Tipos De Motores
MOTORES VENTAJAS
MOTORREDUCTOR DC
6V
Sistema de engranajes sin
cubierta.
Trabajan entre 4v a 9v
Reducción de 30:1
MOTORREDUCTOR DC
12V
Caja de reducción encapsulada
Trabaja entre 9v a 14v
Reducción 30:1
Fuente: Autores
67
A partir de la selección de motores se toman como base los motorreductores por
la alta eficiencia en trasmisión de potencia y la capacidad de reducción de
velocidad, los motorreductores de 6V se toman como base para la ejecución de los
recorridos deseados por el prototipo, ya que poseen características necesarias para
iniciar a realizar el movimiento de las ruedas al igual q el voltaje de entrada para
proporcionar su funcionamiento es bajo por lo que se hace más factible la
conexión de todos los elementos a un solo punto, así como se muestra en la tabla
anterior (tabla 10).
Tabla 11. Selección de Ruedas
Selección De Tipos De Ruedas
RUEDAS VENTAJAS
RUEDAS ESPECIALES
Capacidad de carga, por poseer un único
punto de contacto entre la rueda y la
superficie.
Un motor por rueda, por lo que permite
obtener cualquier dirección.
Fricción baja.
RUEDAS ESPECIALES
MECANUM
Por tener rodillos posee una rotación con
ángulo de 45°.
Un motor por rueda, por lo que permite
obtener cualquier dirección.
Dirección de desplazamiento de forma
instantánea.
La disposición de los rodillos hace que el
contacto con la superficie sea constante.
68
La selección de ruedas se partió del punto de la selección de locomoción a ser
empleada en este proyecto, por lo que se realizo un escaneo de ruedas
omnidireccionales que se encuentran en el mercado, luego de hacer una
comparación se noto que las ruedas mecanum son de gran ayuda para ejecutar el
desplazamiento deseado teniendo en cuenta las ventajas mencionadas en la tabla
anterior (tabla 11).
Igualmente se toma como base la selección del material para la estructura
completa del prototipo sin afectar el funcionamiento efectivo, capaz de soportar,
motores, sensores, batería y demás elementos necesarios para el control.
El sistema constará de 4 motoreductores acoplados respectivamente a unas ruedas
omnidireccionales (mecanumwheel), como se ve en la figura 23.
Figura 26. Rueda con Motorreductor
Fuente: Autores
69
En primer lugar para el diseño se evaluó el tamaño del robot móvil. Por esta razón
se empezó seleccionando un tamaño pequeño capaz de realizar las labores
requeridas ya que su transporte se efectuará dentro de ductos donde su diámetro
interno sea mayor a 14”. En este diseño se definen las dimensiones de las
diferentes partes que componen al robot móvil como, ruedas de apoyo,
estructura, cargas y ambientes a las que va a estar sometido.
Rango de dimensiones del prototipo.
Tabla 12. Dimensiones del Prototipo.
Fuente: Autores
Para la elaboración del diseño electrónico se toman algunos puntos a tener en
cuenta para obtener un sistema autónomo por medio de sensores que ayuden al
monitoreo y el buen funcionamiento del prototipo, teniendo en cuenta baterías a
usar y demás elementos electrónicos para proporcionar un consumo adecuado de
todos los niveles de energía.
Para la adecuación de los sensores se hizo una selección para verificar la capacidad
en el uso del prototipo, se tomaron tres sensores ópticos utilizados en el área de
robótica para así encontrar el sensor adecuado para el funcionamiento del
prototipo que se ajustaban a las expectativas del proyecto.
70
Tabla 13. Selección de Sensores.
Selección De Tipos De Sensores
SENSORES VENTAJAS
SHARP IS471F
Capacidad de detección de q a
15 cm.
Oscilador integrado.
CNY70
Detección de blanco y negro.
La capacidad de detección se
logra con resistencias y un
voltaje aplicado.
GP2DXX
Amplia capacidad de detección.
Proporcionan información de
distancia (GP2D02 – GP2D12).
Tiempo de medición es de
aproximadamente 38 ms.
Circuito de procesamiento de
señal interno
Fuente: Autores
Para el sistema de control se debía disponer de un microcontrolador por ser un
robot móvil y por facilidad de programación, entre los Microcontroladores
adecuados por programación y conocimiento se pueden tener las siguientes
marcas: MICROCHIP, FREESCALE y AT- MEGA.
71
Tabla 14. Selección del microcontrolador.
Selección De Marcas De Microcontroladores
MICROCONTROLADOR VENTAJAS
FREESCALE
Robusto en la arquitectura del hardware,
conjunto de periféricos integrados, variedad
para ser aplicados en visualización y desarrollo
de interfaces de usuario capacitivo o inductivo
táctil.
MICROCHIP
Simplificación de comandos y lenguaje de alto
nivel en su programación.
Maneja los tiempos del microcontrolador
dependiendo del cristal que se proporcione a
su circuito.
AT-MEGA
Apoyado por la plataforma ARDUINO
Open-Hardware, puede ser utilizado sin
permisos para el desarrollo de cualquier
proyecto.
Las librerías están incluidas.
Regulador de tensión para brindar al
microcontrolador una tensión estabilizada de
alimentación (5Volts), el conector de
comunicaciones ICSP.
Fuente: Autores
72
Finalmente se optó por emplear un microcontrolador AT-MEGA, ya que el entorno
de programación es más cómodo para su ejecución, por conocimientos en su
lenguaje de programación, así mismo se apoya de una plataforma Arduino la cual
actualmente es bastante utilizada en proyectos de robótica.
Metodología de diseño.
Teniendo en cuenta los objetivos deseados y el buen funcionamiento del
prototipo, se desarrolla su construcción partiendo de los siguientes puntos.
5.2.1 Prototipo No 1.
Mecánico: Como primer paso se ajusto el robot a una base de cold roll de espesor
de 3mm., a esta base se acoplaron 4 motorreductores de 6V, cada motor con un
mecanismo sin cubierta.
73
Al ensamblar este sistema se encontraron algunas desventajas, pues el sistema de
los motores no era bueno ya que su mecanismo de reducción sin cubierta genera
interferencia en el movimiento de los engranajes ocasionado por factores externos
como polvo y la contaminación que genera el ambiente lo que produce un
deterioro más rápido al mecanismo de reducción produciendo obstrucciones en el
sistema, por lo que no se hacen apropiados para realizar trabajo dentro de ductos.
Otro factor que no es muy apropiado para el trabajo del explorador dentro de
ductos es el material de la base (cold roll), ya que el entorno donde se va a exponer
el robot podría tener materiales o químicos no muy seguros, que al tener contacto
con este material podrían provocar daños en el sistema mecánico como
electrónico, con factores de riesgo como la corrosión a la que se iba a ver
expuesto.
Figura 27. Prototipo 1
74
Electrónico y Control: A este prototipo se adaptaron dos sensores ópticos, capaces
de identificar los obstáculos encontrados en la parte frontal del robot, junto a una
pantalla LCD, que estaría encargada de identificar y mostrar la distancia recorrida
por el robot al igual que identifica la distancia cuando se detecte algún obstáculo.
Los sensores ópticos debían ubicarse de forma estratégica logrando que las señales
enviadas por los dos sensores fueran tomadas de forma que cubrieran toda la
parte que el robot debía inspeccionar, por lo que se notó que la señal transmitida
no era lo suficiente para abarcar el espacio considerado.
Figura 28. Prototipo 1
5.2.2 Prototipo No 2.
Mecánico: como segunda opción se cambiaron los motores por unos donde su
mecanismo de reducción estuviera cubierto y proporcionara más fuerza para que
el robot pudiera desplazarse por terrenos ásperos sin ninguna complicación, por
75
esto se implementaron 4 motoreductores de 12V y 200RPM (motores
comerciales).
Para la base se instaló una lámina de aluminio con un espesor de 5mm, pero el
cambio no funcionó de forma adecuada pues el peso generado forzaba los rodillos
que componen cada rueda, lo que causaba un esfuerzo extra en los motores
haciendo el consumo de corriente eléctrica más grande y originaba una
disminución en el rendimiento óptimo del prototipo.
Igualmente las condiciones normales del robot no eran adecuadas para el fin que
tiene el prototipo, su base era riesgosa para el sistema eléctrico por ser un material
conductor, por otro lado se necesitaba iniciar un lazo de control de velocidad para
los motores y así poder proporcionar la misma velocidad y estabilidad.
Electrónica y Control: a este prototipo se le agregó un sensor óptico para facilitar
la visión del robot, por lo que se ajustaron los tres sensores de tal forma que un
sensor quedara en la parte frontal y los otros dos sensores se ubicaran a cada lado
para apoyar el sensor de enfrente y así proporcionar un enfoque completo al
recorrido del robot.
Figura 29. Enfoque de Sensores
76
La pantalla LCD se programó de tal forma que permitiera la visualización del
recorrido del robot dentro de los ductos y los obstáculos encontrados.
La placa Arduino que se estaba utilizando desde el comienzo era una duemilanove
por lo que sus entradas y salidas ya no alcanzaban para controlar todos los
elementos que iban a proporcionar el completo desarrollo al robot, puesto que se
tenía que realizar un control de velocidad a cada rueda y por lo que se hacía
necesario que cada motor estuviera conectado a un pin PWM en la placa de Arduino
y adicionar los sensores que iban a ayudar a controlar la velocidad del prototipo.
Figura 30. Prototipo 2
Fuente: Autores
5.2.3 Prototipo No 3.
Mecánico: Finalmente se seleccionó una placa de acrílico traslucido de 5mm., de
espesor, para base y soporte de todos los elementos que componen el robot, con
77
un diseño geométrico en cada esquina con el fin de poder ubicar los tres sensores
y poder inspeccionar más exactamente los lugares donde se encuentran los
obstáculos
Los 4 motoreductores de 12V y 200 RPM se conservaron.
Electrónica y Control: para esta etapa se cambio la placa de Arduino Duemilanove
por una placa Arduino Mega con capacidad de incluir todos los módulos de
entradas y salidas para el completo desarrollo del robot explorador; Igualmente se
adicionó un sistema encoder para el control de velocidad de los motores,
compuesto de un optocoplador RPI 352.
Por otro lado la pantalla LCD tuvo que ser suspendida ya que el consumo de
corriente que generaba era muy alto y alteraba el desempeño de los motores, así
fue que se optó por un sistema de visualización por medio de una conexión por
cable serial.
Para realizar el sistema de visualización se tuvo que analizar la forma de mostrar
los datos de forma descifrable en un PC, por lo que se optó por entrar a utilizar las
herramientas de MATLAB ya que este programa fue manejado durante el proceso
de aprendizaje de la carrera, igualmente tiene un entorno de programación
amigable con el usuario.
Con las herramientas de Matlab se suplió la manipulación de la pantalla LCD la que
nos pudiera mostrar el recorrido grafico del recorrido del robot.
78
5.3 DISEÑO MECÁNICO
5.3.1 Base.
Se diseñó una placa como base para la estructura del robot, en ella irán sujetos los
motores, la batería, sensores, y demás elementos electrónicos. La base se
construyó tomando un sistema geométrico de tal forma que los sensores ópticos
pudieran ubicarse y tomaran toda la parte delantera para evaluar el recorrido del
robot dentro del ducto; se efectuó una comparación en materiales para la elección
de la placa, puesto que esta tiene que adaptarse al ambiente donde ejecutará el
trabajo el robot; a partir de esto se eligió el acrílico ya que sus características físicas
se adaptaban a las necesidades del prototipo.
Figura 31. Prototipo 3
79
Las ruedas estarán ubicadas de tal forma que los puntos de apoyo queden
concentrados en partes iguales para proporcionar la distribución de esfuerzos,
como se ve en la figura 29.
Figura 32. Base
Tabla 15. Peso Total Del Prototipo
Cálculo De Fuerzas Ejercida A La Estructura.
Después de realizar las medidas oportunas a la estructura y cada elemento que
compone el prototipo se tiene la masa total (600g.), (ver tabla 12). Teniendo en
80
cuenta el peso total del prototipo que se ejercerá sobre la estructura y las fuerzas
que actuarán, se toma por partes separadas como dos vigas, para encontrar los
puntos de deflexión, por lo que se tiene:
DIAGRAMA DE FUERZAS
Figura 33. Diagrama de Fuerzas
Donde se tiene que:
Fyr= fuerza ejercida por la rueda en y
Fxr= fuerza ejercida por la rueda en x
FT= fuerza resultante de las componentes
Para encontrar la potencia necesaria, se hace el análisis estático en punto crítico es
decir se analiza todo el peso ejercido sobre una sola rueda como se ve en la figura
anterior, teniendo en cuenta:
81
Por lo que se tiene el peso total de la estructura de 5.88N
Teniendo en cuenta el coeficiente de rozamiento de 0.6 proporcionado por el fabricante.
Por el diseño de la rueda se tiene que el ángulo de los rodillos es de 45°.
( )
( )
( )
DIAGRAMA DE MOMENTOS Y CORTANTES
Para hacer el análisis estático de la base debido a los esfuerzos ejercidos por el
movimiento y las cargas, se tomo la base como una viga evaluando la parte de adelante y
la de un costado (ilustración 29), teniendo así:
82
Figura 34. Fuerzas Ejercidas
Fuente: Autores
83
Figura 35. Diagrama de Fuerzas de Costado
Fuente: Autores
Figura 36. Diagrama de Esfuerzos de Frente
Fuente: Autores
84
A partir del análisis estático se demostró que los esfuerzos que actúan sobre la
base del vehículo, no van a generar ninguna clase de ruptura, debido a su diseño.
La base del robot es capaz de soportar todos los elementos sin problemas de
desgaste por los esfuerzos a los que está sometido como flexión, torsión o
cortantes.
El sistema soportará las cargas que se puedan generar durante los recorridos a los
que va a ser expuestos el prototipo, teniendo en cuenta, que los atajos para los
que fue diseñado, no requieren de una mayor exigencia de amortiguación, o
rigidez para su desempeño.
5.3.2 Ruedas.
Para el diseño del robot móvil se consideraron unas ruedas omnidireccionales
(mecanum wheels), por su gran maniobrabilidad, ya que estas son capaces de
realizar movimientos con gran dificultad y puede inspeccionar en espacios donde el
acceso del ser humano es un poco peligroso, por su tamaño y su versatilidad
dentro de los espacios por recorrer son las más adecuadas para manejar este
sistema (fabricante30). Cada rueda cuenta con un diámetro de 54 mm y un ancho
de 32 mm con una capacidad de carga de 0.5 a 13 Kg.
30https://www.sparkfun.com/products/10543
85
Figura 37. Mecanum Wheels
Fuente: Autores
5.3.3 Motor.
Se emplea un motorreductor teniendo en cuenta las necesidades básicas que
necesita el robot en plena carga, con movimientos en superficies pesadas; después
de haber tenido un motorreductor de 6v con caja reductora abierta se opto por el
uso de un motorreductor de 12V con su sistema de reducción empaquetado para
protección de la contaminación que ocasiona daños en su sistema.
Potencia De Los Motorreductores. Para determinar la potencia de cada motor se
mide la corriente que consume cada uno de ellos con carga, por lo que se tiene:
Donde:
V: tensión de alimentación de los motorreductores = 12V
I: es la corriente medida de consumo a plena carga = 250mA
86
Por lo que la potencia entregada a cada motor es:
Cálculos del torque para el motorreductor
Teniendo en cuenta las referencias y los datos básicos de los motores a utilizar, se
procede a comprobar si estos motores están adecuados para el esfuerzo que
genera el movimiento del robot, por medio del torque que debe ejercer
dependiendo de las fuerzas de fricción.
Idealmente se aproxima que la velocidad que lleve el prototipo sea de 0.10m/s
teniendo en cuenta que la rueda tiene un diámetro de 54mm, por lo que se tiene
que la velocidad angular que se requiere seria:
Cuando dos superficies están en contacto siempre se van a presentar fuerzas
tangenciales para impedir el movimiento de una superficie con respecto a otra.
87
Donde el valor del coeficiente de fricción entre el suelo y la rueda de caucho es
µ=0.8
Es así como se obtiene la fuerza de fricción que ejerce las ruedas frente al suelo:
Teniendo en cuenta la fuerza de fricción que ejerce el robot se halla el torque
máximo que debe ejercer el motor para poder mover el robot.
Datos del motor
Torque= 30g*s; antes de la reducción
Con una reducción de 30:1 se tiene:
30g *cm * 30= 900 g*cm
Por lo que se deduce que el torque que ejerce el motor es superior al necesario. Se
comprueba que el motor es capaz de mover el carro.
88
5.3.4 Carcasa.
El sistema de la carcasa será construido en un material de alta densidad, capaz de
proteger todo el sistema eléctrico del prototipo, y así evitando cualquier tipo de
contaminación que pueda generar cortos y dañen el funcionamiento del prototipo,
la carcasa tendrá un arreglo liviano y dentro del prototipo no generará ningún
efecto en el peso, ni en el funcionamiento del mismo.
Figura 38. Carcasa
Para definir las dimensiones de la cubierta es importante tener en cuenta:
El ancho del robot que depende directamente del tamaño de la base
teniendo en cuenta de los elementos electrónicos que contiene el
prototipo y las baterías.
La altura se define según la altura que proporciona los elementos internos
del prototipo , en este caso se tiene en cuenta la altura de los sensores y los
circuitos que proporcionan el movimiento
89
Figura 39. Carcasa Final
5.4 DISEÑO ELECTRÓNICO Y DE CONTROL
5.4.1 Sensores.
Un sensor óptico digital con distancia entre 2 a 10 cm. Y un sensor análogo con
nivel de detección de 40 a 300 mm. , por lo que se prefirió trabajar con el sensor
análogo ya que por ser un caso de robótica necesitamos puntos medios de
detección, lo que no nos puede brindar el sensor óptico digital ya que el requiere
de señales exactas (0 ó 1).
Para el proceso recepción de señales del prototipo opto por utilizar tres sensores
ópticos GP2D120 de Sharp este es un sensor análogo (para facilitar su uso), con un
90
alcance de detección de 40mm a 300mm., estos sensores realizan la medición por
medio de triangulación entre el emisor , el receptor y el objeto que tiene al frente,
se encargan de evaluar la variación de intensidad de luz cuando detectan un
objeto, la señal de salida es en gran medida independiente de la iluminación
ambiental, ya que la luz visible puede eliminarse fácilmente por filtración. Este
sensor trabaja con un voltaje de alimentación de 4.5 a 5.5V.
El dispositivo emite luz infrarroja por medio de un LED emisor de IR, esta luz pasa a
través de una lente que concentra los rayos de luz formando un único rayo lo más
concentrado posible para así mejorar la dirección de emisión del sensor. La
trayectoria de la luz describe una línea recta hacia delante y que rebota cuando
encuentra un obstáculo reflectante, retornando con cierto ángulo de inclinación
dependiendo de la distancia. La luz que retorna es concentrada por otra lente y, de
este modo, todos los rayos de luz inciden en un único punto del sensor de luz
infrarroja, ubicado en la parte receptora del dispositivo.
Este sensor posee un dispositivo de carga acoplada (CCD) lineal y, dependiendo del
ángulo de recepción, la luz incidirá en un punto u otro del sensor pudiendo de esta
manera obtener un valor lineal y proporcional al ángulo de recepción del haz de
luz.
91
Figura 40. Sensor Óptico GP2D12
El detector GP2D12 toma medidas continuamente cuando está conectado. El
sensor da una medida de tensión analógica, que se corresponde con la distancia
medida. Este valor es actualizado aproximadamente cada 32 ms. Un problema de
estos sensores es que dicha respuesta no es lineal. En otras palabras, un gran
cambio en el valor del voltaje de salida no quiere decir un gran cambio en la
distancia medida. Además, para tener los datos de salida en unidades de medida
normales, es necesario encontrar una función de conversión.
El sistema de control de los sensores se divide en 5 pasos como se ve en la
siguiente figura, empezando por la generación de señales entre el emisor y
receptor que trae el sensor al detectar el objeto y es así que el sensor envía las
señales al la placa de Arduino encargada de recibir y procesar las señales de
detección por cada sensor.
92
Tabla 16. Sistema de control de los sensores ópticos
Fuente: Autores
5.4.2 Control de Potencia para los Motores
Para el sistema de potencia de los motoreductores se selecciona un circuito
integrado (L293B), para el control de dirección de los motores sin variar su tensión
de alimentación y fuerza.
El L293B es un driver de 4 canales capaz de proporcionar corriente de salida hasta
de 1 amperio por canal, cada canal es controlado por señales de entrada
compatibles TTL.
La tensión de alimentación del circuito integrado no es igual a la que se le aplica a
la carga conectada a la salida de los drivers, por la que necesita una alimentación
externa.
93
Tabla 17. Configuración De L293B
Fuente.
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/SGSThomsonMicroelectronics/mXurr
uu.pdf
Aplicaciones.
Con el integrado L293B se puede obtener un control unidireccional o bidireccional.
Control bidireccional. Con el control bidireccional se puede controlar el giro
de un motor donde se conecta cada polo del motor a una entrada del driver
respectivamente mediante el control de estado de las entradas (0 o 1), por
lo que se hace necesario emplear dos integrados ya que cada uno está
diseñado para manejar el control de dos motores con control bidireccional.
94
Tabla 18. Configuración De L293B
Fuente. http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/stmicroelectronics/1328.pdf
diseñado principalmente para el manejo de motores de corriente directa, tiene la
capacidad de controlar dos motores en los dos sentidos de giro, este integrado
requiere de dos señales de control proporcionadas por un microcontrolador, por
lo que cada motor requiere de:
Habilitación de ENABLE1, controla la velocidad del motor
Señales para la dirección del motor (derecha o izquierda).
A cada motorreductor se le incorporó un optocoplador para ejecutar el control de
95
movimiento y lograr estabilizar la velocidad de los 4 motoreductores, cada
optocoplador envía la cantidad de vueltas dada por la rueda en un tiempo
determinado y por medio del Arduino se promedia el número de señales enviadas
desde cada sensor, con esto realiza el PWM y envía las señales respectivas a los
motores para que trabajen a la misma velocidad y proporcione el mismo número
de vueltas por un tiempo determinado en las 4 ruedas y lograr la estabilidad.
Figura 41. Sensor de Herradura
Fuente. https://encrypted-
tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTUh7kZxfGwDM5UjVff7V3kTxadyl8kCQo
MVNyVZNmybb1S5rnoxg
El sistema de tracción se realiza con motores DC, con un control de lazo cerrado.
Como se ve en la tabla 19.
96
Tabla 19. Sistema de control de velocidad de los motores.
Fuente: Autores
El sistema de control de velocidad para los motores se toma a manera de un lazo
de retroalimentación que permite medir la velocidad de control de los motores,
partiendo desde la etapa de control ejecutada por el microcontrolador que envía la
señal al puente H (L293B) encargado de manejar la etapa de potencia de los
motores y así ser tomado por el encoder formado por un optocoplador el que se
encarga de recibir señales y devolvérselas al microcontrolador para ejecutar el
control y regulación de velocidad.
5.4.3 Etapa De Alimentación
En esta etapa se requiere una fuente de alimentación para su sistema electrónico,
ya que este prototipo es un robot móvil y se requiere su traslado por lugares de
difícil acceso por lo que en estos terrenos también es imposible alimentarlo a
través de la red, entonces su energía tiene que provenir de unas baterías que
estén dentro de él.
97
Para la selección de las baterías se necesita hacer un estudio previo al consumo del
robot, ya que su sistema electrónico está compuesto por varios componentes que
no siempre estarán en constante funcionamiento por lo que hay que determinar
los valores de consumo en cada instante posible, para ello se realizará una
aproximación suponiendo que todos los elementos están trabajando al 100%. Por
lo que se tiene en cuenta las características de los motores, sensores y placa de
Arduino, como se ve el resultado total en la tabla 20.
Características del Motorreductor.
Tabla 20. Características Del Motorreductor
Tensión Nominal 12V
Velocidad Nominal a 12V 200 rpm
Consumo sin carga 12V 60 mA
Consumo eje frenado 12V 1500 mA
Relación engranajes 30:1
Fuerza de parada 8,87 kg·cm
Peso 152 g
Diámetro Máximo 37 mm
Diámetro Eje 6 mm
Rosca fijación 4 x M3
98
Tabla 21. Características Del Sensor.
Voltaje de alimentación 4.5 a 5.5 VCC
Temperatura de operación -10 a 60°C
Rango mínimo de medida 4cm
Rango máximo de medida 30cm
Consumo 33mA
Tabla 22. Características Del Arduino.
Microcontrolador ATmega1280
Voltaje de funcionamiento 5V
Voltaje de entrada 7-12V
Pines E/S digitales 54 (14 salida PWM)
Pines de entrada análoga 16
Intensidad por pin 40mA
Memoria flash 128KB
SRAM 8KB
EEPROM 4KB
Velocidad 16MHz
99
Tabla 23. Consumo Del Robot Con Carga Máxima.
ELEMENTO CANT CONSUMO
Motorreductores 4 3W a 12V*4 ≈ (240 mA)
Sensores 3 33mA *3
Placa Arduino 600mA (equivale a 15 pines en uso)
Resistencias y LED 100mA
TOTAL 1.4 A
Donde se obtiene como consumo máximo aproximado 1400mAH. El sistema de
alimentación del robot estará conformado por una batería de polímero (Lipo), de
descarga alta.
Tabla 24. Especificación De La Batería.
CLASE No CELDAS V OUT
Li-Po 1S Una celda 3.7V
Li-PO 2S dos celdas 7,4 V
Li-PO 3S tres celdas 11,1 V
Li-PO 4S cuatro celdas 14,8 V
100
La batería a manejar en este prototipo es una batería Lipo 3 celdas, con una salida
11.1V 1500mAh, cada celda maneja un voltaje nominal de 3,7V donde se puede
mantener entre 4,2V máx. y 3V min, sin embargo estas baterías no se pueden dejar
descargar a menos de 3V. Esta será la encargada de alimentar a los
motorreductores y a la parte electrónica del robot, se tomó como base esta
referencia ya que los motores trabajan con 12V y la placa de Arduino recibe un
voltaje de entrada entre 7 y 12V, por lo que si se usa una con mas celdas crearía
problemas de sobrecarga, por otro lado los motores a 12V trabajan bien con este
voltaje.
Figura 42. Bateria Lipo
Fuente:http://www.tiendaderobotica.com/tienda/Baterias/BateriaPolimeroIonesLi
tio1000mAh7.4V
101
Tabla 25.Características De La Batería.
Voltaje 11.1V
Corriente de carga 1500mAh
Velocidad de descarga 20C
Conector de carga JST-XH
Descarga cable 14AWG (desnudo)
Dimensiones 71.6X34.5X22 (mm)
Peso 114g (4oz).
Por lo que se tiene con la velocidad de descarga y la corriente de carga
encontramos la capacidad de descarga máxima de la batería y así comprobar que
es suficiente para el consumo del sistema eléctrico del prototipo.
Teniendo en cuenta 1.4A de consumo de corriente del sistema eléctrico se puede
decir que la duración teórica estimada de la batería se obtiene así:
Se hace una estimación de corriente consumida con la corriente proporcionada
por hora, y así se revisa el consumo por minuto y la duración por minutos que
puede proporcionar la batería.
102
Por ser especiales estas baterías usan un cargador especial en este caso se optó
por un cargador de Lipo con elevador de voltaje (3.3V y 5V), cuenta con un
conector micro-USB para ser cargado desde el computador, estos cargadores son
especiales para cargar baterías de una sola celda, sin embargo se puede utilizar
para cargar una batería de mas celdas teniendo en cuenta cargar celda por celda.
5.4.4 Etapa de Control.
En la etapa de control se puede encontrar, (4) motores que dan movimiento al
robot, (4) optocopladores que ayudan a garantizar la velocidad de cada motor, y
(3) sensores ópticos; todo controlado mediante la placa Arduino.
Los puertos digitales de la placa de Arduino son utilizados para controlar la
velocidad de cada rueda, con los puertos digitales PWM (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9), los
puertos análogos que son los encargados de la recepción de señales por medio de
los sensores ópticos para así luego ser moduladas internamente por el
microcontrolador, el programa de control debe enviar la información del estado
del robot y así mismo recibir datos.
103
Para realizar el control de todos los elementos electrónicos, disminuir cableado y
proporcionar una conexión segura se desarrolló una tarjeta donde se maneja la
potencia de los motores con los dos integrados L293B, allí mismo se ubican la
alimentación y la recepción de señal de los tres sensores ópticos, la alimentación y
recepción de señal de los optocoplador y un botón que permitirá establecer la
comunicación con el PC para realizar recepción de datos.
104
Figura 43. Circuito de Potencia Motores
Compuesto por 2 puente H (L293B), conectado directamente a cada motor y de esta manera controlar el giro y voltaje de entrada.
105
Figura 44. Circuito de Control de Velocidad
El circuito esta dado controlado por un SMITH TRIGGER 7414, la señal es enviada
atreves de un sensor RPI352, alimentado a 5V, para estabilizar la señal se utilizan dos
resistencias de 10K encontradas por medio de un dividor de voltaje, las que producen
una señal capaz de ser modulada para que el Smith trigger pueda reconocer el estado
106
de funcionamiento.
Para el circuito de alimentación del robot móvil se dispone de dos salidas uno para
alimentar la parte de potencia que maneja los motores (voltaje externo), y el otro
para la alimentación de la placa de Arduino.
Estos integrados (FIGURA 44) se alimentan con una tensión de 5VDC en el pin 16, y
cada uno de estos controla dos de los 4 motorreductores que conforman el robot
móvil, Para tener el control de las dos direcciones (adelante y atrás) de los
motores, se usa dos de los drivers del L293B en donde sus pin 3 pin 6 que
controlan el motor 1 y las salidas pin11 y pin 14 que controlan el motor 2, se
conectan directamente a los polos de los motores. El integrado L293B poseen un
ENABLE (alimentación externa), la cual estará proporcionada directamente por la
batería por lo que los motores estarán trabajando aproximadamente a 10V.
Para realizar el control de los motorreductores se utiliza un microcontrolador
ATmega que viene integrado en la placa de Arduino mega 2560, donde se encarga
de monitorear la rapidez del motor a través de un optocoplador, y de esta forma se
pueda mantener la velocidad constante y al mismo tiempo generar una salida
digital que proporcione la eficiencia de cada motor (Figura 45). Por razón que se
utilizará un sistema de control de lazo cerrado básico como se muestra a
continuación.
107
Figura 45. Control para los Motores
Fuente: Autores
Donde para realizar el control de cada uno de los 4 motorreductores se utiliza la
modulación por ancho de pulso (PWM), que por medio de una serie de pulsos,
generados por los optocopladores RPI352 ubicados en cada rueda hacen un
conteo de vueltas que genera la rueda y envía la señal a un SCHMITT
TRIGGERHEF40106BP encargado de mejorar e invertir la señal enviada por el
RPI352, proporcionando una señal modulada al microcontrolador y así este por
medio de un retardo, se genera los diferentes tiempos para que cada motor se
posicione y se muevan a la misma velocidad.
108
Figura 46. Sistema de Control
Donde, VR es el valor de referencia y VA el valor actual, la tarea básica del
controlador es ajustar el estado de VA a un valor deseado (VR), reduciendo la
diferencia entre ambos valores, se maneja un controlador proporcional,
internamente por el microcontrolador.
Figura 47. Sistema de Control
Donde E(s) representa la señal de error y es la diferencia entre la velocidad de giro
deseada con el valor actual de velocidad del motor (ωref(s) – ω(s)), se hace un
control de velocidad simple con un controlador proporcional de ganancia 1, lo que
equivale a conectar directamente la señal de error E(s) a la entrada del motor, por
lo que se tiene.
Figura 48. Sistema de Control Final
109
La función del control final, se da por medio de el encoder que miden las rpm del
motor en la salida, esa señal se resta a las rpm de entrada del motor lo cual nos va a dar
el error en voltaje de entrada para cerrar el lazo, este voltaje es comparado con la función
de transferencia que nos da el sensor mediante su señal análoga después de ser
convertida en señal digital transformado en energía mecánica mediante el motor para el
movimiento deseado y esta nos da la señal de salida, la función de trasferencia es variable
en cuanto a sus valores, puesto que los valores enviados por los sensores van a estar
cambiando continuamente, de acuerdo a las mediciones tomadas en el instante
Como se puede ver anteriormente cada una de las ruedas del robot les
corresponde un pin del Arduino, estos pines son salidas digitales PWM, que van
conectadas directamente a cada uno de los drivers, y así cada una de las ruedas del
robot se puede manejar independientemente una de la otra. Estas salidas digitales
están determinadas por medio de un código que controla los movimientos básicos
del robot (ver anexo 1).
Finalmente se integra un botón junto a led, el primero será el encargado de
establecer la comunicación con el PC, pues al conectar el prototipo al ordenador
para realizar su respectiva descarga, activara el botón manualmente y de esta
Tabla 26. Sistema de potencia y control de los motores
110
forma crea la conexión de forma óptima y así los datos recolectados se envían a
Matlab para así generar un sistema de coordenadas e interpretar los datos
obtenidos, de esta forma se obtiene un mapa con el recorrido que realizó el
prototipo dentro del sistema de inspección (ver anexo 2).
5.4.5 Cinemática de funcionamiento del robot.
Por la forma de las ruedas y el eje de rotación a 45° con el plano de la ruedael
ovimiento del robot se basa en la dirección de los motores es así como se maneja
cada rueda por separado como se puede ver en las siguientes figuras.
Cuando el robot se desplaza hacia adelante los motores giran hacia un solo lado
como se ve en la figura. Las flechas indican el sentido de giro de los motores.
Fuente:
http://robotics.ee.uwa.edu.au/eyebot/doc/robots/omni.html
Cuando el robot se desplaza para atrás los 4 motores cambian su sentido de giro
como lo indica la figura 36.
Figura 49. Cinemática Mecanum Wheels
111
Figura 50. Cinematica Mecanum Wheels
Fuente: http://robotics.ee.uwa.edu.au/eyebot/doc/robots/omni.html
Cuando se requiere que el robot se mueva en forma horizontal ya sea para la
derecha o izquierda el movimiento de los motores se divide en dos pues por un
lado los motores se mueven en una dirección y por el otro los otros dos motores se
mueven para la dirección opuesta como lo podemos ver en la siguiente figura (37).
Figura 51. Cinematica Mecanum Wheels
Fuente: http://robotics.ee.uwa.edu.au/eyebot/doc/robots/omni.html
Cuando el robot desea girar los motores trabajan en grupo de dos como indica la
figura.
112
Figura 52. Cinematica Mecanum Wheels
Fuente:
http://robotics.ee.uwa.edu.au/eyebot/doc/robots/omni.html.
5.4.6 Almacenamiento de datos.
A partir de la trayectoria ejercida por el robot, el número de vueltas dados por
recorrido y los datos enviados por los sensores ópticos, los datos de entrada
estarán almacenados en la EEPROM del microcontrolador como se puede ver en la
siguiente tabla 27.
La memoria EEPROM del microcontrolador llega hasta 512 es decir 256 pares de
puntos (distancia y dirección), suficientes para las pruebas y para un prototipo que
es el proyecto, si se hiciera necesario para recorridos más largos se puede anexar
una memoria extra capaz de hacer el almacenamiento de datos.
En la siguiente tabla (tabla 27), se observa todo el análisis y pasos del algoritmo a
ejecutar para realizar las secuencias necesarias con rutinas y subrutinas para el
desarrollo de movimiento y recolección de datos del sistema.
113
Las subrutinas están dadas por los movimientos específicos que tienen que
generar los motores dependiendo de la cinemática de movimiento de las ruedas,
es decir si va hacia adelante todos los motores giran en un mismo sentido como se
observo anteriormente en el ítem (4.4.5).
114
Figura 53. Diagrama De Flujo De Ejecución Del Prototipo
115
116
117
Fuente: Autores
Para realizar el sistema de visualización y procesamiento de señales se hace por
medio de Matlab, puesto que es un programa de fácil reconocimiento en el que se
trabajo durante el proceso de aprendizaje, por lo que se tiene más conocimiento
en todas las herramientas brindadas para el desarrollo de todo lo que se requiere
en el proceso, al tener un lenguaje de programación tradicional puede ser
cambiado por otro programa al ser necesitado en la industria y no contar con la
118
licencia adecuada para su ejecución.
Al terminar el recorrido el robot será conectado a un ordenador por medio de un
cable serial, al abrir la plataforma Arduino será enviado un bit para que así el
programa envié los datos recolectados a Matlab y se pueda procesar toda la
información almacenada en la memoria del controlador, como se ve en la siguiente
tabla(28).
Figura 54. Diagrama De Flujo De Programa Principal
119
La placa de Arduino Mega 2560 posee un microcontrolador ATmega 2560 con
256KB de memoria flash, 8 KB de SRAM, y 4KB de memoria en la EEPROM en la
que se puede leer y escribir, igualmente se puede comunicar con un ordenador,
otro Arduino u otros Microcontroladores de forma sencilla.
El programa está diseñado para que la EEPROM guarde todos los valores que
envíen los sensores ópticos cada microsegundo y los sensores de las ruedas y
asísea generada una rutina de reconocimiento de datos, mediante el numero de
pulsos que se genera por las vueltas dadas por cada rueda y la dirección que sea
tomada por el prototipo dependiendo de los sensores ópticos, de esta forma crear
una serie detallada de lo que observó el prototipo y envió a la EEPROM.
Al hacer la conexión con el PC se activa el sistema de visualización donde el
Arduino se encarga de enviar a Matlabel promedio de las vueltas de las ruedas y la
dirección de los giros, a esa información Matlab identifica los datos como un vector
a lo que reconoce y establece cuales datos corresponden a distancia o dirección,
después de esto por medio del algoritmo de Matlab el número de vueltas dados
por las ruedas son reconocidos y se multiplican por el perímetro de cada rueda
para así determinar la distancia recorrida en centímetros. Por lo que se creó un
programa donde la información dada por los sensores y el sistema de control del
robot muestre la distancia recorrida y el sentido de giro del robot, por medio de
coordenadas.
Dentro de las herramientas de Matlab se encuentra GUI adecuada para generar
una interfaz grafica con el usuario.
El programa de Matlab contempla los vectores recibidos en un orden determinado
para reconocer distancia y dirección de tal forma [D d D d D d D d D] siendo:
120
D= distancia recorrida
d= dirección tomada (1izquierda, 2derecha).
El primer dato dentro del vector es de distancia (todos los datos impares dentro
del vector corresponden a distancia), estos datos se muestran en centímetros y
representa las distancias del recorrido, por lo que cada vez que el prototipo realiza
un giro inicia el conteo de numero de vueltas para generar la distancia en cada
porción del circuito.
Figura 55. Vector Inicial
Fuente: Autores
En la gráfica anterior se evidencia la forma en son adquiridos los datos dando como
resultado el vector [20 2 13 1 17], donde 20, 13, 17 son el número de vueltas
dadas por las ruedas y donde 2 y 1 corresponden a los giros de 90° realizados
respectivamente.
121
Al tener este vector se Matlab se encarga de evaluar los datos tomados, de esta
forma, cada dígito que representa el número de vueltas de las ruedas lo multiplica
por el perímetro y lo divide en el número de pulso que envía las ruedas (2πr/4)
para saber la distancia recorrida en centímetros, así se obtiene un nuevo vector [79
2 51 1 66], el cual es el empleado por el programa para realizar interfaz grafica
teniendo en cuenta que la distancia está dada en centímetros.
Figura 56. Vector Final
Fuente: Autores
Los datos que dentro del vector se identifican como los datos de dirección (datos
pares), son enviados dependiendo del sentido de la trayectoria tomada, es decir si
el robot giró a la izquierda envía un 1, pero si el robot gira a la derecha será
122
enviado un 2. Para la ubicación de cada coordenada designada por el vector se
toma desde un plano cartesiano desde el punto (0,0) y desde allí se identifica la
posición de X y Y, y se empieza a generar una ruta, de esta forma el programa de
Matlab identifica el dato de dirección y lo usa para generar el ángulo en el cual el
robot se encuentra, asumiendo que cada vez que gira el prototipo lo hace 90°
exactamente. De esta forma se multiplica la distancia por el seno del ángulo lo que
nos da el valor en Y, y que multiplicada por el coseno del ángulo proporciona la
coordenada X.
Los limites laterales del camino recorrido se estructuró de tal forma que Matlab
analiza el camino que lleva el robot dependiendo de la dirección y la distancia que
lleve el robot, a la distancia se le suma por cada lado de la línea guía del
movimiento la distancia entre pared y pared del sistema a evaluar, es decir si
tenemos un ducto con un diámetro de 14” (equivalente aprox a 36cm.) entonces al
punto de partida, el punto (0,0) se le suma 18 y -18 respectivamente lo que
equivale al espacio comprendido a evaluar.
Figura 57. Coordenadas de Graficas
Fuente: Autores
123
El programa se estructuró de tal forma que su comunicación con el usuario sea
sencilla por medio de botones, con la herramienta de GUI (tabla 29, estructuración
GUI), se partió de las necesidades de generar un sistema de fácil manejo por lo que
se tiene en cuenta los elementos y el orden que debe llevar la interfaz para hacer
mas practica su realización y uso, de esta forma es importante tener en cuenta:
Comunicación (apertura del puerto COM)
Adquisición de datos
Final de comunicación
Resultados finales (grafica)
Para la adquisición de datos y comunicación de prototipo, (ver tabla 30).
Tabla 27. Desarrollo Interfaz Grafica
124
Figura 58. Diagrama De Flujo De Sistema De Envió Y Recepción De Datos En Matlab GUI
125
Partiendo de lo anterior se generó la comunicación con el controlador, esta
herramienta se dispuso de tal manera que al oprimir un botón se abriera el puerto
de comunicación, recolección de datos, finalización de comunicación e iniciación
para graficar, teniendo como resultado un sistema autónomo y de fácil
comprensión. Como se ve en la siguiente figura teniendo en cuenta que los
números indican el orden de los pasos a seguir para interactuar de forma adecuada
con la interfaz.
126
Figura 59. Interfaz Grafica
Figura 60. Representación Grafica
La línea de color rojo (línea del centro) representa el recorrido ejercido por el robot las
líneas azul y verde representan las paredes del sistema.
127
6 PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
Después de desarrollar el proceso de diseño, construcción y pruebas
experimentales, y de determinar varios factores para el buen desempeño del
prototipo; se llegó a construir un prototipo con una base en acrílico transparente
de 5mm de espesor, junto a cuatro ruedas omnidireccionales cada una acoplada a
un motorreductor, con un sistema de encoder apoyado por un optocoplador
RPI352, al mismo tiempo el prototipo es guiado por tres sensores ópticos SHARP ,
todo el sistema está alimentado con una batería lipo de 3 celdas especial para
trabajos de robótica y controlado por una placa Arduino Mega 2560 y sistema de
visualización por medio de Matlab.
Figura 61. Prototipo Final
128
Para el rendimiento adecuado del prototipo se generó una serie de ciclos donde el
programa evalúa las condiciones iníciales del robot y desde allí se ejecutan
funciones lógicas para el movimiento de las ruedas, de esta forma se inició con la
recepción de datos que proporcionaban los optocopladores para generar un lazo
de control con los motores y por medio de promedios sobre las vueltas de las
ruedas se llegó al funcionamiento apropiado en cuanto a velocidad y estabilidad,
finalmente se reciben los datos de los sensores ópticos generando señales que se
van almacenando en la memoria del microcontrolador para así luego llegar al
punto final de graficar y generar la ruta del recorrido del robot especificando
obstrucciones.
Se hace una serie de pruebas donde se pueda evidenciar de forma clara el
funcionamiento de los sensores y el algoritmo que da paso a la parte gráfica del
sistema, pues allí será evaluado todos los pro y contras que puede tener el
prototipo respecto a dirección y distancias que es la forma en que se analiza cada
paso de este proyecto.
6.1 Prueba 1.
Se creó un camino sencillo donde el recorrido lo hace en forma de L, el objetivo principal
de esta es que el robot reconozca de forma adecuada el giro hacia el lado izquierdo y
continúe con el camino así como se ve en la siguiente figura.
129
Figura 62. Prueba 1
Adecuando el espacio y el ambiente, el prototipo hace un recorrido adecuado en
un solo sentido dentro del sistema, desde la posición inicial a la posición final, al
terminar el recorrido el robot es recogido y se procede a hacer la conexión a un PC.
En la siguiente figura se evidencia el trabajo final del robot explorador donde
después de ser conectado y haber analizado los datos a través de Matlab, se
muestran las imágenes del entorno de inspección.
130
Figura 63. Resultados Prueba 1
Dando una imagen comparativa en las pruebas realizadas y la eficiencia del sistema
completo que analiza y se visualiza el objetivo planteado para este sistema por lo
que se nota que el trabajo del robot se hace de forma correcta.
6.2 Prueba 2.
Este camino es el mismo del anterior a diferencia que este hace el trayecto de ida
y vuelta, es decir va de posición inicial llega a la posición final donde al reconocer la
pared se devuelve y termina su recorrido en la posición inicial, por lo que se evalúa
que el sistema giro hacia el lado izquierdo, luego al encontrar la pared en la
posición final de un giro sobre su mismo eje y se devuelva dando el giro respectivo
que en este caso lo hace hacia el lado derecho.
131
Figura 64. Prueba 2
Con el espacio y el ambiente adecuados para la prueba anterior, el robot recorre
el camino donde al llegar a la posición final reconoce el final del camino por lo que
se devuelve hasta la posición inicial, allí se toma el robot y se conecta al PC,
obteniendo algunos datos un poco distintos a los obtenidos en la prueba anterior,
teniendo en cuenta que el recorrido es un poco más largo y el robot debe hacer el
reconocimiento para generar la devolución.
132
Figura 65. Resultados P2
En la figura anterior se evidencia el trabajo final del robot explorador donde
después de ser conectado y haber analizado los datos a través de Matlab, se
muestran las imágenes del entorno de inspección, en el se observa que al topar
con una pared el prototipo envía una señal diferente que se muestra en el
programa con un signo de advertencia, el camino inicia en 0, sin embargo al
devolverse el robot tiende a inclinarse hacia el lado izquierdo después de haber
realizado el giro hacia la derecha, por lo que el camino termina un poco más hacia
el lado negativo del plano.
6.3 Prueba 3.
Este camino tiene un grado más de dificultad en el trayecto a recorrer del anterior
como se ve en la siguiente figura
133
Figura 66. Prueba 3
Como se evidencia en la figura anterior este camino tiene dos giros uno hacia el lado izquierdo y el
otro hacia el lado derecho. Teniendo en cuenta la adecuación de espacio para el recorrido se
indica la posición inicial y la posición final, donde se ejecuta el movimiento en un solo sentido.
134
Figura 67. Resultados P3
Como lo evidencia la figura anterior el sistema no tiene un funcionamiento esperado, por lo que
conlleva a evaluar las posibles causas de este error. A partir de los puntos que se encontraron
capaces de producir errores, se encontró un cambió de luminosidad de los sensores haciendo su
señal más vulnerable en un punto, el carro se comporta de forma errónea, como nos muestra la
figura en el punto rojo, coordenada (60,10), donde el robot hace un giro de mas, a lo que es
importante calibrar de forma adecuada los sensores dependiendo del espacio a inspeccionar
6.4 Prueba 4.
Para esta prueba se retomo el camino anterior haciendo los cambios respectivos
en la sensibilidad de los sensores y adecuando un poco más el ambiente.
135
Figura 68. Prueba 4
Con el espacio y el ambiente adecuados para la prueba, se repite el recorrido del
robot desde la posición inicial a la final, se hace la comunicación con el PC y se
demuestra si cambio realizado si es adecuado para el funcionamiento óptimo del
robot.
136
Figura 69. Resulatdo P4
Finalmente se obtuvo un sistema que ejecutaba el objetivo deseado para el
recorrido que ejerce el robot, después de hacer la conexión y el análisis de los
datos obtenidos se nota que las modificaciones que se elaboraron, ayudaron de
forma correcta para evaluar el recorrido del prototipo dentro del sistema.
137
7 CONCLUSIONES
El proceso de detección de obstáculos se pudo llevar a cabo por medio de un proceso de
selección y posición correcta de sensores, como se demuestra en el trabajo con la
implementación de sensores ópticos, logrando satisfacer las necesidades del diseño
ejecutando sus movimientos dependiendo de los puntos débiles donde se hace necesaria
la calibración especial para mejorar la señal de cada uno de los sensores.
El proceso de diseño mecánico se abordo primero desde una perspectiva funcional dentro
de la cual se tuvieron en cuenta aspectos como tamaño, capacidad de carga de cada uno
de los elementos que componen el robot y los materiales a utilizar, posteriormente se
realizaron los cálculos correspondientes para comprobar el cumplimiento de los
requerimientos del entorno.
Teniendo en cuenta las necesidades de desplazamiento, identificación de obstáculos,
posibilidad para adquisición de dedatos, consumo de corriente y otros aspectos
íntimamente ligados con el objetivo del robot se logra el diseño de un sistema eléctrico
viable, que permite el manejo adecuado de las señales tanto para desplazamiento del
robot como para el análisis de datos obtenidos y su posterior uso en el sistema de
visualización.
Una vez puesta en marcha el sistema electrónico se implementaron elementos de
medición de desplazamiento, los cuales se utilizaron para el desarrollo de algoritmos de
138
control de movimientos a nivel de programación, las pruebas realizadas sobre el prototipo
permitieron corregir fallas y ajustar los elementos que componen el robot. A partir del
desarrollo del algoritmo de control se implemento la interfaz grafica siendo así una
interfaz de fácil manejo para el usuario.
Finalmente el robot explorador facilita algunos inconvenientes que existen para la
manipulación e inspección en algunos espacios inaccesibles, logrando así los objetivos
planteados en este proyecto, pues por medio de una cadena de instrucciones y un
planteamiento logrado por medio de la sinergia de diferentes conceptos de mecánica,
electrónica y control, partiendo de diferentes pruebas se encontraron los elementos
necesarios y la implementación de los mismos para así obtener un sistema de inspección
para ductos.
139
8 RECOMENDACIONES
Al terminar el proceso de diseño y construcción del prototipo se tiene en cuenta que esta
clase de sistemas pueden ser aprovechados para generar proyectos más complejos en
cuanto a exploración de espacios.
Tener en cuenta que algunos elementos como sensores y motores requieren de una serie
de pruebas para llegar a realizar una calibración adecuada y así no entorpecer el sistema
de ejecución del prototipo.
Al hacer uso de los elementos que están siendo usados en la actualidad con proyectos de
robótica es importante considerar que no todo lo mas empleado puede servir para el
desarrollo de proyectos de esta magnitud, por lo que se puede recomendar para
proyectos similares a este emplear sensores con los que se pueda tener más datos para
hacer un sistema más completo.
140
9 BIBLIOGRAFÍA
[1] BATURONE, Aníbal Ollero. Robótica: manipuladores y robots móviles MarcomboSA
2001
[2] CRAIG, John J. Robótica. 3 ed. México: Prentice hall 2006
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[4] VELASCO, Enrique Ruiz. Educatrónica. Ediciones Díaz de Santos S.A. (Madrid,
España)Universidad Nacional Autónoma de México
Instituto de Investigaciones sobre la Universidad y la Educación - IISUE (México D.F.) 2007.
[5] MARTÍNEZ, Santiago. SISTO, Rafael. Control y Comportamiento de Robots
Omnidireccionales, Montevideo,(2009), 43 h. Trabajo de grado. Universidad de la
Republica. Facultad de Ingeniería.
[6] NOTARIO, Elías. Reinventando las tres leyes de la robótica [En línea].[Consultado el 28
de enero del 2012]. Disponible en internet: http://alt1040.com/2009/07/reinventando-
las-tres-leyes-de-la-robotica
[7] GARCIA, Erik. Diseño de la automatización del encajado y paletizado de una línea de
envasado de colonias [En línea]. [Consultado el 12 de noviembre del 2011]. Disponible en
internet:
http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/12830/1/Mem%C3%B2ria_1.pdf
141
10 GLOSARIO
Corrosión: desgaste o destrucción progresiva que experimenta un metal por su uso
D.C:Directcurrent ó corriente directa.
Diferencial: mecanismo que permite que la rueda externa gire a mayor velocidad que la
rueda interna en una curva
Eje: barra que une un cuerpo giratorio o llantas opuestas y lo sostiene durante el giro
Inalámbrico: es un tipo de comunicación que entre su emisor y receptor, no existe una
conexión, o propagación física, no requiere de alambres o cables.
Locomoción: moverse de un lugar a otro
Maquina: conjunto de mecanismos organizados para sacar provecho de una energía
motriz
Pin: pieza metálica para conexiones eléctricas.
Prototipo: primer modelo o ejemplar de una cosa, que se utiliza para la construcción de
otros.
PWM:pulse-widthmodulation, modulación por ancho de pulsos.
Trayectoria: recorrido que hace un objeto mientras se mueve y que goza de continuidad.
