Robot araña - Resumen Electrónica PDF

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creación de robot araña...

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UNIVERSIDAD DE COLIMA

FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA Campus El Naranjo

PROTOCOLO DEL PROYECTO INTEGRADOR “CARRERA DE ROBOTS INSECTO” CARRERA: INGENIERO EN MECATRÓNICA 6°C PRESENTAN: ESPARZA DIAZ JOSE ALBERTO DELGADO MARTINEZ JUAN ENRIQUE MARTINEZ ARCHUNDIA SAULO ULISES MARTINEZ MURCIA CRISTIAN ALEJANDRO PARRA GONZALEZ JONATAN JUDA

MANZANILLO, COLIMA, VIERNES 14 DE JUNIO DE 2019

Contenido RESUMEN.............................................................................................................................3 CAPITULO l. INTRODUCCION.........................................................................................4 ANTECEDENTES.................................................................................................................4 DEFINICION DEL PROBLEMA.........................................................................................9 JUSTIFICACION................................................................................................................10 OBJETIVO GENERAL.......................................................................................................10 OBJETIVOS PARTICULARES..........................................................................................10 HIPOTESIS..........................................................................................................................11 CAPITULO ll. MARCO TEORICO....................................................................................12 MG995 SERVO DIGITAL DE ALTA VELOCIDAD Y TORQUE:................................13 MÓDULO PUENTE H L298N........................................................................................14 ARDUINO UNO..............................................................................................................14 PROTOBOARD...............................................................................................................15 RESISTENCIA................................................................................................................15 PLACA FENÓLICA (BAQUELITA)..............................................................................16 MOTOR DC.....................................................................................................................17 CABLES JUMPER..........................................................................................................18 CAPITULO lll. DESCRIPCION DEL PROCEDIMIENTO...............................................18 RESULTADOS....................................................................................................................22 ANALISIS DE COSTOS.....................................................................................................22 CRONOGRAMA.................................................................................................................23 CONCLUSIONES...............................................................................................................26 PERSPECTIVA TECNOLOGICA.......................................................................................26

BIBLIOGRAFIA.................................................................................................................27

RESUMEN El presente documento muestra el desarrollo del prototipo del robot insecto dando a conocer los diversos conceptos que conciernen la creación de dicho modelo mostrando así el proceso empleado para su desarrollo ya que a lo largo de este escrito se mostraran las actividades y procedimientos que fueron utilizados para la creación de dicho modelo. Se divide en cuatro capítulos todo el reporte final los cuales se describen a continuación. El primer capítulo consiste en mostrar la presente introducción que muestra los antecedentes del modelo a desarrollar al igual que la problemática a resolver, la justificación, los objetivos e hipótesis mostrando de esta forma el inicio del proyecto. El segundo capítulo consiste en mostrar el marco teórico que abarcara todos los conceptos referentes al prototipo a desarrollar a lo largo del proyecto para mostrar un mayor entendimiento ya que de esta forma se mostrara mayor eficacia al conocer la función de cada pieza. El tercer capítulo abarca el procedimiento a desarrollar para crear el prototipo propuesto, ya que de esta forma se mostrará los pasos realizados para la construcción del modelo. El análisis de resultados al cual se llegó con la realización del prototipo; Junto con un análisis de costos de todo el proyecto Para finalizar esta capitulación se dará lugar a las conclusiones que el equipo responsable del prototipo ha llegado; y la perspectiva tecnológica de este mismo.

IMAGEN PROTOTIPO FINAL

CAPITULO l. INTRODUCCION. En el presente documento se mostrara el desarrollo del proyecto conocido como “diseño y construcción del robot insecto“ en el cual se iniciara tomando desde los conceptos básicos para lograr una mejor comprensión de dicho modelo con propósito de optimizar su desarrollo y uso para que de esta forma se pueda tener una mejor manipulación de las características necesarias a lo largo de dicho proyecto con el fin de evitar errores a lo largo del diseño y construcción de este proyecto aumentando de esta manera las posibilidades de un funcionamiento adecuado.

ANTECEDENTES El concepto de máquinas automatizadas se remota a la antigüedad, con mitos de seres mecánicos vivientes. Los autómatas, o máquinas semejantes a personas, ya aparecían en los relojes de las iglesias medievales, y los relojeros del siglo XVIII eran famosos por sus ingeniosas criaturas mecánicas. Algunos de los primeros robots empleaban mecanismos de realimentación para corregir errores, mecanismos que siguen empleándose actualmente. El control por realimentación, el desarrollo de herramientas especializadas y la división del trabajo en tareas más pequeñas que pudieran realizar obreros o máquinas fueron ingredientes esenciales en la automatización de las fábricas en el siglo XVIII. A medida que mejoraba la tecnología se desarrollaron máquinas especializadas para tareas como poner tapones a las botellas o verter caucho líquido en moldes para neumáticos. Sin embargo, ninguna de estas máquinas tenía la versatilidad del brazo humano, y no podían alcanzar objetos alejados y colocarlos en la posición deseada. El desarrollo del brazo artificial multiarticulado, o manipulador, llevó al moderno robot. El inventor estadounidense George Devol desarrolló en 1954 un brazo primitivo que se podía programar para realizar tareas específicas. En la década de 1970 los robots se difundieron en muchos otros sectores industriales, desde la industria mecánica a la electrónica, tanto así que ya se emplean en las más variadas tareas, sueldan y pintan automóviles, embalan materiales y objetos, alzan pesadas cargas, atornillan y desatornillan tuercas, sueldan circuitos.

Figura 1. Primer brazo robótico fabricado por George Devol.

En 1975, el ingeniero mecánico estadounidense Víctor Scheinman, cuando estudiaba la carrera en la Universidad de Stanford, en California, desarrolló un manipulador polivalente realmente flexible conocido como Brazo Manipulador Universal Programable (PUMA, siglas en inglés). El PUMA era capaz de mover un objeto y colocarlo en cualquier orientación en un lugar deseado que estuviera a su alcance. El concepto básico multiarticulado del PUMA es la base de la mayoría de los robots actuales.

Figura 2. Brazo Manipulador Universal Programable.

La investigación en este campo ha dado pasos de gigante en los últimos años, ya que se están trabajando en robots, para emplearlos en asistencia a minusválidos, en intervenciones de los primeros auxilios en lugares inaccesibles o en la eventualidad de catástrofes ambientales. Este último es el caso de la tele robótica, sector de investigación nacido en los últimos años con el objeto de estudiar y desarrollar robots que puedan ser controlados a distancia. Dado que un robot puede ser estáticamente estable en tres o más patas, un robot hexápodo tiene una gran flexibilidad para moverse. Si las piernas se incapacitan, el robot puede aún ser capaz de caminar. Además, no se necesitan todas las piernas del robot para la estabilidad, las otras patas son libres de llegar a nuevas colocaciones de los pies o manipular una carga útil. Muchos robots hexápodos son biológicamente inspirados en la locomoción Hexápoda. Los hexápodos pueden ser utilizados para probar teorías biológicas sobre la locomoción de insectos, el control motor y la neurobiología. Los diseños hexápodos varían de acuerdo a la pierna.

Figura 3. Robot hexápodo.

Los insectos robots de inspiración suelen ser lateralmente simétricos, como el robot RISE en el Carnegie Mellón. Un hexápodo radialmente simétrico es el robot ATLETA (el todo terreno hexagonal-Legged Extra-Terrestre Explorer) en el JPL. Normalmente, las piernas tienen en cada rango, de dos a seis grados de libertad. Los pies del hexápodo suelen ser señalados, pero también pueden ser puntados con material adhesivo, para ayudar a escalar las paredes o las ruedas y el robot pueda conducirse rápidamente, cuando la tierra es plana.

DEFINICION DEL PROBLEMA Los diversos experimentos al tratar de recrear la fisonomía de los insectos y emular sus características físicas, requiere de una estructura que se asemeje cada vez más al modelo planteado, donde un diseño experimental con complejidad reducida permite la coordinación de movimientos y traslación similar a los insectos hexápodos que les proporciona una capacidad de adaptación al medio y desenvolvimiento en diferentes terrenos.

JUSTIFICACION Además de adquirir conocimientos y desarrollar habilidades de la carrera, con el desarrollo de este proyecto se pretende probar los beneficios de un robot insecto, mediante el análisis de su mecanismo y control de este mismo. Beneficios de este tipo de robot: 

Pueden ir a donde el humano no puede.



Mayor velocidad.



Mayor precisión, sin cansancio.



Mayor estabilidad.

OBJETIVO GENERAL Diseño y construcción de un robot insecto (diseño de mecanismo de tracción articulado, suministro de potencia y protección).

OBJETIVOS PARTICULARES

Diseñar y elaborar un robot insecto capaz de atravesar una pista de 2 metros de longitud que estará compuesta de múltiples obstáculos de diferente tipo, así mismo lograr un desempeño eficaz y confiable que brinde un recorrido rápido de manera que el robot cruce sin ningún tipo de esfuerzo logrando así completar la carrera en el menor tiempo posible adaptando un mecanismo que permita tener velocidad y estabilidad durante la competencia.

HIPOTESIS

El resultado con este proyecto es diseñar, construir, implementar, automatizar y controlar un robot insecto para competencia de carrera de insectos robóticos e inscribirlo en una competencia nacional. Aplicando los conocimientos de cada una de las materias cursadas de ese semestre.

CAPITULO ll. MARCO TEORICO Robot insecto/hexápodo/andador Es aquel cuya tracción viene dada por un sistema de piernas, en lugar de por ruedas u orugas. Pueden clasificarse según el número de piernas de las que se sirven. Así, puede haber vehículos o robots de una pierna (saltadores); de dos piernas (bípedos); de tres (trípodes); cuatro (cuadrúpedos) o seis (hexápodos). Una de las primeras apariciones de este tipo de mecanismos en la literatura fueron los trípodes marcianos de la novela de H. G. Wells La Guerra de los Mundos, si bien tampoco se describía con detalle su sistema de locomoción.

Si bien la movilidad y maniobrabilidad de un sistema de piernas es mayor que el de uno con ruedas, lo complicado de su control y diseño hace que su uso hoy en día esté restringido a robótica experimental, si bien también han existido diseños comerciales como el Walking truck (camión andante) de la General Electric, ALDURO de la Universidad de Duisburg-Essen o el hexápodo Walking Forest Machine (máquina forestal andante) de John Deere. Otros, como el BigDog han sido diseñados con fines militares. El mayor vehículo andador construido es la excavadora The Big Muskie. Sin embargo, actualmente, la mayor parte de los andadores son juguetes o robots de exhibición, como los bípedos QRIO y ASIMO, o en cuadrúpedo AIBO. Arquitectura y estructura de un robot Mecanismo Se llama mecanismo a un conjunto de sólidos resistentes, móviles unos respecto de otros, unidos entre sí mediante diferentes tipos de uniones, llamadas pares cinemáticos (pernos, uniones de contacto, pasadores, etc.), cuyo propósito es la transmisión de las máquinas reales, y de su estudio se ocupa la Teoría de mecanismos

Figura 4. Mecanismo de engranajes.

Basándose en principios del álgebra lineal y física, se crean esqueletos vectoriales, con los cuales se forman sistemas de ecuaciones. A diferencia de un problema de cinemática o dinámica básico, un mecanismo no se considera como una masa puntual y, debido a que los elementos que conforman a un mecanismo presentan combinaciones de movimientos relativos de rotación y traslación, es necesario tomar en cuenta conceptos como centro de gravedad, momento de inercia, velocidad angular, etc. La mayoría de veces un mecanismo puede ser analizado utilizando un enfoque bidimensional, lo que reduce el mecanismo a un plano. En mecanismos más complejos y, por lo tanto, más realistas, es necesario utilizar un análisis espacial. Un ejemplo de esto es una rótula esférica, la cual puede realizar rotaciones tridimensionales. Cinemática Parte de la mecánica que trata del movimiento en sus condiciones de espacio y tiempo, sin tener en cuenta las causas que lo producen.

Cinética Parte de la física que estudia los sistemas estáticos o en movimiento mediante el empleo de los conceptos de longitud, tiempo y masa. Un propósito principal de la cinemática es crear (diseñar) los movimientos deseados de los elementos mecánicos considerados, y luego calcular matemáticamente las posiciones, velocidades y aceleraciones que tales movimientos generarán sobre dichos elementos. Mecanismo Sistema de elementos dispuestos para transmitir movimiento en un modo predeterminado. Ejemplos: sacapuntas de manivela, obturador de cámara fotográfica, reloj analógico, silla plegadiza, lámpara ajustable de escritorio y sombrilla. Máquina Sistema de elementos dispuestos para transmitir movimiento y energía en un modo predeterminado. Ejemplos: batidora o mezcladora de alimentos, puerta de la bóveda de un banco, engranaje de transmisión de un automóvil y robot. Grados de libertad El número de grados de libertad (GDL) de un sistema es el número de parámetros independientes que se necesitan para definir unívocamente su posición en el espacio en cualquier instante. En el plano se requiere de tres parámetros (GDL): dos coordenadas lineales (x, y) y una coordenada angular (). En el espacio se requiere de seis GDL: tres distancias (x, y, z) y tres ángulos ( , , ).

Figura 5. Grados de libertad.

Rotación pura El cuerpo posee un punto (centro de rotación) que no tiene movimiento con respecto al marco de referencia estacionario. Todos los demás puntos del cuerpo describen arcos respecto a ese centro. Una línea de referencia marcada en el cuerpo a través de su centro cambia únicamente en orientación angular.

Traslación pura Todos los puntos en el cuerpo describen trayectorias paralelas (curvas o rectas). Una línea de referencia trazada en el cuerpo cambia su posición lineal pero no su orientación o posición angular. Movimiento complejo Es una combinación simultánea de rotación y traslación. Estructura mecánica Soporte físico de la máquina y mecánica que proporciona movilidad. La estructura mecánica del robot es una parte fundamental en su desarrollo, ya que una elección inadecuada de la misma puede dar al traste con todo el robot, o complicar los algoritmos de forma innecesaria.

Sensores Un sensor es todo aquello que tiene una propiedad sensible a una magnitud del medio, y al variar esta magnitud también varía con cierta intensidad la propiedad, es decir, manifiesta la presencia de dicha magnitud, y también su medida. Un sensor en la industria es un objeto capaz de variar una propiedad ante magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas con un transductor en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser, por ejemplo: intensidad lumínica, temperatura, distancia, aceleración, inclinación, presión, desplazamiento, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica, etc. Áreas de aplicación de los sensores: 

Industria automotriz.



Robótica.



Industria aeroespacial.



Medicina.



Industria de manufactura, etc.

Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a la toma de valores desde el sensor, una base de datos, etc.

Sensores internos Para control accionamientos de la estructura mecánica. Entre los sensores internos se encuentran estos diferentes tipos:   

De posición De velocidad De presencia

Sensores de presencia Este tipo de sensor es capaz de detectar la presencia de un objeto dentro de un radio de acción determinado. Esta detección puede hacerse con o sin contacto con el objeto. En el segundo caso se utilizan diferentes principios físicos para detectar la presencia, dando lugar a los diferentes tipos de sensores. En el caso de detección con contacto, se trata siempre de un interruptor, normalmente abierto o normalmente cerrado según interese, actuando mecánicamente a través de un vástago u otro dispositivo. Los detectores de presencia se utilizan en robótica principalmente como auxiliares de los detectores de posición, para indicar los límites de las articulaciones y permitir localizar la posición de referencia de cero de éstos en el caso de que sean incrementales. Sensores Externos El empleo de mecanismos de detección de exteriores permite a un robot interaccionar con su ambiente de manera flexible. Esto contrasta con el funcionamiento reprogramado en el que a un robot se le enseña a realizar tareas repetitivas mediante una serie de funciones reprogramadas. Aunque esto está bastante lejos de la forma más predominante de funcionamiento de los robots industriales actuales, la utilización de la tecnología de detección para proporcionar a las maquinas un mayor grado de inteligencia en relación con su ambiente es en realidad un tema activo de investigación y desarrollo en el campo de la robótica. Un robot que puede ver y sentir es más fácil de entrenar en la ejecución de las tareas complejas mientras que, al mismo tiempo, exige mecanismos de control menos estrictos que las máquinas reprogramadas. Un sistema sensible y susceptible de entrenamiento es también adaptable a una gama mucho más amplia de tareas, con lo que se consigue un grado de universalidad que se traduce, a la larga, en más bajos costes de producción y mantenimiento. La función de los sensores del robot puede dividirse en dos categorías principales: estado interno y estado externo. Los sensores de estado interno operan con la detección de variables, tales como la posición de la articulación del brazo, que se utilizan para el control del robot. Por el contrario, los sensores de estado externo operan con la detección de variables tales como:   

El alcance La proximidad El contacto

Microcontroladores Es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y peri...