DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN ROBOT MOVIL RECOLECTOR DE OBJETOS

DISEÑO E IMPLEMEÑTACIOÑ DE UÑ ROBOT         MOVIL RECOLECTOR DE OBJETOS

Encinas Cantaro Juan José Eighth Semester Students Ricardo Palma University-Perú         encinas_2010@hotmail.com

Abstract— This report presents the implementation of a mobile object collection robot based on a program with an algorithm known for the environment where the robot is located, and verify its location through an application. In order to get the robot to move from one point to another and  in  turn  avoid  obstacles,  algorithms  for  trajectory planning and robot position control based on geometric regions were implemented. These results were simulated in the Virtual Robot Simulator program.

Palabras Claves— Control, Robot móvil, Simulación.

I.  INTRODUCCION

Hoy  en  día  las  aplicaciones  en  el  campo  de  la robótica móvil son diversas. Por ejemplo, en la minería, la exploración espacial, en la recogida de desechos tóxicos, etc.

Una aplicación de interés es un robot recolector de objetos. Para este tipo de problema, donde el robot tiene que identificar y recoger objetos dentro del área de  trabajo,  se  necesita  primeramente  suministrarle información del medio donde se moverá. Por ejemplo, obstáculos, posición de los objetos, límites, etc. A partir de   esa   información   y   utilizando   determinados algoritmos se planifican y generan trayectorias y se controla el movimiento del robot.

En este trabajo se propone suministrarle al robot la información requerida a través de un mapa del área de trabajo donde se codifican los obstáculos, los objetos y los caminos libres, así como la posición dentro del espacio de movimiento. Se propone además el uso de dos algoritmos para la planificación y control de las trayectorias que debe seguir el robot.

La robótica es un área interdisciplinaria conformada por  la  ingeniería  eléctrica,  mecánica,  electrónica  y sistemas computacionales. La mecánica se encarga del diseño,  análisis  dinámico  y  estático;  la  electrónica provee al artefacto de los medios para la trasmisión y recepción   de   la   información   mediante   impulsos eléctricos. La informática es la interfaz para coordinar los  movimientos  mecánicos,  donde  el  sistema  de control permite a la maquina adaptarse, tener cierto grado autonomía y realizar correctivos sobre este.

Las aplicaciones de la robótica son múltiples como: la exploración (submarina,   terrestre   y   espacial);   en educación         (material    didáctico);    automatización (trabajos de fundición, operaciones de procesamiento,

control de calidad, limpieza de los caudales de rio, manipulación de residuos tóxicos); medica (prótesis humanas,  nanotecnología,  cirugías,  instrumentación quirúrgica);  agricultura (preparación  de  los  suelos, siembra y recolección).

II.  METODOLOGÍA

Este  proyecto  consiste  en  realizar  un  diseño  e implementar   un   robot   móvil   para   realizar   la recolección de objetos.

A continuación, se ha dividido en cuatro apartados las etapas más importantes que se han tomado en cuenta para la realización de este proyecto.

La metodología para el cumplimiento de los objetivos propuestos por el proyecto se dividió en tres fases:

1) Fase de diseño y construcción, 2) Fase de potencia y control, 3) fase de prueba.

FASE 1

En la primera fase se evaluó las dimensiones del prototipo, el   sistema   de   recolección,   materiales   y   costos.   A continuación, se diseñó y construyó la estructura mecánica del robot recolector de los objetos teniendo en cuenta (dimensiones, peso, componentes, estructura y pruebas).

FASE 2

En  esta  fase  se  analizaron  los  requerimientos  de  los componentes y circuitos eléctricos del prototipo como la etapa  de  potencia,  la  tarjeta  de  adquisición  de  datos, sensores, motores y batería. Se determina los rangos de voltaje   suministrados   a   motores,   etapa   de   potencia, reguladores  de  voltaje.  Realizando  posteriormente  la prueba de los sensores. Después se estableció un sistema de comunicación inalámbrica entre el PC y prototipo, el análisis del entorno y trayectorias.

FASE 3

Para finalizar el prototipo se expuso a pruebas mecánicas, electrónicas,   comunicación   inalámbrica,   y   control, permitiendo identificas las dificultades que presenta el prototipo y realizar las correcciones pertinentes.

[pic 1][pic 2][pic 3][pic 4]

En  el  entorno  ISIS  se  realizó  el  diseño  del  esquema electrónico de prototipo recolector de objetos el cual se puede apreciar en la siguiente figura.

Figura. 1: Fase 1, Las dimensiones del prototipo.

Figura. 3: Diseño del esquema electrónico

También  se  elaboró  como  alternativa  una  aplicación completa, que controla el desplazamiento del robot, el movimiento de los dos servomotores y el control de la pinza, añadiendo la medición de la distancia del sensor ultrasonido y un sensor de temperatura para los puentes H, como se puede apreciar en la siguiente imagen:

Figura. 2: Implementación del Robot móvil recolector.

III.  DATOS OBTENIDOS

A  continuación,  se  presentarán  los  datos  y  gráficos obtenidos en los ensayos realizados:

Motores: Para el proyecto fueron utilizados dos motores

paso a paso (Nema 14) en la tracción del prototipo, el tercer   y   cuarto   motor   hace   parte   del   sistema electromecánico   de   recolección.   Los   motores   están conectados a un voltaje de 7.4v, aunque en general estos motores pueden funcionar por encima de este voltaje, su operación está determinada en rangos de voltaje (7v a 24v) para  los  motores  paso  a  paso  y (6v  a 9v)  en  los motorreductores.

Sistema de potencia:

“Proteus es un entorno integrado para la realización de proyectos electrónicos, en la fase de diseño, simulación depuración y construcción.” (ieespain, 2015)

Para desarrolla un producto electrónico con la Suite de Proteus, este debe atravesar por las siguientes fases:

 Diseño del circuito electrónico.

 Diseño del circuito impreso.  Construcción del prototipo en físico.  Desarrollo de software.

 Pruebas de funcionamiento.

Figura. 4: Diseño de la aplicación

IV.  ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

El prototipo desarrollará la tarea de recolectar objetos en una superficie plana, este constará de una comunicación inalámbrica para determinar la posición del prototipo y los objetos a recolectar.

Para el desarrollo del robot móvil se tuvieron en cuenta diferentes aspectos como las arquitecturas de los robots móviles y se realizaron diferentes pruebas para seleccionar el mejor sistema mecánico de recolección de objetos.

El prototipo fue expuesto a varias pruebas para asegurar un buen desempeño, en cuanto al desplazamiento, recolección y comunicación (PC-robot).

Para este objetivo el artefacto paso por las siguientes etapas.

 Elección de materiales: se tuvo en cuenta materiales resistentes, donde la fricción y el peso no produjeran desgaste en la estructura.

[pic 5][pic 6]

Los materiales que se tuvieron en cuenta fueron: planchas de PVC 3mm, aluminio y acrílico.

De los materiales considerados se eligió las láminas de acrílico ya que estas pueden ser cortadas con maquinaria especializada brindando un mejor acabado y precisión en las dimensiones de las piezas.

 Es importante aclarar que las piezas fueron anteriormente diseñadas  en  Solidworks  y  ensambladas  en  el  mismo software permitiendo identificar futuros problemas en la estructura.

El  prototipo  consta  de  tres  partes  fundamentales:  la estructura   de   locomoción   diferencial   permitiendo   la movilidad del robot, dos depósitos donde se alojará el circuito eléctrico y los objetos recolectados y por último el sistema de recolección.

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