ÍNDICE
1. 2.
INTRODUCCIÓN…………………………………03 OBJETIVOS……………………………………….04 2.1. OBJETIVO GENERAL………………………04 2.2. OBJETIVO ESPECIFICO………………..... 04
3. MARCO TEORICO………………………………………05 4. MATERIALES…………………………………………….06 MATERIALES…………………………………………….06 5. PROCEDIMIENTO…………………………………….0 6. EVIDENCIAS…………………………………………..0! . CONCLUSIONES……………………………………..0" CONCLUSIONES……………………………………..0" !. BIBLIOGRAFIA………………………………………..10 BIBLIOGRAFIA………………………………………..10
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AGRADECIMIENTO P#$%&#' ( D$')* +'# ), $--$/( '-(* ( -,&)/#() (%$$() ,& )& )(#$(#'- +(#( (#-') /'' ' ,& &') +,$&#'- +(#( ,& -')'/#') ,%+(%') '-,&)/#( %&/(. A -,&)/#') +#'&)'#&) ,& -') $%+(#/$&#'&-)&(-7() 8 -') '('#(#'- &- -,&)/#' (+#&-$7(9&. A /'') %,:() ;#($() +'# (8,(#-') ( )&;,$# (&(-/&.
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DEDICATORIA
En la vida nada es posible alcanzarlo sin la bendici ón de Dios, y si uno no aprende a fortalecer los cimientos del conocimiento, m ás aún los valores que guí an nuestras vidas pues no todos tenemos la habilidad de transitar estos conocimientos tan valiosos para la formación de nuestra carrera que a futuro hagan la diferencia, por ello dedicamos este trabajo a nuestros padres, hermanas, tí os, abuelos y con un profundo cariño a todas las personas que nos apoyaron para la formaci ón de nuestra carrera.
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INTRODUCCION E '9&/$<' +#$-$+( & &)/& +#'8&/' & ('#(/'#$' #&($7(' &- & ,#)' & %$#'+#'&)('#&) 8 (#,$/&/,#( & ( '%+,/('#( ,& &<(# ( (' ') '-&+/') (,$#$') &- ()&) /&=#$() ( ( #&($( %&$(-/& & &-)(8' & $#,$/') &>/#$') & '#%( &?+&#$%&-/( &- () $-)/(($'-&) & ('#(/'#$' & &&/#'/&-$(. A /#(<>) & %$)%' (+$(%') ') +#$-$+$') @)$') & ( +#';#(%($=- 8 () '-&?$'-&) -&&)(#$() +(#( & &)(##'' & +#'8&/'. A&%@)* &)/& +#'8&/' '-)/' & ') &-)(8'). E- ( +#$%&#( +(#/& )& +#'&$= ( #&($7(# ( +#';#(%($=- '-/(-' '- & +#';#(%( #&)+&/$<'ARDUINO &- & ,( (+$(%') -,&)/#') '-'$%$&-/') (,$#$') &- () ()&) &)(##'(() ,#(-/& &)/& )&%&)/#&. E- ( )&;,-( +(#/& )& +#'&$= ( &('#(# & $#,$/' 8 ), #&)+&/$<' +(-' ,& )&#@ %')/#(( &- & )$;,$&-/& $-'#%&.
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OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL
Diseñar e Implementar un sistema electrónico jerárquico mediante comandos para un robot Hexápodo.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Obtener un modelo de las extremidades del robot con fines de diseño de la rutina de movimiento sobre las mismas.
Diseñar e implementar una rutina de movimiento basada en comandos para las extremidades.
Diseñar e implementar un módulo maestro que incluya comunicaciones y abierto a futuras aplicaciones.
Validar el sistema proramado mediante la ejecución de al menos una estrateia de movimiento sobre la plataforma.
!laborar un documento manual para ayudar a futuros usuarios a proramar la plataforma para aplicaciones particulares.
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MARCO TEÓRICO ROBOTS HEXÁPODOS. "e#n la $.%.!. &$eal %cademia !spañola' define la palabra Hexápodo como “adjetivo. Zoología. Dic(o de un animal) y especialmente de un insecto* +ue tiene seis patas. ,. t. c. s. &usado tambi-n como sustantivo'/01. !l (exápodo es una estructura animada o inanimada que consta de seis extremidades la cuales están ubicadas paralelamente entre ellas en un cuerpo) dotado de movimiento voluntario o controlado. 2omo ejemplo de seres animados (exápodos se encuentran aluna variedad de insectos como las (ormias3 y como inanimados la representación de estos mismos seres en forma robótica.
!n el desarrollo de la robótica móvil) los robots con extremidades (an servido como alternativa ante los robots con ruedas) debido a su ran asequibilidad de movimiento en terrenos no estructurados. !l sistema de locomoción Hexápodo ofrece mayor versatilidad que los robots móviles con ruedas en dic(as aplicaciones. 4a complejidad de estas estructuras depende en especial del rado de libertad que se tiene para el desarrollo del movimiento) el sincronismo entre las extremidades) y de las aplicaciones que se les desee. 4a clasificación de los robots (exápodos está caracteri5ada se#n varios parámetros entre los cuales el más importante es la aplicación o uso) ya que estos tipos de robots son muy utili5ados en diferentes campos desde investiación) exploración de espacios (asta de carácter l#dico3 y para cada tipo de aplicación su proramación o estrateias de control var6an. %spectos como la proramación) control) rados de libertad) morfolo6a) limitaciones mecánicas) entre otras son necesarios de tener en cuenta a la (ora de elaborar un robot (exápodo. !n la fiura 7.7 se puede apreciar la proporción de trabajos en los que se implementan los robots con extremidades) en los cuales se puede evidenciar que la implementación de robots con seis extremidades es decir (exápodos es dominante con respecto a los demás.
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HEXÁPODO SEGÚN GRADOS DE LIBERTAD. 4a construcción de un (exápodo con solo un rado de libertad es la más sencilla de todas) ya que esto requiere pocos actuadores y sus extremidades serán completamente r6idas reali5ando solamente un tipo de movimiento efectuado por el actuador. %l (acer esto no requiere una proramación de control tan compleja. 4a confiuración (abitual de estos tipos de robots es (acer que las patas centrales se encaruen de (acer subir o bajar al robot y las demás de la parte de avan5ar o retroceder.
4os (exápodos de dos rados de libertad son los más utili5ados en aspectos l#dicos y de investiación. 8stos por tener dos rados de libertad requieren mayor n#mero de actuadores comparados con los anteriores y necesitan una proramación de control más compleja) ya que es necesaria una sincroni5ación de coordinación entre sus movimientos.
!xisten tambi-n (exápodos con estructuras más complejas) esto conlleva a la implementación de mejores mecanismos de control con los cuales se obtienen un mayor rado de libertad.
CONFIGURACIÓN FÍSICA. 4os robots Hexápodos permiten un mayor desarrollo de los aspectos de planificación de movimiento. Dos conceptos importantes que se deben tener en cuenta a la (ora de elaborar robots con extremidades es la estabilidad estática y estabilidad cinemática. 4a estabilidad estática se refiere a la capacidad del robot de permanecer en equilibrio &sin caerse' cuando no está en movimiento) mientras que la estabilidad cinemática (ace referencia a la capacidad de permanecer en equilibrio durante su movimiento) es decir se debe desarrollar una estrateia de movimiento para lorar un despla5amiento limpio &sin caerse' y que sus extremidades sean coordinadas. 4os robots (exápodos tienen ventaja en comparación a los robots con un n#mero de extremidades inferior) debido a que existe una mayor cantidad de confiuraciones disponibles en las que el sistema conserva un pol6ono de estabilidad definido en todas las fases de su protocolo de movimiento. Dentro de la confiuración para el posicionamiento de las extremidades se tienen dos*
!
Confgur!"#n B"$%&r$ !sta confiuración presenta una simetr6a a lo laro del eje lonitudinal del robot. 9iene ventaja a la (ora de la proramación de los movimientos) ya que la confiuración f6sica del robot aporta para el avance con movimientos paralelos) pero presenta inconvenientes en otro tipo de movimientos) en especial en movimiento de iros. !sto se puede arrelar implementando en la proramación de control una parte exclusivamente para el iro pero presenta complicaciones en el desarrollo del soft:are ya que se debe reali5ar estrateias de movimiento más robustas y con mayor n#mero de estados
!ste tipo de confiuración es similar a la morfolo6a de alunos insectos entre los cuales se puede encontrar el de la (ormia) debido a la disposición de las extremidades con su estructura f6sica.
Confgur!"#n R'"$. Esta configuración presenta una distribución de las extremidades en forma circular lo cual no presenta problemas de desplazamiento, ya que su movimiento en cualquier dirección es igual. Es decir que estos tipos de robots son holonómicos.
"
!ste tipo de confiuración se asemeja a la morfolo6a de una araña 4oxosceles laeta) debido a la disposición de las extremidades entorno al cuerpo de la misma.
SERVOMOTOR. !l servomotor es un dispositivo electrónico que posee un eje controlado. !ste puede llevarse a una posición espec6fica y mantenerse dependiendo de la señal de control que se le inrese en torno a un rano de operación. !l servomotor consta de un conversor de anc(o de pulso a voltaje) un amplificador de error) una resistencia variable &potenciómetro' que está conectada al eje principal del motor) enranajes y un motor de corriente directa D2. !l tamaño de los servomotores dependiendo de su aplicación al iual que) el torque) la velocidad y el peso var6an) permiti-ndoles adaptarse a casi cualquier tipo de trabajo) son com#nmente usados en proyectos de robótica debido a su facilidad de control en la posición anular del eje de salida. !xisten distintos tipos de servomotores) alunos de esos son *
"ervomotores de 22. "ervomotores de %2. "ervomotores de imanes permanentes.
;ara la ubicación del servomotor en un punto deseado) -ste utili5a un sistema de control interno que mediante una señal externa obtendrá el punto de referencia requerido. 4a señal con la cual se reali5a el control de posición es de tipo cuadrada con un periodo fijo. 4a variación del anc(o de pulso de esta señal será la encarada de 10
modificar el ánulo de posición) a medida que se incremente su anc(o de pulso ubicará el motor en un ánulo mayor.
,n potenciómetro conectado por un costado directamente al eje principal del servo y por el otro al amplificador de error) permite supervisar el ánulo o estado actual del servomotor) ya que al rotar el servomotor el potenciómetro tambi-n lo (ará y esto indicará un valor en voltaje en una de las entradas del amplificador. ;ara la ubicación del servomotor en un punto deseado) -ste utili5a un sistema de control interno que mediante una señal externa obtendrá el punto de referencia requerido.
4a señal con la cual se reali5a el control de posición es de tipo cuadrada con un periodo fijo. 4a variación del anc(o de pulso de esta señal será la encarada de modificar el ánulo de posición) a medida que se incremente su anc(o de pulso ubicará el motor en un ánulo mayor. ,n potenciómetro conectado por un costado directamente al eje principal del servo y por el otro al amplificador de error) permite supervisar el ánulo o estado actual del servomotor) ya que al rotar el servomotor el potenciómetro tambi-n lo (ará y esto indicará un valor en voltaje en una de las entradas del amplificador. 2omo la información de la ubicación que se desea está indicada por medio del anc(o de pulso de la señal de control) para poderla comparar con la señal de voltaje producida por el potenciómetro se necesita un conversor de anc(o de pulso
Señal De Co!"ol.
4a señal de control está parametri5ada para los servos tipo Standar &ver tabla 1.4 ' los cuales se trabajaron en este proyecto. !n la Figura 1.12 se muestra la variación en la posición final con respecto al anc(o de pulso .
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!n cuanto a los tiempos de O= y O>> de la señal de control) se debe tener en cuenta que la señal de O>> normalmente está alrededor de ?@ms pero no es cr6tica) -sta podr6a variar aproximadamente entre 7@ms y A@ms si se supera el tiempo superior el servo puede entrar en modo de Sleep por lo cual su funcionamiento no será adecuado y su reacción se verá reflejado en un movimiento corto. !l tiempo de O= var6a entre 7 y ? ms y es este pulso el que determina la posición del servo. !l servo estándar dispone de A cables) 7 cable para fuente &$ojo o rayado' )7 cable de tierra &%5ul o =ero' y 7 cable de control &%marillo o blanco'.
4a alimentación del servo var6a conforme al fabricante) y para obtener un buen desempeño en el trabajo a reali5ar) es recomendable disponer de la (oja de caracter6sticas &datasheet ' correspondiente al modelo y fabricante.
ESPACIO O VOL#MEN DE TRABAJO. !l robot tiende a tener una eometr6a fija) y limitada. !l espacio de trabajo es el l6mite de posiciones en espacio que el robot o sus componentes pueden alcan5ar) es decir que este espacio depende de la estructura f6sica de los elementos de movimiento del robot y de sus rados de libertad. /7B1 !xisten varios tipos de reiones de trabajo y dependiendo de la estructura del robot difieren) para eso es necesario anali5ar dependiendo del tipo del robot con que se trabaje. 12
MATERIA(ES PARA (A ESTRUCTURA MATERIA(ES PARA (A ESTRUCTURA 9riplay. ;laca s(ield. %rduino uno. A servomotores de AC. 9emperas %pu. ;eamento. 2#ter 2ierra. 4ias Dampers 9ornillos Desarmador %licate 2orta cables. ;ila de v. 2onector para bater6a. ;inceles.
PROCEDIMIENTO
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7. 2onstruir la proramación de nuestro robot (exápodo en el prorama de arduino teniendo como base los ejercicios practicados en clase.&colocar la librer6a ultrasonic'.
?. 2ODIEO* FF4IG$!$I%" ;%$% 4O" "!$VO" include "ervo.(J FF4IG$!$I%" ;%$% !4 "!="O$ ,49$%"O=I2O include ,ltrasonic.(J FF%"IE=%KO" 4O" ;I=!" 9$IE L !2HO ;%$% !4 "!="O$ ,49$%"O=I2O ,ltrasonic ultrasonic&M)B'3FF&tri pin)ec(o pin' FFD!24%$%KO" 4%" V%$I%G4!" 2O$$!";O=DI!=9!" ;%$% FF2%D% ,=O D! 4O" A "!$VO"3 FFD!$!2HO) IN+,I!$DO L 2!=9$O. "ervo servocentro3 "ervo servoderec(o3 14
"ervo servoi5quierdo3 FFD!24%$%KO" ,=% V%$I%G4! !=9!$% ;%$% %4K%2!=%$ !4 V%4O$ FFD! 4% DI"9%=2I% 2%;9,$%DO ;O$ !4 "!="O$ ,49$%"O=I2O int distancia3 void setup&' FFI=I2I%KO" !4 KO=I9O$ "!$I%4 %$D,I=O "erial.bein&B@@'3 FF%"IE=%KO" 4O" ;I=!" 2O$$!";O=DI!=9!" ;%$% FF2%D% ,=O D! 4O" "!$VO". servocentro.attac(&77'3 servoderec(o.attac(&7@'3 servoi5quierdo.attac(&'3 P void loop&' FF%4K%2!=%KO" 4% DI"9%=2I% >$!=9! %4 $OGO9 FF2%;9,$%D% != 2!=9IK!9$O" ;O$ FF !4 "!="O$ ,49$%"O=I2O != 4% V%$I%G4! QdistanciaQ distanciaRultrasonic.$anin&2K'3 FF"I 4% DI"9%=2I% >$!=9! %4 $OGO9 !" K%LO$ % A0cm !4 $OGO9 FF2%KI=%$% H%2I% %D!4%=9! if&distancia J A0' FF>,=2IO= ;%$% 2%KI=%$ H%2I% %D!4%=9! servocentro.:rite&M0'3 15
servoderec(o.:rite&B@'3 servoi5quierdo.:rite&B@'3 delay&A0@'3 servocentro.:rite&7@0'3 servoderec(o.:rite&7?@'3 servoi5quierdo.:rite&7?@'3 delay&A0@'3 P FF"I 4% DI"9%=2I% >$!=9! %4 $OGO9 !" K!=O$ O IE,%4 % A0cm FFL 9%KGI!= !" K%LO$ % ?0cm FF!4 $OGO9 EI$%$% H%2I% ", IN+,I!$D% if &distancia RA0 SS distancia J?0 ' FFD!24%$%KO" ,= >O$ +,! "! $!;!9I$% 4%" V!2!" +,! "O= FF=!2!"%$I%" ;%$% +,! !4 $OGO9 !"+,IV! !4 OG"9%2,4O for &int iR@3 i7?3' FFfuncion irar a la i5quierda servocentro.:rite&M0'3 servoderec(o.:rite&B@'3 servoi5quierdo.:rite&@'3 delay&?0@'3
servocentro.:rite&7@0'3 servoderec(o.:rite&7?@'3 servoi5quierdo.:rite&@'3 16
delay&?0@'3 iTT3 delay&7@@'3 P P FF"I 4% DI"9%=2I% >$!=9! %4 $OGO9 !" K!=O$ O IE,%4 % ?0cm FF!4 $OGO9 2%KI=%$% H%2I% %9$%". if &distancia R?0' FFD!24%$%KO" ,= >O$ +,! "! $!;!9I$% 4%" V!2!" +,! "O= FF=!2!"%$I%" ;%$% +,! !4 $OGO9 2%KI=! H%2I% %9$%" FFL ;,!D% !"UIV%$ ,= OG"9%2,4O >$!=9! % !4 for&int jR@3 j7@3' FF>uncion caminar (acia atras servocentro.:rite&M0'3 servoderec(o.:rite&7?@'3 servoi5quierdo.:rite&7?@'3 delay&A@@'3 servocentro.:rite&7@0'3 servoderec(o.:rite&B@'3 servoi5quierdo.:rite&B@'3 delay&A@@'3 jTT3 delay&7@@'3 P 1
P P
?. 2olocar el plano sobre el triplay &pear el plano') usar una sierra para cortar las patas y el soporte de nuestro robot (exápodo.
A. 2on un taladro reali5ar los (uecos respectivos en donde sea necesario como se muestra en el plano.
. 4iar todas las pie5as y proceder a pintar con el color que sea de su arado.
1!
0. %rmar
todas
las
pie5as
peando
donde
sea
correspondiente &s#per lue) o cualquiera'.
B. ,bicar los servomotores colocando uno al lado derec(o y el otro al lado i5quierdo) el otro en el centro.
M. 2olocar un alambre en las patas traseras (aciendo un aujero en dic(as patas para que la pata de la parte posterior pueda empujar a la pata delantera. De iual 1"
forma lo (aremos para el servomotor del centro para sujetar los patas de los dos extremos.
W. . ;ear la placa arduino sobre el soporte del robot.
. ;osicionar el sensor s(ield encima de la placa arduino y (acer las conexiones respectivas.
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7@. Hacer correr el prorama y observar el funcionamiento de nuestro robot (exápodo casero.
CONCL#SIONES !l prorama de simulación %$D,I=O es una (erramienta muy potente para el diseño de robots móviles) debido a que el prorama permite (acer un 21
acercamiento a la vida real introduciendo variables f6sicas como el peso la fricción y la colisión entre materiales.
!l diseño de un robot (exápodo para exploración tiene alunas ventajas comparado con los robots para exploración con ruedas que son los convencionales) entre las ventajas fundamentales es superar l os obstáculos en el camino y los terrenos donde las llantas pierden fricción o aarre.
Viendo el resultado de la simulación del robot (exápodo con @B bra5os se puede utili5ar este diseño con diferentes fines no solo el de exploración) de esta manera el diseño es bastante versátil.
4os elementos electrónicos utili5ados son los mejores en relación costo beneficio) se utili5aron elementos de fácil manejo para que cualquier persona con conocimientos en electrónica pueda (acer el ensamblaje del robot (exápodo.
BIBLIOGRAFIA
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3%"79-5",7P%S9,)9M@A $!!%&''/e.a,,e+/+.,o-'$e2a%o3o
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