Robot Móvil Teledirigido Bryan Cobeña Universidad de las Fuerzas Armadas - ESPE Quito, Ecuador gbcobeñaes!e"edu"ec
#inicio Salcedo Universidad de las Fuerzas Armadas $ESPE Quito, Ecuador vssalcedoes!e"edu"ec
—The article is about the construction of a mobile Abstract robot type Ackerman, which will be remote controlled from an application smartphone. This mobile robot must ensure adequate naviga navigatin ting g in the environm environment ent in which which it is place placed d and to overcome obstacles that will get in his way. Index Terms Terms —
Gearing, robot, robot, locomotion.
*" * +./UCC *0+
El desarrollo de robots m'viles en los 1ltimos años 2a registra registrado do un aumento aumento con conside siderabl rablee !rinci!alm !rinci!almente ente a 3ue o4rece o4recenn un gran gran n1mero n1mero de a!lica a!licacio cione ness de las cuale cualess las !rinci!ales !rinci!ales son a3uellas en las 3ue garantizan al o!erario segu seguri rida dadd 4ren 4rente te a alg1n lg1n ries riesgo go"" Este Este ti!o ti!o de robo robots ts con(untamente con el avance de los sensores, de t5cnicas de visi'n arti4icial, tar(etas de ad3uisici'n de datos etc" Permiten tener sistemas con un alto grado de interacci'n con el ambiente en el cual se desenvuelven, logrando una descri!ci'n m6s 4iel de su ento entorn rno, o, acci accion ones es m6s m6s es!e es!eci cial aliz izad adas as tale taless como como detecci'n de gases, e7!losivos, toma de muestras, envi' de im6genes en tiem!o real e inclusive video en una adecuada calidad" odos estos avances 2an !ermitido 3ue la investigaci'n de nu nuev evos os !rot !rotot oti! i!os os de este este ti!o ti!o de robo robots ts sea sea real realiz izad ada, a, inve invest stig igan ando do me(o me(ora ras, s, las las cual cualees mues muestr tren en may mayores ores !restaciones, !restaciones, utilidades utilidades y 4acilidad 4acilidad de uso" &a Univ Univer ersi sida dadd de las las Fuer Fuerza zass Armad rmadas as-E -ESP SPE E 2a cont contri ribu buid idoo en los los !roc !roces esos os de elab elabor orac aci' i'n, n, 4orm 4ormas as de navegaci'n de robots m'viles tal es el caso del robot m'vil ti!o 2e76!odo teledirigido 89::;< =)>, el diseño e im!lementaci'n de un sistema de navegaci'n !or voz !ara robots m'viles con ruedas, entre otros" =9>
%uan Pablo &'!ez Universidad de las Fuerzas Armadas - ESPE Quito, Ecuador (!lo!ezes!e"edu"ec
%avier Sandoval Universidad de las Fuerzas Armadas - ESPE Quito, Ecuador !(sandoval)es!e"edu"ec
**" .B.S .B.S * +/US*A&ES &os !rimeros intentos de establecer una de4inici'n 4ormal de robot surgen en el año )?@? !or !arte de la *A 8obot *nst *nstit itut utee o4 Am5ri m5rica ca,, actu actual alme ment ntee obo oboti ticc *ndu *ndust stri ries es Association< Un robo robott indu indust stri rial al es un mani mani!u !ula lado dor r multi multi4un 4unci ciona onall re!ro re!rogra grama mable ble,, ca!az ca!az de mover mover materi materias as,, !iezas, 2erramientas, 2erramientas, o dis!ositivos dis!ositivos es!eciales, es!eciales, seg1n traye trayecto ctoria riass varia variable bles, s, !rogra !rogramad madas as !ara !ara realiz realizar ar tarea tareass diversas => Esta de4inici'n, ligeramente modi4icada, 2a sido ado!tada !or la .rganizaci'n .rganizaci'n *nternacional *nternacional de Est6ndares 8*S.< 3ue de4ine al robot industrial como Dani!ulador multi4uncional re!r re!rog ogra rama mabl blee con con vari varios os grad grados os de libe libert rtad ad,, ca!a ca!azz de mani!u mani!ular lar mater materias ias,, !iezas !iezas,, 2erra 2erramie mienta ntass o dis!os dis!ositi itivos vos es!ecial es!eciales es seg1n seg1n trayecto trayectorias rias variable variabless !rogramad !rogramadas as !ara realizar tareas diversas=> Robot R!A"#
&a idea del robot industrial como un brazo mec6nico con ca!acidad de mani!ulaci'n y 3ue incor!ora un control m6s o menos com!le(o 2a sido muy bien ace!tada" Un sistema robotizado, en cambio, es un conce!to m6s am!lio" Engloba todos a3uellos dis!ositivos dis!ositivos 3ue realizan tareas de 4orma autom6tica en sustituci'n de un ser 2umano y 3ue !ueden incor!orar o no a uno o varios robots, siendo esto 1ltimo lo m6s 4recuente" ***" C&AS*F*CA C*0+ /E &.S .B.S
Clasi4 Clasi4ica icaci' ci'nn de los robots robots seg1n seg1n su ar3uit ar3uitect ectura ura Esta Esta clasi4icaci'n se de4ine !or el ti!o de con4iguraci'n general 3ue tiene el robot, y su es!acio de traba(o 3ue !uede ser limitado o delimitado delimitado,, adem6s del 6rea de a!licaci'n a!licaci'n,, !or tal raz'n se tiene los siguientes robots
a) Poliarticulados
Se caracterizan !or ser robots sedentarios debido a 3ue sus movimientos son limitados, en la mayora de casos se usan en a!licaciones industriales, tienen limitado su es!acio de traba(o y mueven sus e7tremidades con !ocos grados de libertad" Figura )"- /iseño de un robot m'vil
b) Móviles
Estos robots !resentan una gran ca!acidad de des!lazamiento, su sistema locomotor es de ti!o rodante, !ara moverse son teledirigidos o guiados !or la in4ormaci'n recibida del entorno en el 3ue se est6n desenvolviendo"
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&ocomoci'n !or medio de !atas"
c) Androides
Son robots con 4orma 2umana, 3ue imitan el com!ortamiento de las !ersonas, su utilidad en la actualidad es de solo e7!erimentaci'n" Una desventa(a 3ue !resentan en su im!lementaci'n es la di4icultad en mantener el e3uilibrio a la 2ora de realizar su des!lazamiento" d) Zoomórficos
Estos robots se caracterizan !or su sistema de locomoci'n 3ue imita a los diversos seres vivos, son em!leados !ara realizar el estudio de volcanes y e7!loraci'n es!acial" *#" .B.S D0#*&ES /entro de 4actores a tener en cuenta en el diseño mec6nico de un robot m'vil se debe tener en cuenta a< &ocomoci'n E7iste una gran variedad en 3ue un robot se !uede mover en una su!er4icie s'lida, las m6s comunes son las ruedas, las cadenas y las !atas" /entro de las venta(as de los robots m'viles con ruedas se encuentran ser m6s sencillos, m6s 46ciles de construir, la carga a trans!ortar es relativamente mayor" Estos tambi5n !resentan desventa(as tal como su em!leo en un terreno irregular, no !oder sobre!asar un obst6culo 3ue tenga una altura su!erior al radio de sus ruedas" /entro de la locomoci'n se debe tener en cuenta lo siguiente El diseño de ruedas 8di4erencial, sincronizada, triciclo y de coc2e<" •
Figura 9"- /iseño de un robot Poliarticulado
b< Forma del robot Es un 4actor de gran im!acto con res!ecto a las !restaciones, se debe considerar 3ue un robot no cilndrico corre un mayor riesgo de 3uedar atra!ado o de 4allar en encontrar un camino en un es!acio estrec2o o intrincado" c< Ada!taci'n de !lata4ormas m'viles" En la elaboraci'n de un robot se !uede 2acer uso de distintas !lata4ormas m'viles tales como bases de Coc2es de radio-control" #e2culos 4ilo dirigidos" %uguetes de !ilas" •
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Un adecuado sistema de locomoci'n y sus!ensi'n e7igira a !osterior un menor es4uerzo de diseño, construcci'n y !ermite el a2orro de dinero dado 3ue no se debe com!rar los di4erentes elementos !or se!arado" /entro de los (uguetes m6s 1tiles !resentan transmisi'n con di4erencial o cadenas o un motor de tracci'n se!arado del motor de direccionamiento" d< Sensores Factores a tener en cuenta dentro de este !ar6metro est6n
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Perce!ci'n" ransducci'n" +iveles de abstracci'n" *nter4az con los sensores" Sensibilidad" Alcance Figura "- ueda em!elada
#" C.+SUC C*0+ /E& .B. D0#*& A. Materiales •
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89< Dotores de @";-)9# 8< uedas de Gcm radio 8)< Arduino Uno 8)< Dodulo Bluetoot2 8)< egleta !rotoboard 8)< Sensor Ultras'nico yHo S2ar! 8)< /river &9?I+ 8)< Batera &i!o de @" =#> 89 =cm>J):=cm>< C2asis Cables de Arduino egla Pegamento Silicona Ca(a !l6stica
" Una vez realizado esto se !rocede a aco!lar los motores adecuados, 3ue en este caso ser6n dos motores de @";-)9 =#>, los cuales se a!recian en la 4igura "
Figura "- Dotores em!leados
&os motores ser6n aco!lados de tal manera 3ue un motor mueve a las dos llantas ubicadas en un mismo lado, logrando as doble tracci'n en las ruedas, y evitar as 3ue las llantas se resbalen en su!er4icies lisas, esto se consigue mediante la con4iguraci'n mostrada en la 4igura ;"
B. Procedimiento
)" /eterminar el tamaño del c2asis en el cual se !roceder6 a montar las llantas y el e3ui!o de control" 9" Selecci'n de llantas, tomando en cuenta el re3uerimiento de 3ue el robot sea ca!az de su!erar obst6culos de al menos la mitad de su tamaño total, !ara lo cual la te7tura de las llantas debe ser la adecuada y evite 3ue se !roduzca el !atina(e" &as ruedas usadas !ara el diseño del robot se muestran en la 4igura "
Figura ;"- %uego de !iñones
" Una vez 3ue ya se cuenta con la estructura 4sica, es decir el diseño mec6nico y todos los elementos correctamente colocados, se !rocede a realizar la inter4az la cual !ermitir6 controlar al robot mediante una a!licaci'n Android" ;" Para la !rogramaci'n de la inter4az se tomar6 en cuenta los siguientes movimientos a" Arriba" b" Aba(o" c" /erec2a" d" *z3uierda" e" Paro" 4" Dodo Danual" g" Dodo Autom6tico" 2" Cone7i'n i" /escone7i'n (" Salir 6.
Figura @"- So4tKare !rogramaci'n Arduino
&a inter4az diseñada se muestra a continuaci'n, con la siguiente ar3uitectura, 3ue consta de logoti!o, tulo !rinci!al, elementos de acci'n 8Botones de mando<, y un men1 de navegaci'n !ara vincular la a!licaci'n con un dis!ositivo Bluetoot2" Figura I"- Entorno !rogramaci'n Arduino
8.
Para el control de los motores se 2ace uso del driver &9?I+" &os !ines de salida digital del Arduino es!eci4icadas durante la !rogramaci'n se conectar6n a este driver !ara !ermitir el mane(o de los motores"
Figura G"- *nter4az !ara Android
@" Culminada la inter4az se realiza el !rograma en el so4tKare Arduino versi'n-)"G";-r;, tomando en cuenta consideraciones !ara 3ue el controlador Arduino, !ueda e(ecutar las 'rdenes de mando desde la inter4az"
Figura ?"- Es3uem6tico del driver &9?/
?" Considerando el modo autom6tico se !rocede a realizar la cone7i'n del sensor ultras'nico el cual !ermitir6 al robot tomar otra direcci'n al momento de detectar alg1n ob(eto a una distancia de
):" &a !arte electr'nica 2a sido conectada, en este momento se !rocede a conectar la 4uente de alimentaci'n !ara el robot 3ue en este caso ser6 una batera de @" =#>"
#*" ESU&A/ .S
El robot m'vil ti!o AcLerman es ca!az de cum!lir las siguientes a!licaciones E7!lorar en varios ti!os de terreno" Comunicarse con un Smart!2one !ara su control de movimiento" &as llantas con una gran rugosidad, !ro!orcionan un me(or agarre" Cuando se 3uiere controlar el movimiento de motores, m'dulos !uente M son de gran utilidad ya 3ue !ermiten a!rovec2ar al m67imo la ca!acidad de la batera y entregar !otencia 2acia los motores" •
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Figura ):"- Batera ti!o &i!o
))" ealizada estas cone7iones el robot est6 listo !ara ser utilizado, en la 4igura )), se muestra la im!lementaci'n 4inal del robot m'vil"
&a tracci'n colocada entre las ruedas, !ermite 3ue el robot !ueda girar en su !ro!io e(e, esto 4acilita su movilidad, debido a 3ue las ruedas del mismo lado est6n conectadas a trav5s de un (uego de !iñones" En cuanto al ti!o de robot a utilizar, 2abr6 3ue considerar as!ectos de diversa ndole como es!acio de traba(o, velocidad de carga, ca!acidad de control, coste" #**" C.+C&US* .+ES
Figura ))"- obot m'vil im!lementado
)9" El diseño de la inter4az gr64ica realizada !ara Android, !ermite controlar la movilidad del robot, a trav5s de una cone7i'n Bluetoot2, !ermitiendo guardar dis!ositivos Bluetoot2 antes vinculados, !ermitiendo tener una cone7i'n con la inter4az al instante"
&a elaboraci'n de un robot m'vil ti!o garantiza 3ue el mismo tenga una adecuada estabilidad al momento de realizar las acciones de movimiento en diversos ambientes" Al 2acer uso de un motor !ara el movimiento de las llantas del mismo lado !ermite 3ue este tenga la 4acilidad de girar sobre su !ro!io e(e, 2aciendo uso de la caracterstica del robot de direccionamiento di4erenciado" &a construcci'n del robot m'vil !ermiti' una com!rensi'n de 4actores a tomarse en cuenta !ara un correcto desem!eño del mismo tal como las caractersticas de las llantas, los engranes a utilizar !ara mover correctamente el robot, etc" #***" EFEE+ C*AS
Figura )9"- #nculos con la inter4az
=)> F" C" &uumi3uinga P, NESPE e!ositorio /igital,O :; 9::;" =En lnea>" Available 2tt!HHre!ositorio"es!e"edu"ecHbitstreamH9):::H)I)H)HESPE-:)99:9"!d4" =ltimo acceso 9@ :; 9:)G>" =9> S" D, NESPE e!ositorio /igital,O =En lnea>" Available
Educativa Mermano Diguel &a Salle, la secundaria la culmin' en la Unidad Educativa Mermano Diguel &a Salle, obteniendo el ttulo de bac2iller en Ciencias Fsica y Datem6tica, actualmente es estudiante de la carrera de *ngeniera Electr'nica, es!ecializaci'n en Automatizaci'n y Control en la Universidad de las Fuerzas Armadas $ ESPE sede
2tt!HHre!ositorio"es!e"edu"ecH2andleH9):::H):9" =ltimo acceso 9@ :; 9:)G>" => &" A" Porras F, NFacultad de Ciencias de la Electr'nica,O =En lnea>" Available 4t!HHece"bua!"m7H!ubHSecretariaAcademicaHACE/* AC*R/+R9:8Contiene R9:C/" Sangol3u" *T" B*.AF AS George $ryan %obe&a 'ambrano#
+aci' el 9) de Agosto de )?? en Quito $ Ecuador" ealizo sus estudios en la ciudad de Santo /omingo de los Colorados en el *nstituto ecnol'gico Su!erior V%ulio Doreno Es!inosaW, obteniendo su ttulo de Bac2iller en la es!ecialidad de Fsico Datem6tico en el 9:)9" Actualmente cursa octavo semestre de la carrera de *ngeniera Electr'nica en Automatizaci'n y Control en la Universidad de las Fuerzas Armadas 8ESPE<" (uan )ablo *+pe Goye, naci' en ulc6n, el : de +oviembre de )??9, curs' la educaci'n !rimaria en la Unidad
-inicio talin alcedo )e&a, +aci' el 9I de .ctubre de )??9
en Quito $ Ecuador" ealiz' sus estudios secundarios en la ciudad de Quito, en el *nstituto ecnol'gico Su!erior VCinco de %unioW, obteniendo su ttulo de Bac2iller en la es!ecialidad de Fsico Datem6tico en el año 9:):" Actualmente cursa octavo semestre de la carrera de *ngeniera Electr'nica en Automatizaci'n y Control en la Universidad de las Fuerzas Armadas 8ESPE<" )atricio (avier andoval -iuete,
naci' en Quito el : de /iciembre de )??9, curs' la educaci'n !rimaria en el Fern6ndez Salvador, la secundaria la culmin' en la Unidad Educativa Bor(a obteniendo el ttulo de bac2iller en Ciencias E7actas, actualmente es estudiante de la carrera de *ngeniera Electr'nica, es!ecializaci'n en Automatizaci'n y Control en la Universidad de las Fuerzas Armadas $ ESPE sede Sangol3u
