DESARROLLO E IMPLEMENTACION DE UN ROBOT CUADRUPEDO DE 12GDL
0 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA
INFORME FINAL
PROFESOR : ING. OLIDEN MARTÍNEZ, JOSÉ
GRUPO :
GALLARDO CHÁVEZ, ISAI ANDROX 20091039G
SALCEDO PISCOYA, RICARDO MARTIN 20091008D
ASESOR : ING. VINCES RAMOS, NIKOLAI
CURSO : PROYECTO MECATRÓNICO (MT 818)
SECCIÓN : A
FECHA DE REALIZACIÓN: ../../10
FECHA DE PRESENTACIÓN: ../../10
2014-I
DESARROLLO E IMPLEMENTACION DE UN ROBOT CUADRUPEDO DE 12GDL
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 1
DESARROLLO DE UN ROBOT CUADRUPEDO DE 12 GDL PARA EXPLORACION
ASISTIDA EN ZONAS DE DIFICIL ACCESO CONTROLADO MEDIANTE UN
DISPOSITIVO MOVIL A TRAVES DE UNA APLICACIÓN ANDROID Isai Androx Gallardo Chávez (20091039G) Ricardo Martin Salcedo Piscoya (20091008D)
Asesor: Ing. Vinces Ramos, Nikolai
Curso: Proyecto Mecatrónico MT 818 Escuela Profesional: Ingeniería Mecatrónica
I.- Introducción
En la actualidad el diseño de sistema de locomoción de
robots caminantes se ha derivado del estudio de
sistemas biológicos, tomando como principal referente
los animales terrestres comunes, en los cuales su
sistema de locomoción se encuentra basado en un
conjunto de eslabones y articulaciones denominadas
patas. Este sistema ha sido diseñado evolutivamente
por la naturaleza de tal manera que hoy se tiene un
sistema óptimo para desplazamiento sobre terrenos
irregulares, basado en el apoyo discreto de las patas
sobre el terreno.
Las maquinas caminantes aprovechan este tipo de
locomoción, convirtiéndose así en las maquinas
ideales para espacios de difícil acceso. Estas maquinas
requieren sistemas mecánicos y de control más
complejos que los usados en sistemas de ruedas. Las
principales características que presentan estas
maquinas son:
Gran omnidireccionalidad.
Capacidad de adaptación al terreno.
Control de las fuerzas en los puntos de apoyo.
Apoyos discretos en el terreno.
Estas maquinas no son muy empleadas en el ámbito
nacional ya que sus costos y mantenimiento son más
elevados que otros robots, pero a nivel mundial estas
maquinas son empleadas como el robot caminante
SILO 6 que se muestra en la Fig. 1, desarrollado para
la detección de minas personales
Figura 1. Robot SILO 6.
II.- Planteamiento del problema
El ser humano es el recurso más importante que se
puede tener, muchas veces las tareas que este debe
realizar como la exploración implica poner en riesgo
su integridad ya que los lugares donde se debe realizar
la exploración no son de fácil acceso para este y puede
presentar peligros ocultos.
Para la realización de estas tareas se ha necesitado el
empleo de robots como los UAV o UGV los cuales
pueden ingresar a zonas de difícil acceso y pueden
tener una mayor percepción de su entorno para los
peligros existentes, pero estos tienen como
inconveniente que en zonas donde el terreno es
irregular tienen problemas para su movimiento.
III.- Justificación
El presente proyecto tiene como fin desarrollar e
implementar un robot móvil cuadrúpedo de 12 grados
de libertad el cual podrá realizar tareas de exploración
en zonas de difícil acceso donde los móviles de ruedas
presentan problemas para desplazarse y los vehículos
voladores no cuentan con suficiente espacio para el
vuelo.
El desarrollo de este robot permitirá a su vez la
integración de múltiples áreas de conocimientos como
es la robótica, sistemas embebidos, control digital y el
procesamiento de señales, las cuales son materias de
gran uso y esenciales a lo largo de la carrera de
Ingeniería Mecatronica.
También este proyecto permitirá realizar un estudio
sobre la locomoción de estos sistemas la cual podrá ser
empleada como estado del arte para futuros proyectos
sobre robots caminantes permitiendo tener
información sobre el comportamiento cinemático de
estos.
IV.- Aplicaciones prácticas
Entres las múltiples aplicaciones que presentan estos
robots caminantes tenemos:
Detección de minas personales, mediante la
localización de estas se evitara pérdidas
humanas.
Trabajos de forestación, donde el móvil podrá
desplazarse por zonas montañosas o rocosas
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plantando semillas donde un ser humano no
podría acceder como en zonas de gran pendiente.
Limpieza de fachadas, para ello el móvil tendrá
que mantenerse en una posición vertical
convirtiéndose en un robot escalador esto evitara
poner en riesgo a personas en tareas de limpieza
de edificios de gran altura.
Transporte de equipos y herramientas de
construcción, muchas veces las construcciones
requieren obreros en zonas donde necesitan tener
ambas manos libres para poder sujetarse y llevar
herramientas en su cinturón podría hacer que este
se enrede con los cables, por ello estos móviles
permitirán realizar el transporte de estas.
V.- Objetivos
Objetivos Generales:
Desarrollar un robot cuadrúpedo de 12 GDL
que pueda ser controlado por un dispositivo
móvil a través de una aplicación Android.
Objetivos Específicos:
Diseñar e implementar la estructura mecánica
y electrónica necesaria para el robot.
Modelar la locomoción del robot (caminar –
girar – ascender – descender).
Programar en un sistema embebido el control
de la locomoción del robot.
Diseñar y programar una aplicación en
Android para la comunicación del dispositivo
móvil con el robot cuadrúpedo.
VI.- Características del producto final
Se tendrá tanto un diseño de hardware como de
software del robot donde se especificaran para el caso
del hardware los análisis realizados para la selección
de los actuadores así como de la estructura, a su vez se
tendrán los planos del diseño. Esta estructura contara
con la superficie adecuada para el montaje del sistema
embebido así como del móvil con sistema operativo
Android.
En la parte de software se tendrá el programa de
control que será implementado en un sistema
embebido, este programa permitirá realizar las
funciones básicas de la locomoción del robot que serán
enviadas a través de una aplicación Android de un
dispositivo móvil. Desde este se enviara los comandos
de la locomoción del robot que son desplazamiento
hacia la derecha, izquierda, adelante, atrás, arriba,
abajo y giro; así como también comandos de control
como son encendido, apagado.
La aplicación enviara las órdenes desde el dispositivo
móvil a través de Bluetooth hacia el sistema embebido,
que se encontrara en la estructura del robot, que se
encargara de ejecutarlas mediante el control de PWM
hacia los servomotores del robot para su locomoción.
Para lograr una adecuada implementación del robot se
deberá tener en cuenta el uso de materiales de
características idénticas o similares en cada pata del
robot para permitir un modelamiento adecuado del
sistema en general como es el torque de los
servomotores, a su vez por fines prácticos la estructura
mecánica solo contara con los requerimientos mínimos
para su funcionamiento, esto evitara un alto costo en la
implementación.
Entre las aplicaciones prácticas del robot se tendrá:
Exploración asistida en zonas de acceso limitado.
Transporte de sustancias toxicas o residuos
peligrosos.
Modelo educativo para estudios de locomoción
de robots cuadrúpedos.
Entre las futuras mejoras que se podrían realizar se
tendrá:
Implementación de sensores para la localización
de objetos y obstáculos.
Aumento de la robustez de la estructura mecánica
para el transporte de materiales.
Implementación de un dispensador de semillas
para aplicaciones de forestación en terrenos
desforestados.
VII.- Cronograma semanal de trabajo
En la Tabla 1 se presentan las actividades semanales
que han sido realizadas para el desarrollo del proyecto
en un tiempo de 12 semanas, contando la semana 0
fuera del cronograma.
Semana Actividad
Semana 0
Estudio del estado del arte.
Determinación de las características
de la estructura mecánica.
Semana 1
Diseño en Solidworks de la
estructura mecánica.
Selección de materiales y actuadores
en base al diseño en Solidworks.
Semana 2 Adquisición de materiales y
actuadores
Semana 3 Construcción de la estructura
mecánica.
Semana 4 Estudio de la locomoción del robot
cuadrúpedo.
Semana 5 Modelamiento de la locomoción del
robot cuadrúpedo.
Semana 6 Simulación de trayectoria de
locomoción de robot cuadrúpedo.
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Semana 7
Diseño de la interfaz gráfica,
ventanas y comandos usados para el
movimiento.
Ensamblaje final de la estructura
mecánica.
Semana 8
Selección el módulo bluetooh a usar,
estudio de la comunicación e
identificación de requerimientos para
la realización.
Semana 9
Programación de la interfaz para
dispositivos con Android, prueba de
interfaz.
Semana 10
Selección del sistema embebido a
usar, programación de rutinas de
movimiento del robot cuadrúpedo.
Selección del dispositivo Android
requerido para la aplicación.
Semana 11
Construcción de la etapa electrónica
y distribución de señales para el
funcionamiento.
Semana 12
Prueba de funcionamiento de
comunicación y locomoción del
robot cuadrúpedo.
Tabla 1: Cronograma de actividades semanal.
VIII.- Descripción de avances según el cronograma
1er Avance:
Se diseñó la estructura mecánica mediante el uso del
Solidworks dimensionando las piezas reales para tener
una mayor fiabilidad del diseño.
En la Fig.2, se puede ver la vista tridimensional de
robot, este constara de 12 GDL que serán distribuidos
en 3 GDL por pata.
Figura 2. Vista tridimensional del robot.
La estructura fue diseñada tomando el uso de soportes,
Fig.3, y brackets, Fig.4, diseñados especialmente para
servomotores, los cuales están hechos de aluminio así
como la base del robot, Fig.5.
Figura 3. Soporte para servomotores.
Figura 4. Brackets para servomotores.
Figura 5. Base del robot cuadrúpedo.
Los puntos de contacto del robot que se aprecian en la
Fig.6., muestran una superficie de redondeo, esto
evitara que se puede tener accidentes al maniobrarlo.
Figura 6. Pata de soporte del robot cuadrúpedo.
Se escogieron para el movimiento servomotores
Tower Pro MG995, los cuales presentan un torque
máximo de 15 kg permitiendo de esta manera que toda
la estructura pueda moverse.
2do Avance:
Se realizó la compra de los brackets y soportes para
servomotores, así como la compra de los
servomotores, para lo cual se realizó una importación
debido a que no estaban la cantidad requerida en stock,
el tiempo de llegada es de 30 días.
En la Tabla 2 se detalla el importe de compra de los
distintos componentes.
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Materiales Precio (S/.)
1 Laptop ---
Estructura mecánica 400
12 servomotores 480
Fuente de energía DC 12V 10
Sistema embebido ---
Componentes electrónicos
diversos
60
Dispositivo con Android ----
Tabla 2: Lista de materiales con precios asignados.
Los materiales que no presenten precio serán tomados
en calidad de préstamo.
3er Avance:
Se construyó la estructura mecánica de dos patas del
robot para pruebas de movimiento, en la construcción
de estas se requirió el uso de rodamientos especiales
los cuales facilitan el movimiento Fig.7.
Figura 7. Pata del robot cuadrúpedo.
4to Avance:
Se realizó el estudio de la locomoción del movimiento
del robot, se tuvo en consideración que para el
movimiento de este se debería tener en cuenta las
semejanzas con el movimiento de animales que
presenten esta locomoción.
Locomoción 1:
Se coloca en todo momento el centro de masa del robot
sobre el triángulo de apoyo formado por los tres pies
en contacto con el suelo, mientras el otro pie esta en
movimiento. Este tipo de caminado es del elefante Fig.
8. Las ventajas que tiene este tipo de configuración es
que nunca perderá el equilibrio ya que el centro de
gravedad se encuentra dentro del área de apoyo; una
desventaja, es muy lento en su locomoción.
Figura 8. Robot apoyo tres piernas.
Este tipo de locomoción presenta el siguiente diagrama
en la Fig. 9.
Figura 9. Diagrama de locomoción 1.
T1: En el tiempo uno, las cuatro piernas
(extremidades) se encuentran en el suelo.
T2: El segundo tiempo es mover I1 mientras que las
demás están en el suelo.
T3: I2 está en el aire mientras I1, D1 y D2 se
encuentran en el suelo
Locomoción 2 (Tortuga)
Consiste en mantener en todo momento dos piernas del
robot en el suelo mientras las otras dos están en
movimiento. La desventaja de este es que llega a ser
inestable, ya que el área de apoyo se reduce a una línea,
la forman las piernas de apoyo. La ventaja es que su
velocidad de locomoción es mayor, ya que mueve dos
piernas a su vez Fig. 10.
Figura 10. Robot apoyo dos piernas.
Este tipo de locomoción presenta el siguiente diagrama
en la Fig. 11.
Figura 11. Diagrama de locomoción 2.
T1: El tiempo uno, las cuatro piernas (extremidades)
se encuentran en el suelo.
T2: El segundo se mueve I1 y D2, mientras que I2 y
D1 están en el suelo.
T3: I2 y D1 están en el aire, mientras I1 y D2 se
encuentran en el suelo.
5to Avance:
Se realizó el modelamiento cinemático del robot
cuadrúpedo, para ello se empleó el algoritmo Denavit
– Hartenberg.
En el modelamiento se analizó la configuración de una
pata del robot tomando como punto fijo el servomotor
que se encuentra sobre la base y que cada pata, como
se puede ver en la Fig. 12. Este modelamiento se
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asemeja a considerar cada pata como un brazo robótico
de 3 GDL.
Figura 12. Ejes para algoritmo D-H.
En esta configuración se puede apreciar que cada pata
presenta 3 articulaciones rotacionales, cuyas variables
de articulación se presentan en la Tabla 3.
Articulación Variables
1 q1
2 q2
3 q3
Tabla 3: Variables de cada articulación.
Se cálculos los parámetros D-H los cuales se presentan
en la Tabla 4.
Articulación a α d θ
1 L1 90° 0 q1
2 L2 0° 0 q2
3 L3 0° 0 q3
Tabla 4: Parámetros D-H.
Se calculó las matrices de transformación de posición
para cada eslabón.
𝑻𝟎𝟏 = [
𝐜𝐨𝐬(𝒒𝟏) 𝟎 𝐬𝐢𝐧(𝒒𝟏) 𝑳𝟏𝒄𝒐𝒔(𝒒𝟏)
𝐬𝐢𝐧(𝒒𝟏) 𝟎 −𝐜𝐨𝐬(𝒒𝟏) 𝑳𝟏𝐬𝐢𝐧(𝒒𝟏)𝟎 𝟏 𝟎 𝟎𝟎 𝟎 𝟎 𝟏
]
𝑻𝟏𝟐 = [
𝐜𝐨𝐬(𝒒𝟐) −𝐬𝐢𝐧(𝒒𝟐) 𝟎 𝑳𝟐𝒄𝒐𝒔(𝒒𝟐)
𝐬𝐢𝐧(𝒒𝟐) 𝐜𝐨𝐬(𝒒𝟐) 𝟎 𝑳𝟐𝒔𝒊𝒏(𝒒𝟐)𝟎 𝟎 𝟏 𝟎𝟎 𝟎 𝟏 𝟎
]
𝑻𝟐𝟑 = [
𝐜𝐨𝐬(𝒒𝟑) −𝐬𝐢𝐧(𝒒𝟑) 𝟎 𝑳𝟑𝒄𝒐𝒔(𝒒𝟑)
𝐬𝐢𝐧(𝒒𝟑) 𝐜𝐨𝐬(𝒒𝟑) 𝟎 𝑳𝟑𝒔𝒊𝒏(𝒒𝟑)𝟎 𝟎 𝟏 𝟎𝟎 𝟎 𝟎 𝟏
]
Se calculó la posición final del eslabón teniendo las
siguientes ecuaciones (1), (2) y (3) para una
orientación tridimensional de la cinemática directa:
𝑷𝑿 = 𝑳𝟏 ∗ 𝒄𝒐𝒔(𝒒𝟏) + 𝑳𝟐 ∗ 𝒄𝒐𝒔(𝒒𝟏) ∗ 𝒄𝒐𝒔(𝒒𝟐)+ 𝑳𝟑 ∗ 𝒄𝒐𝒔(𝒒𝟏) ∗ 𝒄𝒐𝒔(𝒒𝟐)∗ 𝒄𝒐𝒔(𝒒𝟑) − 𝑳𝟑 ∗ 𝒄𝒐𝒔(𝒒𝟏)∗ 𝒔𝒊𝒏(𝒒𝟐) ∗ 𝒔𝒊𝒏(𝒒𝟑)… (𝟏)
𝑷𝒀 = 𝑳𝟏 ∗ 𝒔𝒊𝒏(𝒒𝟏) + 𝑳𝟐 ∗ 𝒄𝒐𝒔(𝒒𝟐) ∗ 𝒔𝒊𝒏(𝒒𝟏)+ 𝑳𝟑 ∗ 𝒄𝒐𝒔(𝒒𝟐) ∗ 𝒄𝒐𝒔(𝒒𝟑)∗ 𝒔𝒊𝒏(𝒒𝟏) − 𝑳𝟑 ∗ 𝒔𝒊𝒏(𝒒𝟏)∗ 𝒔𝒊𝒏(𝒒𝟐) ∗ 𝒔𝒊𝒏(𝒒𝟑)… (𝟐)
𝑷𝒁 = 𝑳𝟐 ∗ 𝒔𝒊𝒏(𝒒𝟐) + 𝑳𝟑 ∗ 𝒄𝒐𝒔(𝒒𝟐) ∗ 𝒔𝒊𝒏(𝒒𝟑)+ 𝑳𝟑 ∗ 𝒄𝒐𝒔(𝒒𝟑) ∗ 𝒔𝒊𝒏(𝒒𝟐)… (𝟑)
Mediante estas ecuaciones se elaboraron los scripts en
Matlab para poder simular los movimientos de las
articulaciones ploteando el robot como se ve en la Fig.
13.
Figura 13. Plot del robot cuadrúpedo.
Esta simulación mantiene la base estática del
movimiento de las patas mediante el ingreso de
parámetros qi, donde i=1:12
6to Avance:
La simulación del robot se siguió bajo la configuración
de la Fig.14., donde se aprecia una caminata hacia
adelante.
Figura 14. Caminata hacia adelante. Variable d: en
el suelo, u: en el aire.
Para la caminata hacia atrás, izquierda y derecha se
configura según la Tabla 5.
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Adelante Atrás Derecha Izquierda
1 4 4 2
2 3 1 3
3 2 3 1
4 1 2 4
Tabla 5: Configuración de patas para movimiento.
7mo Avance:
Se diseñó la interfaz gráfica mediante el uso de la
plataforma MIT App Inventor 2, tal que cuente con las
ventanas presentación, seguridad y controles, las
cuales se detallaran de la siguiente manera:
i. Ventana Presentación:
Presenta la caratula del curso donde se puede
información del proyecto y autores ver Fig. 15.
Figura 15. Ventana de presentación.
Esta ventana cuenta con los botones Salir y Siguiente,
cuyas funciones se especifican en la Tabla 6.
Botón Función
Salir Cierra la aplicación
Siguiente
Deshabilita la ventana
presentación y habilita
la ventana seguridad.
Tabla 6: Funciones de botones de ventana
presentación.
ii. Ventana Seguridad:
Habilita el ingreso del código de seguridad requerido
para la activación de la ventana de control, se
implementó como medida de seguridad para privatizar
el control del robot, ver Fig.16.
Figura 16. Ventana de seguridad.
Esta ventana cuenta con los botones de ingreso
numérico y los botones de funcionamiento Validad y
Borrar, cuyo funcionamiento se detalla en la Tabla 7.
Botón Función
Validar
Comprueba el código
ingresado y habilita la
ventana de control y
deshabilitando la
ventana de seguridad.
Borrar Borra los caracteres
ingresados.
Tabla 7: Especificaciones de botones ventana
seguridad
iii. Ventana Control:
Presenta los comandos de control del robot, ver Fig.
17., con los botones Encendido, Apagado y Salir cuyas
funciones se especifican en la Tabla 8.
Figura 17. Ventana de control.
Botón Función
Encendido
Habilita la sub ventana
de controles
encendiendo el robot en
una posición inicial.
Apagado Deshabilita la sub
ventana de controles
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llevando al robot a una
posición de reposo.
Salir Cierra la aplicación.
Tabla 8: Funciones de botones de ventana control.
La sub ventana de controles permite la realización de
las diferentes locomociones presentes en el robot, estas
han sido divididas en movimientos y posiciones, ver
Fig. 18.
Figura 18. Sub ventana de controles de locomoción.
Se ensamblo la estructura final del robot, ver Fig. 19.,
se hicieron cambios respecto al diseño inicial en las
uniones y patas de apoyo cambiando el material de
aluminio a un material de tablero de fibra de densidad
media (MDF) por presentar un menor peso y menor
costo.
Figura 19.. Estructura mecánica finalizada.
8vo Avance:
Se seleccionó el módulo bluetooh HC-06, ver Fig.20.,
para realizar la comunicación entre el dispositivo
Android y el sistema embebido a programar, este
módulo es de tipo esclavo por lo que permitirá
conectarlo con una pc, celular o tablet.
Figura 20. Módulo bluetooh HC-06.
Se consideró también el HC-05 el cual permite realizar
la conexión entre dispositivos bluetooh que estén
unidos a sistemas embebidos pero por su alto costo y
función de maestro-esclavo se eligió el HC-06.
Para la comunicación del módulo bluetooh con la
interfaz en el dispositivo Android se hizo necesaria la
identificación de la MAC de este, para ello se energizo
el modulo usando un Arduino Uno, ya que necesita un
voltaje VCC de 3.3v, y con la aplicación Amarino la
cual nos permitió identificar el valor siguiente
20:14:03:27:42:60. A su vez este módulo presenta una
clave 1234 y una velocidad de transmisión de 9600
baudios, este dato es importante ya que permitirá
configurar la comunicación en el sistema embebido.
9no Avance:
La programación de la aplicación se realizó mediante
bloques usados en la plataforma MIT App Inventor 2,
cuyo diagrama se aprecia en la Fig. 21.
Figura 21. Diagrama de bloques de configuración de
la aplicación.
La programación de bloques mostrada se puede dividir
en 3 sub bloques:
i. Bloque ventana presentación:
Las funciones de los botones son configuradas
mediante los siguientes bloques para la habilitación de
ventanas, ver Fig. 22.
Figura 22. Configuración de botones mediante evento
click.
ii. Bloque ventana seguridad:
Se realiza la validación de la clave de seguridad
comparándola con una clave existente en la memoria
de la aplicación, ver Fig. 23.
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Figura 23. Configuración de botones de clave de
seguridad mediante evento click.
iii. Bloque ventana control:
Se muestran las funciones de bloques para realizar las
funciones del botones Encendido y Apagado, ver
Fig.24.; además de la habilitación del bluetooh y de los
string enviados por comandos especificados en Tabla
9.
Figura 24. Configuración de controles mediante
evento click.
String Comando
0AB Posición inicial
1AR Movimiento adelante
1AB Movimiento atrás
1DE Movimiento derecha
1IZ Movimiento izquierda
1DO Movimiento abajo
1UP Movimiento arriba
1GI Giro a la derecha
1GD Giro a la izquierda
Tabla 9. String para activación de comandos.
10mo Avance:
Se seleccionó la placa de Arduino Due como sistema
embebido encargado de ejecutar las señales de control,
esto se basó en las características que este posee, ver
Fig 25.
Figura 25. Características del Arduino Due.
Se escogió esta placa especialmente por la
característica de poseer 12 PWM que pueden ser
usados simultáneamente lo cual coincide con el
requerimiento de movimiento de 12 articulaciones a la
vez. Se comprobó mediante pruebas que la señal de
control de 3.3v es suficiente para el control de los
servomotores por lo cual no se decidió implementar
una interfaz de 3.3v a 5v.
Para la programación de las rutinas de locomoción se
siguió la siguiente configuración, ver Fig. XX.,
empleando las librerías proporcionadas para Arduino
Due.
Figura 26. Configuración inicial para distintas
locomociones dependientes del string enviado.
El principio de operación es leer el dato enviado por el
dispositivo Android mediante bluetooh al Arduino
Due, este valor será leído para poder identificar la
rutina de ejecución, por ultimo al finalizar la ejecución
del comando se borra lo leído en el puerto serial y
vuelve al loop para buscar otro comando.
Para la selección del dispositivo Android se seleccionó
una tablet debido a que es un dispositivo de gran uso y
de fácil acceso, además de presentar una pantalla más
amplia para la visualización de los distintos botones de
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comandos que en un celular muchas veces no son
simples de diferenciar.
11vo Avance:
Para la implementación de la electrónica se vio
necesaria la construcción de una placa encargada de la
distribución de la señal y alimentación a los
servomotores, ver Fig. 27., esta placa deberá ser
montada sobre la estructura del Arduino Due para
ahorro de espacio.
Figura 27. Placa de distribución de energía y señales
de control para servomotores.
Esta placa deberá conducir un alto amperaje para los
servomotores por lo cual la alimentación por la
bornera en con doble cable trenzado, manteniendo el
aislamiento adecuado para evitar accidentes.
No se requirió la implementación de una interfaz
electrónica de 3.3v a 5v debido a que se comprobó
que la señal del Arduino Due podía energizar los
servomotores adecuadamente.
12vo Avance:
Para la etapa de pruebas del robot se consideró el
siguiente esquema de trabajo, ver Fig. 28.
Figura 28. Esquema de conexión de energización del
robot.
Como se ve en la figura anterior se hizo necesario el
uso de una fuente de computadora para la alimentación
debido a que el consumo de amperaje supero los 8A,
siendo la máxima entrega de amperaje de esta fuente
de 18A a un voltaje de 5v que es el necesario para la
energización de los servomotores.
IX.- Informe económico final
Se elaboró el informe económico final del proyecto
considerando los elementos de costo fijo y los
elementos de costo cero, tomados en préstamo como
se detalla en la Tabla 10.
Material Precio (S/.)
12 Servomotores 480
Juegos de brackets 180
Tornillos 20
Arandelas 5
Estructura MDF 15
Elementos
electrónicos 20
Fuente de energía 15
Módulo bluetooh 15
Arduino Due ---
Laptop ---
Total 730
Tabla 10: Lista de componentes y precios asignados,
los elementos tomados en cuestión de préstamos
presentan costo 0.
X.- Conclusiones
(1) El modelamiento de las patas del robot
cuadrúpedo como un brazo robótico de 3
GDL permite realizar el cálculo de la
cinemática directa del robot para las
simulaciones de movimiento.
(2) Las condiciones de restricción para cada
grado de libertad permite evitar problemas en
la implementación del robot como choques en
la estructura.
(3) La estructura mecánica se ha diseñado
intentando aligerándola, solo considerando
las estructuras importantes para evitar un
sobrepeso en el robot que afectaría el
desempeño de los motores.
(4) El tipo de locomoción escogido permite que
el robot mantenga su equilibrio manteniendo
su centro de gravedad dentro del triángulo de
apoyo.
(5) El uso de trayectorias establecidas para la
locomoción dependiendo del comando
recibido permite realizar movimientos con
mayor precisión pero limitando a la vez su
desplazamiento.
(6) La plataforma MIT App Inventor 2, para
programación de aplicaciones en dispositivos
Android, para el movimiento de trayectorias
predefinidas del robot presenta una gran
ayuda ya que cuenta con funciones
empaquetadas en bloques permitiendo un
ahorro de tiempo en la programación.
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(7) La comunicación vía bluetooh mediante el
dispositivo HC-06 presenta problemas en
grandes distancias debido a que pierde la
conexión entre el dispositivo y el modulo,
pero para cuestiones de elaboración de
prototipo es de bajo costo en comparación a
otros módulos existentes en el mercado de
funciones similares.
(8) El Arduino Due a pesar de la ventaja de
contar con 12 PWM presenta problemas en la
energización de los 12 servomotores, como se
comprobó en las pruebas realizadas solo se
llegó al funcionamiento de 11 de ellos, una
forma de solucionar este inconveniente es
mediante el multiplexado de las señales de
control para evitar la saturación.
(9) La señal de salida de control del Arduino Due
es de 3.3v la cual es suficiente para los
servomotores Tower Pro MG995 sin la
necesidad de una implementación de una
interfaz de conversión de 3.3v a 5v.
(10) El consumo de corriente de los servomotores
es alta, en pruebas en vacío se determinó un
consumo aproximado máximo de 3A por
pata, por lo cual se empleó, para pruebas, una
fuente de computadora la cual a régimen de
alimentación de 5v llega a entregar un
máximo de 18A.
XI.- Bibliografía
[1] “Diseño e Implementación de un Robot Móvil
Cuadrúpedo”. E. Calle, I. Ávila, J. Zambrano.
Universidad Politécnica Salesiana
[2] “Locomoción de un Robot Cuadrúpedo: Un
Enfoque a Celdas Neurológicas Analógicas”.
Elizabeth Sedeño Bustos. Centro de Investigación y
Desarrollo Tecnológico.
[3] “Diseño, Construcción y Control de un Robot
Cuadrúpedo con Actuadores de Alto Desempeño
Conectados a Red”. Bautista Quintero Ricardo,
Aguirre Cerrillo Fabio Abel, Ramos Andrade José
Alfredo, Chavira Gutiérrez Diego Enrique, López
Cabrera Ramón Jovani. Instituto Tecnológico de
Culiacán.
[4] “Creando una aplicación con App Inventor”. http://www.proyectosarduino.com.ar/creando-una-
aplicacion-con-app-inventor/ (11/06/2014).
[5] “Modulo Bluetooh HC-06”. http://electgpl.blogspot.com/2013/01/modulo-
bluetooth-hc-06.html (05/06/2014).
[6] “Arduino Due”.
http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardDue
(28/06/2014).