construyendo hexapodo

Click here to load reader

  • date post

    03-Oct-2015
  • Category

    Documents

  • view

    41
  • download

    2

Embed Size (px)

description

diseño y construccion de un robot

Transcript of construyendo hexapodo

  • 92/80(1,

    Memoria del proyecto

  • ,6(f2
  • 81,9(56,$(0/$*$)DFXOWDGGH,QIRUPiWLFD

    Reunido el Tribunal examinador en el da de la fecha, constituido por:

    D.

    D.

    D.

    para juzgar el Proyecto Fin de Carrera titulado ,6(f2

  • ,17528&&,1

    Se ha llevado a cabo el diseo y construccin de un robot mvil articulado con patas

    controlado por ordenador. Se parti de un objetivo primordial: realizar el diseo de un robot

    experimental con presupuesto y complejidad reducidos. El prototipo construido, denominado

    RHEX-I, cumple este objetivo y sirve de precedente para futuras investigaciones en este

    campo.

    RHEX es el primer robot de este tipo construido en esta Universidad, aunque existen

    antecedentes en otras Universidades y Departamentos de Investigacin, tanto en Espaa como

    fuera de nuestro pas.

    No se parti de ningn trabajo previo, salvo la documentacin citada en la

    bibliografa, disendose todos los sistemas mecnicos, electrnicos e informticos que se

    consideraron necesarios. Se experiment con diversas estructuras mecnicas,

    servomecanismos de posicionamiento, electrnica de generacin de seales y software

    jerarquizado y modular. Finalmente, se implant e integr todo ello, logrando un sistema

    completo y preparado para futuras extensiones.

    Todo el trabajo ha sido completamente especificado en el presente proyecto,

    dividindolo de forma lgica en dos volmenes, con un total de nueve captulos y diez

    apndices.

    En el primer volumen estn los nueve captulos y los primeros nueve apndices.

    En el primer captulo se exponen los objetivos que llevaron a la construccin del

    robot. El segundo captulo contempla los antecedentes y explica la situacin de RHEX dentro

    del amplio espectro de los robots existentes en la actualidad. El tercer captulo trata el diseo

    DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN ROBOT HEXPODO Introduccin

    3

  • preliminar, subdividindolo en las diversas fases que ste abarc. Los captulos cuarto, quinto

    y sexto desarrollan con ms profundidad cada una de estas fases: diseo mecnico,

    electrnico y software de control. El captulo sptimo es un manual de usuario del entorno

    que se implant para el manejo cmodo y eficiente de todos los aspectos de RHEX, desde la

    calibracin de servos individuales hasta la realizacin de movimientos complejos tales como

    andar. El captulo octavo enumera las pruebas que se realizaron durante el proyecto y describe

    los resultados obtenidos. El captulo noveno expone las conclusiones a que ha dado lugar este

    proyecto, as como las futuras lneas de ampliacin del mismo.

    El contenido de cada apndice es el siguiente:

    El apndice A muestra un estudio de los servomecanismos utilizados para el

    posicionamiento de las articulaciones.

    El apndice B contiene los planos de las estructuras mecnicas que forman una pata

    del robot, y el apndice D contiene los planos del cuerpo.

    El apndice C estudia el modelo cinemtico de RHEX.

    El apndice E da informacin detallada sobre el integrado i8253.

    El apndice F contiene los planos y documentacin sobre la electrnica de control.

    Los apndices G y H exponen las caractersticas principales de las dos tarjetas de

    entrada y salida utilizadas para el envo de rdenes desde el ordenador.

    El apndice I es un desarrollo matemtico de las frmulas para la cinemtica directa e

    inversa de una pata del robot.

    El segundo volumen incluye el dcimo apndice, que contiene todos los listados del

    software implantado.

    DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN ROBOT HEXPODO Introduccin

    4

  • 2EMHWLYRV\MXVWLILFDFLyQGHOSUR\HFWR

    El principal objetivo de este proyecto es el diseo y construccin de un robot mvil

    con patas, con presupuesto y complejidad reducidos.

    Este objetivo plantea esfuerzos de investigacin en los siguientes campos:

    -Diseo de estructuras mecnicas poliarticuladas, capaces de posicionar de manera

    eficiente el sistema robot (maximizacin del espacio alcanzable frente a minimizacin de

    colisiones entre los elementos).

    -Estudio y bsqueda de sistemas mecnicos de servocontrol (minimizacin del

    tamao, peso y coste frente a optimizacin del control en el sentido de fuerza ejercida y

    reduccin del error).

    -Arquitecturas de control (autonoma frente a control remoto).

    -Diseo de la electrnica de control y de los interfaces (estructuras digitales para el

    mantenimiento de las seales de posicionamiento y eleccin de dispositivos de entrada/salida

    para el control desde el software).

    -Sistemas software estructurados en niveles de abstraccin, capaces de planificar

    eficientemente movimientos complejos del robot (arquitecturas reactivas frente a

    arquitecturas jerarquizadas).

    -Interfaz para el manejo del robot por el usuario (facilidad de uso frente a potencia.

    Acceso a todos los niveles de control del robot, desde configuracin del sistema a la

    simulacin de los futuros movimientos y del comportamiento previsto).

    DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN ROBOT HEXPODO Objetivos y justificacin del proyecto

    5

  • En la implantacin de todos estos sistemas se han encontrado los problemas y

    restricciones enumerados a continuacin:

    -Limitacin de presupuesto.

    -Limitada disponibilidad de materiales y de medios de mecanizacin de los mismos.

    -Escasez de documentacin sobre los dispositivos de servocontrol utilizados, y en

    general, sobre los robots de este tipo realizados en otros departamentos.

    -Limitacin de tiempo y de personal para un proyecto individual, debida

    principalmente a la extensin y la diversidad de los campos abarcados.

    -Espacio de trabajo reducido.

    En general, estos problemas no se han podido obviar. El resultado final se ha adaptado

    a las restricciones expuestas, consiguiendo pese a ello sus objetivos.

    Estos objetivos incluyen, aparte del ya mencionado criterio de bajo coste, otros ms

    generales:

    -Facilidad de reemplazo de componentes.

    -Modularidad y reusabilidad del software.

    -Sencillez de diseo.

    -Preparacin para futuras ampliaciones y/o mejoras.

    Por ltimo, el desarrollo de este proyecto supone la apertura de una nueva lnea de

    investigacin en esta Facultad, y concretamente en el departamento de Ingeniera de Sistemas

    y Automtica. Esta lnea est destinada a una rpida expansin que estara limitada

    nicamente por la capacidad e inventiva que se vuelque en ella y no por la falta de medios.

    DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN ROBOT HEXPODO Objetivos y justificacin del proyecto

    6

  • DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN ROBOT HEXPODO Objetivos y justificacin del proyecto

    7

  • $QWHFHGHQWHV

    La documentacin existente en el campo de los robots mviles con patas es

    relativamente escasa, y se limita al desarrollo de sistemas dirigidos a objetivos muy

    concretos. Por ello, durante la realizacin de este proyecto se pusieron en marcha ideas, que si

    no son nuevas en el campo de la computacin, si lo son aplicadas a este tipo de robots.

    Tambin es a causa de esto por lo que el diseo tuvo una gran componente de invencin y

    experimentacin, apartndose en muchos casos de lo ya aplicado en este campo.

    Existen varias formas de clasificar robots. Desde un primer punto de vista, podemos

    dividir stos en H[SHULPHQWDOHVy DSOLFDGRV La primera categora incluye aquellos robots de

    propsito general diseados para realizar un conjunto bastante amplio de experiencias, es

    decir, aquellos pensados con un estricto enfoque de investigacin. La segunda categora

    abarca los robots construidos con algn propsito especfico (industrial, de exploracin,

    etc...). En esta clasificacin RHEX entrara en el primer grupo, debido a que su construccin

    persigue la creacin de una lnea de investigacin en principio slo limitada por la estructura

    fsica del robot, estando abierta a cualquier tipo de experiencias que se adapten a esta

    restriccin.

    Desde otro punto de vista, se pueden encontrar robots PyYLOHVo HVWiWLFRV Los robots

    industriales son fundamentalmente estticos, es decir, incapaces de desplazarse libremente

    por un entorno no limitado. RHEX es un robot mvil, por lo que a partir de ahora la

    clasificacin se centrar en este tipo de dispositivos.

    Dentro de los robots mviles, se encuentra una primera divisin en robots DXWyQRPRV

    y QRDXWyQRPRV. Los primeros portan todo el software y hardware de control sobre la

    DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN ROBOT HEXPODO Antecedentes

    7

  • estructura mecnica. Esto les da un rango de alcance limitado nicamente por la duracin de

    las fuentes de alimentacin que utilicen, pero encarece y produce una mayor complejidad en

    el sistema. RHEX es un robot QRDXWyQRPR. Es gobernado por un ordenador externo al que se

    comunica a travs de un bus de seales de datos y control. Las fuentes de alimentacin son as

    mismo externas.

    Desde un segundo punto de vista, los robots mviles pueden clasificarse atendiendo al

    medio de locomocin que utilicen. Los robots con patas permiten desplazamientos ms

    eficientes sobre terrenos de cualquier tipo (rugosos, con obstculos o