Cinemática de Robot Omnidireccional

 

ING. Electrónica y T Telecomunicaciones elecomunicaciones

Cinemática de robot omnidireccional

Fisica INTEGRANTES

Pilco Sosa Mario  Alvarez Allhuirca Efrain Manuel Manuel Berrocal Villena Alisson Brissette

2DO SEMESTRE 2021

“El alumno declara haber realizado el presente trabajo de acuerdo a las normas de la Universidad Catolica San Pablo”

 

1. Resumen

El gran avance de la tecnología en los últimos años ha posic posicionado ionado a la robótica y la automatización de procesos como aspectos cotidianos en la vida de las personas, de manera de simplificar las tareas que se pueden delegar a los robots, como pueden ser aquellas repetitivas o de riego para la vida humana. En este trabajo se presenta el modelo cinemático y cinético entre las ruedas del robot y el suelo. La fuerza de tracción resultante en cada punto de contacto entre la rueda y el suelo, es comparada con la fuerza de fricc fricción ión máxima dis disponib ponible le antes de que el desl deslizami izamiento ento ocur ocurra, ra, se calcula el deslizamiento de cada una de las ruedas, luego se le resta a la tracción requerida por cada rueda, para obtener la tracción real, si la tracción real supera la tracción disponible en cualquier instante, se debe reemplazar por la tracción disponible.

Figura 1: Robot omnidireccional de cuatro rueda mecanum. 2. Intr Introd oduc ucci ción ón Los robots aun sido y son un disparador para la imaginación, que el hombre sea capaz de construir un ente que emule al propio ser humano en sus capacidades, aunque sea parcialmente, lo fomenta a desarrollar  nuev nu evos os mo mode delo los s los los cu cual ales es ap apoy oyen en a se serr hu huma mano no en la las s ta tare reas as repetitivas o expongan la vida del mismo. los los robo robott om omni nidi dire recc ccio iona nale les s mu much chas as ve vece ces s es co comp mple leja ja tra traza zarr su trayectoria en las que se tiene que cambiar bruscamente la dirección del robot, estos robot surgen debido a necesidad de contar con un robot que puedan sortear fácilmente obstáculos y posee poseerr una gran movilidad y maniobrabilidad.

 

esta inve esta invest stig igac ació ión n na nace ce de debi bido do ro robo bott so son n us usad ados os en un ám ámbi bito to académ aca démico ico , ind indust ustria riall ,mé ,médic dico o y lúd lúdico ico,, ten tenien iendo do en cu cuent enta a que los espacios de de trabajo se están reduciendo donde el operador ya no cuenta con mismo ambiente de trabajo, en este caso cas o se pla plante ntea a que un rob robot ot omn omnidi idirec reccio cional nal tiene tiene la hab habili ilidad dad de desplazar en cualquier dirección en el plano y rotar simultáneamente, por lo cual estos robot son más eficientes a la hora de desplazarse en espacios reducidos. ; 2.1 Planteamiento del problema En los últimos diez años se ha dado gran importancia a la búsqueda de mecani mec anismo smos s de mov movimi imient ento o alt altern ernati ativos vos par para a los rob robots ots,, abr abrien iendo do nuev nu evo os camp mpo os de dent ntro ro de la ci cie enc ncia ia que que abr bren en el cam amin ino o a la invest inv estiga igació ción. n. En los pri primer meros os dis diseño eños s par para a log lograr rar est este e obj objeti etivo, vo, se utilizaban ruedas de tracción que podían intervenir en la dirección del robot rob ot med median iante te mot motore ores s adi adicio cional nales es;; al constr construir uir un rob robot ot baj bajo o estos estos parámetros, se encontraron los siguientes inconvenientes: primero, se nece ne cesi sita tan n do dos s mo moto tore res s po porr ca cada da ru rued eda a qu que e co cont ntie iene ne el ro robo bot, t, uno uno enca en carg rgad ado o de da darr el mo movi vimi mien ento to y el ot otro ro la di dire recc cció ión, n, el se segu gund ndo o problema es que se incrementa el tiempo de control para la operación, y tercero, estas configuraciones presentan dificultades para el movimiento del robot, de manera que la fuerza ejercida por un motor es anulada por  el otro, lo que no permite un desplazamiento uniforme. Una sol soluci ución ón apl aplica icable ble par para a evi evitar tar los inc inconv onveni enient entes es ant anteri eriore ores s es diseñar robots omnidireccionales con ruedas tangentes al círculo en el que está inscrito el robot; el inconveniente de este diseño es cuando las ruedas se mueven, giran y deslizan con respecto al terreno en el que se mueven; por lo tanto, en el desarrollo de los modelos cinemáticos y dinámicos es necesario considerar la fricción si se requiere controlar  correctamente el desplazamiento del robot.

2.2 Objetivos 2.2.1 objetivo general Generar un modelo cinemático y dinámico, teniendo en cuenta los efectos de fricción entre las ruedas del robot omnidireccional y el terreno, que permita predecir el error de seguimiento en una trayectoria de referencia. 2.2.2 objetivos específicos ● Reali Realiza za un análisis de los aspe aspectos ctos tteóric eóricos os qu que e sirv sirven en de base para el de desarrollo sarrollo del ro robot bot omnidireccio omnidireccional. nal.

 

● Det Determ ermina inarr qué mod modelo elo de fr fricc icción ión se aj ajust usta a con el rob robot ot propuesto. ● Ejecu Ejecutar tar e ell dis diseño eño del robot prop propuesto uesto.. ● sim simula ularr el seg seguim uimien iento to de una tra trayec yector toria ia de refer referenc encia, ia, teniendo en cuenta el modelo cinemático y dinámico del robot omnidireccional. 2.3 justificación Con base en los objetivos propuestos y tomando en cuen cuenta ta la capacidad de movimiento omnidireccional como una característica existente que ayuda al robot en la ejecución de múltiples tareas; se obtiene una mayor  movilidad que permite el desarrollo de actividades que no son propias de un robo robot, t, co como mo juga jugarr ba balo lonc nces esto to,, re real aliz izar ar un ba baile ile sinc sincro roni niza zado do,, desplazarse por lugares estrechos, entre otros.  Algunos factores importantes a considerar cuando se analiza el movimiento de un robot son: el entorno en el que se realiza la acción (por ejemplo en una fábrica, es posible que el robot no disponga de sensores o simplemente que estos no sean muy especializados, lo que permite una reducción de costes debido al buen estado del suelo, liso, rígido y uniforme) se debe considerar cómo afecta la dinámica de la plataforma robótica y cuál es la interacción del robot con el suelo. Por  otro lado, este estudio tiene como objetivo proponer un modelo cinético de un robot omnidireccional que incluya la fricción de las ruedas con el suelo, que permita predecir con un alto grado de fiabilidad el error de seguimiento de una trayectoria de referencia, y al mismo tiempo realizar  la simulación del modelo. 3. Me Meto tod dol olog ogía ía Estudio de tipo explo Estudio exploratori ratorio, o, tiene como fin: formula formularr un probl problemas emas que permit per mita a des desarr arroll ollar ar una inv invest estiga igació ción n más pre precis cisa, a, des desarr arroll ollar ar una hipótesis, aumentar la familiaridad del investigador con el fenómeno que se va a exp explor lorar ar,, acl aclara ararr con concep ceptos tos y est establ ablece ecerr pre prefer ferenc encias ias par para a posteriores investigaciones i nvestigaciones.. 3.1 Método de Estudio Son dos fases fundamentales: La primera, es el método de carácter deductivo parte de la concepción teórica general del tema, y que termina con el planteamiento de un problema de investigación particular. la segunda, como un método inductivo: parte de la obtención de los datos particulares, continuando con el estudio de los mismos, para llegar  a conclusiones de carácter general.

 

4. Re Resu sult lta ado dos s  A partir de perfil de velocidad , podemos calcular la velocidad que debe tener la rueda.teniendo rueda.teniendo las cond condiciones iciones radio de rueda diferente a 0  A Partir aplicada de modelo matemático podemos obtener el mejor resultado de fuerzas de cada motor para cambio de trayectoria.

5. Co Conc nclu lus sió ión n Cuando se utiliza el modelo de fricción fr icción de coulomb, se obtiene un error  de seguimiento menor que cuando se utiliza el modelo de adherencia de Dugoff; esto se debe a que este último modelo considera que la rueda se desliza constantemente. En el modelo cinemático del robot omnidireccional que considera la fuerza de tracción entre las ruedas y el suelo nos permite predecir el error en el seguimiento de una trayectoria. Cuando el robot se mueve en una línea l ínea recta y con aceleración angular  constante, el error de seguimiento del modelo de fricción de coulomb y el modelo de adherencia de Dugoff es igual. Es la única trayectoria en la cual la fuerza de tracción de cada una de las ruedas, influye en la la aceleración angular del robot.

 

Bibliografía Martínez, S., & Sisto, R. (2009). Control y comportamiento de robots omnidireccionales. Montevideo-Uruguay: Proyecto de grado, Instituto de Computación, Facultad de Ingeniería, Universidad de la República. Martín Mar tínez, ez, R. S. (20 (2010) 10).. Eas Easy y Rob Robots ots:: Con Contro troll y Com Compor portam tamien iento to de Robots Omnidireccionales. Martínez, S., & Sisto, R. (2009). Control y comportamiento de robots omnidireccionales. Mo Mont ntev evid ideo eo-U -Uru rugu guay ay:: Pr Proy oyec ecto to de gr grad ado, o, In Inst stit itut uto o de Computación, Facultad de Ingeniería, Universidad de la República República.. Sáenz, A., Santibánez, V., & Bugarin, E. (2016). Modelado cinemático y dinámico de un robot móvil omnidireccional de 4 ruedas considerando diná dinámi mica ca de ac actu tuad ador ores es.. AM AMRo Rob b Jo Jour urna nal, l, Robo Roboti tics cs:: Th Theo eory ry an and d  Applications, 4, 1-6.