Rover Uatf

 

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA “TOMÁS FRÍAS”

FACULTAD DE INGENIERÍA TECNOLÓGICA CARRERA DE INGENIERÍA I NGENIERÍA ELECTRÓNICA “DISEÑO DE UN VEHÍCULO ROBOT

SEMIAUTÓNOMO INALÁMBRICO PARA EXPLORACIÓN DEL EST ESTADO ADO ESTRUCTURAL Y AMBIENTAL EN GALERÍAS DEL CERRO RICO DE POTOSÍ”

Post Po stula ulant ntes: es: Sergio Sergio And André ré Bel Belli lido do Po Portu rtuga gall Hugo Adria Adrian n Quisp Quispe e Boliv Bolivar ar _. POTO PO TOSÍ SÍ - BOLIV BOLIVIA IA

 

INTRODUCCIÓN

Explotación subterr subterránea ánea

Explotación a cielo abierto

 

APORTE CIENTÍFICO

Informática

Electrónica Robótica

Mecánica

 

MARCO TEÓRICO 1.1

 

•

Generalidades de la robótica

1.2

 

•

Mecánica

 

•

Electrónica

1.3 1.4

 

•

Informática

 

Definiciones Historia Generalidades de la robótica Clasificación de la robótica Autonomía de un robot

 

Cinemática para vehículos y brazos robot

Métodos para resolver la CD y CI

Mecánica Materiales de construcción

Sistemas de suspensión para vehículos robot

CRAB-8

DBL

Rocker

Bogie  

- Sensores - Micro PC’s Control - Plataformas de desarrollo - Propaga Propagación ción de las RF - Telecomunicaciones Modelos de

Electrónica

propagación Indoor propagación - Módulos de RF - Acondicionamiento Puentes H electrónico - Actuadores - Baterías Tipos de fuentes eléctricas - Fuente de poder

 

Sistemas operativos

Software y lenguajes de programación

Informática

Procesamiento digital de imágenes

 

INGENIERÍA ÍA DEL PRO PROYECT YECTO O INGENIER 2.1

 

•

Sistema Mecánico

2.2

 

•

Sistema Electrónico

 

•

Sistema Eléctrico

2.3 2.4

 

•

Sistema Informático

 

Parámetros para la selección de los elementos del VRE PARÁMETROS MECÁNICOS Superficie del terreno PARÁMETROS ELECTRÓNICOS Magn Ma gnit itud udes es fí físi sica cass a me medi dirr •

•

•

•

Las plataformas en función a loss requ lo que eri rim mientos elé léct ctri riccos y electrónicos Los módulos de RF en función al aho ahorr rro o en ener ergé géti tico co

PARÁMETROS ELÉCTRICOS Las baterías necesarias según el con onssumo electrón óniico y de los actuadores PARÁMETROS INFORMÁ INFORMÁTICOS TICOS El uso de software libre para el con co ntr trol ol de dell VR VREE •

•

 

Arduino Funduino Elementos

Raspi 2

Electrónicos MV500NK

VICMAR

Sharp

MQ-7

KINECT XBOX 630

ETN

DHT22

XBee

Elementos Eléctricos RS38OS

MG995

Pb Acid

ETL

Cinemática Directa e Inversa

M Elementos E Mecánicos C Rocker Bogie Ackerman

Algebraico

Aluminio

I N Elementos F Informáticos

 

IMPLEMENTACIÓN ACIÓN DISEÑO E IMPLEMENT 3.1

 

•

Diagrama de bloques del VRE

3.2

 

•

Sistema Mecánico

 

•

 

•

3.3 3.4

Sistema Electrónico Sistema Informático

 

Diagrama de bloques del VRE

 

IMPLEMENTACIÓN ACIÓN DISEÑO E IMPLEMENT 3.1

 

•

Diagrama de bloques del VRE

3.2

 

•

Sistema Mecánico

 

•

 

•

3.3 3.4

Sistema Electrónico Sistema Informático

 

Metodología sistemática para el diseño estructural del VRE

 

Estudio de campo en la Galería San Luis

 

Medidas en la Galería San Luis Punto 1

Suelo Granular fino

Ancho [m] 1

Alto [m] 1.63

Inclinación [°] 1

2

Granular fino

1

1.60

1

3

Granular fino

0.9

1.30

1

4

Granular fino

0.9

1.20

2

5

Granular fino

0.9

1.10

1

6

Granular grueso

2

2.0

10

7

Liso

1

1.20

45

8

Granular fino

1

1.5

1

9

Granular grueso

1.2

1.3

15

10

Granular grueso

1

1.1

2

Medidas generales del VRE Atributo

Medida

Ancho

< 0.9 [m]

Alto

< 1.10 [m]

Inclinac inación ión a supe superar rar Incl

> 15 [°]

Atributo

Medida

Ancho

0.50 [m]

Alto Largo

0.56 [m] 0.75 [m]

Inclinación a superar s uperar  

Configuraciones del VRE

Lineal

Rotacional

30 [ ]

 

Diseño del sistema de suspensión Consideraciones Según la altura del cuerpo Según las dimensiones dimensiones gene generale raless

Según la separación de ruedas

Dimensiones

 

Ruedas Rueda

Características Básicas: Neumático de goma liviana Aro de plástico Diámetro: 147 [mm] •

•

•

•

•

Espesor: 28 [mm] Masa: 100[g]

 

Diseño del cuerpo del VRE Consideraciones 



Componente Arduino Mega ADK

Largo [mm] 101.98

Ancho [mm] 53.36

Alto [m [mm] 15.29

Cantidad 1

85.60

53.98

12

1

55448.26

Baterías Lead Acid

152

65

93

2

1837680

Culer

60

16

60

2

115200

Raspberry PI B 2

Volume Vo lumen n[ ] 83623.88

Total Componente Kinect Kine ct Xbo Xboxx 360

2 091 952.14

Largo [mm]

Ancho [mm]

Alto [mm]

Cantidad

283

72.8

73

1

Ancho del cuerpo = 350mm > 283mm Largo = 500mm < 0.9mdel brazo robot) Alto = del 120cuero mm (según l a flexión Vcuer cuerpo po = 21 000 000 3

Vlibree = 21 000 Vlibr 000 000 2 091 952.14= 18 908 047.863  – 

 

Diseño del cuerpo del VRE Forma Simple

Forma Funcional

Diseño del diferencial mecánico de barra

 

Diseño del Brazo Configuración

TRR : RT

Eslabones

 

  

1 2

5

 

Diseño del Brazo Consideraciones

 

Diseño del Brazo Desarrollo de la CD

 

Diseño del Brazo Desarrollo de la CI

 

Diseño Estructural del Brazo Ensamblaje

 

Ensamblaje virtual del VRE

 

Indicación de dispositivos electrónicos externos del VRE

 

Indicación de dispositivos electrónicos internos del VRE

 

Ensamblaje físico del VRE

 

Estática y Dinámica del VRE Parámetros Parámetro

Valor

Masa del vehículo 12[Kg] robot Torque

de 0.3789[Nm]

motorreductores Coeficiente

de 0.3

rozamiento rozamien to estático Inclin linaci ación ón a sup super erar ar 30[º] Inc

Aceleración de la 9. 9.8[ 8[ ] gravedad

Diagrama de cuerpo libre

 

DISEÑO E IMPLEMENT IMPLEMENTACIÓN ACIÓN 3.1

 

•

Diagrama de bloques del VRE

3.2

 

•

Sistema Mecánico

 

•

 

•

3.3 3.4

Sistema Electrónico Sistema Informático

 

Metodología sistemática para el diseño del Sistema Electrónico

 

Consumo energético de Servomotores Brazo Robot

Ruedas direccionales

Kinect

Sistema

V [V]

I [A]

Brazo robot

6

4

Ruedas direccionales

6

4

Kinect

6

1.25

Total

6

9.25

 

Consumo energético del VRE Motoreductores Actuador Motoreductores

V [V] 9

I [A] 12

 

Consumo energético de Dispositivos electrónicos Dispositivos

Cantidad

V [V]

I [mA]

Kine Ki nect ct Xb Xbox ox 36 360 0

1

12

1000

Cámara VIC-MA Cámara VIC-MAR R

2

5

600

Cámara Cámara MV500N MV500NK K

1

3.3

90

DHT22

1

5

2.1

CO MQ MQ-7 -7

1

5

140

Shar Sharp p 2Y 2Y0A 0A02 02 F 2Y

2

5

66

Leds de alt Leds altaa lum lumino inosid sidad ad

6

3

600

Arduino Arduin o Meg Megaa ADK

1

9

840

Funduino Fundui no Uno

1

5

400

Rasp berr rryy Pi B 2 Raspbe Motores de ven Motores ventilac tilación ión

1 2

5 12

1000 600

Xbee Xbee Pr Pro o S2

1

3.3

220

Total

20

-

5 588,1

Autonomía de baterías

No

Batería

Autonomía [h [ h]

1

6 [V]

1.08

 

Diseño del driver de leds luminosos Sección de carga carga y de activación

2

12 [V]

0.58

3

12 [V]

1.25

 

Diseño del regulador de voltajes y niveles lógicos

 

Diseño del puente H

 

DISEÑO E IMPLEMENT IMPLEMENTACIÓN ACIÓN 3.1

 

•

Diagrama de bloques del VRE

3.2

 

•

Sistema Mecánico

3.3

 

•

3.4

 

•

Sistema Electrónico Sistema Informático

 

Metodología sistemática para el diseño del Sistema Informático

 

Diagrama de Flujo de captura de datos de la cámara MV500NK

ALGORITMOS DE LA MICRO PC

 

Diagrama de Flujo de captura de datos de la cámara VIC-MAR

 

Diagrama de Flujo de captura de datos del sensor 3D Kinect

 

Reconstrucción 3D Ecuaciones

 

Reconstrucción 3D Algoritmo

 

Algoritmo de control del Brazo Robot

ALGORITMOS DE LAS PLATAFORMAS

 

Algoritmo de control del Brazo Robot

Algoritmo de Orden

 

Algoritmo de control del Brazo Robot

Algoritmo de la Cinemática Inversa

 

Diagrama de flujo de control del movimiento del robot Inicio

Definir variables, velocidad de comunicación serial y pines de E/S comunicación

Leer e imprimir el valor de los sensores para parámetros ambientales después de un tiempo determinado (temperatura, humedad y monóxido de carbono)

No

Se recibió información por el puerto serial 0?

Coordenadas del brazo robotico?

Si

Si

Transmitir por el puerto serial 2 hacia el Funduino

2

Almacenar en una variable el valor recibido

2

No

Valor de PWM?

Si

No

Comando de control semiautónomo?

Si

Cambiar variable de control semiautónomo

No

Si Control semiautónomo activado?

Control semiautónomo activado

No

No

Comando   de modo

Si

Cambiar variable de modo

1

de modo rotacional

rotacional? 3

4

 

4

No

Modo rotacional activado?

Case ‘w’

Mueve vehículo adelante

Case ‘s’

Mueve vehículo atrás

Case ‘a’

Case ‘d’

Case ‘0’

Si

Dirección del vehículo izquierda

Posicionar los actuadores del robot

Case ‘d’

Rota hacia la derecha

Case ‘a’

Rota hacia la izquierda

Case ‘0’

Modo rotacional apagado, posicionar actuadores del robot

Dirección del vehículo derecha Detener dirección del vehículo

Case ‘1’

Detener movimiento del vehículo

3

Se recibió información por el puerto serial 1?

Transmitir por el puerto serial 0 (hacia la pc)

2

Fin

 

1

Leer el valor de los sensores para el control semiautónomo

El sensor delantero detecta hoyos?

Detiene el robot y solo permite movimiento atras

Si

No

El sensor delantero y el sensor lateral derecho detectan pared en el rango de giro

Si

Gira hacia la izquierda

No

El sensor delantero y el sensor lateral derecho detectan pared fuera del rango de giro

El sensor delantero y el sensor lateral

Si

Si

izquierdo detectan pared en el rango de giro

Rotar hacia la izquierda hasta que el sensor delantero detecte camino libre

Gira hacia la derecha

No

El sensor delantero y el sensor lateral izquierdo detectan pared fuera del rango de giro

No

Si

Rotar hacia la derecha hasta que el sensor delantero detecte camino libre

2

 

Protocolo de comunicación entre la PC y el VRE

Caracter Caract er par paraa activar o desactivar una sola operación

Caracter del element Caracter elemento o que se se TX  Información 



Caracter Cara cter que indica indica el final de de TX

 

Diagrama De Flujo de La Interfaz HMI Del Robot INICIO

- Captura el puerto COM del XBee - Define el tamaño de la ventana - Carga la figura diseñada del HMI (etiquetas, cuadros, indicadores, hora, colores, graficas)

- Cambiar el indicador del modo rotacional del HMI - Mandar el comando para posicionar las 4 ruedas

Si

Si

Cambio de estado el modo rotacional?

No

Modo rotacional activado? - Esperar confirmación del robot para cambiar el indicador del modo rotacional del HMI - Mandar el comando para posicionar las 4 ruedas en 90º

No

Si

Cambio de estado el control semiautónomo?

Control semiautónomo activado?

Si

Mandar comando al robot para cambiar el indicador de autonomía del HMI

ALGORITMOS AL GORITMOS DE LA PC No

Si

Se recibió un byte?

El byte pertenece a imagen?

Si

Enviar coordenada X o Y o Z y el ángulo Pith para la posición del brazo robótico

No

Se dio un click en ok? No

Si

No

No

Se dio un click en enviar?

Mandar comando al del robot para cambiar el indicador de autonomía del HMI

No

Si

Enviar el valor del PWM

Reconstruye la imagen para mostrarla en el HMI

Según la indexación remplaza el valor de los sensores para mostrarlos en el HMI

1

2

 

1

Se presiono una tecla?

2

Si

Almacenar en una variable

- Cambia de color el indicador de dirección del HMI

No Case ‘w’

- Mueve vehículo adelante

Detener vehículo

Mueve vehículo atrás

Case ‘s’

Mueve Case ‘a’

vehículo izquierda Mueve vehículo derecha

Case ‘d’

FIN

 

Programa De HMI Ejecutado

 

Desplazamiento del Brazo

Articulación

Angulo [°]

G1

175

G2

179

G3

170

G4

175

G5

170