HIPTESIS
CONSTRUCCIN DE CUATRO MDULOS PARA UN PROTOTIPO ROBTICO PODO
SEMILLERO DE INVESTIGACIN EN ROBOTICA Y AUTOMATIZACIN INDUSTRIAL
UPTC
UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRNICA
FACULTAD SECCIONAL SOGAMOSO
2006
CONSTRUCCIN DE CUATRO MDULOS PARA UN PROTOTIPO ROBTICO PODO
Investigadores
MARIO ARTURO SANABRIA ACEVEDO
LEONARDO IVAN GUERRERO ALVAREZ
CARLOS ANDRES FAGUA CONTRERAS
Coordinador
WILSON JAVIER PREZ HOLGUN
SEMILLERO DE INVESTIGACIN EN ROBOTICA Y AUTOMATIZACIN INDUSTRIAL
UPTC
Proyecto presentado a la convocatoria Interna
No 010 Vice-rectora Acadmica, Direccin de Investigaciones
UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRNICA
FACULTAD SECCIONAL SOGAMOSO
2006
1. INFORMACIN GENERAL DEL PROYECTO:Ttulo:
CONSTRUCCIN DE CUATRO MDULOS PARA UN PROTOTIPO ROBTICO PODO
Tipo de Proyecto:
Investigacin Bsica:Investigacin Aplicada:
XDesarrollo Tecnolgico o Experimental: Creacin Artstica:
Otro:
Proyecto Presentado por:
Joven InvestigadorGrupo de Investigacin
Semillero de InvestigacinX
Lugar de Ejecucin del Proyecto:
Ciudad:
SogamosoDepartamento:
Boyac
Duracin del Proyecto (en meses): OCHO (8)
Fecha de iniciacin (dd/mm/aaaa): 08/08/2006Fecha de Terminacin
(dd/mm/aaaa): 04/08/2007
Investigador Principal: MARIO ARTURO SANABRIA ACEVEDO c.c #
74.380.039 de Duitama
Lugar y fecha de nacimiento: 23/03/1984
Correo electrnico: [email protected] Telfono:
311-4546890
Direccin de correspondencia: Calle 4 Sur No 15-134 Cubculo de
Investigaciones
Facultad: Seccional SogamosoEscuela: Ingeniera Electrnica
Centro de Investigacin:
Centro de Investigacin y Formacin Avanzada UPTC Sogamoso
CIFAS
Nombre del Grupo o Grupos de Investigacin: (registre el nombre
tal como aparece en el Aplicativo Grup-LAC)
Total de Investigadores (nmero)
GRUPO DE INVESTIGACIN EN ROBTICA Y AUTOMATIZACIN INDUSTRIAL
"GIRA"EscalafonadoDocentes UPTC2
ReconocidoInvestigadores Externos
AvaladoXEstudiantes postgrado
Registrado
EscalafonadoJvenes investigadores1
ReconocidoEstudiantes pregrado / Semilleros16
Avalado
RegistradoTOTAL19
Nombre de los co-investigadores:
WILSON JAVIER PREZ HOLGUN (Coordinador)
CARLOS ANDRES FAGUA ONTRERASLEONARDO IVAN GUERRERO ALVAREZ
Nombre del semillero y/o del Joven Investigador que participa en
el Proyecto:
SEMILLERO DE INVESTIGACIN EN ROBOTICA Y AUTOMATIZACIN INDUSTRIAL
UPTC
Nombre de la Lnea de Investigacin del grupo en la que se
inscribe el proyecto:
Robtica Mvil Inteligente
Objetivo de la lnea de la investigacin:
Estudiar las posibilidades de aplicacin de la robtica mvil,
basada en inteligencia artificial y computacional, orientada a dar
solucin a problemas reales del entorno
Recursos para la ejecucin del Proyecto de Investigacin
Valor solicitado a la Direccin de Investigaciones UPTC: $
500.000.oo
Aportes (efectivo + especie) UPTC : $ 4646.000.oo
Aportes (efectivo + especie) cofinanciacin : $ 0 .oo
Valor total (solicitado + UPTC+ Cofinanciacin) : $
5146.000.oo
Descriptores / Palabras claves:
Convocatoria a la cual se presenta el proyecto: CONVOCATORIA
INTERNA 010
Evaluadores: Relacione 4 Investigadores Internos expertos en el
tema de su propuesta (Nombres completos, correos electrnicos, nmero
telefnico)
1. Liliana Fernndez Samac
[email protected]. Oscar Oswaldo Rodrguez
[email protected]
3. Nelson Barrera Lombana
[email protected]. Jorge Julin Moreno
Rubio
[email protected]
2. RESUMEN
CONSTRUCCIN DE CUATRO MDULOS PARA UN PROTOTIPO ROBTICO PODO
A continuacin se describe una propuesta de investigacin que
busca la construccin de cuatro mdulos para implementar un robot
podo (es decir sin patas), que desarrolle movimientos ligeros sobre
diferentes terrenos simulando la traslacin y el avance de gusanos y
serpientes de tal forma que utilice su estructura para desarrollar
un continuo movimiento sin esforzar sus mecanismos.
Se llevara a cabo una investigacin experimental basada en las
pruebas de movimiento y la caracterizacin de las ondas producidas
por el mismo movimiento de los gusanos, as como el desplazamiento
necesario para mantener una estabilidad adecuada que perdure en el
tiempo del recorrido.
El propsito a mediano plazo es ensamblar perfectamente la
estructura fsica del robot en diferentes materiales analizando su
dinmica para determinar la mejor composicin.
Esta es una propuesta desarrollada por los estudiantes de
Ingeniera Electrnica MARIO ARTURO SANABRIA ACEVEDO, LEONARDO IVAN
GUERRERO ALVAREZ y CARLOS ANDRES FAGUA CONTRERAS integrantes del
Semillero de Investigacin en Robtica y Automatizacin Industrial
UPTC, bajo la Coordinacin del Ingeniero WILSON JAVIER PREZ
HOLGUN.
3. DESCRIPCIN DEL PROYECTO
3.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
3.1.1 DESCRIPCION DEL PROBLEMA
En el semillero de investigacin de robtica y automatizacin de la
Universidad Pedaggica y Tecnolgica de Colombia (UPTC) Seccional
Sogamoso, ha surgido la inquietud de desarrollar prototipos
robticos para la industria. As mismo se han asignado diseos
robticos buscando una aplicacin fundamental y trascendental que
aporte a la sociedad y al desarrollo del grupo de investigacin.
Pensando en ello se ha querido implementar un diseo enfocado a
futuras aplicaciones relacionadas con la exploracin de terrenos y
lugares de difcil acceso donde los seres humanos no pueden llegar.
Por eso, planteamos el diseo de un robot podo como una posible
solucin a esta problemtica. Estos robots emulan los movimientos
tpicos de un gusano de seda y como su nombre lo indica, no poseen
patas, es decir, que utilizan las caractersticas de su estructura
para arrastrarse en libre direccin sin necesidad de aplicar
mecanismos de rotacin y desplazamiento como ruedas.
El desarrollo debe comenzar con un perfecto ensamble de la
estructura fsica del robot. Se deben tener en cuenta situaciones de
movimiento ya que el gusano se arrastra por lo que hay mucho
rozamiento con la superficie. Adems es muy importante tener en
cuenta que hay que sincronizar muy bien todos los mecanismos. Los
criterios de diseo para construir los mdulos del robot son
diversos, la sencillez en las piezas es primordial para que se
puedan construir prototipos a mano. Las piezas, tambin pueden ser
fabricadas industrialmente en materiales como fibra de vidrio o
plstico industrial o en otro material fcilmente maleable como MDF
(madeflex). A medida que se van implementado modelos y segn la
necesidad, se requiere ir mejorando la calidad del material y la
fabricacin del robot para aumentar as el objetivo de exploracin.
Todas estas son ideas desarrolladas por diseos preliminares, que
nos ayudaran al diseo planteado.
Los mdulos permiten la conexin en fase y desfase, ya que el
robot necesita el desfase para poder efectuar el movimiento en un
plano y cambiar de direccin, para poder efectuar giros. Abordando
la electrnica del mecanismo es importante facilitar el cableado, de
tal forma que los cables puedan pasar de un mdulo a otro. Para la
realizacin de los mdulos, podemos analizar los que ya han sido
desarrollados en proyectos como Cube Reloaded. Estos diseos fueron
acondicionados libremente y reformados de acuerdo con el material
utilizado.
Al revisar las ideas planteadas desde el comienzo de la
investigacin se ha encontrado una amplia gama de aplicaciones que
podran ser tenidas en cuenta para el desarrollo de un proyecto
como: excavaciones y exploracin, aseo en lugares muy pequeos,
monitoreo de procesos industriales en sitios sometidos a grandes
temperaturas, censar terrenos y reas explosivas, entre otras. Sin
embargo, se quiso referir la investigacin al diseo y la
implementacin de un prototipo base que en futuros trabajos se
convierta en un herramienta que contribuya y aporte a la sociedad
en el campo de ciencias exactas y de la tierra.
3.2 OBJETIVOS
3.2.1 Objetivo General
Construir cuatro mdulos para un prototipo robtico podo con
caractersticas especficas, tomando como base la locomocin de los
gusanos de seda.
3.2.2 Objetivos Especficos
Construir un diseo apropiado para la elaboracin de mdulos
dinmicos que permitan la ejecucin de la estructura fsica del
prototipo.
Identificar los factores de riesgo en la locomocin del robot.
Buscar los materiales necesarios para la construccin de mdulos y
estructura fsica.
Acondicionar motores y partes mecnicas al sistema funcional de
movimiento.
3.3 METODOLOGIA
3.3.1 ASPECTOS METODOLGICOS
3.3.1.1 TIPO DE INVESTIGACIN
Se planea realizar una investigacin aplicada, teniendo en cuenta
el diseo y construccin de otros prototipos robticos apodos,
desarrollados por trabajos investigativos anteriores.
Adicionalmente, se llevara a cabo una investigacin experimental
basada en las pruebas de movimiento de los gusanos, as como el
desplazamiento necesario para mantener una estabilidad adecuada que
perdure en el tiempo del recorrido.
3.3.1.2 MTODO DE INVESTIGACIN
Se ha pensado en un mtodo de investigacin deductivo, basado en
los resultados arrojados por la naturaleza de locomocin de los
animales que se desplazan sobre su dorso. Por lo que adems se
requiere de la observacin del desplazamiento de gusanos y similares
para llegar a su objetivo.
3.3.2 PROCESO METODOLOGICO
Para llevar a cabo la construccin del robot, las actividades
planeadas son:
1. Bsqueda y seleccin de la informacin
2. Estudio del funcionamiento de los robots podos y
establecimiento de su estado de arte
3. Identificacin de los factores de riesgo en la locomocin del
robot
4. Determinacin de movimientos para la correcta ejecucin del
prototipo.
5. Bsqueda de materiales para la construccin de mdulos y
estructura fsica.6. Acondicionamiento de motores al sistema
funcional de movimiento. Reconocimiento de sistema de control para
iniciar programacin de mecanismos mecnicos.
7. Implementacin de la estructura junto con los mecanismos de
locomocin (servomotores) y electrnica de control de los mismos.
8. Pruebas de movimiento a mecanismos y factores de ruido del
sistema electrnico, protocolo e inspeccin.
9. Correccin de posibles fallas y mejoramiento de los sistemas
de control as como la esttica en la estructura fsica.
10. Socializacin de resultados (informes y sustentacin
final)
3.4 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
ACTIVIDADDESCRIPCINTIEMPO EN MESES
12345678
1Bsqueda y seleccin de la informacin
2Estudio del funcionamiento de los robots podos y
establecimiento de su estado de arte
3Identificacin de los factores de riesgo en la locomocin del
robot
4Determinacin de movimientos para la correcta ejecucin del
prototipo.
5Bsqueda de materiales para la construccin de mdulos y
estructura fsica.
6Acondicionamiento de motores al sistema funcional de
movimiento.
Reconocimiento de sistema de control para iniciar programacin de
mecanismos mecnicos.
7Implementacin de la estructura junto con los mecanismos de
locomocin (servomotores) y electrnica de control de los mismos.
8Pruebas de movimiento a mecanismos y factores de ruido del
sistema electrnico, protocolo e inspeccin.
9Correccin de posibles fallas y mejoramiento de los sistemas de
control as como la esttica en la estructura fsica.
10Desarrollo de nuevos estudios para incluir futuras
aplicaciones como exploracin de terrenos.
11Socializacin de resultados (informes y sustentacin fina)
Todas las actividades sern responsabilidad de los investigadores
principales y los co-investigadores.
3.5 RESULTADOS/PRODUCTOS ESPERADOS Y POTENCIALES
BENEFICIARIOSTabla 3.5.1 Resultados Relacionados con la Generacin
de Conocimiento y/o Nuevos Desarrollos Tecnolgicos
Resultado / Producto esperadoIndicadorBeneficiario
Construccin de los mdulos para un prototipo robtico
podo.Articulo cientfico que verifique su diseo y construccin. -
Semillero de investigacin en Robtica y Automatizacin Industrial
GIRA.
- Grupo de investigacin en Robtica y Automatizacin Industrial
GIRA.
- Personas relacionadas con el rea de la geologa y al exploracin
de terrenos.
- Comunidad de la Escuela de Ingeniera Electrnica de la UPTC
- Investigaciones relacionadas.
Tabla 3.5.2 Resultados Conducentes al Fortalecimiento de la
Capacidad Cientfica Nacional
Resultado / Producto esperadoIndicadorBeneficiario
Inicio de exploracin y monitoreo de terrenos.Mdulos de un
Prototipo Robtico podo.- Grupo GIRA.
- Investigadores de terrenos interesados en la exploracin en
general.
-Investigaciones relacionadas con la Robtica y los procesos
industriales.
Tabla 3.5.3 Resultados dirigidos a la Apropiacin Social del
Conocimiento
Resultado / Producto esperadoIndicadorBeneficiario
1 Informacin tcnica y tecnolgica de los procesos desarrollados
en la ejecucin del proyecto.Informe final del proyecto- Semillero
de investigacin en Robtica y Automatizacin Industrial GIRA.
- Grupo de investigacin en Robtica y Automatizacin Industrial
GIRA.
- Comunidad de la Escuela de Ingeniera Electrnica de la UPTC
- Investigaciones relacionadas.
Sustentacin Publica del proyecto: una vez sean finalizados los
procedimientos y el tiempo estipulado en el cronograma del
proyecto, programada por el centro de Investigaciones de la
Seccional.Acta de sustentacin y aprobacin por parte de la Direccin
de Investigaciones y el centro de Investigaciones de la Seccional.-
Semillero de investigacin en Robtica y Automatizacin Industrial
GIRA.
- Grupo de investigacin GIRA.
- Otros grupos de investigacin de la UPTC, relacionados con la
temtica del proyecto.
- Comunidad de la Escuela de Ingeniera Electrnica de la
UPTC.
- Investigaciones relacionadas.
Una Ponencia en evento especializado, que permita evidenciar los
avances y/o resultados del proyecto.Certificado de participacin en
el evento.- Semillero de investigacin en Robtica y Automatizacin
Industrial GIRA.
- Investigaciones relacionadas.
- Comunidad de la Escuela de Ingeniera Electrnica de la
UPTC.
3.6 IMPACTOS ESPERADOS A PARTIR DEL USO DE LOS RESULTADOS
IMPACTO ESPERADOCLASE DE IMPACTOPLAZO (AOS)INDICADOR
VERIFICABLESUPUESTOS
Generacin de herramientas tecnolgicas locales, accesibles y
funcionales, que apoyen la creacin de prototipos robtico a nivel
local y a partir de procesos formativos en investigacin.CIENTFICO Y
TECNOLGICO5Nmero de prototipos robticos creados en el semillero.-
Vinculacin de mas estudiantes al semillero interesados en esta
temtica.
-Apoyo institucional con claras polticas referidas a la
investigacin sobre la robtica.
Construccin de prototipos robticos podos utilizados en la labor
de exploracin de terrenos, creados por estudiantes de la UPTC.SOBRE
EL MEDIO AMBIENTE Y LA SOCIEDAD8Numero de prototipos robticos
construidos con estas caractersticas.Vinculacin de mas estudiantes
al semillero interesados en esta temticas.
Vinculacin de sectores productivos e investigativos que apoyen y
financien el desarrollo de este tipo de proyectos.
3.6 CONFORMACIN Y TRAYECTORIA DEL SEMILLERO DE INVESTIGACIN
El Semillero de Investigacin en Robtica y Automatizacin
Industrial UPTC, ha surgido como una iniciativa para estudiar y
desarrollar aplicaciones relacionadas con la robtica y la
automatizacin industrial a partir de procesos relacionados con la
formacin investigativa desde los primeros semestres de estudio.
Bajo la coordinacin del Ing. Wilson Javier Prez Holgun, el
semillero cuenta con mas de diez integrantes, todos ellos
estudiantes de la Escuela de Ingeniera Electrnica UPTC,
comprometidos con su desarrollo acadmico y concientes de la
necesidad de fortalecer su espritu investigativo a travs del
desarrollo de propuestas, la socializacin de resultados y la
participacin en encuentros y otros eventos especializados.
3.7 BIBLIOGRAFA
GONZALEZ, Juan. Robot Cube Revolutions. Universidad de
Madrid.2002
Locomotion of a Modular Worm-like Robot using a FPGA-based
embeded MicroBlaze Soft-processor Clawar 2004
Cube Revolutions: Locomocin de un Robot podo Modular con el
Procesador MicroBlaze JCRA 2004
Diseo de Robots podos, trabajo de iniciacin a la investigacin.
Junio 2003
Microcontroladores Intel Mcs 51 Arquitectura y Programacin
Universidad Politcnica de Valencia.
TORRES F., POMARES J., GIL P., PUENTES S., ARACIL R. (2002).
Robots y Sistemas Sensoriales; ed. Prentice Hall, Espaa.
4. PRESUPUESTO
Tabla 4.1 Presupuesto global de la propuesta por fuentes de
financiacin (en miles de $)
RUBROSFUENTESTOTAL
UPTCCOFINANCIACIN.
DINOTRASEfectivoEspecie
EfectivoEspecie
PERSONAL$0$0$3,350$0$0$3,350
EQUIPOS$0$0$823$0$0$823
SOFTWARE$0$0$437$0$0$437
MATERIALES$220$0$0$0$0$220
MATERIAL BIBLIOGRFICO$0$0$0$0$0$0
PUBLICACIONES $30$0$0$0$0$30
SERVICIOS TCNICOS$250$0$0$0$0$250
SALIDAS DE CAMPO$0$0$0$0$0$0
VIAJES$0$0$0$0$0$0
CONSTRUCCIONESNo financiable
MANTENIMIENTONo financiable
TOTAL$500$0$4,610$0$0$5,110
Tabla 4.2 Descripcin de los gastos de personal (en miles de
$)
Nombre del Investigador*CEDULA
Formacin AcadmicaFuncin dentro en el proyectoDedic.
Horas/semana
RECURSOSTOTAL
UPTCCOFINANCIACIN.
DINOTRASEfectivoEspecie
EfectivoEspecie
Wilson Javier Prez Holgun9.396.313MaestraCoordinador del
proyecto
5$3,350$3,350
TOTAL$0$0$3,350$0$0$3,350
*Si el Grupo tiene Joven Investigador incluirlo dentro del
personal del proyecto, as como el personal de planta que
participara en el proyecto.
Tabla 4.3 Descripcin de los equipos que se planea adquirir (en
miles de $)
EQUIPO*JUSTIFICACINRECURSOSTOTAL
UPTCCOFINANCIACIN.
DINOTRASEfectivoEspecie
EfectivoEspecie
Generador de SealesAnlisis de seales digitales y anlogas
requeridas en el diseo y construccin del robot apodo.$152$152
Osciloscopio digitalRequerido para el anlisis de seales
elctricas en la construccin y pruebas tcnicas del
robot.$384$348
2 MultimetrosRequeridos en la construccin del prototipo para la
medicin de seales elctricas.$56$56
Programador de Microcontroladores PICRequerido para el Diseo,
construccin y prueba de los circuitos programables del prototipo
robtico.$20$20
1 Computador de EscritorioIndispensable para el diseo, simulacin
e implementacin de los algoritmos del prototipo. $247$247
TOTAL$0$0$823$0$0$823
* Se planea trabajar con los equipos del laboratorio de la
Escuela de Ingeniera Electrnica de la UPTC y se ha considerado el
10% del valor de cada elemento, segn el plan de compras UPTC AO
2005.Tabla 4.4 Descripcin del software que se planea adquirir (en
miles de $).
SOFTWARE*JUSTIFICACINRECURSOSTOTAL
UPTCCOFINANCIACIN.
DINOTRAS
EfectivoEspecieEfectivoEspecie
PIC COMPILERProgramacin de interfases de
usuario$0$0$437$0$0$437
TOTAL$0$0$437$0$0$437
*Software encontrado en el laboratorio de la Escuela de
Ingeniera Electrnica de la UPTC y se ha considerado el 10% del
valor real, segn el plan de compras UPTC AO 2005.
Tabla 4.5 Descripcin y justificacin de los viajes (en miles de
$)
Lugar /No. de viajesJustificacinPasajes ($)Estada ($)Total
dasRECURSOSTOTAL
UPTCCOFINANCIACIN
DINOTRAS
EfectivoEspecieEfectivoEspecie
TOTAL$0$0$0$0$0$0$0$0$0
Tabla 4.6 Valoracin salidas de campo (en miles de $)
temCosto unitario#Total
TOTAL$00$0
Tabla 4.7 Materiales y suministros (en miles de $)
Materiales*JustificacinValor
4 servomotoresFundamental para la construccin de mdulos, el
enlace de cada uno de estos y la generacin de movimiento del
robot.$150
Componentes ElectrnicosFundamentales para la construccin de
circuitos elctricos del prototipo robtico. $50
Material de oficina (papeleria, disquetes CDs, gastos de
impresion)Indispensable para la elaboracin de pruebas; socializacin
de informacin mediante la presentacin de informes y artculos
generados durante la ejecucin del proyecto.$20
TOTAL$220
Tabla 4.8 Servicios Tcnicos (en miles de $)
Tipo de servicioJustificacinValor
Maquinado de partes mecnicas y construccin de bases para el
prototipoPara el diseo y construccin del prototipo robtico, es
fundamental el diseo y construccin de partes, bases y sistemas
mecnicos que respondan a los requerimientos establecidos para el
desarrollo del proyecto.$150
Construccin de circuitos impresosFundamentales para la
construccin de circuitos elctricos del prototipo robtico. $50
Soldaduras especialesRequeridas en la construccin de estructuras
mecnicas del prototipo robtico.$50
TOTAL$250
Tabla 4.9 Bibliografa (en miles de $)
temJustificacinValor
TOTAL$0
Tabla 4.10 Publicaciones (en miles de $)
TEMJUSTIFICACINVALOR
DIN (30% DEL VALOR TOTAL)COFINANCIACINTOTAL
Informe final y Manual de Usuario del Robot Apodo ($100.000)Para
el correcto uso del robot, por parte de personal del semillero de
Investigacin en Robtica y Automatizacin industrial, el grupo GIRA y
en general la comunidad de la UPTC.$300$30
TOTAL $30$0$30
