Informe Final Proyecto Mecatronico

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


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



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.



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.



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



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.



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



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.



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



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.



(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).

http://www.proyectosarduino.com.ar/creando-una-aplicacion-con-app-inventor/

http://www.proyectosarduino.com.ar/creando-una-aplicacion-con-app-inventor/

http://electgpl.blogspot.com/2013/01/modulo-bluetooth-hc-06.html

http://electgpl.blogspot.com/2013/01/modulo-bluetooth-hc-06.html

http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardDue

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