paper innova platafomar

8/16/2019 Paper Innova PLatafomar

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MECHATRONIC RESEARCH JOURNAL

Diseño y construcción de una pata!or"a ro#ótica "ó$i para

e%teriores teeoperada

Paúl Herrera*, Veronica Grefa1

1Universidad Internacional del Ecuador, Quito, Ecuador * Autor principal/Corresponding author, e-mail: f. [email protected]

A#stract& The design and construction of a tele-oerated latfor! ro"ot for outdoor environ!ents is resented, #$% soft&are for co!!unication and re!ote control is used in this design' The latfor! ro"ot has a !a(i!u! travel seed of )!+h &hich is re!otelconfigura"le " the HI or the .ostic at !a(i!u! reach of /0!' 2ith 0 g of &eight and 3(4()!! of di!ension, the latfor!ro"ot uses / 56 !otors for !ove!ent and a /7V 108h "atter "an for its o&er sul &hich turn the latfor! in an autono!ous sste!during 1 hour outdoors' It has "een designed under IP17 rotection standard for !otors and it includes sensors to !easure te!erature, heightand sloe9 in addition, a ca!era for i!age ac:uisition is included to recover the outdoor' ;inall, the entire catured infor!ation is rocessed

" HI and dislaed in real ti!e allo&ing an easier e(loration'

Keywords 'Ro#otic pat!or"( tee)operated( ROS

Resu"en& %e reali<a el dise=o construcci>n de una latafor!a ro">tica ara e(teriores teleoerada usando el soft&are #$% ara suco!unicaci>n control a distancia' ?a latafor!a ro">tica tiene una velocidad !@(i!a de desla<a!iento de ) !+h configura"lere!ota!ente !ediante el interfa< HI o el !ando de control con un alcance !@(i!o de /0!' 6on un eso de 0 g 3(4() !! de

di!ensi>n la latafor!a ro">tica utili<a / !otores de corriente continua ara su desla<a!iento cuenta con "aterAas de /7V 10 8h ara elsiste!a de ali!entaci>n, lo :ue le roorciona autono!Aa or un tie!o !@(i!o de 1 hora en e(teriores' ?a latafor!a ro">tica ha sidodise=ada "a.o nor!as de rotecci>n ara !otores IP17 ara resistencia al entorno e inclue sensores ara la !edici>n varia"les e(ternas co!ote!eratura, altura e inclinaci>n9 adicional!ente osee una c@!ara ara la ad:uisici>n de i!@genes desde el entorno' ;inal!ente, la interfa<HI rocesa la infor!aci>n caturada desde la latafor!a la !uestra en antalla en tie!o real er!itiendo una f@cil e(loraci>n'

Palabras clave ' *ata!or"a ro#ótica( teeoperada( ROS+

UI5E - /14

1




I' I BT#$5U66ICB

En la Universidad Internacional del Ecuador se lantea el desarrollo de una latafor!a !>vil ro">tica !>vil ara e(teriores,la !is!a ser@ caa< de e(lorar or a!"ientes e(teriores de distintas caracterAsticas'

?a latafor!a se co!one del siste!a !ec@nico :ue co!rende todos los co!onentes !ec@nicos necesarios ara la!ovilidad de la latafor!a, el siste!a elDctrico, electr>nico de control :ue contiene los ele!entos !otrices, los ele!entos de

otencia necesarios ara el control de los ele!entos !otrices, el control del !ovi!iento de la latafor!a gestiona lasco!unicaciones entre la latafor!a la estaci>n de control'

II' 5I%E$ F 6$B%T#U66ICB 5E? %I%TE8

Para el dise=o construcci>n de la Platafor!a se han definido las siguientes caracterAsticas :ue definen el dise=o selecci>nde co!onentes ara el roecto

Velocidad @(i!a ) !+h Inclinaci>n @(i!a ) grados Peso 0 g 5i!ensiones 3 !! ( 4 !! ( ) !! Tie!o de funciona!iento 1 hora Tie!o de recarga 1 hora

#esistencia al entorno IP17 5istancia de funciona!iento /0 !

A. Componentes del Proyecto

%e definen los co!onentes !ec@nicos, elDctricos, electr>nicos de control :ue se usan en el roecto con su resectivafunci>n'

1 Componentes !ec"nicosPara la construcci>n de los co!onentes !ec@nicos se define :ue la latafor!a tendr@ un siste!a de desla<a!iento con

tracci>n diferencial, un siste!a de tracci>n diferencial i!lica :ue las ruedas con las :ue se genera el !ovi!iento de la latafor!a giran a distintas velocidades ara oder girar de"ido a :ue las ruedas son fi.as en su osici>n no ca!"ian sus@ngulos con resecto al chasis' Este es:ue!a de desla<a!iento "rinda venta.as co!o un radio de giro casi nulo de"ido a :ue

uede girar so"re su roio e.e, ara un siste!a de roulsi>n de estas caracterAsticas se necesita !otores con !aor otenciade los :ue se usan en otros siste!as'?os co!onentes !ec@nicos de la latafor!a son los siguientes'

a Chasis

El chasis de la latafor!a contiene a todos los de!@s ele!entos !ec@nicos de la latafor!a' El chasis se lo reali<a!ediante una estructura tu"ular' El dise=o reli!inar del chasis se !uestra en la ;ig' 1

;ig' 1 6hasis de la Platafor!a

b #$es !otrices

?os e.es !otrices de la latafor!a conectan las ruedas al chasis de la latafor!a er!itiendo :ue las !is!as giren a travDsdel siste!a de trans!isi>n seleccionado' En los e.es se !ontan los siguientes ele!entos'




• #oda!ientos• Pi=ones• #uedas

En la ;ig' / se !uestra un e.e con sus diferentes ele!entos !ontados'

;ig' / E.e ensa!"lado con sus Ele!entos

c %istema de &ransmisi'n

Para la trans!isi>n de otencia de los !otores a las ruedas ara roducir el desla<a!iento de la latafor!a se usa unsiste!a de i=ones cadenas'

d Carrocer(a

%e fa"rica una carrocerAa ara la rotecci>n de los ele!entos con el e(terior, en esta se !ontan ele!entos :ue de"en ser accesi"les ara el usuario tales co!o conector de carga de las "aterAas llave de encendido, ta!"iDn se !ontan las antenas arala co!unicaci>n con la estaci>n "ase la c@!ara ara la trans!isi>n de video'

?a carrocerAa se la reali<a !ediante lancha de acero do"lada ara o"tener la for!a deseada, esta se fi.a al chasis' ?acarrocerAa se !uestra en la ;ig' )'

;ig' ) 6arroceria de la Platafor!a

) #lementos #lctricos, #lectr'nicos y de Control Para el control del !ovi!iento de la latafor!a la co!unicaci>n con la estaci>n "ase se usan los siguientes ele!entos'

a !otor +C

?os !otores 56 5irect 6urrentJ o de corriente continua se usan ara generar el !ovi!iento de la latafor!a'En el roecto se usan !otores 56 de i!@n er!anente de sillas de ruedas, estos !otores cuenta con una ca.a reductora :ueentrega el tor:ue necesario a una velocidad adecuada ara el roecto, el !otor se !uestra en la ;ig' 7'




;ig' 7 otor 56 de la latafor!aEstos !otores oseen su !@(i!o tor:ue cuando la velocidad tiende a cero, su resuesta de velocidad tor:ue es lineal a la

corriente alicada al !otor' ?a curva caracterAstica de los !otores utili<ados en la latafor!a se !uestra en la ;ig' 0'

;ig' 0 6urva 6aracterAstica otor 56

b Controlador de motores +C

?os !otores 56 ueden regular su velocidad !ediante un controlador de P2 Pulse 2idth odulationJ :ue controla elvolta.e ro!edio :ue llega al !otor con lo :ue se uede regular la velocidad de los !otores'En el roecto se utili<a la tar.eta %a"ertooth /()/ :ue tiene las siguientes caracterAsticas

6ontrol de / !otores hasta )/ 8 de for!a continua icos de hasta 47 8' 6ontrol !ediante volta.es anal>gicos, trans!isores de radio control, co!andos a travDs de una cone(i>n serial TT?,U%K o una co!"inaci>n de los !encionados anterior!ente' Entrada U%K ara la configuraci>n o control de la tar.eta' ;recuencia de con!utaci>n de /3 H<' ?A!ites de corriente te!eratura configura"les' @s de 7 velocidades !ediante una resoluci>n de salida de 1/ "its' Protecci>n de descarga de "aterAas'El controlador se !uestra en la ;ig' 4

;ig' 4 Tar.eta %a"ertooth /()/




c !'dulos de adiofrecuencia

?os !>dulos de radiofrecuencia er!iten la co!unicaci>n entre la latafor!a la estaci>n "ase, en el roecto se usan!>dulos %iL de Tele!etrAa o ta!"iDn lla!ados radios )5#, estos !>dulos se !uestran en la ;ig' M'

;ig' M >dulo de #adiofrecuenciaEstos !>dulos ofrecen velocidad configura"le, ciclo de tra"a.o varia"le, areo auto!@tico correcci>n de errores de

co!unicaci>n'

d !ando de Control Para el control de la latafor!a desde la interfa< de control se utili<a un !ando de control co!o el de la ;ig'N

;ig' N ando de 6ontrol

e &ar$eta de Captura de ideo

Para la visuali<aci>n de la c@!ara de video en el HI se usa una tar.eta de catura de video :ue er!ite la cone(i>n de lac@!ara a travDs del trans!isor de video'

f C"mara de ideo

%e usa una c@!ara de video vigilancia co!o se !uestra en la ;ig' 3 con un trans!isor de video an@logo ara recuerar lai!agen de la latafor!a en la estaci>n "ase'

;ig' 3 6@!ara de Video Vigilancia

g Arduino

%e utili<a la laca el soft&are de 8rduino ara el control local ara reali<ar la interfa< entre la estaci>n "ase la latafor!a

h %ensores

?a latafor!a tiene un gruo de sensores :ue er!iten la recueraci>n de varia"les del entorno :ue er!ite la navegaci>n dela Platafor!a, estas varia"les se !uestran en la Ta"la 1'




Ta"la 1Varia"le Transductor %ensor

Te!eratura Ter!>!etro KP-1N8ltura Kar>!etro KP-1NInclinaci>n Giroscoio PU-310Velocidad#otaci>n

Encoder Encoder #otativo

PU-310 6ontiene un aceler>!etro, giroscoio !agnet>!etro :ue er!ite recuerar los @ngulos de osici>nen los ) e.es' %e o"tienen los datos !ediante co!unicaci>n I/6' KP1N Es un "ar>!etro con ter!>!etro :ue er!ite recuerar la altura te!eratura' %e o"tienen los datos

!ediante co!unicaci>n I/6' Encoder Per!ite calcular la velocidad del desla<a!iento de la latafor!a en "ase ala rotaci>n de los neu!@ticos' E? Encoder usa / entradas de interruci>n ara el c@lculo de la velocidad'

%istema de Control

El control de la latafor!a se lo reali<a !ediante el siste!a oerativo ara ro"ots #$%, se reali<a una interfa< entre #$% la laca 8rduino con los !>dulos de radio frecuencia'

a %

#$% es un siste!a oerativo ara desarrollar alicaciones ara ro"ots, #$% rovee diferentes herra!ientas ara el

desarrollo de ro"ots de diferentes caracterAsticas, entre estas herra!ientas se encuentran li"rerAas esecAficas, controladores aradisositivos, rotocolos de co!unicaci>n'#$% est@ resente en diferentes tios de ro"ots en los :ue se incluen !aniuladores !>viles, ro"ots !>viles, !aniuladores,vehAculos aut>no!os, ro"ots sociales, hu!anoides, vehAculos aDreos aut>no!os, vehAculos aut>no!o acu@ticos otros'En la ;ig' 1 se !uestra el HI de la latafor!a !ostrando con la i!agen de la ca!ara de video los valores recuerados desdelos sensores'

;ig' 1 HI




b Control Arduino

En la laca 8rduino se reali<a el control de la tar.eta de control de !otores 56 la recueraci>n de datos de los sensores deinclinaci>n, te!eratura, altura velocidad de rotaci>n de los !otores'El roceso se !uestra en la ;ig' 1'

;ig' 11 Proceso 6ontrol 8rduino

III' P#UEK8% F # E%U?T85$%

A. Construcci'n de la plataforma

%e construe las ie<as necesarias ara la latafor!a desuDs del c@lculo resectivo' Estas ie<as se construen usandovarios rocesos de !a:uinado en herra!ientas co!o el Torno la ;resa Vertical, en la ;ig'1/ se !uestra la fa"ricaci>n del e.e enel torno'




;ig' 1/ E.e !a:uinado en el torno

En la ;ig' 1) se !uestran la latafor!a ensa!"lada con los e.es, roda!ientos, i=ones !otores so"re el chasis'

;ig' 1) 6hasis con E.es otores

En la ;ig' 17 se o"serva la latafor!a en su estado final con las conecciones ara el cargador de "aterias, las antenas deco!unicaci>n la llave de encendido'

;ig' 17 Platafor!a Ensa!"lada

0. Pruebas de uncionamiento

Para verificar el correcto funciona!iento de la latafor!a se reali<aron varias rue"as de funciona!iento, a travDs de las rue"asse o"tuvieron los siguientes datos

Terreno de ;unciona!iento Inclinaci>n @(i!a

Es la inclinaci>n !@(i!a a la cual se lleg> suero durante las rue"as

Tie!o de ;unciona!ientoEs el tie!o durante el cual la latafor!a uede reali<ar !anio"ras de giro Velocidad @(i!a a Bivel

?a velocidad !@(i!a alcan<ada a una inclinaci>n de O

TerrenoTiempo de

Funcionamiento(Minutos)

InclinaciónMáxima

VelocidadMáxima 0 (m/s)ᵒ

Césped 18 11% 1

Césped y TierraCompacta

16 89% 1.2




Arena 12 9% 0.8

Concreto 16 33% 1.5

Concreto conPintura

20 18% 1.5

Asfato 18 16% 1.5

IV' 6$B6?U%I$BE%5esuDs de reali<ar las rue"as de funciona!iento de la latafor!a se o"tienen las siguientes conclusiones

?as rue"as de funciona!iento varAan deendiendo el entorno en las :ue se realicen, e(isten varias condiciones :ueafectan el dese!e=o de la latafor!a tales co!o orcenta.e del tie!o en :ue la latafor!a se desla<a sinreali<ar !anio"ras de giro, terreno so"re el cual se reali<an las !anio"ras, o"st@culos, inclinaci>n durante eldesarrollo de la rue"a, tio de !ane.o velocidad de desla<a!iento'

?a latafor!a es caa< de desla<arse or distintos a!"ientes e(teriores suerar o"st@culos' ?a resistencia a la rodadura :ue varAa de acuerdo al terreno afecta la velocidad !@(i!a a la cual uede desla<arse

la latafor!a de"ido a :ue se necesita una !aor fuer<a ara el desla<a!iento' ?a fuer<a de tracci>n afecta la inclinaci>n !@(i!a :ue la latafor!a uede suerar sin erder la tracci>n' ?a fuer<a de tracci>n de"e ro!erse ara oder reali<ar los giros de"ido al siste!a de trans!isi>n de la latafor!a,

desuDs de un eriodo de funciona!iento la latafor!a uede !antener el !ovi!iento en lAnea recta ero ierda lacaacidad de reali<ar giros'

?a autono!Aa de la latafor!a se reduce de"ido a la rotecci>n :ue ofrece la tar.eta %a"ertooth a las "aterAas, estacorta la corriente de ali!entaci>n a los !otores en cuanto el volta.e "a.a so"re los niveles seguros de las "aterAas' ?a autono!Aa o"tenida con el "anco de "aterAas de /7V 178h concuerda con el c@lculo esti!ado del consu!o de

energAa' Para o"tener la autono!Aa deseada se de"e i!le!entar un "anco de "aterAas de !aor caacidad :ue soorte los

icos de corriente !anteniendo su volta.e no!inal con lo :ue se o"tendr@ la autono!Aa funcional deseada' ?a co!unicaci>n de datos tanto co!o la recueraci>n de video se !antienen durante todo el eriodo de

funciona!iento de la latafor!a' ?a latafor!a !antiene su rango de oeraci>n dentro del rango redeter!inado con el envAo receci>n de datos' ?a receci>n del video de la latafor!a ierde su calidad gradual!ente hasta los lA!ites de oeraci>n' El rango de oeraci>n se uede a!liar !ediante la i!le!entaci>n de antenas direccionales trans!isores de

!aor otencia'

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