Prototipo de robot de cuatro patas con un solo motor

Transcripción

1 Tlamati Sabiduría Volumen 7Número Especial 1, Septiembre er. Encuentro de Jóvenes en la Investigación de Bachillerato-CONACYT Acapulco, Guerrero de Septiembre 2016 Prototipo de robot de cuatro patas con un solo motor Memorias Esteban Bustos Hernández (becario) ebh_joker@hotmail.com Unidad Académica Preparatoria No. 20, Universidad Autónoma de Guerrero. Carlos Eymard Zamacona López (Asesor) Estudiante de la Maestría en Ingeniería para la Innovación y Desarrollo Tecnológico (MIIDT), UAGro. cezamacona@uagro.mx Dr. Antonio Alarcón Paredes (Asesor) Profesor-investigador de la Maestría en Ingeniería para la Innovación y Desarrollo Tecnológico (MIIDT), UAGro. aalarcon@uagro.mx Introducción En la ciencia y la tecnología un robot es una entidad mecánica virtual o artificial con actuadores, sensores y un sistema de control, que se encargada de realizar ciertos propósitos o actividades que puedan favorecer a los seres humanos, ya que esas máquinas han podido remplazar al hombre en algunos trabajos que requieren de cierta cantidad de fuerza que sobrepasan al mismo, algunos otros que ponen en peligro la vida de los seres humanos, también puede brindar cierta comodidad y ayudan a satisfacer algunas de sus necesidades cotidianas (Baturone, 2005). Grandes ejemplos se encuentran en las fábricas que utilizan grandes máquinas que ayudan para aumentar la producción de sus productos ya que hacen el trabajo con más eficacia, con una mayor rapidez y a un menor precio (Coriat, 2000). En este trabajo se presenta un robot que se mueve con cuatro patas; contrario a lo que se piensa, este robot no tiene cuatro motores (uno para cada pata), sino que la idea es que funcione y tenga movilidad por medio de un solo motor. El interés por este tema es por querer desarrollar un 344

2 prototipo de robot que permita ahorrar componentes electrónicos por medio de un buen acomodo de las piezas. Objetivos Objetivo general: Diseñar e implementar un sistema robótico que pueda caminar en dirección recta moviendo cuatro patas con un solo motor. Objetivos específicos: Realizar el diseño las piezas del robot en el software de diseño 3D llamado Solid Works, y armarlo. Imprimir los diseños del punto anterior en la impresora 3D XYZ Da Vinci 1.0. Conectar los componentes electrónicos en el cuerpo del robot y así poder probar su funcionamiento. Delimitación del problema: En este proyecto se pretende diseñar un prototipo de un robot capaz de desplazarse moviendo cuatro extremidades con un solo motor. Materiales usados en la estancia Protoboard, o placa de pruebas: es un pequeño tablero que tiene orificios que se encuentran conectados eléctricamente entre sí, los cuales tienes patrones lineales en los que se pueden insertar cableado y componentes electrónicos que permitan el armado y funcionamiento de un circuito eléctrico. Figura 1. Protoboard (placa de pruebas) 345

3 Motor de corriente directa: este dispositivo tiene como función el movimiento rotativo gracias a que recibe descargas eléctricas. Figura 2. Motor de corriente directa Arduino UNO: Es una placa de circuito impreso con un microcontrolador que tiene puertos digitales y analógicos de entrada y salida que pueden programarse en su entorno de desarrollo (Banzi, Cuartielles, Igoe, Martino, & Mellis, 2005). Figura 3. Placa Arduino UNO Driver: regula la corriente que fluye a través de un circuito eléctrico, ya que su función es intermediar sobre dos circuitos ya que se usa para el control del mismo. Figura 4. Driver L293D Resistencias: sirven para retener el paso excesivo de la corriente eléctrica, según la ley de Ohm que determina cuanta corriente fluye en el circuito cuando se le aplica un voltaje determinado. Figura 5. Resistencias Batería de 9V: Transforma la energía química de sus componentes en energía eléctrica. 346

4 Figura 6. Driver L293D Motorreductor: Es un conjunto de engranes que van acoplados a la flecha de un motor eléctrico y sirve para reducir el número de revoluciones por minuto (RPM) del motor pero a una velocidad constante. Figura 7. Motorreductor Interruptores: es un componente que sirve para la interrumpir el paso de la energía eléctrica a voluntad. Figura 8. Interruptor o switch Leds: es componente pasivo o diodo que emite luz, que pueden ser utilizados como indicadores para los dispositivos tales como los circuitos eléctricos Figura 9. Led verde También se incluyeron algunos objetos para hacer el funcionamiento del robot los cuales fueron un metro de alambre y dos cables para interconexiones. 347

5 Metodología De acuerdo con lo descrito en (Ruiz-Velasco, 2007), la robótica está constituida por diferentes áreas científicas tales como: La mecánica, que es una rama de la física que estudia y analiza el movimiento que hacen los cuerpos; es esencial para la construcción de un robot, ya que es necesario, por ejemplo, tener en cuenta la cantidad de fuerza necesaria para producir algún movimiento específico. La eléctrica, qué tiene o comunica electricidad, o funciona por medio de ella. La electrónica, es una de las ramas de la física que estudia y emplea sistemas que funcionan bajo partículas cargadas eléctricamente; esto ayuda a un robot ya que necesita de diferentes aparatos que ayudan a que la corriente eléctrica pase correctamente y pueda hacer una función determinada. Informática, como el conjunto de técnicas y conocimientos científicos que mediante computadores permite transferir información o datos en formatos digitales, es necesario el procesamiento de información ya que se utiliza para que el robot pueda ser programado y tenga sus propias funciones. Para la realización de este trabajo, primero fue necesario llevar a cabo una serie de prácticas para tener en cuenta y adquirir los conocimientos necesarios para llevarlo a cabo. Prácticas Se crearon prácticas individuales de circuitos eléctricos en el que se interactuó con cada uno de los componentes básicos de la electrónica en las cuales se observó el comportamiento y la función que tenían (Tecnología, 20014). En la Figura 9 es posible ver el circuito armado de una de las prácticas realizadas. Sin embargo ésta no fue la única, en secciones posteriores se verá alguna otra. 348

6 Figura 10. Práctica en protoboard Diseño en ambiente 3D Es necesario revisar alguna documentación para adentrarse un poco en los conceptos básicos del software de diseño 3D SolidWorks, por ejemplo (Lombard, 2011; Xie & Shi, 2002), que es un programa de diseño asistido por computadora para modelado mecánico, desarrollado en la actualidad por SolidWorks Corp. Se partió de diseños hechos y se modificaron en las prácticas hechas, gracias a esto fue posible realizar piezas de diferentes tipos y la creación de piezas nuevas en menor tiempo (Figura 10). Figura 11. Diseño 3D Impresión 3D Una impresora 3D es una máquina que realizar piezas, maquetas y diferentes tipos de objetos que se diseñan en una computadora, esta máquina es capaz de crear piezas a escala gracias a su sistema automático que funciona por tres motores que hacen movimiento sobre los ejes X y Y, e 349

7 incluido el movimiento que hace que sea diferente a una impresora normal el cual es el movimiento que hace de adelante y atrás conocido como eje Z. Funciona con un filamento de plástico que se inserta en un lugar designado y la misma impresora aumenta la temperatura hasta llegar a los 90 grados centígrados para poder derretir el filamento y empezar a crea la pieza que se ha diseñado con anterioridad en SolidWorks. Aquí se utilizó la impresora 3D de la marca Da Vinci 1.0 3D printer assembled i75 (XYZ Printing, 2014), mostrada en la Figura 11. Figura 12. Impresora 3D DaVinci 1.0 Como ejemplo de piezas impresas en 3D, que fueron parte de prácticas, están las representadas en las siguientes dos imágenes. a) b) Figura 13. Ejemplo de piezas impresas en 3D 350

8 Prácticas con Arduino Al programar en Arduino es posible darse cuenta de las grandes posibilidades que se tienen al contar con un microcontrolador que sea reprogramable mediante software, y facilitó la comprensión de las tareas que un robot o cualquier circuito eléctrico pueden hacer de forma autónoma como función específica. a) b) Figura 14. Ejemplo de prácticas con Arduino Resultados: el robot Para la construcción del robot se observó que para lograr el movimiento deseado se necesitaba un motorreductor ya que con un motor normal de corriente directa por sí solo no era posible lograr mover las cuatros patas del robot. La razón era simple, ya que el simple hecho de que la batería de 9 volts y el mismo motor estaban ubicados, ambos, encima del robot, hacía que se exigiera una mayor fuerza para poder mover las cuatro patas incluyendo su peso extra. Por eso se incluyó el motorreductor ya que permite que el motor pueda funcionar con mayor fuerza (Figura 14). Figura 15. Robot con batería y motorreductor 351

9 Para poder hacer que el robot caminara moviendo las cuatro patas utilizando un solo motor fue necesario incluir dos piezas de forma redonda acopladas una a la otra en un eje excéntrico por medio de otra pieza rectangular. Además de esta adaptación, se utilizó un alambre que fuera movido por estas ruedas acopladas y que, a su vez, hiciera mover las cuatro patas. Esto es ejemplificado en la Figura 15.. a) b) Figura 16. Movimiento de las cuatro patas Conclusiones La estancia en la Unidad Académica de Ingeniería a cargo del investigador Antonio Alarcón Paredes generó resultados favorables de acuerdo con el programa de estudios en el que se trabajó, los temas vistos durante la estancia de investigación fueron muy variados, ya que se estudió desde lo más básico de la electrónica hasta la creación de un robot con movilidad autónoma, los resultados obtenidos se apegaron a los objetivos que se planeaban cumplir. El proyecto final de esta estancia fue la elaboración de un robot en el cual se utilizaran los conocimientos adquiridos durante el curso, elaborando un circuito eléctrico, y el diseño e impresión de piezas en 3D que ayudaron para que el robot diera el movimiento planeado. Cabe de mencionar que se tenía pensado que el robot contara con 6 extremidades (patas), lo cual no pudo llevarse a cabo debido a problemas de choque entre unas extremidades y otras por ser muy pequeña la distancia de separación, lo que llevo a tener un modelo poco más sencillo. Creo que la robótica ha sido uno de los avances más grandes de la historia de los seres humanos ya que ha servido de ayuda, así como facilitado la investigación en diversas áreas de la ciencia en lo que se han utilizado maquinas autónomas con las que se han podido resolver problemas que 352

10 afectan a los seres humanos, o en ciertos problemas donde puede ser peligroso que las personas estén realizando sus labores, o en situaciones que puedan resultar tediosas. Esto ha hecho que nosotros como seres humanos podamos tener hoy en día muchas más comodidades que aquellas con las que se contaba anteriormente. Agradecimientos Le quiero dar las gracias a mis 2 asesores porque fueron pacientes conmigo, me demostraron la humildad y el ayudarnos los unos a los otros. GRACIAS. Fue un placer conocerlos. Referencias bibliográficas Banzi, M., Cuartielles, D., Igoe, T., Martino, G., & Mellis, D. (2005). Arduino. Retrieved July 10, 2016, from Baturone, A. O. (2005). Robótica: manipuladores y robots móviles. Marcombo. Coriat, B. (2000). El taller y el robot: ensayos sobre el fordismo y la producción en masa en la era de la electrónica. Siglo XXI. Lombard, M. (2011). SolidWorks 2011 Parts Bible (1st ed.). Wiley Publishing. Ruiz-Velasco, E. (2007). Educatrónica: innovación en el aprendizaje de las ciencias y la tecnología. Editorial Díaz de Santos, SA, Buenos Aires. Tecnología, Á. (20014). Electrónica Básica. Retrieved from BASICA.htm Xie, H., & Shi, W. (2002). Using solidworks 2000 software to design three-dimensional modeling for assembled part [J]. Machinery Design & Manufacture, 1, 15. XYZ Printing. (2014). DaVinci 3D Printer. Retrieved July 10, 2016, from 353