Introducción a la Robótica móvil

Por el compañero Marco Antonio Muñoz Duran

Contenido del curso Control Conceptos básicos y tipos de robots

Tipos de Control

Sistemas de locomoción

Configuración de un robot

Concursos y Categorías

Mecánica Materiales de ingeniería

Relación de potencia

Moto reductores

Procesos de manufactura

Electrónica Lógica digital

Electrónica Analógica

Sensores

Baterías

Clasificación de robots

Robots

Robots móviles

Autónomos A radio control

Robots estacionarios

Manipulador Industria

Vehículos AGV

Definiciones

• Robot = Es un manipulador reprogramable, multifuncional, con control automático, que puede estar en un lugar fijo o moverse, ya que esta diseñado para mover piezas, herramientas o dispositivos especiales, por medio de movimientos variables programados para la realización de diversos trabajos

Tipos de Control

Lazo abierto

• Es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada, pero basada en la primera.

Lazo cerrado

• Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida. Los sistemas de circuito cerrado usan la retroalimentación desde un resultado final para ajustar la acción de control en consecuencia.

Lazo abierto • Control manual • Ser sencillos y de fácil concepto. • Nada asegura su estabilidad ante una

perturbación. • Ser afectado por las perturbaciones. • Éstas pueden ser tangibles o intangibles. • La precisión depende de la previa calibración del

sistema.

Lazo cerrado • Control automático

• Tiene retroalimentación.

• Mas estables a las perturbaciones

• Alta precisión

Sistemas de Locomoción

Locomoción por Ruedas

Diferencial

Ackerman

Locomoción por patas

Bípedos

Cuadrúpedos

Hexápodos

Orugas

Híbridos

Arquitectura de los Robots

• Micro controladores

• Trabaja a de 0 a 5 V

• Reprogramable

Subsistema de control

• Electrónica de potencia (Puente H) (transistores, relevadores, MOSFET)

• Trabaja todo el voltaje de las baterías

• Distribuye toda la energía según el control

Subsistema de potencia

• Motores y actuadores

• Realizar la función física del robot (Trabajo)

Subsistema mecánico

Configuración de un robot móvil

Sensor

• Analógicos

• Digitales (todo o nada)

Control

• Control

• Potencia

Actuador

• Motores

• Tracción

Componentes básicos

Sumo y mini sumo

• 3kg

• 20 x 20 cm

• Autónomo o a radiocontrol

0.5 Kg 10x10 cm Autónomo

Robots de guerra

Sigue líneas (velocista, o persecución)

• Seguir la línea blanca

• 25 x 20 cm

• Autónomo

Polo acuático

• Equipos de 3 robots por equipo

• Debe flotar • Radio control

Propiedades de los materiales

Propiedades físicas

Conductividad eléctrica

Densidad

Propiedades mecánicas

Volumétricas

Fragilidad

Ductilidad

Tenacidad

Propiedades mecánicas

Superficiales

Resistencia al desgaste

Dureza

Rozamiento

Materiales en ingeniería

• Las propiedades mecánicas superficiales de los materiales. Pueden modificarse por el método de producción, con los tratamientos térmicos

Aceros

Acero para estructuras

• Bajo contenido de carbono

• Se deforma antes de romperse

• Fácil de soldar

• Bajo precio

Aceros para temple

• Medio contenido de carbono

• Ideal para temple

• Partes de maquinas

• Aceros bonificados

Aceros inoxidables

• Acero con cromo y molibdeno

• Difícil de mecanizar

• Alto precio

• Procesos limpios

Aceros para herramientas

• Alto contenido de carbono

• Gran dureza superficial

• Generalmente con tratamientos térmicos específicos

Numero 1 2 3 4

Aleación Acero al carbono

Níquel Cromo níquel

Cromo

AISI 2340 ACERO AL NIQUEL CON 3% DE NIQUEL Y 0.40% DE CARBONO AISI 1010 ACERO AL CARBON CON 0.10 % DE CARBON (“COOLROL”)

Relación de potencia

Parámetros para la selección de motores:

• Torque máximo o par de bloqueo

• Par en vacío

• Velocidad en vacío 𝑃𝑒 ∗ 𝜂 = 𝑃𝑚

𝑃𝑚 = 𝜏 ∗ 𝜔= 𝐹 ∗ 𝑣

𝑃𝑒 = 𝑉 ∗ 𝐼

Control de motores

Velocidad

Aumentar la velocidad Disminuir la velocidad

Sentido

Manecillas del reloj Contrario a las Manecillas del reloj

Estado

Encendido Apagado

Tipos de motores eléctricos

Motor eléctrico de

CC con escobillas

(Puente H )

(PWM)

Busheles motores de

CC sin escobillas

(PWM)

Servo motor

(Pulsos)

Motor a pasos

(Secuencial)

Moto reductores

Reductoras

• De un diámetro grande a un diámetro menor

• Multiplica el par

• Divide la velocidad

Multiplicadoras

• De un diámetro pequeño a un diámetro mayor

• Multiplica la velocidad

• Divide el par

Unión eje-rueda

Bujes

Rodamientos

Arandela Chumacera

Apoyos de Ejes

Procesos de fabricación

Mecanizado

•Torneado

•Fresado

Fundición

•Fundición por molde de arena

•Fundición por inyección

Corte y unión

•Taladrado

•Soldadura

•Doblado

Electrónica

Lógica digital

Sistemas de numeración

Decimal

Binario

BCD

Gray

Sexagesimal

Circuitos combi nacionales

And

Or

Not

XOR

NAND

NOR

XNOR

Circuitos secuenciales

Elementos de memoria

Circuitos síncronos

Registros

Decimal Binario Hexadecimal Octal BCD Gray o Reflejado

0 0000 0 0 0000 0000

1 0001 1 1 0001 0001

2 0010 2 2 0010 0011

3 0011 3 3 0011 0010

4 0100 4 4 0100 0110

5 0101 5 5 0101 0111

6 0110 6 6 0110 0101

7 0111 7 7 0111 0100

8 1000 8 10 1000 1100

9 1001 9 11 1001 1101

10 1010 A 12 0001 0000 1111

11 1011 B 13 0001 0001 1110

12 1100 C 14 0001 0010 1010

13 1101 D 15 0001 0011 1011

14 1110 E 16 0001 0100 1001

15 1111 F 17 0001 0101 1000

Sistemas de

numeración

Operaciones lógicas

OR (suma)

AND (multiplicación)

XOR (OR exclusiva)

NOT (negación)

NOR

NAND

XNOR

Memoria (flip flop)

• SR JK D

Sistemas síncronos

Registros

Circuitos secuenciales

Tiene múltiples usos y aplicaciones principalmente como multivibrador mono estable

• 𝑇𝑎𝑙𝑡𝑜 = 0.693(𝑅𝑏 ∗ 𝐶)

• 𝑇𝑏𝑎𝑗𝑜 = 0.693((𝑅𝑎 + 𝑅𝑏) ∗ 𝐶)

Temporizador 555

Puente H

Se necesita cerrar los interruptores en la secuencia adecuada para controlar el

motor en ambos sentidos

S1 S2 S3 S4 Resultado

1 0 0 1 El motor gira en avance

0 1 1 0 El motor gira en retroceso

0 0 0 0 El motor se detiene bajo su inercia

1 0 1 0 El motor frena (fast-stop)

PWM (modulación por ancho de pulsos)

La modulación por ancho de pulsos es una técnica utilizada para regular la velocidad de giro de los motores eléctricos de inducción o asíncronos. Mantiene el par motor constante y no supone un desaprovechamiento de la energía eléctrica. Se utiliza tanto en corriente continua como en alterna, como su nombre lo indica, al controlar: un momento alto (encendido o alimentado) y un momento bajo (apagado o desconectado), controlado normalmente por relevadores (baja frecuencia) o MOSFET o tiristores (alta frecuencia).

Tipos de baterías

Baterías

• Voltaje que ofrece la pila en sus terminales y depende de la carga de la pila

Tensión nominal

• Es la cantidad total de energía almacenada en una pila

Capacidad nominal

• Cantidad de energía almacenada en la pila por unidad de peso o de volumen. Depende del tipo de pila

Densidad de energía

• Máxima valor de intensidad que puede mantener una pila durante su descarga

Intensidad de descarga

Sensores

Sensores de posición • Encoder

• Ópticos

• Laser

• Escala de magnitudes que puede medir un sensor

Rango

• Diferencia entre el valor medido y el valor real

Precisión

• Cuanta salida se obtiene por unidad de entrada

Sensibilidad

• Capacidad de producir la misma salida, después de aplicar muchas veces el valor de entrada

Repetitividad

• Tiempo muerto que tarda en procesar el sensor una unidad de entrada

Rapidez

• Cuando hay diferencia entre el aumento y el decremento de la magnitud medida

Error por Histéresis

Características de los sensores

No Linealidad

• El comportamiento real de un sensor (analógico) es normalmente una curva exponencial caracteristica

• Al suponer la existencia de una linealidad se produce este error

• Existen muchas técnicas para reducir al mínimo este error, con el objetivo de encontrar la recta que mejor se adapte a cada sensor

Referencias Libros

Cibernética Aplicada de robot educativos

Meca trónica

Nueva autodidactica enciclopedia universal tomo

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