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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA MULTIROBOT DESCENTRALIZADO PARA
REALIZAR TRABAJO COLABORATIVO CON APLICACIONES LOGÍSTICAS, FLEXIBLES Y
ESCALABLES
TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓNDEL TÍTULO DE INGENIERO MECATRÓNICO
2019
Aguirre Aymara Bryan Gabriel
Moyano Cabezas Cristian Javier
Director: Ing. Luis Escobar 1
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CONTENIDO
• Objetivos
• Conceptos Básicos
• Antecedentes
• Requerimientos
• Metodología de Diseño
• Subsistemas
• Pruebas y Resultados
• Conclusiones
• Recomendaciones y Trabajos Futuros
2
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Objetivos
Diseñar e implementar un sistema multirobot descentralizado para trabajo colaborativo
Modulares y de costo accesible
Flexibilidad y Escalabilidad Maniobrabilidad Tecnología de
licencia abierta
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Conceptos BásicosSistema Multirobot: • Grupo de n entes robóticos que operan en un mismo entorno.
Robótica Colaborativa:• Sistema multirobot que realiza acciones en conjunto para cumplir con un
objetivo.
Flexibilidad• Capacidad de un sistema para ser modificado y adaptarse según su
entorno lo requiera.
Escalabilidad• Se refiere a la posibilidad de añadir u optimizar aspectos del sistema para
mejorar su rendimiento
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AntecedentesTrabajos de Investigación
Aplicaciones Industriales Aplicaciones Futuras
5
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AntecedentesRobot Soccer
6
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RequerimientosN° Requerimientos
1 Creación de una red de robótica colaborativa
2 Brindar buena maniobrabilidad
3 Cada robot debe tener un peso máximo de 2Kg
4 Autonomía energética mayor a una hora
5 Capacidad de carga mayor a 1 kilogramo
6 Comunicación inalámbrica entre componentes el sistema
7 Sistema operativo de licencia abierta
8 Costo de cada robot menor a 700 dólares
9 El robot móvil debe tener autonomía para tomar decisiones
10 La plataforma robótica debe ser flexible.
11 La plataforma robótica debe tener características escalables
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Metodología de Diseño VDI 2206
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Subsistema Mecánico
Ruedas omnidireccionales
Estructura
Skid Steer Micromotores Dc
9
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Subsistema Mecánico
Maniobrabilidad
Flexibilidad
Escalabilidad
Sistema Modular
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Subsistema Electrónico
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Subsistema Electrónico
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Subsistema Electrónico
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Subsistema Electrónico
Flexibilidad
Escalabilidad
Autonomía Energética
Sistema Modular
Locomoción
Energización
Control
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Integración Mecánico - Electrónico
15
› Diseño de concepto › Implementación
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Subsistema de Control
𝜔𝜔𝜔𝜔
=
11
tan 𝛼−
𝐿1 ∗ tan 𝛼 + 𝐿2
tan 𝛼
11
tan 𝛼
𝐿1 ∗ tan 𝛼 + 𝐿2
tan 𝛼
11
tan 𝛼−
𝐿1 ∗ tan 𝛼 + 𝐿2
tan 𝛼
11
tan 𝛼
𝐿1 ∗ tan 𝛼 + 𝐿2
tan 𝛼
∗
𝑣𝑣𝑤
16
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Subsistema de Control
𝑣 𝑡 = 𝜔 + 𝜔 + 𝜔 + 𝜔 ∗𝑟
4
𝑣 𝑡 = −𝜔 + 𝜔 + 𝜔 − 𝜔 ∗𝑟
4
𝑤 𝑡 = −𝜔 + 𝜔 − 𝜔 + 𝜔 ∗𝑟
4(𝐿1 + 𝐿2)
Velocidad longitudinal
Velocidad transversal
Velocidad Angular
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Subsistema de Control
18
P: 1.6
I: 0.5
D: 0.3
0.489
0.94 𝑠 + 4.997
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Subsistema de Control
19
Adquisición Filtrado Fusión
Imu
Encoders
Filtro de Madgwick
Filtro de KalmanExtendido
Odo
met
ría
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Subsistema de Control
Vel. Eje Y
Vel. Angular Z
Vel. Eje X
20
1 cuadrante (+,+)
2 cuadrante (+,-)
3 cuadrante (-,-)
4 cuadrante (-,+)
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Subsistema TIC’s
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Subsistemas de Control y TIC’s
Software de licencia abierta
Escalabilidad
Flexibilidad
Autonomía en procesos
Comunicación Inalámbrica
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Integración de Subsistemas
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Integración de Subsistemas
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Integración de Subsistemas
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Integración de Subsistemas
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Aplicación
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Pruebas y Resultados
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Pruebas y Resultados
N° Dist. Rviz Dist. Manual Promedio Dist. Referencia Error %
1 4 5 4.5 300 1.5%
2 3 3 3 300 1%
3 2 2 2 300 0.67%
4 2 3 2.5 300 0.83%
5 4 4 4 300 1.33%
Error Final 1.07%
30
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Pruebas y Resultados
N° Dist. Rviz Dist. Manual Promedio Dist. Referencia Error %
1 4 4 4 300 1.33%
2 4 5 4.5 300 1.5%
3 2 4.5 4.25 300 1.42%
4 3 4.4 3.7 300 1.23%
5 2 3 2.5 300 0.83%
Error Final 1.26%
31
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Pruebas y Resultados
N° Dist. Rviz Dist. Manual Promedio Dist. Referencia Error %
1 5 7 6 400 1.5%
2 4 4 4 400 1%
3 7 9 8 400 2%
4 2 4 3 400 0.75%
5 5 6 5.5 400 1.38%
Error Final 1.38%
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Pruebas y ResultadosEspecificaciones Técnicas del Robot
Medidas 30 x 17 [cm]
Peso 2.14 Kg [cm]
Capacidad de carga 1.2 Kg [cm]
Autonomía energética 65 minutos
Cantidad ElementoPrecio
Total
4 Ruedas omnidireccionales Mecanum 60 mm $102
4 Micro-motores con encoder incluid $ 88
1 Arduino DUE $ 30
1 Raspberry pi3 B+ $ 80
2 Puente H L298 $ 10
1 PCB $ 9
varios Elementos electrónicos $ 12
1 Batería 3000mAh $ 12
1 Batería LIPO 1000mAh $ 21
1 Sensor IMU $ 22
1 Base de acrílico $ 15
1 Carcasa de acrílico $ 34
Resultado $ 435
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Pruebas y Resultados
Maniobrabilidad
Peso máximo de 2Kg
Autonomía Energética
Capacidad de carga de 1Kg
Comunicación Inalámbrica
Licencia abierta
Costo menor a $700 por robot
Autonomía de procesos
Plataforma escalable
Plataforma flexible
Trabajo colaborativo
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Conclusiones
Tres robots móviles, trabajo
colaborativo
Ruedas omnidireccionales
Configuración Skid Steer
Red inalámbrica Protocolo MQTT Aplicaciones IOT.
Autonomía en sus procesos, red
descentralizada.
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Gracias
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