robot hexÁpodo para detecciÓn, ubicaciÓn y...
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ROBOT HEXÁPODO PARA DETECCIÓN, UBICACIÓN Y SEÑALIZACIÓN DE
MINAS ANTIPERSONA ARTESANALES TIPO JERINGA
LEONEL YUSETH BAQUERO DAZA
SEBASTIÁN GÓMEZ ROLDÁN
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL MEDELLÍN
FACULTAD DE INGENIERÍAS
INGENIERIA ELECTRONICA
MEDELLÍN
2014
2
ROBOT HEXÁPODO PARA DETECCIÓN, UBICACIÓN Y SEÑALIZACIÓN DE
MINAS ANTIPERSONA ARTESANALES TIPO JERINGA
LEONEL YUSETH BAQUERO DAZA
SEBASTIÁN GÓMEZ ROLDÁN
Proyecto presentado para optar al título de
Ingenieros Electrónicos
Asesor
Andrés Mauricio Cárdenas Torres
Ingeniero Electrónico
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL MEDELLÍN
FACULTAD DE INGENIERÍAS
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
MEDELLÍN
2014
3
CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN....................................................................................................... 5
2. JUSTIFICACIÓN ....................................................................................................... 6
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA....................................................................... 7
4. OBJETIVO GENERAL ............................................................................................ 10
5. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................... 10
6. MARCO REFERENCIAL......................................................................................... 11
6.1 MARCO TEÓRICO................................................................................................ 11
6.1.1 Robots móviles tipo ruedas ................................................................................ 11
6.1.2 Robots móviles tipo oruga.................................................................................. 11
6.1.3 Robots móviles con patas .................................................................................. 12
6.1.4 Emular del caminar de una hormiga .................................................................. 12
6.1.5 Telemetría .......................................................................................................... 13
6.1.6 GPS .................................................................................................................... 13
7. ESTADO DEL ARTE ............................................................................................... 14
8. DISEÑO METODÓLOGICO PRELIMINAR ............................................................ 18
9. ROBOT HEXÁPODO PARA DETECCIÓN, UBICACIÓN Y SEÑALIZACIÓN DE
MINAS ANTIPERSONA ARTESANALES TIPO JERINGA ........................................ 19
9.1 ANÁLISIS DE LOS DIFERENTES MOVIMIENTOS EJECUTADOS POR EL
ROBOT PARA DETERMINAR LA SECUENCIA DE MAYOR RENDIMIENTO Y
EFICIENCIA................................................................................................................. 19
9.1.1 Caminata hacia adelante. .................................................................................. 20
9.1.2 Caminata hacia atrás ......................................................................................... 23
9.1.3 Giros en el eje. ................................................................................................... 25
9.1.4 Ajuste de estabilidad .......................................................................................... 27
9.1.5 Caminata terrenos irregulares ........................................................................... 28
9.2 Telemetría ............................................................................................................. 28
4
9.3 Sistema de posicionamiento global (GPS) ........................................................... 31
9.3.1 Pruebas con el GPS ........................................................................................... 33
9.4 Pruebas de campo ................................................................................................ 34
9.4.1 Terreno de referencia......................................................................................... 37
9.4.2 Terreno rocoso ................................................................................................... 38
9.4.3 Terreno arenoso ................................................................................................. 39
9.4.4 Terreno de baja vegetación e irregular .............................................................. 40
9.4.5 Terreno de alta vegetación e irregular ............................................................... 41
9.4.6 Terreno de baja vegetación e inclinado ............................................................. 42
10. CONCLUSIONES .................................................................................................. 43
11. TRABAJO FUTURO .............................................................................................. 45
12. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 46
LISTA DE TABLAS ...................................................................................................... 47
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... 48
GLOSARIO .................................................................................................................. 49
ANEXOS ...................................................................................................................... 50
5
1. INTRODUCCIÓN
En el proyecto se trabajara en la tercera etapa del semillero de investigación de
Robótica Móvil (SIRMO) de la Universidad San Buenaventura, el cual se ha
desarrollado por etapas en donde se estudio las diferentes maneras de
detección de las minas antipersona, sistemas de transmisión y algoritmos
secuenciales para emular el caminar.
En el momento se han tenido grandes avances los cuales consisten en el
reconocimiento de imágenes en tiempo real y la medición de la variación de la
temperatura del embolo de una jeringa por medio sensores térmicos. La idea
central es que dichas etapas se integren en un sistema unificado y funcional,
permitiendo obtener resultados veraces y eficientes en la detección de minas
antipersona artesanales tipo jeringa. Además teniendo en cuenta los resultados
de las etapas anteriores se busca adaptar el robot hexápodo ch3 Lynxmotion a
los diferentes terrenos irregulares por medio de un conjunto de algoritmos que
nos permitan el desenvolvimiento de este de forma optima y eficiente,
permitiendo desarrollar las tareas de exploración y reconocimiento necesarias
para poder obtener resultados y así mismo en esta nueva etapa se
implementara un dispositivo de posicionamiento global (GPS) el cual le
permitirá recibir la señalización georefenciada de la posición de las minas en un
campo determinado.
6
2. JUSTIFICACIÓN
Analizando la topografía Antioqueña se encontró que ningún prototipo ha
podido ser uti lizado dentro del proceso de detección de minas antipersona
debido a que las condiciones del terreno son demasiado adversas, por lo tanto
para este proyecto se utilizará la tecnología que más se ha adaptado a las
necesidades y a los requerimientos del ambiente.
Se propone la uti lización de un Robot Hexápodo para la detección de minas
antipersona artesanales tipo jeringa en los ambientes montañosos de la
geografía Antioqueña, en el robot se integrarán una gran variedad de sistemas
de detección, tales como la medición de los cambios de temperatura
producidos por el embolo de la jeringa con respecto al medio, el procesamiento
de imágenes para determinar la presencia de las jeringas y finalmente un
sistema de señalización basado en un dispositivo GPS.
7
Fuente: IMSMA, procesado por el Observatorio Departamental de Víctimas del
Conflicto Armado y Derechos Humanos
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Colombia es uno de los países que más sufre de la problemática de las minas
antipersona y a su vez el departamento de Antioquia, debido al conflicto
armado que se vive. Tras la problemática de las minas antipersona, se propone
intervenir tecnológicamente en la detección de dichas minas.
Siete víctimas han dejado las minas antipersona en Antioquia en el primer mes
del año 2013. Los casos ocurrieron en Apartadó, Cáceres, Yarumal y Briceño,
donde los afectados fueron tres menores de edad. Preocupa que este flagelo
tienda a afectar a más regiones porque el uso de estos artefactos, para
proteger cultivos ilícitos, ha expandido el problema a varias zonas.
De las 10.160 personas que entre 1990 y 2014 han sido víctimas de minas
antipersona en Colombia, Antioquia es uno de los departamentos con mayor
número de víctimas, de acuerdo con la información del Ladmine Monitor con el
22,2% (2.364 afectados) de los casos, en segundo lugar se tiene al
departamento del Meta con el 10% (1092 afectados) y seguidamente los
departamentos del Caquetá 8% (866 afectados), Norte de Santander 7% (756
afectados) y Nariño 7% (740 afectados).
Figura. 1 Situación general de las víctimas de MAP 1990-2014
8
Tabla. 1 Situación General de las Víctimas de MAP 1990-2014.
Tanto en el país como en el Departamento este fenómeno se ha asociado
principalmente a la lucha entre guerrillas y fuerzas militares. En Antioquia la
problemática más difícil la ha sufrido la región del Oriente que entre 1990 y
2012, reportó 4.078 víctimas civiles y 6.455 de la fuerza pública.
En los últimos años el fenómeno se ha incrementado en las regiones del Norte,
Nordeste y Bajo Cauca, donde además de la guerrilla, las bandas criminales
también están uti lizando las minas antipersona para impedir la destrucción de
los cultivos ilícitos.
COLOMBIA 10.160 100%
ANTIOQUIA 2.263 22,20%
ANTIOQUIA
Accidente por
MAP
2.103 94%
Accidente por
MUSE
128 6%
Mayor de 18
años
2.016 89%
Menor de 18
años
245 11%
Desconocido 9 0,41%
Mujeres 127 5,60%
Hombres 2.127 94%
Civil 1.029 45%
Fuerza publica 1.234 55%
Herido 1.882 83%
Muerto 381 17%
9
“La información obtenida reporta que en algunos sitios hay una convivencia
entre las FARC y el ELN con las bandas criminales, alrededor del tema de los
cultivos ilícitos y el manejo de los insumos para el narcotráfico, por ende el
minar estos cultivos está beneficiando también a los que hacen parte de toda la
cadena”, reveló el Secretario de Gobierno de Antioquia, doctor Santiago
Londoño Uribe.
El funcionario reseñó que incluso se han presentado accidentes por minas
antipersonales en poblaciones de las cuales no se tenía registro anteriormente,
como es el caso del municipio de Turbo, en el Urabá Antioqueño. “Donde existe
una zona de cultivo cerca al departamento de Córdoba, la cual es utilizada
como tráfico para proteger rutas y espacios”.
Debido a que las formas más utilizadas para la erradicación de las minas
antipersona en el territorio Colombiano, son las técnicas de desminado
humanitario y desminado militar encabezando en estas técnicas la utilización
de detectores de metales, rastreo de explosivos con animales así como
también la implementación de vehículos no tripulados, sin embargo, el
problema está relacionado con los errores de identificación de estas minas
antipersona puesto que son minas fabricadas artesanalmente que no poseen
en su composición metales que faciliten su detección, ni mucho menos olores;
además de ello se encontró que en la geografía antioqueña no se ha podido
implementar la utilización de ningún tipo de vehículos no tripulados puesto que
la geografía cuenta con terrenos muy agrestes e inclinados.
El aporte principal de este trabajo es el desarrollo de una herramienta
computacional programable que permite el desarrollo de herramientas
complejas y que se adapte a dichas condiciones además de ello nos permita
una identificación y una inspección desde diferentes puntos dentro del terreno.
Así mismo, propone una solución tecnológica al problema de la identificación
de minas antipersona artesanales tipo jeringa.
10
4. OBJETIVO GENERAL
Desarrollar un sistema de detección de minas plásticas antipersonas terrestres
con accionado tipo jeringa, mediante la utilización de sensores térmicos y
reconocimiento de imágenes, implementadas en un Robot Hexápodo que se
desplace por terrenos irregulares.
5. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Desarrollar un sistema de telemetría para el monitoreo de datos y
maniobra del Robot Hexápodo, con el fin de obtener una respuesta en
tiempo real de la misma.
Desarrollar un sistema para la ubicación y posterior señalización de las
minas antipersona artesanales tipo jeringa, detectadas para el monitoreo
y poder darle al usuario una imagen del terreno minado como tal.
Desarrollar algoritmos que permitan que el desempeño del Robot
Hexápodo dentro de terrenos irregulares (montañosos, rocosos, con
abundante vegetación) sean mucho más agiles.
11
6. MARCO REFERENCIAL
6.1 MARCO TEÓRICO
Cuando se habla de movilidad se hace referencia a la facilidad que tiene una
persona o cosa de desplazarse o moverse de un logar a otro y también
hacemos referencia en otro sentido a las prestaciones que tiene un robot en
relación con el terreno, capacidad de evitar obstáculos y de superar terrenos
abruptos. Sin embargo el tipo de movilidad cambia respecto a su estructura,
debido a que cada robot móvil presenta ventajas o desventajas frente a los
diferentes tipos de terrenos.
6.1.1 Robots móviles tipo ruedas
Estos vehículos son los más comunes de utilizar puesto que con sus ruedas
son capaces de transportar una mayor carga que los otros tipos de robots
móviles, además de ello cuentan con una fácil construcción sin embargo este
tipo de robots no es muy eficiente frente a terrenos irregulares, puesto que
estos terrenos no cuentan con un suelo totalmente estable y cualquier desnivel
de este puede presentarse como un obstáculo y normalmente para que un
robot tipo rueda se desplace sin problemas sobre algún terreno; los obstáculos
que estén presente no puede sobrepasar el nivel de las ruedas. Lo que implica
que este tipo de robots móviles se emplea más que todo es en terrenos planos
que presenten pocos obstáculos para él mismo [2].
6.1.2 Robots móviles tipo oruga
Este tipo de robot móvil cuenta con una locomoción que se realiza mediante
movimientos corporales (serpientes, orugas, lombrices) y se emplean sobre
superficies irregulares.
Este robot puede desplazarse sobre terrenos muy diversos pero tiene una
pequeña desventaja frente a los diferentes terrenos irregulares puesto que la
forma de giro hace que este tipo de robot móvil no sea totalmente maniobrable
y además de ello hay orugas que al ser sometidas a terrenos muy inclinados
presentan deslizamientos [1].
12
Fuente: Efren Gorrostieta, E. V. (2007)
6.1.3 Robots móviles con patas
Este tipo de robot móvil tiene una característica muy especial que lo hace uno
de los robots más versátiles; dicha versatilidad se ve reflejada en la capacidad
de pasar de un lugar a otro, por diversos terrenos, por muy escarpados y por
muy abruptos que sean.
Este tipo de robot móvil también tiene la ventaja de ofrecer movimientos
flexibles que a su vez nos permiten una menor deformación y más grados de
libertad. Por lo general el sistema de movilidad de este es bastante complejo
debido a que se debe tener una sincronización entre los movimientos y un
mantenimiento de la estabilidad [1].
6.1.4 Emular del caminar de una hormiga
La morfología de la hormiga le permite al robot siempre mantener la estabilidad
necesaria y la inclinación correspondiente para lograr la separación entre el
cuerpo y la superficie esta locomoción consiste en que siempre el robot va
aquedar fijo sostenido por seis patas las cuales soportan el peso y permiten el
desplazamiento como se muestra en la Figura 2. Muy importante a tener en
cuenta en este sistema de locomoción es que toda la estabilidad siempre va a
recaer en tres patas de tal manera que estas formen un polígono y este no
cambie aun cuando esté realizando otra clase de movimiento [3].
Figura. 2 Emular del caminar de una hormiga
13
6.1.5 Telemetría
La telemetría tiene como propósito principal el monitoreo de datos remotos, la
recolección y la transmisión de datos que se desean evaluar.
La telemetría puede ser considerada también como una técnica que permite la
transmisión inalámbrica o también la transmisión por cable ya sea por fibra
óptica o radiofrecuencias. Dicha técnica cuenta con un transductor como
dispositivo de entrada, un medio de transmisión, un dispositivo de
procesamiento de la señal y por ultimo un dispositivo de visualización [4].
6.1.6 GPS
El GPS es un sistema de posicionamiento global que permite ubicar la posición
mediante la constelación de 27 satélites (24 operativos y 3 de respaldo)
posicionados estratégicamente para cubrir la superficie de toda la tierra, con los
cuales se hace una triangulación, donde se determina la distancia de cada
satélite con respecto al punto de medición. Es por esta razón que el GPS
también puede arrojar como resultados el cálculo de las trayectorias [5].
14
7. ESTADO DEL ARTE
Actualmente el diseño de Robots puede tener una gran variedad de enfoques,
ya sea biológico, aplicativo o innovador, de acuerdo a lo anterior, en este
proyecto pretendemos profundizar en el enfoque biológico, debido a que este
busca desarrollar un sistema de locomoción utilizando características propias
de los organismos vivos, ya que el proyecto se encuentra basado en el caminar
de un insecto, en el que nos basamos para el proyecto es la hormiga debido a
sus 6 extremidades y a su movimiento particular de mantener tres de estas en
el suelo para realizar cualquier movimiento, por tal razón el robot que se está
implementando es un robot hexápodo.
Uno de los puntos de interés de referencia en los sistemas biológicos de éxito
es su capacidad para moverse por terrenos difíciles, como el Robot COMET-IV
este fue diseñado con un accionamiento hidráulico, el cual permite realizar
multitareas al aire libre y en ambientes extremos, con un sistema tele operado
diseñado para adquirir información del entorno y del comportamiento de las
extremidades del robot, adicionalmente pose un sistema de realidad virtual 3D
para realizar el control en línea, por otra parte se aplicó el método de
coordinación de movimientos del cuerpo que se basa en el centro y el hombro
de cada extremidad [6].
Otro ejemplo de la versatilidad de los robots, es el novedoso robot hexápodo
HITCR-II el cual está diseñado para terrenos irregulares, con sensores que dan
una percepción del entorno y a su vez del estado interno del mismo,
desarrollado con una estructura que le permite optimizar la destreza en
terrenos agrestes, basado en los modelos de distribución del pie de fuerza y de
compensación para lograr el control de la postura, mejorando efectivamente la
estabilidad del hexápodo en terrenos irregulares [7].
Con el propósito de encontrar mejoras en la suavidad del movimiento que
realiza el centro de masa y la coordinación en la ejecución de los movimientos
de cada extremidad en el proceso de caminar del robot, se estableció un
15
Figura. 3 Robot SILO-6
Fuente: Instituto de Automática Industrial
(CSIC), tiene la misión de desactivar minas anti
persona.
modelo de simulación de robot hexápodo biónico basado en las características
funcionales y estructurales de una escarabajo, con el uso de los software
SolidWorks y ADAMS permitieron construir un modelo de simulación de la
dinámica global del robot [8].
Un tema de gran importancia es buscar formas de minimizar el gasto
energético de los sistemas autónomos, ya que es la mejor practica para
prolongar los tiempos de operación de estos, sin la necesidad de realizar
cambios en las fuentes de alimentación que implican gastos económicos y
rediseños estructúrales, el método fue evaluado mediante un modelo
geométrico en el robot andante SILO-6 [9].
Las invenciones de robots en la búsqueda de una facilidad para la detección de
minas antipersona no cesa y cada día se hacen más sofisticadas como el
Robot Avatar One EOD un robot ligero y portáti l diseñado para realizar
misiones estratégicas para la exploración y la manipulación de los objetos que
se consideren como peligrosos dentro del campo, la estructura de este robot lo
hace capaz de moverse por cualquier tipo de terreno y se encuentra equipada
por un brazo de seis grados de libertad y un módulo de visión ubicado en el
codo de su brazo [10].
Otro robot que cuenta con una estructura innovadora debido a que no tiene
ruedas y las piernas que tiene son de forma esférica es el Robot Rosphere su
16
estructura lo hace capaz de desplazarse en terrenos en donde la movilidad
puede ser una dificultad, el robot demuestra habilidades para la exploración y el
monitoreo debido a que este tiene como principio básico de locomoción, la
reubicación de su centro de gravedad dicho funcionamiento se puede comparar
con el juego de pelota de los hámsters debido a que estos siempre se mueven
sobre el centro de masa de esta y en consecuencia se genera el
movimiento[11].
Una ventaja que nos pueden brindar los robots robustos es que para los
terrenos y la capacidad de arrastre de este, es por esta razón que el Robot
Teodor es un claro ejemplo de esto puesto que este es un robot robusto y
versátil su herramienta de manejo EOD es lo que lo hace más interesante ya
que le permite una mejor cooperación con el usuario. Este robot tiene una
capacidad de arrastre de 350kg y este permite que se le puedan incorporar
equipamientos como taladros, brazos , sensores y hasta sistemas de rayos
x[12].
Figura. 4 Robot Rosphere
Fuente: Universidad Politécnica de Madrid
17
Figura. 5 Robot Teodor
Fuente: telerob Gesellschaft für
Fernhantierungstechnik mbH - www.telerob.de
18
8. DISEÑO METODÓLOGICO PRELIMINAR
La metodología utilizada en el proyecto se describe a continuación:
Tipo exploratoria
Evaluar el desempeño del Robot Hexápodo terrenos planos, rocosos,
montañosos.
Evaluar la precisión de la demarcación que nos está arrojando el GPS.
Fuentes de los datos
Pruebas experimentales.
Control secuencial de los diferentes movimientos.
Reconocimiento del terreno minado.
Técnicas y herramientas
Clasificación de datos para el demarcado de las minas.
Observación del comportamiento en el caminar y en los instrumentos de
medición
19
9. ROBOT HEXÁPODO PARA DETECCIÓN, UBICACIÓN Y SEÑALIZACIÓN
DE MINAS ANTIPERSONA ARTESANALES TIPO JERINGA
9.1 ANÁLISIS DE LOS DIFERENTES MOVIMIENTOS EJECUTADOS POR
EL ROBOT PARA DETERMINAR LA SECUENCIA DE MAYOR
RENDIMIENTO Y EFICIENCIA
Una de las aplicaciones más comunes de la robótica móvil es la reproducción
del comportamiento de determinados animales. En este proyecto se utilizará un
diseño de Robot Hexápodo para emular el caminar de una hormiga, el cual da
como resultado mucha estabilidad en el caminar del Robot Hexápodo ya que
éste siempre tiene tres puntos de contacto con la superficie, dos de un lado y
una del lado opuesto. En las Figuras siguientes, se indicará con círculos que en
este caso se simula un movimiento.
En la Figura 6, se puede visualizar el Robot en su estado natural, el cual no
está realizando ningún movimiento, sólo se encuentran energizados los 18
servomotores para así mantener el peso del Robot Hexápodo.
Figura. 6 Estado natural Robot Hexápodo
1
2
4
3
5 6
7
8
9
10
11
12
13 14 15
16
17
18
20
Figura. 7 Primer Movimiento
1 2
3
4 5 6
7
8
9
10 11
12
13 14 15
16 17
18
9.1.1 Caminata hacia adelante
En el primer movimiento se realiza el posicionamiento de los servos 1, 7, 10 y
16, para darle una estabilidad al Robot y dejarlo preparado para los siguientes
movimientos.
21
Figura. 10 Movimiento Extremidad
1
2
3
45° 30
°
En la Figura 9, se observa un corte transversal de la posición en estado natural
de las extremidades, en la Figura 10, un corte transversal de la extremidad,
realizando el movimiento de elevación para ubicarla en su siguiente posición,
este movimiento es realizado en las extremidades 1, 7 y 13 llevando las
extremidades hacia adelante.
Figura. 8 Segundo Movimiento
1
2
3
4 5 6
7 8 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
1 2
3
Figura. 9 Extremidad posición natural
22
Figura. 11 Tercer Movimiento
16
17
18
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
13 14 15
En la Figura 11 se observan las extremidades 4, 10 y 16 realizando la
secuencia de elevación en cada una de las extremidades, para realizar el
movimiento y establecerlas en su siguiente posición para llevarlas hacia
adelante, los anteriores movimiento son realizados de manera cíclica.
23
Figura. 12 Primer movimiento
1 2 3
4 5 6
7 8 9
10
11
12
13
14
15 16
17
18
9.1.2 Caminata hacia atrás
En la Figura 12, se observa el primer movimiento de esta caminata, los servos
1, 7 y 13 gira hacia atrás y se ejecuta la acción de elevación para posicionar las
extremidades, manteniendo el principio de este Robot de sostener tres
extremidades en el suelo.
24
Figura. 13 Segundo Movimiento
16 17 18
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
13 14 15
En la Figura 13, se observa el segundo movimiento de la caminata, los servos
4, 10 y 16 giran hacia atrás, este movimiento garantiza que tres de las
extremidades se encuentran en el suelo.
25
Figura. 14 Giro izquierda
1 2 3
4
5
6
7
8
10 11 12
13
14
15
16
17
18
9.1.3 Giros en el eje
En la Figura 14, se realiza el movimiento de los servos 1, 4, 7, 10, 13, 16 hacia
la izquierda de manera secuencial, teniendo presente que estos pasos son
realizados de forma simultánea con el levantamiento de extremidades, lo cual
permite posicionar las extremidades a su estado final.
26
Figura. 15 Giro derecha
1
2
4
5
6
7 8 9
10
11
12
13
14
15
126
17 18
En la Figura 15, se realiza el movimiento de los servos 1, 4, 7, 10, 13, 16 hacia
la derecha de manera secuencial, teniendo presente que estos pasos son
realizados de forma simultánea con el levantamiento de extremidades, lo que
permite posicionar las extremidades a su estado final.
27
Figura. 16 Estabilidad
1
2
4
3
5 6
7
8
9
10 11
12
13 14 15
16
17
18
9.1.4 Ajuste de estabilidad
Figura. 17 Prueba en terreno irregular
28
En las pruebas realizadas en campo, (terrenos irregulares) se presentaron
problemas de estabilidad, debido a que sí el robot no tiene en el suelo como
mínimo tres de sus extremidades, éste se cae, por lo tanto fue necesario
implementar una secuencia de estabilidad, la cual es descrita en la Figura 16,
ésta consiste, en que cada uno de las extremidades realice el movimiento de
elevamiento y vuelve a su estado natural, dando como resultado una
estabilidad inmediata del Robot, evitando esfuerzo innecesario por parte de los
servos.
9.1.5 Caminata terrenos irregulares
En este desplazamiento se combinaron los movimientos de las Figuras 8,11 y
16, permitiéndole al Robot Hexápodo un mejor rendimiento en terrenos
irregulares, debido a que entre cada paso de avance este realiza un
movimiento de estabilización, para evitar el esfuerzo excesivo de los
servomotores y tener un mejor desenvolvimiento en estos terrenos.
9.2 Telemetría
La telemetría permite la medición remota de magnitudes físicas y el envío de la
información hacia una central de monitoreo. Los sistemas de telemetría reciben
las instrucciones y los datos necesarios en forma bidireccional, para operar y
controlar los procesos mediante telecomandos.
Continuando con el proceso del semillero, se llegó a la conclusión de que la
forma de transmitir debería cambiar, pasando a trabajar con el módulo
Bluetooth RN-42 al módulo Xbee serie 2, debido a que una de las principales
variables para que este proyecto tenga éxito, es el rango de distancia entre el
operador del control remoto y el Robot Hexápodo que estará explorando en
campo abierto.
El Bluetooth es un dispositivo muy común y se encuentra integrado en otros
sistemas como computadores y teléfonos celulares pero su limitante es que
sólo tiene un rango de transmisión de 5 metros, mientras que el Xbee serie 2,
alcanza un rango entre los 40 y 120 metros aproximadamente.
29
Para lograr la transmisión se necesita con Figurar dos Xbee serie 2, uno que va
en el control remoto diseñado donde toma el rol de maestro o coordinador; el
otro se coloca en el cuerpo del Robot Hexápodo y toma el papel de esclavo o
router; ambos funcionan como transmisor (Tx) y receptor (Rx) como se observa
en la Figura 18.
Figura. 18 Transmisión inalámbrica
30
Figura. 19 Telemetría
TRANSMISIÓN
RECEPCIÓN
Estació
n
Robot
Hexápo
47
met
ros
Las pruebas realizadas de transmisión y recepción de datos fueron ejecutadas
en el municipio de Marinilla, permitiendo tener valores de distancia en terrenos
reales y obteniendo resultados, ésta se observa en la Figura 19, en la cual la
máxima distancia alcanzada por el Xbee s2 es de aproximadamente 47 metros
desde la estación remota.
31
9.3 Sistema de posicionamiento global (GPS)
Figura. 20 Diagrama de flujo del GPS
En la Figura 20 es descrito el flujo que sigue el procesamiento de la
información obtenida por el dispositivo GPS Trimble 63530-00, para la
programación fue necesario remitirnos al Datasheet, para determinar las
conexión y los comandos necesarios para adquirir la trama respectiva con la
información de latitud y longitud.
La recepción de datos consta de un algoritmo el cual extrae los datos
específicos enviados por el GPS, los cuales son procesados por la tarjeta
Arduino Mega 2560 para luego ser transmitido a la estación remota, según el
requerimiento del operador del Robot Hexápodo, dicha información será
visualizada consola, como se muestra en la Figura 21.
INCIO
Programación del GPS
Recepción de datos
Procesamiento de los datos recibidos por el GPS
Transmisión de datos
Recepción de datos
Visualización en consola remota
Control, petición y activación
32
Figura. 21 Datos en consola de longitud y latitud
33
9.3.1 Pruebas con el GPS
Tabla. 2 Datos GPS versus datos referencia
GPS Trimble GPS comercial Error
Longitud Latitud Longitud Latitud Error
relativo
Error
relativo
615.26 7558.89 615.29 7560.93 0.0046% 0.0270%
624.9 7559.73 625.45 7560.3 0.0878% 0.0075%
624.99 7560.16 625.55 7560.19 0.0902% 0.0004%
625.49 7560.14 625.57 7560.15 0.0126% 0.0002%
625.6 7560.12 625.6 7560.13 0.0005% 0.0001%
625.67 7560.12 625.68 7560.12 0.0021% 0.0001%
625.71 7560.01 625.7 7560.01 0.0011% 0.0000%
625.74 7560.01 625.75 7560.01 0.0016% 0.0000%
Para dichas medidas se utilizó como referencia un GPS de un celular el cual
arrojo medidas similares a las del GPS Trimble 63530-00 determinando de esta
manera que nuestra posición en longitud y latitud es la acertada y además de
ello se encuentra dentro del rango de medición.
34
9.4 Pruebas de campo
Tabla. 3 Tiempo en segundos de las pruebas de campo
Terreno 1 metro 2 metros 3 metros Promedio
Referencia 26 56 86 29
Rocoso 37 67 110 37
Arenoso 35 65 94 31
Baja vegetación e
irregular 40 116 150 50
Alta vegetación e
irregular 49 180 270 90
Baja vegetación e
irregular y plano
inclinado
38 80 105 35
En la Tabla 3 se puede observar el tiempo en segundos que tarda el Robot
Hexápodo en recorrer los diferentes terrenos, teniendo un comportamiento
aproximado al terreno de referencia (terreno plano), excepto el terreno de alta
vegetación e irregular, el cual por sus características impedía que Robot
Hexápodo tuviera un desenvolvimiento dentro de este, obteniendo de esta
manera un mayor tiempo de recorrido.
35
Tabla. 4 Proyección para distancias mayores a 10 metros
Terreno 10
metros
20
metros
30
metros
40
metros
50
metros
Referencia 287 573 860 1147 1433
Rocoso 367 733 1100 1467 1833
Arenoso 313 627 940 1253 1567
Baja vegetación e
irregular 500 1000 1500 2000 2500
Alta vegetación e
irregular 900 1800 2700 3600 4500
Baja vegetación e
irregular y plano
inclinado
350 700 1050 1400 1750
En la Tabla 4 se realizaron las proyecciones del tiempo en segundos que
tardaría el Robot Hexápodo en recorrer distancias mayores a 10 metros,
permitiendo determinar la eficiencia del algoritmo de caminata.
36
Tabla. 5 Proyección en metros cuadrados
Terreno 1 m² 10 mts² 20 mts² 30 mts² 40 mts² 50 mts²
Referencia 143 1433 2867 4300 5733 7167
Rocoso 183 1833 3667 5500 7333 9167
Arenoso 157 1567 3133 4700 6267 7833
Baja
vegetación e
irregular
250 2500 5000 7500 10000 12500
Alta vegetación
e irregular 450 4500 9000 13500 18000 22500
Baja
vegetación e
irregular y
plano inclinado
175 1750 3500 5250 7000 8750
En la Tabla 5 se realizo el cálculo del tiempo que tardaría el Robot en recorrer
diferentes tamaños de áreas cuadradas, teniendo presente que la longitud de
barrido del Robot es de 0.20 metros. Por lo cual para recorrer un metro
cuadrado deberá realizar 5 recorridos, entonces el tiempo promedio que tomo
el Robot en recorred tres metros es necesario multiplicarlo por 5, teniendo
presente que la autonomía que ofrecen las baterías es de dos horas (7200
segundos), solo es posible que el Robot realice la exploración de áreas que
tomen menor tiempo con respecto a la tabla.
37
9.4.1 Terreno de referencia
En la Figura 22 se puede observar las pruebas realizada en el terreno de
referencia, el cual es un terreno plano, sin vegetación y totalmente uniforme.
Este terreno fue escogido como referencia debido a su composición, puesto
que no presenta desniveles y no hay problemas con las pendientes. Dicho
terreno le permite al robot hexápodo un mejor desplazamiento, debido a que no
opone resistencia en la caminata y permiten una gran agilidad del mismo.
Figura. 22 Terreno referencia (plano)
38
9.4.2 Terreno rocoso
En la Figura 23 se puede observar las pruebas realizada en el terreno rocoso,
el cual es un terreno irregular y compuesto de una gran variedad de rocas.
Dentro de este terreno el robot hexápodo presento un desenvolvimiento de una
manera aceptable teniendo en cuenta que fue necesaria la utilización del
algoritmo de estabilidad, puesto que el terreno está compuesto por extractos
rocosos que no están completamente compactos y causaban la inestabilidad
en las extremidades del robot hexápodo.
Figura. 23 Terreno rocoso
39
9.4.3 Terreno arenoso
En la Figura 24 se puede observar las pruebas realizada en el terreno arenoso,
el cual es ligero debido a su textura leve y de granos de arena pequeños.
Dentro de este terreno el robot hexápodo presento el mejor desenvolvimiento
con respecto al de referencia, debido a su estructura leve e irregular, la cual no
oponía mucha resistencia al movimiento; sin embargo al ser un terreno muy
ligero, hacía que las extremidades del Robot Hexápodo resbalaran dentro del
mismo.
Figura. 24 Terreno arenoso irregular
40
9.4.4 Terreno de baja vegetación e irregular
En la Figura 25 se puede observar las pruebas realizada en el terreno de baja
vegetación e irregular.
Dentro de este terreno la movilidad del Robot Hexápodo fue de manera
aceptable con respecto al de referencia, puesto que este terreno presentaba
declinaciones en su superficie debido a la capa vegetativa, la cual hacia que el
desplazamiento del Robot Hexápodo no fuera con frecuencia muy ligero.
Figura. 25 Terreno de baja vegetación e irregular
41
9.4.5 Terreno de alta vegetación e irregular
En la Figura 26 se puede observar las pruebas realizada en el terreno de alta
vegetación e irregular.
Dentro de este terreno el comportamiento del robot hexápodo no presento el
mejor de los resultados, debido a que la alta vegetación se presentaba como
obstáculo e impedía la movilidad del mismo, pero sin embargo el tiempo en que
se realizó el desplazamiento se puede considerar aceptable en comparación a
los otros terrenos.
Figura. 26 Terreno de alta vegetación e irregular
42
9.4.6 Terreno de baja vegetación e inclinado
En la Figura 27 se puede observar las pruebas realizada en el terreno de baja
vegetación e inclinado, realizando pruebas de descenso
Dentro de este terreno el desplazamiento del robot hexápodo fue el esperado,
debido a que la movilidad y la inclinación favorecían el descenso y hacían que
el comportamiento de este tuviera una mayor agilidad.
Figura. 27 Terreno de baja vegetación e inclinado
43
10. CONCLUSIONES
Después de ver el comportamiento del Robot Hexápodo en los distintos
terrenos irregulares, nos enfrentamos a diferentes problemáticas, una de ellas
se encuentra en la estructura del Robot Hexápodo puesto que con su
estructura circular debemos garantizar que el centro de masa se encuentre en
equilibrio, el cual se garantiza teniendo tres extremidades sobre la superficie,
donde se pudo concluir que dicho sistema de equilibrio hace que los servos en
terrenos montañosos o en terrenos agrestes presenten mucho desgaste hasta
el punto de llegar a quemarse como puede observarse en las Figuras 28 y 29.
Figura. 28 Servo sobrecalentado
Figura. 29 Desgaste de Piñones
44
Los servos que más sufren son los servos de las extremidades traseras, ya que
son estos servos quienes soportan el peso de todo el Robot Hexápodo
mientras que éste se encuentre en una pendiente.
Teniendo en cuenta el material plástico de los piñones de los servo motores y
el peso del Robot Hexápodo, se puede concluir que para terrenos montañosos
será necesario servo motores con piñones metálicos lo que brindará mucho
más toque y por ende mucho más fuerza al Robot Hexápodo.
Los resultados obtenidos en las pruebas de campo, nos permite afianzar que el
algoritmo de caminata utilizado en el Robot Hexápodo tiene un buen
desenvolvimiento en los diferentes terrenos, como en terrenos planos, rocosos,
arenosos y de baja vegetación.
45
11. TRABAJO FUTURO
El acople de una pantalla al control remoto que permita un monitoreo
constante de los datos y la visualización de las imágenes de la cámara
en tiempo real y de esta manera obtener un sistema de telemetría.
La aplicación de un acelerómetro para la estabilidad del centro de masa
del robot hexápodo en los diferentes terrenos irregulares (rocosos,
montañosos y con abundante vegetación).
La implementación de servomotores con un mayor torque que
permitiendo así soportar mayor peso y tener una mayor eficiencia del
Robot en terrenos inclinados.
El desarrollo de un mapa sistematizado del campo minado para obtener
una mejor imagen de la ubicación de las minas.
Implementar un dispositivo transmisor y receptor con un mayor alcance,
como sugerencia el Xbee Pro, para obtener distancias mayores a las
100 metros.
46
12. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Juan González Gómez. (2008). Robótica, Modular y Locomoción: Aplicación
a robots Ápodos.
[2] Nelson Sotomayor. Robótica Móvil. Obtenido de
http://ciecfie.epn.edu.ec/Material/4toNivel/Robotica/Robotica%20Movil.pdf
[3] Ferney Camilo Zapata Montoya. (2009). Análisis del funcionamiento de las
extremidades de un Robot Hexápodo.
[4] Tecnología, S. d. (2010). Grupo Dos. Obtenido de
http://www.grupodos.com.mx
[5] Tecnoproject. (2002). QUE ES GPS. Obtenido de
http://www.tecnoprojectltda.com/QUEESGPS.htm
[6] Santos, P. G. García, E. Ponticelli, R. , & Armada, M. (2009). Minimizing
Energy Consumption in Hexapod Robots. Advanced Robotics, 681-704
[7] Scopus. (2014). Teleoperated Locomotion Control of Hexapod Robot.
Scopus, 199-235
[8] Yan, B. (2013). Modeling and simulation of gait analysis of Hexapod Robot.
Applied Mechanics and Materials , 639-642
[9] Zhang, H. L. (2014). Development of a bionic hexapod robot for walking on
unstructured terrain. Journal of Bionic Engineering , 176-187
[10] George Lucas. (2013). Robot Avatar One EOD.La empresa española
Robomotion
[11] J. D. Hernández, J. Barrientos, J. del Cerro, A. Barrientos, D. Sanz.
“Moisture measurement in crops using spherical robots".Industrial Robot: An
International Journal, vol. 40, pp. 59–66, 2013.
[12] Telerob Gesellschaft für Fernhantierungstechnik mbH - www.telerob.de
47
LISTA DE TABLAS
Tabla. 1 Situación General de las Víctimas de MAP 1990-2014. .................................... 8
Tabla. 2 Datos GPS versus datos referencia ................................................................. 33
Tabla. 3 Tiempo en segundos de las pruebas de campo .............................................. 34
Tabla. 4 Proyección para distancias mayores a 10 metros ........................................... 35
Tabla. 5 Proyección en metros cuadrados ..................................................................... 36
48
LISTA DE FIGURAS
Figura. 1 Situación general de las víctimas de MAP 1990-2014 ..................................... 7
Figura. 2 Emular del caminar de una hormiga ............................................................... 12
Figura. 3 Robot SILO-6 ................................................................................................... 15
Figura. 4 Robot Rosphere............................................................................................... 16
Figura. 5 Robot Teodor ................................................................................................... 17
Figura. 6 Estado natural Robot Hexápodo ..................................................................... 19
Figura. 7 Primer Movimiento ........................................................................................... 20
Figura. 8 Segundo Movimiento ....................................................................................... 21
Figura. 9 Extremidad posición natural ............................................................................ 21
Figura. 10 Movimiento Extremidad ................................................................................. 21
Figura. 11 Tercer Movimiento ......................................................................................... 22
Figura. 12 Primer movimiento ......................................................................................... 23
Figura. 13 Segundo Movimiento ..................................................................................... 24
Figura. 14 Giro izquierda................................................................................................. 25
Figura. 15 Giro derecha .................................................................................................. 26
Figura. 16 Estabilidad ..................................................................................................... 27
Figura. 17 Prueba en terreno irregular ........................................................................... 27
Figura. 18 Transmisión inalámbrica................................................................................ 29
Figura. 19 Telemetría ...................................................................................................... 30
Figura. 20 Diagrama de flujo del GPS ............................................................................ 31
Figura. 21 Datos en consola de longitud y latitud .......................................................... 32
Figura. 22 Terreno referencia (plano) ............................................................................. 37
Figura. 23 Terreno rocoso .............................................................................................. 38
Figura. 24 Terreno arenoso irregular .............................................................................. 39
Figura. 25 Terreno de baja vegetación e irregular ......................................................... 40
Figura. 26 Terreno de alta vegetación e irregular .......................................................... 41
Figura. 27 Terreno de baja vegetación e inclinado ........................................................ 42
Figura. 28 Servo sobrecalentado.................................................................................... 43
Figura. 29 Desgaste de Piñones .................................................................................... 43
Figura. 30 Peso del Robot Hexápodo............................................................................. 50
49
GLOSARIO
GPS: Sistema de posicionamiento global que permite determinar en todo
el mundo la posición de un objeto, una persona o un vehículo con una
precisión hasta de centímetros, aunque lo habitual son unos pocos
metros de precisión.
Hexápodo: Subfilo o una superclase de artrópodos, el que más especies
agrupa, e incluye a los insectos, así como varios grupos de artrópodos
estrechamente relacionados con éstos, como los proturos, los dipluros y
los colémbolos. Su nombre deriva del griego εξα, hexa, "seis", y πόδα,
poda, "patas", y hace referencia a la más distintiva de sus
características, la presencia de un tórax consolidado con tres pares de
patas, una cantidad sensiblemente inferior a la de la mayoría de los
artrópodos.
Minas Antipersona: Tipo de mina terrestre. Están diseñadas para matar
o incapacitar a sus víctimas. Se utilizan para colapsar los servicios
médicos enemigos, degradar la moral de sus tropas, y dañar vehículos
no blindados. Por ello, se busca sobre todo que hieran gravemente o
mutilen, y no tanto que maten, ya que las consecuencias de un herido en
la guerra son más problemáticas que las de un muerto.
Servomotor: es un dispositivo similar a un motor de corriente continua
que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su
rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición.
Robot: Máquina automática programable, capaz de realizar
determinadas operaciones de manera autónoma y sustituir a los seres
humanos en algunas tareas, en especial las pesadas, repetitivas o
peligrosas; puede estar dotada de sensores, que le permiten adaptarse
a nuevas situaciones.
50
ANEXOS
ANEXO 1
En la Figura 30 podemos observar el peso del Robot Hexápodo es de 2731
gramos, incluyendo las baterías, tarjeta Arduino 2560, Xbee Serie 2 y GPS
Trimble 63530-00.
Figura. 30 Peso del Robot Hexápodo