Robot Omnidireccional

Introducción:

Siempre se ha buscado que los robots móviles tengan mayor capacidad de adaptarse a ambientes poco estructurados y cada vez más hostiles como exteriores en terrenos irregulares. En aplicaciones industriales, los ambientes pueden a llegar a ser más estructurados, sin embargo a veces el espacio es limitado, por lo que la maniobrabilidad es un punto clave. Una arquitectura de robot específica, es la omnidireccional, donde el robot es capaz de maniobrar en cualquier dirección y en cualquier orientación en espacios sumamente reducidos. Este proyecto fue realizado por un equipo de 4 integrantes.

Paso 1:

El primer paso del diseño consiste en definir las funciones que realizará el robot omnidireccional, lo que se requiere que realice el robot consiste:

1.    Que cada una de las 4 ruedas pueda girar en ambos sentidos

2.    La orientación de las 4 ruedas pueda ser modificada de manera independiente en cualquier dirección

3.    Contar con un sensor seguidor de línea

4.    Contar con un sistema de odometría, para determinar con exactitud la distancia recorrida por el robot

5.    Switch general de encendido, apagado

6.    Tener un sensor de distancia capaz de realizar mediciones los 360°

7.    Interfase con usuario (HMI), con pantalla LCD y botones con menú

8.    Debido a la cantidad de salidas y entradas que se pretenden usar, 2 microcontroladores de la familia 16F877A conectados en serie serán empleados

En base a las especificaciones, la arquitectura del robot ha quedado definida como sigue a continuación:

Arquitectura del robot

Paso 2:

Después de haber definido las funciones que realizará el robot y diseñado la arquitectura del mismo, se procede a realizar el diseño mecánico. El principal objetivo en el diseño mecánico de robots es tener la menor cantidad de componentes mecánicos, siempre que esto sea posible.

Para el diseño de las ruedas, se optó por un perfil en C, sobre el cual irán montados 2 motores, el motoreductor de dc para el tren motriz y el servomotor para definir la dirección

Sistema omnidireccional del tren motriz

Se decidió colocar la batería debajo del chasís, para tener un centro de gravedad lo más bajo posible, mejorando la estabilidad del vehículo, el seguidor de línea en el frente, además de colocar el switch general, la pantalla y los botones de mando en la parte frontal. Para el sensor de distancia (sonar), se optó por una torreta giratoria.

Diseño CAD del robot omnidireccional

Paso 3:

Diseñado el software, la arquitectura y el hardware del robot, se procede a la manufactura de los componentes. El material del chasis será PVC y de la carrocería de papel batería. Los componentes electrónicos son:

-       Batería de 9 Volts

-       4 servomotores y 4 motoreductores de dc

-       Pantalla LCD, botones pulsadores (NO) y switch de 2 posiciones

-       Dos microcontroladores PIC16F877A

-       Circuito integrado para control de actuadores (L298)

-       Motor a pasos para la torreta

-       LED IR emisor y receptor

-       Sensor de distancia ultrasónico (modelo US-100)

Primero se instalan los componentes mecánicos y electromecánicos, en este caso los motores.

Ensamble del chasis y el tren motriz del robot

Paso 4:

Después se procede a la instalación de los componentes electrónicos y de control. Una vez que se haya programado las funciones y simulado, se cargarán los programas en los microcontroladores.

Integración de la carrocería al chasis del robot

Después de haber realizado satisfactoriamente las pruebas, se monta la interfase

HMI en la carrocería y se ensambla al chasís. Se verifica que todos los sistemas se

comuniquen correctamente

Ensamble de la carrocería con la interfase de usuario integrada

Paso 5:

Ahora se prueba la odometría del vehículo, éste sensor se montará en la rueda trasera derecha, como se muestra en la siguiente imagen

Tren motriz con el sistema de locaización por odometría

Para el seguidor de línea, se monta el sensor en la parte delantera del vehículo como se muestra en la siguiente imagen.

Parte frontal del tren motriz con el sistema seguidor de línea

Paso 6:

Finalmente ha quedado terminado el robot omnidireccional, listo para navegar en cualquier ambiente.