Informe Warbot

Bryan Araujo Flores

Julio Moreno Ortiz

Hans Chotón Posadas

Giancarlo Rubio Reque

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE

UN ROBOT DE BATALLA

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO

Facultad de Ingeniería

Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica

Enero, 2013

1. TITULO:

DISEÑO Y CONTRUCCION DE UN ROBOT DE BATALLA

2. AUTORES:

BRYAN ARAUJO FLORES Estudiante ingeniería electrónica UPAO

[email protected]

GIANCARLO RUBIO REQUE Estudiante ingeniería electrónica UPAO

[email protected]

HANS CHOTON POSADAS Estudiante ingeniería electrónica UPAO

[email protected]

JULIO MORENO ORTIZ

Estudiante ingeniería electrónica UPAO

[email protected]

3. JUSTIFICACION DEL PROYECTO:

Desde ya hace varios años los robots de batalla han incrementado su popularidad

entre los estudiantes de ingeniería, siendo así que se realizan diversas competencias

al año para escoger al mejor robot de batalla, en esta ocasión la competencia se

presenta en un congreso, INTERCON, motivando a infinidad de alumnos a querer

participar y demostrar que su diseño es el mejor.

Basándonos en conocimientos de electrónica, mecánica y ayuda de la tecnología

actual, además de ver una gran diversidad de videos de estos concursos

procederemos a diseñar y construir nuestro robot de batalla.

4. OBJETIVOS:

4.1 OBJETIVO GENERAL:

o Diseñar un robot de batalla rápido, compacto, potente, resistente y de alta

competencia.

mailto:[email protected]




4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS:

o Elaborar el modelamiento en SolidWorks del robot de batalla.

o Realizar análisis de estructura y esfuerzo de nuestro modelamiento.

5. RECURSOS:

5.1 HUMANOS

o Alumnos

o Docentes

5.2 MATERIALES Y EQUIPOS

o 2 Motores DC 24V

o 2 Tarjetas controladoras de movimiento

o 1 Tarjeta controladora para el arma

o 2 Baterías DC 24V

o 1 Cargador de Baterías

o 1 Control T/R

o 1 Arrancador 24V

o 2 Llantas 12”

o 2 ángulos 1x0.125 pulgadas

o Plancha metálica 0.125pulgadas

o Faja de transmisión

o 2 garruchas

o Soldadura

o Pintura

o Máquina para soldar

o Sierra para corte

o Computadora

o Impresora

o USB

o otros

5.3 SERVICIOS

o Transporte

o Internet

o Local

6. PROCEDIMIENTO:

Actividades:

6.1 Adquisición de Materiales a usar

6.2 Modelamiento en SolidWorks

6.3 Análisis estructurales y de esfuerzo en SolidWorks.

6.4 Fabricación de la estructura

6.5 Ensamblado total del robot del batalla

6.6 Pruebas de resistencia, velocidad y maniobrabilidad

6.7 Corrección de posibles inconvenientes

6.8 Acabados finales

6.9 Culminación del proyecto.

7. PRESUPUESTO:

*las casillas con guiones simbolizan materiales reusados, es decir no

significaron gastos para el grupo.

MATERIALES, EQUIPOS Y

SERVICIOS

UNIDADES Costo unidad COSTO (S/.)

Motores DC 24V 2 1736 3476 Tarjeta controladora de movimiento 2 520 1040 Tarjeta controladora para el arma 1 878 878 Arrancador 24V 1 150 150 Batería DC 24V 2 546 1092 Cargador de Baterías 1 325 325 Control T/R 1 280 280 Llantas 12” 2 25 50

Ángulos 1x0.125 pulgadas 2 ---------- 30 Plancha metálica 0.125 1 ---------- 30 Faja de transmisión 1 10 10 Garruchas 2 2 4 Soldadura --------------- ------------- ------------- Pintura 1 20 20 Máquina para soldar 1 ------------- ------------- Sierra para corte 1 ------------- ------------- Computadora 1 ------------- ------------- Impresora 1 ------------- ------------- USB 1 ------------- ------------- Otros 500

Total: 7885

Precio incluido gastos de envío e importación.

8. CRONOGRAMA:

Duración → febrero marzo abril

Actividades ↓ 1s 2s 3s 4s 1s 2s 3s 4s 1s 2s 3s 4s

6.1

6.2

6.3

6.4

6.5

6.6

6.7

6.8

6.9

9. DOCUMENTACION:

Contenido INTRODUCCION............................................................................................................................7

CAPITULO I ....................................................................................................................................8

EL ROBOT DE BATALLA ........................................................................................................8

CAPITULO II ................................................................................................................................10

LOS MATERIALES A USAR ..................................................................................................10

Los motores .....................................................................................................................10

El arma ............................................................................................................................11

El controlador del motor ................................................................................................12

La controladora del arma ..............................................................................................14

Las baterías .....................................................................................................................15

Las llantas .......................................................................................................................16

Garruchas .......................................................................................................................16

Radio transmisor – receptor ..........................................................................................16

CAPITULO III .................................................................................................................................19

MODELAMIENTO EN SOFTWARE .....................................................................................19

MODELAMIENTO DE LAS PIEZAS ....................................................................................19

SIMULACION Y ANALISIS ESTATICO DE LAS PIEZAS .................................................22

CONCLUSIONES DEL ANALISIS ........................................................................................52

CAPITULO IV ...............................................................................................................................53

IMPLEMENTACION ...............................................................................................................53

Sistema eléctrico- electrónico ................................................................................................53

Sistema mecánico: Ensamblaje .............................................................................................56

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................58

INTRODUCCION

Este proyecto nació a partir del interés de unos compañeros de la escuela de

Ingeniería Electrónica de la UPAO en emplear nuestros conocimientos en

alguna aplicación, y tras algunas sugerencias y cuestionamientos el grupo que

ya se estaba conformando se inclinó por desarrollar un WARBOT (robot de

pelea).

A continuación se van a detallar las características de los componentes

empleados, la inversión realizada por los integrantes del grupo, entre otros

puntos importantes.

Esperamos de antemano que este plan de investigación sea de su agrado.

UPABOTS

CAPITULO I

EL ROBOT DE BATALLA

Empezaremos diciendo que el término “robot de batalla” está mal empleado pues estas

máquinas no cuentan con autonomía, pero nos referiremos así debido a que se hicieron

conocidos con este nombre en todo el mundo.

Una de las principales características que hay que tomar en cuenta son el tamaño y peso que

debe tener el robot de batalla.

Las normas de los combates se darán a conocer en el desarrollo del proyecto.

TIPOS DE ROBOT DE BATALLA

Existen muchos tipos de robot de batalla, y ninguno es mejor que todos. Hay tendencias

que podemos saber debido a la experiencia y que se trata de mostrar en el siguiente gráfico.

Se acordó hacer el robot de batalla de tipo “drums” que detallaremos a continuación.

DRUMS

Los “drums” poseen un cilindro giratorio con dientes, en general accionado por cadenas o

correas, y montado horizontalmente en la parte frontal del robot. Normalmente giran de

modo a levantar al adversario, perforando o causando daños en el impacto o la caída en el

suelo. Son bastantes estables por tener un centro de gravedad bajo y permite mayor

facilidad en las curvas. El tiempo de aceleración del arma no debe pasar de los 4 segundos.

CAPITULO II

LOS MATERIALES A USAR

Se consultó información de diversos documentos elaborados por equipos de trabajo con

amplia experiencia en el tema y se contrastó con la información recaudada por los

integrantes del equipo al asistir a competencias de este tipo. Después de analizar se optó por

los siguientes materiales:

Los motores

NPC-B81 Left-Side Geared Motor y NPC-B82 Right-Side Geared Motor

NPC-B81 Left-Side Geared Motor

NPC-B82 Right-Side Geared Motor

http://www.robotmarketplace.com/products/NPC-B81.html




Ambos motores B81 y B82 vienen de serie con un freno de estacionamiento

electromagnético 24v, que fácilmente se puede quitar si dicha función no es necesaria.

Construido para continua de 24 voltios debe tener 30 amperios, se puede llevar a cabo

a 36 voltios durante 5 minutos, añadiendo velocidad de alrededor de 50% más de par

motor. Este motor viene en configuraciones del lado izquierdo o derecho de eje, y hace

un propulsor ideal para un gran robot.

Características:

Rango de voltaje de 24V-36V

Imán reversible, permanente

Relación de transmisión 18:01

20,4 libras sin recortar

17 libras recortado

180 rpm / 18:1 relación de transmisión

La longitud total del motor y caja de cambios = 14 5/8 "

Ancho de la caja de cambios = 3-3/8 "

Diámetro del motor = 3-3/4 "

Longitud del eje de salida de 1-3/4 "

Diámetro del eje de salida = 17 mm

Chavetero = 6 mm

El arma

El arrancador

El cilindro de revolución

Con este elemento se hará daño al robot adversario, esta construido de una manera

robusta para soportar golpes de una fuerza mayor a 500 N.

La faja

Transmite el movimiento desde el arrancador hasta el cilindro de revolución, esta tiene

una longitud de 67.54 cm y posee un ancho de 0.9 cm.

El controlador del motor

SyRen 50A Regenerative Motor Driver

El conductor Syren motor es uno de los drivers de motor más versátil, eficiente y fácil

de usar del mercado.

Fuera de la caja, el Syren 50 puede suministrar a un motor de corriente continua

simple cepillado con un máximo de 50A continuamente. Corrientes de pico de 100A

son alcanzables por algunos segundos.

Sobrecorriente y protección térmica significa que usted nunca tendrá que preocuparse

acerca de matar al conductor con puestos accidentales o mediante la conexión de un

motor demasiado grande.

Con el controlador de sirena solo puede controlar un motor con: tensión analógica,

radio control, serial serial y empaquetada. Usted puede construir muchos robots de

complejidad creciente en los próximos años con una sirena.

El modo de funcionamiento se ajusta con los interruptores DIP integrados, de forma

que no hay puentes que perder. Las características Syren conectores de terminal de

tornillo - por lo que es posible para usted para construir un robot sin siquiera soldadura.

Syren es el primer controlador de motor síncrono de regeneración de su clase. La

topología regenerativo significa que sus baterías se recargan cada vez que ordenar a su

robot para frenar o revertir. Syren también le permite hacer escalas muy rápidas y se

invierte - dando a su robot una ventaja rápida y ágil.

Syren ha construido en un 5 V BEC que puede proporcionar energía a un

microcontrolador o un receptor R / C. El modo de corte de litio permite Syren para

operar con seguridad con litio ion de litio y baterías de polímero - las baterías de mayor

densidad de energía disponibles.

Syren de transistores se conectan a velocidades ultrasónicas (32 kHz), lo que significa

que nadie será capaz de oír tu robot ejército Ninja se acerca.

El uso de controladores de motor con baratos adaptadores de CA no se recomienda. El

uso de una batería o al menos poner una batería en paralelo con un suministro de CC.

Características:

Rango de voltaje de 6-30V entrada nominal, max 33.6V

Manejo de corriente continua 50A y pico de 100A

Tamaño de 3,0 "x 3,5" x 1,3 "

Peso 6.2 oz (176 g)

Tipos de entradas analógicas, RC y Serial

Número de canales 1

Unidad síncrona regenerativa

Frecuencia de conmutación Ultra-sonic

Térmico y protección contra sobrecorriente

Modo de protección Litio

La controladora del arma

IFI VEX Pro Victor SC

El Victor SC 883 es un controlador de giro 90A específicamente diseñado para spin-

robots y dispositivos de inercia. Tiene el propósito de no ser reversible, sólo hacia

adelante y no proporcional.

Tenga en cuenta que los controladores Victor no incluyen un BEC. Los receptores

necesitan una fuente de energía diferente.

Señal de Control estándar R / P tipo PWM (Pulse Width Modulation)

de un solo canal

Fan 12V Tensión de funcionamiento 6V a 16V

Fan 24V Tensión de funcionamiento 12V a 30V

Corriente máxima Continua 90ª

Corriente de sobretensión 100A para <2 segundos

200A de <1 segundo

Tipo de conector de alimentación 6-32 Terminales de tornillo (Par de

tornillo máximo - 5 * en libras)

Tipo de señal Conector Utilice un nivel no cubierto PWM cable (3

hilos)

Aplicación típica Potencia de un motor de velocidad

variable hacia adelante o hacia fuera

Peso £ 0,25 (4 oz)

Las baterías

Las baterías de NiCad son muy robustas y ofrecen salida de amperaje y fiabilidad

probada. Tienda batería está construyendo Equipo Packs batalla Nightmare utilizando

las células de la más alta calidad. Estos paquetes de servicio severo son construidos

para alta corriente. Están protegidos parte superior e inferior con espuma resistente al

calor o Nomex, y se envuelven en dos capas de envoltura. Packs se construyen con

malla de cobre de la batería y mano soldada con equipos Metcal. También puede elegir

que sus paquetes construidos con o sin los anillos de ahorro de calor.

Características:

24V Sub-C células (x20)

60 amperios continuos

4.375L x 3.5W x 1.901H (sin anillos)

4.875L x 4.0W x 1.901H (con anillos)

£ 2,64

Las llantas

Las llantas empleadas son neumáticas, capaces de soportar un aproximado de 100 kg.

Garruchas

Tienen una capacidad de 70 kg y en el proceso de experimentación o análisis se

determinara si será necesario emplear algún otro tipo de llantas de apoyo.

Radio transmisor – receptor

Transmisor

FS-TH9X - 2.4GHz 8CH System

Características:

Canales: 8

Tipo de modelo: planeador / heli / Airlane

Alcance RF: 2.40-2.48GHz

Ancho de banda: 500 KHz

Banda: 160

Potencia RF: menos de 20 dBm

2.4G sistema: AFHDS

Tipo de código: GFSK

Sensibilidad: 1024

Advertencia de baja tensión: sí (a menos de 9V)

DSC puerto: sí (de 3,5 mm, salida: PPM)

Puerto del cargador: sí

Alimentación: 12V DC (1.5AA * 8)

Peso: 690g

ANT longitud: 26mm

Tamaño: 190 * 112 * 257 mm

Color: negro

Certificado: CE0678, FCC

Receptor

FS-R8B

Channels: 8

Model type: heli/glid/airplane

RF range: 2.40-2.48GHz

Bandwidth: 500KHz

Band sum: 160

RF.receiver sensitivity: -105dBm

2.4G system: AFHDS

Code type: GFSK

Sensitivity: 1024

Power: 4.5-6.5V DC

Weight:18g

ANT lenght: 26mm

Size: 52*35*15mm

Color: Gray(Transparent)

Certificate: CE FCC

CAPITULO III

MODELAMIENTO EN SOFTWARE

MODELAMIENTO DE LAS PIEZAS

● Los motores

● El arma

○ El arrancador

o El cilindro

● El controlador de movimiento

● El controlador del arma

● Las llantas

Ambas son iguales, así que es un solo modelamiento que se duplicará para los pasos

siguientes.

● Garruchas

SIMULACION Y ANALISIS ESTATICO DE LAS PIEZAS

Nombre del modelo: CILINDRO DE REVOLUCION

Nombre de documento y

referencia Tratado como Propiedades volumétricas

Saliente-Extruir5

Sólido

Masa:5.52992 kg Volumen:0.000778862 m^3

Densidad:7100 kg/m^3 Peso:54.1932 N

Referencia de modelo Propiedades Componentes

Nombre: Hierro dúctil (SN) Tipo de modelo: Isotrópico elástico

lineal Criterio de error

predeterminado: Tensión máxima de von Mises

Límite elástico: 5.51485e+008 N/m^2 Límite de tracción: 8.61695e+008 N/m^2

Sólido 1(Saliente-Extruir5)(pieza7)

o CARGAS Y SUJECIONES

Nombre de sujeción

Imagen de sujeción Detalles de sujeción

Fijo-1

Entidades: 1 cara(s) Tipo: Geometría fija

Fijo-2


Nombre de carga

Cargar imagen Detalles de carga

Fuerza-1

Entidades: 1 cara(s) Tipo: Aplicar fuerza normal

Valor: 500 N

O RESULTADOS DEL ESTUDIO

Nombre Tipo Mín. Máx.

Stress VON: Tensión de von Mises 57.9382 N/m^2 Nodo: 14499

2.55072e+007 N/m^2 Nodo: 11285

pieza7-SimulationXpress Study-Tensiones-Stress


Displacement URES: Desplazamiento resultante 0 mm Nodo: 1

0.169815 mm Nodo: 1256

pieza7-SimulationXpress Study-Desplazamientos-Displacement

Nombre Tipo

Deformation Forma deformada

pieza7-SimulationXpress Study-Desplazamientos-Deformation


Factor of Safety Tensión de von Mises máx. 21.6207 Nodo: 11285

9.51851e+006 Nodo: 14499

pieza7-SimulationXpress Study-Factor de seguridad-Factor of Safety

Nombre del modelo: BASE PARA RUEDA LOCA

Nombre de documento y referencia

Tratado como Propiedades volumétricas

Cortar-Extruir1

Sólido

Masa:0.211625 kg Volumen:2.98063e-005 m^3







Sólido 1(Cortar-Extruir1)(Pieza17)

O CARGAS Y SUJECIONES

Nombre de sujeción


Fijo-2


Nombre de carga


Fuerza-2

Entidades: 1 cara(s), 1 plano(s) Referencia: Planta

Tipo: Aplicar fuerza Valores: ---, ---, -400 N

Fuerza-3



Fuerza-4



Fuerza-5



o RESULTADOS DEL ESTUDIO



2.23746e+008 N/m^2 Nodo: 17315

Pieza17-SimulationXpress Study-Tensiones-Stress



0.142724 mm Nodo: 15585

Pieza17-SimulationXpress Study-Desplazamientos-Displacement

Nombre Tipo


Pieza17-SimulationXpress Study-Desplazamientos-Deformation



71821 Nodo: 16962

Pieza17-SimulationXpress Study-Factor de seguridad-Factor of Safety

Nombre del modelo: RUEDA LOCA 1

Nombre de documento y referencia

Tratado como Propiedades volumétricas Ruta al documento/Fecha de

modificación

Redondeo2

Sólido



C:\Users\Julio\Desktop\WARBOT\rueba

loca\Pieza13.SLDPRT Jan 26 22:00:32 2013


Nombre: Hierro dúctil (SN) Tipo de modelo: Isotrópico elástico lineal Criterio de error



Sólido 1(Redondeo2)(Pieza13)


Nombre de carga


Fuerza-1


Valor: 500 N

Nombre de sujeción


Fijo-1


o RESULTADOS



1.60945e+006 N/m^2 Nodo: 210




8.84493e-005 mm Nodo: 1249


Nombre Tipo





4.0943e+007 Nodo: 10118


Nombre del modelo: RODAJE DEL CILINDRO DE

REVOLUCION

Sólidos Nombre de documento y


Saliente-Extruir7

Sólido








Sólido 1(Saliente-Extruir7)(Pieza12)


Nombre de sujeción


Fijo-1


Nombre de carga


Fuerza-1


Valor: 500 N

o RESULTADOS



1.22206e+006 N/m^2 Nodo: 526




0.000117879 mm Nodo: 525


Nombre Tipo





2.97787e+011 Nodo: 6588


Nombre del modelo: RUEDA LOCA 2

Sólidos Nombre de documento y


Ruta al documento/Fecha de modificación

Cortar-Extruir5

Sólido



C:\Users\Julio\Desktop\WARBOT\rueba

loca\Pieza14.SLDPRT Jan 29 18:10:47 2013


Nombre: Hierro dúctil (SN) Tipo de modelo: Isotrópico elástico lineal Criterio de error



Sólido 1(Cortar-Extruir5)(Pieza14)


Nombre de sujeción


Fijo-2


Nombre de carga


Fuerza-3


Valor: 500 N

Fuerza-4


Valor: 500 N

o RESULTADOS



2.3835e+007 N/m^2 Nodo: 17886




0.000957847 mm Nodo: 17724


Nombre Tipo





1.52477e+007 Nodo: 16915


CONCLUSIONES DEL ANALISIS

Como se ha podido observar en todos los análisis de todas las piezas el factor

de seguridad mínimo de cada una siempre fue mayor que la unidad por

consiguiente se puede decir que están diseñadas para soportar los esfuerzos

requeridos.

CAPITULO IV

IMPLEMENTACION

Sistema eléctrico- electrónico

El esquema de conexiones y mando es el siguiente:

En el esquema se pueden apreciar los motores de movimiento con sus respectivas

controladoras y alimentación, también esta el arrancador con su controladora y

alimentación respectivamente.

El proceso de selección de materiales se realizo de la siguiente manera.

Primero se averiguo el peso máximo permitido para los robots de pelea y con respecto a eso

se opto por escoger la pareja de motores que se ve en el esquema.

Los motores empleados tienen la capacidad de girar a 180 rpm como máximo con un torque

de 31.82 in-lb esto quiere decir que cuando en el eje tenemos 6kg el motor trabajara con

esas revoluciones. En nuestro caso nosotros tenemos un robot que pesa 54kg y dos motores

por lo tanto tendremos aproximadamente un poco mas de 152.89 rpm. A continuación se

mostrara una tabla de valores experimentales en donde el torque se encuentra en pulgadas

por libra.

Por otro lado en el caso de las baterías las escogimos en base a la elección de los motores

estas baterías nos proporcionan 60 amperios continuos con 20 celdas y los motores con el

peso del warbot consumirían un promedio de 30 amperios como máximo pero hay que

tener en cuenta que van a haber momentos en los cuales los motores vana tener que

exigirse como en los choques o combate cuerpo a cuerpo y por este motivo los motores

necesitarían mas corriente que debe ser soportada por las baterías. Por este motivo es que se

dimensiono el doble de amperaje para las baterías.

En el caso de las controladoras, soportan 50 amperios continuos que son suficientes para

controlar los motores (por lo detallado en los párrafos anteriores) y en caso de algún sobre

pico de corriente, estas soportan hasta 100 amperios por algunos segundos.

En el caso del arrancador es muy probable que no se emplee la controladora “Victor”

debido a que siendo el arrancador de 24 voltios y alimentándolo con una batería de 12v la

corriente se elevaría relativamente y esto podría ocasionar el deterioro de la controladora.

Para ha diseñado también un puente H con un servo motor diseñado con cable 10 para que

pueda soportar el exceso de corriente.

Ahora hablaremos sobre el receptor RF, posee 8 canales de los cuales por el momento

empleamos tres, dos para el par de motores y uno para el arma. El mando trabaja con PWM

y debido a esto podemos regular la velocidad de los motores y también la velocidad con la

que golpea el arma.

Sistema mecánico: Ensamblaje

BIBLIOGRAFIA

Tutorial Riobotz

www.robotmarketplace.com

Informe Warbot

Documents

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