Proyecto Para El Carrito Seguidor

NDICE DE DOCUMENTOS DOCUMENTO I: MEMORIANDICE DE CONTENIDOS NDICE DE FIGURAS NDICE DE TABLAS

PG: II A V PAG: VI A VII PG: VIII PG: 2 A 51 PG: 52 A 57 PG: 58 A 97 PG: 98 A 124

PARTE I: MEMORIA PARTE II: ESTUDIO ECONMICO PARTE III: CDIGO FUENTE PARTE IV: HOJAS DE CARACTERSTICAS

DOCUMENTO II: PLANOSNDICE DE PLANOS PLANOS PG: I PG: 1 A 32

DOCUMENTO III: PRESUPUESTONDICE DE CONTENIDOS NDICE DE TABLAS CAPTULO I: COSTE DE MATERIAL CAPTULO II: COSTE DE INGENIERA CAPTULO III: PRESUPUESTO GENERAL PG: II PG: III PG: 1 A 4 PG: 5 A 8 PG: 9

Autorizada la entrega del proyecto al alumno: Sergio Prez Beltrn

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LOS DIRECTORES DEL PROYECTO: Prof. Dr. lvaro Snchez Miralles

Fdo:

Fecha:

Prof. Dr. Miguel ngel Sanz Bobi

Fdo:

Fecha:

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V B DEL COORDINADOR DE PROYECTOS: Prof. Dr. lvaro Snchez Miralles

Fdo:

Fecha:

UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLASESCULA TCNICA SUPERIOR DE INGENIERA (ICAI) INGENIERA AUTOMTICA Y ELECTRNICA INDUSTRIAL

PROYECTO FIN DE CARRERA DESARROLLO DE UN ROBOT PROACTIVO PARA EL CUIDADO DE PERSONAS MAYORES EN SU HOGAR.

Autor: Sergio Prez Beltrn Directores: Prof. Dr. lvaro Snchez Miralles Prof. Dr. Miguel ngel Sanz Bobi

MADRID, Septiembre 2010

RESUMEN

RESUMEN

L

a sociedad mundial est envejeciendo, especialmente en pases desarrollados. sta es la afirmacin que se puede obtener del estudio de la evolucin de la poblacin. Comparando la pirmide poblacional con la de dcadas pasadas, se observa un crecimiento del porcentaje de personas mayores de 65 aos, porcentaje cuya tendencia es de seguir aumentando en los prximos aos. Segn los datos registrados por el instituto nacional de estadstica 1, a fecha del 1 de Enero de 2009 este porcentaje equivala a un 16.65%, mientras que, en 1981, ste se situaba en un 11.25%.

Figura 1: Pirmides de la poblacin espaola en 1981 y 2009

A medida que una persona envejece, sta necesita de una mayor atencin y ayuda para la realizacin de diversas tareas, pues, con los aos, el cuerpo pierde ciertas facultades tiles en la vida cotidiana. En la actualidad, existe una gran preocupacin por ofrecer una ayuda a stas personas, y a aquellas cuyas discapacidades les hacen ser dependientes, de manera que pueden experimentar una buena calidad de vida. Fruto de esta conciencia social se present, el 5 de Marzo de 2006, una nueva ley, la llamada Ley de dependencia, con la que se pretende financiar los servicios de los que requiere una persona dependiente 2. Esta ley pretende apoyar la iniciativa de los centros de da y la tele-asistencia, mtodos de atencin que evitan el desplazamiento o internamiento de la persona atendida, pues de esta manera, la persona anciana o discapacitada puede mantener el contacto con familiares, amistades y entorno habitual. Con el fin de hacer ms eficaz el sistema de tele-asistencia, en estos ltimos aos, se han venido desarrollado diferentes aparatos de vigilancia remota. stos se pueden dividir en dos grandes grupos, el primero de ellos se trata de un objeto con un nico botn, el cual, al ser pulsado, emite una seal de alarma. En el segundo grupo se ______________________________http://www.ine.es/jaxi/tabla.do?path=/t20/e245/p04/a2009/l0/&file=00000003.px&type= pcaxis&L=0 2 http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_dependencia 11

RESUMEN

encuentran aquellos dispositivos que mediante un sistema electrnico detectan la cada del anciano, siempre y cuando ste lo lleve sujetado a la cintura o mueca, enviando una seal de alarma si se ha producido dicha cada.

Figura 2: Aparatos actuales de ayuda para las personas mayores

Estos aparatos funcionan de una manera muy rpida y eficaz, sin embargo, tienen un gran problema, requieren de la iniciativa humana para su correcto funcionamiento. En primer lugar son dispositivos que funcionan con pilas y bateras, lo que conlleva tener que estar pendiente de cambiarlas o recargarlas. Por otro lado, son objetos que, para tener utilidad, necesitan que la persona lo lleve siempre consigo, lo que obliga a sta a estar pendiente del dispositivo y cargar con l a todas horas. Por este motivo, se estn desarrollando diversas plataformas de vigilancia inteligente, capaces de prever situaciones de riesgo, llegando en ocasiones a tomar la iniciativa de forma autnoma de avisar a la persona correspondiente. Con este propsito, se estn desarrollando en la universidad, Universidad Pontificia de Comillas, diversos proyectos, como el que se desarroll en 2009, denominado Sistema integral de ayuda a mayores: Agente de vigilancia y supervisin, el cual desarrollaba una de estas plataformas mediante la explotacin de la domtica 3 o el desarrollado en esta ocasin. El proyecto que se ha desarrollado pretende ser un revolucionario sistema de ayuda a la persona dependiente, obteniendo las mismas calidades de servicio en caso de emergencia que los aparatos existentes en el mercado hoy en da, evitando en todo momento el inconveniente que todos estos objetos tienen, la incomodidad de tener que estar pendiente del mismo. Dicho proyecto se ha llevado a cabo en tres grandes etapas diferenciadas; diseo, fabricacin y programacin. En primer lugar se ha realizado un diseo de un robot proactivo que pudiese ser completamente autnomo y que fuese capaz de moverse libremente por un permetro semi-cerrado y techado. Para ello, se ha optado por una cinemtica diferencial, que le da al robot gran agilidad y capacidad de movimiento, con dos ruedas motrices y una tercera que acta de rueda loca. ste, tambin debe ser capaz de interactuar con el entorno que ______________________________3

http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/4a438b7950d3b.pdf 2

RESUMEN

le rodea, para ello dispone de numerosos sensores de distancia que le permite saber en todo momento dnde se encuentra y qu es lo que tiene alrededor, ya sean objetos mviles o fijos. Adems, para mayor seguridad, se ha optado por hacer un robot reversible, quiere decir que puede circular tanto en una posicin como en la otra (ver Figura 3).

Figura 3: Imagen 3D y foto real del prototipo desarrollado en el proyecto

Para la fabricacin, se optado por realizar la estructura en aluminio, por ser un material relativamente barato, ligero y resistente, mientras que el resto de los componentes utilizados, han sido buscados dando la mayor prioridad al bajo coste y mantenimiento. Se han utilizado diversas mquinas y herramientas, entre las que cabe destacar el torno y la fresa disponibles en el Aula de mecatrnica del ICAI. Por ltimo, para la etapa de programacin de la inteligencia del robot, se ha contado con una tarjeta programable de control de sensores y actuadores, la TCS-3, un mdulo de comunicaciones Wi-Fi, capaz de conectarse con la TCS-3 y dos mdulos de potencia, necesarios para alimentar cada uno de los dos motores de 1,5W. A su vez, se ha dispuesto de una cmara Wi-Fi, til para el envo de imgenes a la persona encargada del cuidado del usuario, de un servo, necesario para variar en ngulo de inclinacin de la cmara, y de diversos sensores de distancia, ya mencionados anteriormente. La programacin se ha realizado en lenguaje C++, y un ordenador capaz de conectarse por Wi-Fi con el robot.

Figura 4: Componentes electrnicos utilizados en el proyecto

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ABSTRACT

ABSTRACTociety is rapidly growing old worldwide, especially in developed countries. This is the statement that can be inferred from recent population evolution research. Comparing the current population pyramid with those from previous decades, it is obvious that percentage of people over 65 years of age has increased and, what is more, it shows a clear tendency to continue growing in the following years. According to data collected by the Spanish National Statistics Institute (INE), this percentage accounted for 16.65% by January 1st, 2009, whereas in 1981 it was only 11.25%.

S

Figure 1: Spanish population pyramid in 1981 and 2009

As people grow older and lose certain physical and mental capabilities, they require further attention and assistance in order to accomplish everyday tasks. Nowadays, there is great social concern to provide these people, whose handicaps make dependent, with enough help to permit them maintain a good quality of life. As a consequence of this social conscience, the Spanish Parliament published on March 5th, 2006 a new law, popularly known as Law of Dependence, with the intention to finance any services a dependent person may require. This law supports daycare centre initiatives as well as remote care. Both methods intend to avoid internment of the patient, with the aim of allowing him to stay in a known environment and, at the same time, keep in touch with his family and friends. Over the past few years, increasing research has been carried out in remote care monitoring. Advances could be divided into two groups. First, single button devices which transmit an alarm signal when pressed. In second place, electronic systems which send an alarm message when they detect a fall (as long as it is tied to the wrist or the waist of the old person).

4

ABSTRACT

Figure 2: Actual devices developed to help dependent person

These devices operate rapidly and effectively. However, their main drawback is that they depend on human initiative in order to function properly. First of all, they require batteries which need to be replaced or recharged periodically. Furthermore, it is necessary for the person to carry with them everywhere, which implies that they have to take care of it. Due to this, some intelligent monitoring platforms, capable of foreseeing risk situations, are being developed. Should the circumstances require it, these devices can take the initiative and call the appropriate person. With this objective, several projects are currently being developed at the Comillas Pontifical University such as the one entitled Integral Assistance System for the Elder: Monitoring agent of 2009, which exploited domotic alternatives, or the one which will be presented henceforth. The system developed in this project pretends to revolutionize remote care for elderly dependent people. It provides the same services as the devices aforementioned whilst overcoming their problems. The project has been carried out in three separate stages: design, manufacturing and programming. First of all, a proactive robot prototype has been designed, bearing in mind that it should be capable of managing autonomously in under cover and partially open environments. To this end, differential kinematics has been chosen, due to its agility and motion abilities, with two driven wheels and a free wheel which serves as third contact point. In order to be able to interact with the environment, it is equipped with numerous range sensors which permits the robot know where it is and what static or moving obstacles surround it. Besides, with the aim of increasing reliability, the robot is reversible, which means it can navigate either upside down or right side up (see Figure 3).

5

ABSTRACT

Figure 3: 3D image and real photography of the prototype developed in this project.

Concerning manufacturing, the robots structure has been built in aluminum, because it is a relatively light, resistant and inexpensive material, whereas the rest of the components have been chosen according to low cost and maintenance criteria. The main machinery used is a lathe and a milling machine. Last but not least, the programming stage of the robot is based on the TCS3, a programmable board capable of controlling several sensors and actuators which acts as the central core embarked in the robot, a Wi-Fi module which can be connected to the TCS3, and two power modules which feed each of the 1.5 W motors. Furthermore, it is equipped with various distributed range sensors and with a Wi-Fi camera, to send images of the monitored person to an assistance center if necessary. This camera can modify its inclination by means of a servomotor. The intelligence and control algorithms have been programmed in C++ in a computer linked through Wi-Fi to the robot.

Figure 4: Electronics components used in the project.

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A mis padres, gracias.

Nunca consideres el estudio como una obligacin, sino como una oportunidad para penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber.

Albert Einstein (1879 1955)

AGRADECIMIENTOS

AGRADECIMIENTOSn primer lugar me gustara dedicar este proyecto a mis padres. Gracias a ellos, aunque no sin mi esfuerzo, he sido capaz de llegar al punto en el que me encuentro. Me han levantado cuando yo caa y me han guiado cuando yo cegaba. En resumen, ellos han sido los verdaderos partcipes de lo que he sido, de lo que soy y de lo que ser. Tambin me gustara agradecer el apoyo de mi novia y amigos. A ella, por estos meses en los que he estado ausente a causa del proyecto, pues ha sabido comprenderme, esperarme y animarme, y a ellos por haberme hecho disfrutar de estos aos como nunca haba disfrutado e, incluso en los malos momentos, siempre han estado ah para ayudarme. Deseo mencionar especialmente a Jaime Boal, por su constante atencin y su ayuda en muchos y variados contratiempos, a Ismael Fernndez, por prestarme el cdigo fuente de su proyecto, y a Antonio Gonzlez, por ensearme sus conocimientos de mecanizado y fabricacin, pues todo lo que s de dicha rama es gracias a l. No quiero tampoco olvidarme de todos mis profesores que he tenido a lo largo de mis estudios, pues ellos han sabido guiarme a lo largo de mis estudios, soportndome durante tantos aos como estudiante. Quiero hacer una mencin especial Jos Porras por dedicarme el tiempo as como las herramientas necesarias para la realizacin del prototipo, a Jos Mara, encargado del taller de electrnica, por su predisposicin a realizar cualquiera de mis innumerables peticiones, y, por supuesto, a mis directores de proyecto, lvaro Snchez y Miguel ngel Sanz, ya que sin ellos, lograr desarrollar este proyecto hubiese sido una tarea imposible. Por ltimo, aunque no por ello menos importante, querra mostrar mi agradecimiento a todos los trabajadores de la Escuela Pontificia de Comillas, como son, a parte de los profesores, camareros y cocineros, personal del taller del fabricacin, personal del STIC, personal de reprografa, personal de secretara y personal del servicio de limpieza y bedeles, ya que ellos son una parte fundamental de esta escuela, la cual no podra estar operativa sin el trabajo de todos y cada uno de ellos, los cuales han acudido a mi ayuda siempre que se lo he solicitado.

E

8

DOCUMENTO I MEMORIA

MEMORIA

NDICE de contenidos

NDICE DE CONTENIDOS MEMORIA ________________________________ 1CAPTULO 1 INTRODUCCIN ______________________________21.1 Estado del arte___________________________________________ 1.1.1 Robots domsticos ____________________________________ 1.1.1.1 Robot seguidor con arduino _________________________ 1.1.1.2 iRobot __________________________________________ 1.1.1.3 Muwi __________________________________________ 1.2 Motivacin _____________________________________________ 1.3 Objetivos _______________________________________________ 1.4 Recursos _______________________________________________ 1.4.1 Mquinas y herramientas _______________________________ 1.4.2 Componentes ________________________________________ 1.4.3 Hardware ___________________________________________ 1.4.4 Software ____________________________________________ 1.5 Metodologa ____________________________________________ 2 2 2 4 5 7 7 8 8 8 9 9 9

CAPTULO 2 DISEO MECNICO __________________________112.1 Especificaciones iniciales _________________________________ 2.2 Diseo del prototipo _____________________________________ 2.2.1 Estructura de la plataforma superior e inferior _____________ 2.2.1.1 Forma de la plataforma superior e inferior ____________ 2.2.1.2 Vaciados de la plataforma superior e inferior __________ 2.2.1.3 Agujeros de la plataforma superior e inferior __________ 2.2.1.4 Agujeros especficos de la plataforma superior _________ 2.2.1.5 Agujeros especficos de la plataforma inferior _________ 2.2.1.6 Montaje final de la plataforma superior _______________ 2.2.1.7 Montaje final de la plataforma inferior _______________ 2.2.2 Estructura de la cmara _______________________________ 2.2.2.1 Eje de sustentacin de la cmara ____________________ 2.2.2.2 Tornillo de la cmara _____________________________ 2.2.2.3 Transmisin de la cmara__________________________ 2.2.2.4 Montaje de la estructura en el conjunto _______________ 2.2.3 Estructura motriz ____________________________________ 2.2.3.1 Eje motriz ______________________________________ 11 12 13 13 15 15 16 17 18 18 18 19 20 21 22 22 23II

MEMORIA

NDICE de contenidos

2.2.3.2 Chavetero de la rueda _____________________________ 2.2.3.3 Sujecin trasera del motor _________________________ 2.2.3.4 Montaje de la estructura en el conjunto _______________ 2.2.4 Estructuras de los sensores ____________________________ 2.2.4.1 Estructura de los sensores laterales __________________ 2.2.4.2 Estructura de los sensores traseros ___________________ 2.2.4.3 Estructura de los sensores superiores e inferiores _______ 2.2.5 Estructura trasera ____________________________________ 2.2.5.1 Montaje de la estructura en el conjunto _______________ 2.2.6 Montaje final del robot _______________________________

25 26 26 27 28 29 30 31 32 32

CAPTULO 3 DISEO ELECTRNICO ________________________343.1 Alimentacin___________________________________________ 3.1.1 Bateras ___________________________________________ 3.1.2 Tarjeta de conversin de alimentacin ___________________ 3.2 Control _______________________________________________ 3.2.1 Electrnica _________________________________________ 34 35 35 36 37

CAPTULO 4 RESULTADOS OBTENIDOS Y PRUEBAS REALIZADAS __384.1 Pruebas realizadas _______________________________________ 4.2 Resultados del diseo mecnico ____________________________ 4.2.1 Caractersticas finales del prototipo ______________________ 4.2.2 Fotografas del prototipo ______________________________ 4.2.3 Problemas detectados _________________________________ 4.3 Resultados del diseo electrnico ___________________________ 4.3.1 Problemas detectados _________________________________ 38 39 39 41 44 45 45

CAPTULO 5 CONCLUSIONES _____________________________46 CAPTULO 6 FUTUROS DESARROLLOS ______________________486.1 Soluciones _____________________________________________ 6.1.1 Diseo mecnico ____________________________________ 6.1.2 Diseo electrnico ___________________________________ 6.2 Mejoras y evoluciones ___________________________________ 48 48 49 50

BIBLIOGRAFA __________________________________________51

ESTUDIO ECONMICO _____________________ 52CAPTULO 1 INTRODUCCIN _____________________________53 CAPTULO 2 COSTE UNITARIO ____________________________54III

MEMORIA

NDICE de contenidos

2.1 Coste de material _______________________________________ 2.1.1 Componentes mecnicos ______________________________ 2.1.2 Componentes elctricos _______________________________ 2.1.3 Coste total _________________________________________ 2.2 Estimacin del coste total _________________________________

54 54 55 56 56

CAPTULO 3 PRECIO VENTA PBLICO ______________________57

CDIGO FUENTE__________________________ 58CAPTULO 1 CONTROL NUMRICO ________________________591.1 Fresado _______________________________________________ 1.1.1 Base inferior y superior _______________________________ 1.1.2 Eje motriz __________________________________________ 1.2 Torneado ______________________________________________ 1.2.1 Eje de la cmara _____________________________________ 1.2.1.1 Parte I _________________________________________ 1.2.1.2 Parte II ________________________________________ 1.2.2 Eje motriz __________________________________________ 1.2.2.1 Parte I _________________________________________ 1.2.2.2 Parte II ________________________________________ 1.2.3 Tornillo de la cmara _________________________________ 1.2.3.1 Parte I _________________________________________ 1.2.3.2 Parte II ________________________________________ 1.2.4 Varilla de 6mm de dimetro ___________________________ 1.2.4.1 Parte I _________________________________________ 1.2.4.2 Parte II ________________________________________ 1.2.5 Varilla de 3mm de dimetro ___________________________ 1.2.5.1 Parte I _________________________________________ 1.2.5.2 Parte II ________________________________________ 59 59 63 64 64 64 67 71 71 74 75 75 79 80 80 83 84 84 88

CAPTULO 2 INTELIGENCIA ARTIFICIAL _____________________892.1 2.2 2.3 2.4 RODOMDlg.h _________________________________________ RODOMDlg.cpp ________________________________________ Sensorizacion.h _________________________________________ Sensorizacion.cpp _______________________________________ 89 90 92 93

HOJAS DE CARACTERSTICAS _______________ 97Cmara Wi-Fi _______________________________________________ 98 Motor DC Brushes __________________________________________ 101

IV

MEMORIA

NDICE de contenidos

Reductor planetario _________________________________________ Encoder___________________________________________________ Sensor ultrasonidos _________________________________________ Sensor infrarrojo____________________________________________ Regulador de tensin ________________________________________

103 105 107 112 117

V

MEMORIA

NDICE

de figuras

NDICE DE FIGURASFigura 1.1: Robot seguidor con arduino _____________________________________ 2 Figura 1.2: Diseo mecnico del robot seguidor con arduino ____________________ 3 Figura 1.3: Diseo electrnico del robot seguidor con arduino ___________________ 3 Figura 1.4: Comunicaciones del robot seguidor con arduino _____________________ 4 Figura 1.5: Robot aspiradora: iRobot Roomba ________________________________ 4 Figura 1.6: Otros robots domsticos mviles de la empresa iRobot ________________ 5 Figura 1.7: Robot programable desarrollado por iRobot ________________________ 5 Figura 1.8: Robot corta-csped: Muwi ______________________________________ 6 Figura 1.9: Funcionamiento del robot corta-csped: Muwi. ______________________ 6 Figura 2.1: Imagen en 3D del diseo final del prototipo _______________________ 13 Figura 2.2: Estructura general de la plataforma superior e inferior _______________ 13 Figura 2.3: Forma de la plataforma superior e inferior. ________________________ 14 Figura 2.4: Detalle de los diferentes vaciados de la plataforma superior e inferior ___ 15 Figura 2.5: Detalle de los agujeros de la plataforma superior e inferior ____________ 16 Figura 2.6: Detalle de los agujeros de la plataforma superior____________________ 17 Figura 2.7: Detalle de los agujeros de la plataforma inferior ____________________ 17 Figura 2.8: Montaje final de la plataforma superior ___________________________ 18 Figura 2.9: Montaje final de la plataforma inferior____________________________ 18 Figura 2.10: Estructura completa de la cmara _______________________________ 19 Figura 2.11: Eje de sustentacin de la cmara _______________________________ 19 Figura 2.12: Detalle de la sujecin del eje a la estructura del robot _______________ 20 Figura 2.13: Detalle de la insercin del engranaje al eje _______________________ 20 Figura 2.14: Tornillo especial utilizado para la sujecin de la cmara _____________ 20 Figura 2.15: Detalle de la transmisin _____________________________________ 21 Figura 2.16: Montaje de la estructura completa en el conjunto __________________ 22 Figura 2.17: Estructura motriz completa____________________________________ 22 Figura 2.18: Eje motriz del robot _________________________________________ 23 Figura 2.19: Detalle del rebaje del eje del motor _____________________________ 24 Figura 2.20: Detalle del diseo del eje motriz _______________________________ 24 Figura 2.21: Detalle del montaje del motor al eje motriz _______________________ 25 Figura 2.22: Detalle del chavetero de la rueda motriz _________________________ 25 Figura 2.23: Sujecin trasera del motor ____________________________________ 26 Figura 2.24: Montaje de la estructura completa en el conjunto __________________ 26 Figura 2.25: Situacin de los sensores del robot ______________________________ 27 Figura 2.26: Estructura completa de los sensores laterales ______________________ 28 Figura 2.27: Montaje de la estructura en el conjunto __________________________ 29

VI

MEMORIA

NDICE

de figuras

Figura 2.28: Estructura del sensor ultrasonido trasero _________________________ 29 Figura 2.29: Montaje de la estructura de los sensores traseros ___________________ 30 Figura 2.30: Estructura de los sensores superiores e inferiores __________________ 30 Figura 2.31: Estructura trasera completa ___________________________________ 31 Figura 2.32: Detalle de la estructura trasera _________________________________ 31 Figura 2.33: Montaje de la estructura en el conjunto __________________________ 32 Figura 2.34: Montaje final del robot sin la parte superior_______________________ 32 Figura 2.35: Montaje final del robot sin la parte inferior _______________________ 32 Figura 2.37: Montaje final del robot completo _________________________________ Figura 3.1: Esquema electrnico de alimentacin del robot _____________________ 34 Figura 3.2: Esquema del circuito elctrico de la tarjeta ________________________ 35 Figura 3.3: Esquema electrnico de control del robot _________________________ 36 Figura 3.4: Componentes electrnicos utilizados _____________________________ 37 Figura 4.1: Ventana de dilogo de la aplicacin desarrollada ___________________ 38 Figura 4.2: Comparacin del prototipo con una puerta real _____________________ 40 Figura 4.3: Vista general del prototipo desarrollado ___________________________ 41 Figura 4.4: Vista frontal del prototipo desarrollado ___________________________ 41 Figura 4.5: Vista lateral del prototipo desarrollado ___________________________ 42 Figura 4.6: Vista trasera del prototipo desarrollado ___________________________ 42 Figura 4.7: Vista global del prototipo desarrollado ___________________________ 43 Figura 4.8: Vista global del prototipo desarrollado ___________________________ 43 Figura 4.9: Detalle de la no alinealidad del motor al eje _______________________ 44 Figura 6.1: Detalle del rediseo del eje de sujecin de la cmara. ________________ 49

VII

MEMORIA

NDICE de tablas

NDICE DE TABLASTabla 3.1: Estudio del consumo mximo, medio y mnimo del robot ............................ 35 Tabla 2.1: Coste desglosado de componentes mecnicos ............................................... 55 Tabla 2.2: Coste desglosado de componentes elctricos ................................................ 56

VIII

PARTE I

MEMORIA

MEMORIA : MEMORIA

INTRODUCCIN : ESTADO del arte

CAPTULO 11.1

INTRODUCCIN

Estado del arte

Actualmente no existen en el mercado, ni en vas de desarrollo, si exceptuamos el proyecto que se presenta en este documento y uno ms comentado en el sub-apartado 1.1.1.1, robots mviles encargados de la ayuda a personas dependientes. Sin embargo, s existen robots mviles domsticos encargados de hacer diferentes labores en el hogar y, por otro lado, dispositivos de ayuda a personas dependientes. En este apartado se muestran algunos de estos robots, de los cuales se han cogido diferentes ideas para el desarrollo de este proyecto. 1.1.1 1.1.1.1 Robots domsticos Robot seguidor con arduino

Figura 1.1: Robot seguidor con arduino

Desarrollado por Sergio Rico Vicente, alumno de la Escuela Universitaria de Ingeniera Tcnica Industrial de Terrasa como proyecto final de carrera de la titulacin de Ingeniera Tcnica Industrial especialidad en Electrnica Industrial. ste robot (Figura 1.1) es capaz de seguir una lnea marcada en el suelo gracias al sensor seguidor de lnea del que dispone, as como de detectar obstculos con los sensores infrarrojos instalados [1].

MEMORIA : MEMORIA


Por otro lado, tambin es capaz de tomar imgenes gracias a la cmara Wi-Fi situada en el cuerpo del robot y conectarse inalmbricamente con un ordenador adaptado para la ocasin.

Figura 1.2: Diseo mecnico del robot seguidor con arduino

En el diseo mecnico (Figura 1.2) cabe destacar que dispone de cuatro ruedas motrices, y una cinemtica diferencial modificada, es decir, con cuatro ruedas directrices en vez de las dos habituales, y un sistema de servomecanismos capaz de girar la cmara ciento ochenta grados e inclinarla el mismo nmero de grados.

Figura 1.3: Diseo electrnico del robot seguidor con arduino

La electrnica del robot (Figura 1.3) est controlada por un micro-controlador como es el arduino, el cual dispone de una pantalla LED para comprobar el estado del mismo. Adems mediante la comunicacin W-Fi el ordenador base es capaz de enviar rdenes al robot y ste es capaz de enviar las imgenes que toma con la cmara Wi-Fi, todo ello a travs de un router inalmbrico (Figura 1.4).

MEMORIA : MEMORIA


Figura 1.4: Comunicaciones del robot seguidor con arduino

1.1.1.2

iRobot

El robot ms conocido en la actualidad es el desarrollado por la empresa iRobot, conocido como Roomba (Figura 1.5). Este robot es capaz de realizar la funcin de aspiradora por aquellos lugares a los que ste sea capaz de alcanzar.

Figura 1.5: Robot aspiradora: iRobot Roomba

Dicho robot dispone de dos motores para mover la rueda derecha y la izquierda, respectivamente, es decir dispone de una cinemtica diferencial, y de otros tres motores encargados mover los cepillos y la bomba de absorcin del aspirador. Para desenvolverse por el entorno cuenta con dos sensores de contacto, situados uno en la parte delantera izquierda y otro en la parte delantera derecha, utilizados para detectar el choque con las paredes y de esta forma gira en busca de una nueva pared. Dispone tambin de un sensor ptico que detecta la base a la que acude en caso de baja batera y de un sensor infrarrojo para comunicarse con el mando a distancia. Adems

MEMORIA : MEMORIA


dispone de un sensor de suciedad, el cual detecta la acumulacin de suciedad, para reiterar el paso por esa zona [2]. La inteligencia del mismo est controlada por un micro-controlador arduino y cuya documentacin se muestran en [3].

Figura 1.6: Otros robots domsticos mviles de la empresa iRobot

Sin embargo, aunque ste sea el ms conocido, no significa que sea el nico, iRobot dispone de multitud de robots que se encargan de diferentes tareas del hogar, como puede ser fregar, limpiar el fondo de la piscina, etc. (Figura 1.6). Adems existe un modelo el iRobot Create (Figura 1.7), el cual es completamente programable. La base del robot es prcticamente la misma que la explicada anteriormente, con la diferencia que dispone de un conector de 25 pines para la programacin del mismo y con varias salidas digitales, pues la inteligencia del mismo es cien por cien programable [4].

Figura 1.7: Robot programable desarrollado por iRobot

1.1.1.3

Muwi

Muwi, el robot corta-csped (Figura 1.8), es un proyecto, el cual todava se encuentra en fase de desarrollo. En un futuro, este robot ser capaz de detectar cundo es el mejor momento en el que se debe cortar el csped mediante sus sensores de humedad as como calcular el espacio que debe cubrir y trazar as la ruta ptima [5].

MEMORIA : MEMORIA


Figura 1.8: Robot corta-csped: Muwi

El funcionamiento de Muwi, es sencillo, se trata de ir cortando el csped, y llegado el momento en el que el depsito de almacenamiento de csped est lleno, lo compacta formando una bola y dos discos, que, como dice en su propaganda, puede utilizarse para que jueguen los nios, como asiento o como fertilizante (Figura 1.9).

Figura 1.9: Funcionamiento del robot corta-csped: Muwi.

MEMORIA : MEMORIA

INTRODUCCIN : MOTIVACIN

1.2

Motivacin

Debido al aumento de la esperanza de vida y, como consecuencia, el aumento de poblacin de personas mayores, los centros de acogida de estas personas cada vez estn ms masificados, ofreciendo pobres servicios como si de una crcel para ancianos se tratase en vez de un hogar para ellos. Por ello, son muchos los que prefieren quedarse en sus respectivas casas con el riesgo que para ellos conlleva tener una cada o un desvanecimiento tpico de estas edades y, por desgracia, no poder ser atendidos, bien sea porque la familia trabaja y no tengan forma de pagar a una persona que cuide de esa persona, o bien sea porque a la persona mayor le guste vivir solo en su casa y no sentirse una carga con sus familiares o con una persona que la cuide. Por ello y por la preocupacin de la familia, cada vez se investiga ms en pequeos aparatos que detectan cuando una persona se cae, o bien aparatos que deben tener el anciano siempre a mano para poder pulsarlo y de esta manera mandar una seal de emergencia a un centro de atencin, sin embargo todos estos apartados, tienen un problema y es que la persona siempre lo tiene que llevar encima, no olvidrselo en ningn lugar de la casa y por supuesto que el anciano pese al accidente quede consciente para pulsar dicho botn. As estos objetos que intentan ofrecer seguridad, se convierten en objetos molestos que al cabo del tiempo la persona decide no usar y no acarrearlo siempre. Por otra parte, es preferible tener una imagen de lo sucedido antes de enviar a una persona a la ayuda del anciano para evitar falsas alarmas muy frecuentes con este tipo de aparatos. Sin embargo, con el proyecto que aqu se plantea, la persona mayor no debe estar pendiente del robot, pues es este el que se mueve hacia donde se mueve el anciano, siempre sin molestar, y enviando fotos de lo ocurrido en caso de accidente y no durante el resto del tiempo, de tal manera que se sigue manteniendo la privacidad de la persona mayor, algo muy demandado por estas personas mayores cuando su familia pide obtener los servicios de un asistente que cuide de ellos.

1.3

Objetivos

El objetivo ltimo consiste en desarrollar un robot completamente autnomo que no requiera de la atencin humana para su propia existencia, capaz de controlar los movimientos de una persona y ser capaz de seguirla para, en caso de cada de esta persona, poder enviar un mensaje de socorro a una central acompaada de imgenes de la escena y de la cada. Este proyecto se ha centrado en el diseo de la estructura del robot as como de la fabricacin del mismo y de un mnimo de inteligencia, suficiente para detectar

MEMORIA : MEMORIA

INTRODUCCIN : RECURSOS

problemas de sensorizacin y actuacin ya sea de los motores y servos o de los sensores. En futuros proyectos, se deber proceder a realizar la inteligencia completa del robot as como de cumplir con los desarrollos futuros que se comentan en el CAPTULO 6 de este mismo documento.

1.4

Recursos

En este apartado se enumeran los recursos utilizados durante la realizacin de este proyecto. stos se dividen en maquinas y herramientas, componentes, hardware y software. 1.4.1 Mquinas y herramientas

A continuacin se enumeran las diferentes mquinas y herramientas necesarias para llevar a cabo la fabricacin del prototipo. Fresadora Autograv [6]. Fresas de desbaste y acabado de dimetros 4 y 6 milmetros. Torno Alecop Expert [7]. Taladradora de columna. Taladradora manual. Brocas de acero rpido de dimetros 3, 7,25 y 8 milmetros. Sierra manual de acero rpido. Otras herramientas como son, martillo, limas, destornilladores, etc. 1.4.2 Componentes

Dos motores Maxon de 1.5W cada uno. Incluyen encoder y reductora [8]. Una cmara Linksys Wi-Fi [9]. Una Tarjeta de Control de Sensores v3.0 (TCS-3), desarrollada por Alberto Santamara [10]. Un mdulo de comunicacin Wi-Fi [11]. Dos mdulos de potencia para alimentar los motores. Un servo Futaba S3003 [12] Varios y diferentes tipos de sensores.

MEMORIA : MEMORIA 1.4.3 Hardware

INTRODUCCIN : METODOLOGA

Un ordenador con comunicacin Wi-Fi. Router inalmbrico. Osciloscopio. Fuente de tensin variable. Dos transformadores universales 220Vac / 12 Vdc. Soldador, des-soldador y estao. 1.4.4 Software

Solid Edge v20 con licencia de estudiante. Microsoft Visual Studio 2008, para programacin en C++. Microsoft Office 2007 para la documentacin del proyecto.

1.5

Metodologa

Como cualquier proyecto de robtica mvil, existen tres grandes etapas en el desarrollo del mismo. stas se dividen en el diseo, la fabricacin y por ltimo el control. Para la realizacin de este proyecto se ha seguido esta idea, y se ha establecido una metodologa por niveles, de tal manera que para poder realizar un nivel cualquiera, primero se ha tenido que completar todos los niveles anteriores, y para completar un sub-nivel, primero se han tenido que completar todos los sub-niveles anteriores. De esta manera el desarrollo del proyecto ha quedado dividido de la siguiente forma. En primer lugar, la primera etapa del desarrollo del robot, el diseo del mismo, se ha divido en tres apartados, stos son, un anlisis del diseo, un diseo del prototipo y un anlisis del prototipo. En el primer nivel dentro de esta primera etapa, el anlisis del diseo, se han establecido las especificaciones fsicas, as como la cinemtica los sensores y otros componentes necesarios para el correcto funcionamiento del robot. A su vez, tambin se han establecido las condiciones del contorno bsico. En el segundo apartado, todava dentro de la primera etapa, se ha realizado un diseo del prototipo. En ste se ha efectuado un diseo grfico del prototipo que cumpla con todas las especificaciones posibles requeridas en el sub-objetivo anterior. Se crearn los planos de la estructura del robot as como de la colocacin de todos sus diversos componentes y el recubrimiento externo. Por ltimo, en la tercera parte del diseo del robot, se ha analizado y comparado las especificaciones indicadas al principio del proyecto, con respecto a las obtenidas al final del diseo.

MEMORIA : MEMORIA

INTRODUCCIN : METODOLOGA

Una vez terminada la primera etapa del proyecto, se ha procedido a la fabricacin del prototipo. Para ello en sta, se han diferenciado tres grandes bloques, parte mecnica, parte elctrica y parte electrnica. En el primer bloque, la parte mecnica, se ha tenido que estudiar la forma de realizar las piezas diseadas en la etapa anterior, para poder adquirir el suficiente, pero no excesivo, material bruto con que el poder fabricar dichas piezas, con el fin de llevar con xito la elaboracin del prototipo. Por ltimo, en este apartado, y una vez todas las piezas ha sido realizadas se ha procedido al montaje del prototipo. En el siguiente bloque, se han realizado los circuitos de alimentacin necesarios para el correcto funcionamiento del robot, as como el montaje de los mismos, junto con las bateras, el interruptor y el cableado de potencia. Por ltimo en el tercer bloque de esta etapa, se he implementado todo el cableado de los sensores, con la TCS-3, el conexionado de los motores y el del mdulo Wi-Fi. Por ltimo, en la tercera etapa, el control del robot, se ha implementado una inteligencia al robot, con el que se controla tanto la toma de medidas de los sensores, como la de los actuadores.

MEMORIA : MEMORIA

DISEO mecnico : ESPECIFICACIONES iniciales

CAPTULO 2

DISEO MECNICO

l primer paso en la construccin de un robot, es el diseo mecnico del mismo. En este captulo se detalla cmo se ha ido desarrollando el prototipo. En l, se especifican los pasos seguidos, las caractersticas deseadas y las finalmente conseguidas y, por ltimo, las decisiones de montaje. De ahora en adelante, cada vez que se haga mencin del robot diseado en este proyecto se hablar de RODOM, nombre que recibe dicho robot.

E2.1

Especificaciones iniciales

En este primer apartado se mencionan las especificaciones iniciales que se han seguido en la realizacin del prototipo. Estas caractersticas, las cuales se establecieron al iniciar el proyecto, han servido de base para el posterior diseo de RODOM. Aunque en todo momento se ha buscado satisfacer toda y cada una de las restricciones, enumeradas a continuacin, no todas ellas han sido posibles de cumplir como se ver a lo largo de este captulo. RODOM dispondr de una cinemtica diferencial con tres puntos de apoyo. Dos ruedas motrices en el eje central y una rueda loca situada en el centro de la parte trasera. El cuerpo de RODOM ser elipsoidal. De esta manera ser ms difcil que ste se quede atrapado en algn lugar del entorno. Adems al no tener esquinas, no daar a ninguna persona que se golpee contra l. La estructura principal de RODOM estar realizada en un material, preferiblemente aluminio, ligero, fcilmente moldeable, resistente ante golpes y de bajo coste. La estructura principal de RODOM se recubrir de un material esponjoso, como puede ser la goma-espuma, de tal manera que amortige los posibles impactos que pueda recibir una persona contra l. El cuerpo de RODOM ser de tamao lo ms reducido posible, de aproximadamente 30 x 20 x 5 centmetros, para poder pasar por debajo de mesas, sillas y circular sin problemas por pasillos y puertas estrechas, mientras que las ruedas, tanto motrices como locas, sern de 10 centmetros de dimetro, sobresaliendo stas por ambas partes del robot. De esta manera RODOM ser reversible, es decir, aunque vuelque, ste podr seguir rodando de la misma manera.

MEMORIA : MEMORIA

DISEO mecnico : DISEO del prototipo

RODOM deber ser lo ms estable posible, para ello se deber distribuir el peso, de tal manera que la mayor parte del mismo, quede concentrado entre el eje central y la rueda loca, estableciendo el centro de gravedad lo ms cercano al baricentro del tringulo formado por las ruedas motrices y la rueda loca. RODOM ser completamente autnomo. Por completamente autnomo, se refiere a que ste conocer el estado de carga de sus bateras, y por medio de diferentes contactos situados en la parte superior e inferior del mismo, los cuales slo tendrn tensin en el momento de la carga evitando de esta manera descargas y cortocircuitos inesperados, podr recargarse cuando lo requiera sin la necesidad de ayuda humana. Adems RODOM dispondr de otros contactos que servirn para comunicarse con la base, mediante comunicacin serie, en caso de que la seal Wi-Fi sea errnea. RODOM dispondr de tantos sensores como sean necesarios para su supervivencia y programacin de la inteligencia del mismo, as como para evitar posibles obstculos fijos y mviles que se le acerquen desde cualquier direccin. RODOM cargar con una cmara Wi-Fi en la parte delantera del mismo, que tomar imgenes y videos slo en el momento en que se solicite la captura de dichas instantneas. Dicha cmara ser capaz de inclinarse hacia arriba y hacia abajo. RODOM dispondr de un mdulo Wi-Fi con el que ser capaz de comunicarse con la base estando en cualquier lugar de la vivienda. De esta manera se podrn enviar mensajes de socorro de una manera rpida sin necesidad de desplazamiento.

2.2

Diseo del prototipo

A continuacin se describe el prototipo que se ha fabricado, detallando en cada uno de los sub-apartados las diferentes secciones en las que se ha divido RODOM. Estas divisiones se han realizado por dos razones fundamentales, la primera se debe a la diferenciacin de las etapas de fabricacin y montaje, mientras que la segunda es un motivo orientado a la mejor comprensin del conjunto final a la conclusin de este captulo.

MEMORIA : MEMORIA


Figura 2.1: Imagen en 3D del diseo final del prototipo

2.2.1

Estructura de la plataforma superior e inferior

A continuacin se procede a explicar la parte del prototipo, la cual consiste en la parte inferior y superior del mismo. Esta estructura da la forma a RODOM adems de fijar el resto de las estructuras que componen el robot.

Figura 2.2: Estructura general de la plataforma superior e inferior

2.2.1.1

Forma de la plataforma superior e inferior

Como se defini en las especificaciones iniciales, la forma del robot, debe ser elipsoidal, por ello, la forma de la plataforma debe ser de dicha forma. Sin embargo, por diversos motivos que a continuacin se desarrollan, finalmente, la forma del robot es aproximadamente la de una elipse achatada por sus extremos (ver Figura 2.3).

MEMORIA : MEMORIA


Figura 2.3: Forma de la plataforma superior e inferior.

El primer motivo, es debido a la imposibilidad de realizar trayectorias elipsoidales con el CNC (control numrico computarizado) utilizado por la fresadora del laboratorio. La segunda razn, se debe a las dimensiones de la cmara adquirida, as como la necesidad de incluir cuatro sensores de ultrasonidos en la parte delantera del mismo, y una transmisin que hiciese las labores de inclinacin de la cmara, lo cual ha hecho que el robot en la parte delantera tenga una gran parte plana. Adems, los extremos laterales tambin han sido perfilados en lnea recta, pues a esta pared, se han tenido que alinear los 4 sensores infrarrojos analgicos (vase sub-apartado 2.2.4). An as, todas las zonas de la base no necesariamente rectas, como son las esquinas delanteras y la parte trasera, han sido redondeadas, mediante circunferencias con un radio lo mayor posible, para evitar riesgos de daos a personas as como eliminar la mayor cantidad de material posible, haciendo de esta manera un robot ms ligero y pequeo, a la vez que, se hace ms difcil el quedarse encajado en algn punto del entorno.

MEMORIA : MEMORIA 2.2.1.2


Vaciados de la plataforma superior e inferior

Figura 2.4: Detalle de los diferentes vaciados de la plataforma superior e inferior

Si se observa la Figura 2.4, el recorte marcado con el nmero 1, se ha realizado, para dar cabida a la cmara Wi-Fi, pues sta mide ms de 4.9 centmetros, distancia existente entre la plataforma inferior y la superior. Los dos agujeros marcados con el nmero 2, son necesarios para encajar la rueda dentro del robot, y que sta sobresalga de manera simtrica por ambas partes, para hacer del robot, un robot reversible. Dentro del perforado nmero 3, se encajan los dos rodamientos esfricos, uno en cada base, que hacen la funcin de rueda loca. Por ltimo, los marcados con el nmero 4, son espacios reservados para los sensores infrarrojos digitales, los cuales, como se comenta en el sub-apartado 2.2.4.3, se utilizan para saber la orientacin actual del robot, as como posibles escalones o escondites. El resto de los agujeros marcados en la base del robot, se estudiarn en los sub-apartados 2.2.1.3, 2.2.1.4 y 2.2.1.5. 2.2.1.3 Agujeros de la plataforma superior e inferior

El propsito fundamental de los agujeros que en este sub-apartado se determinan, es la de fijar el resto de las estructuras del robot a la base y, de esta manera, dar forma al prototipo. Existen cinco diferentes estructuras en RODOM, por lo que existen tambin cinco grupos de agujeros en las dos plataformas del robot (ver Figura 2.5), a los que se le tiene que aadir dos grupos ms, utilizados para fijar tanto los sensores infrarrojos digitales como los rodamientos esfricos, como se puede observan en la Figura 2.2.

MEMORIA : MEMORIA


Figura 2.5: Detalle de los agujeros de la plataforma superior e inferior

En la Figura 2.5, podemos observar que el primer grupo de agujeros (marcado con el nmero 1 rojo), se utilizan para sujetar la estructura de la cmara (vase subapartado 2.2.2). El segundo grupo azul pertenece a las estructuras, izquierda y derecha, de sensores laterales (sub-apartado 2.2.4.1). A continuacin se muestra un tercer grupo verde encargado de mantener sujeto las dos estructuras de ruedas motrices, izquierda y derecha (sub-apartado 2.2.3), mientras que el cuarto turquesa fija la posicin de los sensores ultrasonidos traseros (sub-apartado 2.2.4.2). Por ltimo, cabe mencionar que el quinto grupo violeta mantiene fija la estructura trasera (vase sub-apartado 2.2.5) mientras que el sexto negro ancla la estructura de los sensores infrarrojos digitales superior e inferior (sub-apartado 2.2.4.3) y el sptimo y ltimo naranja fija la lmina encargada de sujetar el rodamiento esfrico destinado a la funcin de rueda loca. 2.2.1.4 Agujeros especficos de la plataforma superior

Como se puede comprobar en la Figura 2.5 existen algunos agujeros los cuales no se repiten en las dos plataformas del robot. Estos son los encargados, en la parte superior, de anclar las bateras y un mdulo de potencia necesario para el control de los motores, y en la parte inferior (sub-apartado siguiente) todo el resto de la mecnica necesaria para el correcto funcionamiento del robot.

MEMORIA : MEMORIA


Figura 2.6: Detalle de los agujeros de la plataforma superior

Como se observa en la Figura 2.6 existen tres agujeros orientados a la fijacin del mdulo de potencia y otros diez situados para sujetar las bateras que requiere el robot para su funcionamiento. 2.2.1.5 Agujeros especficos de la plataforma inferior

Figura 2.7: Detalle de los agujeros de la plataforma inferior

En la Figura 2.7, se muestra la distribucin de los agujeros especficos de la base inferior, as como el componente electrnico que fija cada uno.

MEMORIA : MEMORIA 2.2.1.6 Montaje final de la plataforma superior


Figura 2.8: Montaje final de la plataforma superior

2.2.1.7

Montaje final de la plataforma inferior

Figura 2.9: Montaje final de la plataforma inferior

2.2.2

Estructura de la cmara

La estructura de la cmara viene dada por las dimensiones de la cmara (10 x 9 3.5 centmetros) as como por la necesidad de que sta tenga una inclinacin de ms menos treinta grados, regulados mediante un servo con un ngulo de giro de ciento ochenta grados.

MEMORIA : MEMORIA


Figura 2.10: Estructura completa de la cmara

2.2.2.1

Eje de sustentacin de la cmara

Figura 2.11: Eje de sustentacin de la cmara

sta pieza, mostrada en la Figura 2.11, ha sido diseada con el propsito de sujetar la cmara. Como se especific inicialmente que dicha cmara deba ser capaz de inclinarse (vase apartado 2.1), se opt por realizar un eje cilndrico, el cual pudiese rotar sobre s mismo, de esta manera al sujetar la cmara a dicho eje, sta sera capaz de inclinarse. La longitud del eje se diseo de manera que fuese lo ms corta posible y del mayor dimetro de eje posible para evitar as problemas de torsin por el peso de la cmara. En los extremos se le tuvo que realizar un desbaste de manera que mantuviese un dimetro de ocho milmetros pues es el mayor dimetro posible que encaja en los soportes sin que el eje roce en las paredes de ste (vase Figura 2.12).

MEMORIA : MEMORIA


Figura 2.12: Detalle de la sujecin del eje a la estructura del robot

Finalmente en uno de los extremos se le realiz un mayor desbaste, de manera que el engranaje utilizado se pudiese introducir dentro del eje, de manera que ambos girasen solidariamente (Figura 2.13).

Figura 2.13: Detalle de la insercin del engranaje al eje

2.2.2.2

Tornillo de la cmara

Figura 2.14: Tornillo especial utilizado para la sujecin de la cmara

MEMORIA : MEMORIA


Debido a que la nica manera viable de sujetar la cmara al eje diseado anteriormente, pasaba por utilizar las rosca de la cmara la cual se trataba de una rosca Whitworth de un octavo de pulgada, se tuvo que disear un tornillo (Figura 2.14) de manera que se introdujese dentro del eje, y fuese roscado, por un lado a la cmara con dicha rosca, y por el otro lado con una tuerca de mtrica tres. Se pens en utilizar dicha mtrica porque es la mtrica usada en todo el diseo del prototipo. 2.2.2.3 Transmisin de la cmara

Figura 2.15: Detalle de la transmisin

Como se dijo al principio de este apartado la cmara debe tener una inclinacin de treinta grados positivos y negativas, es decir, sesenta grados absolutos. Teniendo en cuenta que el servo utilizado tiene un ngulo de giro absoluto de ciento ochenta grados, resulta que mediante una transmisin de engranajes, se debe realizar una reduccin de tres a uno. Por otro lado se pens que convendra utilizar un tornillo sin fin, pues la utilizacin de este engranaje, convierte el movimiento de los engranajes en un movimiento de una sola direccin, de esta forma el servo es capaz de actuar sobre la transmisin y de esta manera inclinar la cmara, mientras que sta, a causa de su peso, no es capaz de mover dicha transmisin, es decir, el tornillo sin fin acta con freno mecnico en una direccin. El problema que supone utilizar este tipo de engranaje es que realiza una reduccin muy grande. Utilizando un engranaje de doce dientes, acoplado al tornillo sin fin, ste realiza una reduccin de doce a uno. Por este motivo, y teniendo en cuenta que nuestra reduccin total debe ser nicamente de tres a uno, es necesario realizar una ampliacin de uno a cuatro. Esta ampliacin se ha realizado mediante el acople de un engranaje de 48 dientes, unido solidariamente al servo, y uno de doce dientes.

MEMORIA : MEMORIA


De esta manera gracias a este juego de engranajes, mostrado en la Figura 2.15, se consigue la reduccin necesitada, como muestra el clculo anterior. 2.2.2.4 Montaje de la estructura en el conjunto

Figura 2.16: Montaje de la estructura completa en el conjunto

2.2.3

Estructura motriz

En este captulo se comenta la parte del robot que se encarga de la motricidad del mismo. Esta estructura (), consta de una rueda motriz, un motor y un eje que transmite el par ejercido por el motor a la rueda. Por motivos obvios, esta estructura estar duplicada en el conjunto final del motor.

Figura 2.17: Estructura motriz completa

MEMORIA : MEMORIA 2.2.3.1 Eje motriz


Esta pieza (Figura 2.18) es la encargada de transmitir el par del motor a la rueda. Por ello debe ser suficientemente grueso (doce milmetros de dimetro), para poder vencer la torsin a la que va a estar sometida, adems de que todo el peso del robot va a estar soportado por dos de estos ejes, con lo que estar sometido tambin a una gran flexin. Adems, la longitud del eje, est definida por la anchura de la rueda y de los soportes que le fijan al chasis.

Figura 2.18: Eje motriz del robot

En uno de los extremos de la pieza, se le ha realizado un desbaste, hasta rebajarlo a ocho milmetros de dimetros por el mismo motivo que se le realiz en la pieza de sujecin de la cmara, comentado en el sub-apartado 2.2.2.1. En el otro extremo de la pieza se ha realizado un sistema de sujecin del eje al motor. Este sistema funciona de la siguiente manera. Debido a la caracterstica del motor, el cual dispona en el eje del mismo, de un rebaje para su fijacin a un eje, como se muestra en la

MEMORIA : MEMORIA


Figura 2.19: Detalle del rebaje del eje del motor

Como no se disponan de herramientas necesarias para realizar el macho que encajase de manera correcta, se ide una forma de realizar ste, mediante la unin de dos piezas diferentes. Para ello se realiz en el eje motriz un agujero de dos milmetros de dimetro, que corresponde con el dimetro del eje del motor. Una vez realizado este agujero, se le realiz un fresado de manera que la parte plana del eje del motor, coincidiese con la parte plana del eje motriz (Figura 2.20).

Figura 2.20: Detalle del diseo del eje motriz

As, y mediante la utilizacin de una pieza plana que aprisionase la parte plana del eje motriz, quedaran fijados ambos ejes y giraran uno solidariamente al otro (Figura 2.21).

MEMORIA : MEMORIA


Figura 2.21: Detalle del montaje del motor al eje motriz

2.2.3.2

Chavetero de la rueda

La rueda adquirida dispona nicamente de un agujero interior algo mayor de doce milmetros de dimetro, lo que generaba que el eje motriz deslizase en el interior de la rueda sin llegar a moverle. Por ello se pens en realizar a la rueda un chavetero (Figura 2.22), y mediante una chaveta acoplada al eje motriz, stos dos girasen de manera solidaria.

Figura 2.22: Detalle del chavetero de la rueda motriz

MEMORIA : MEMORIA 2.2.3.3 Sujecin trasera del motor


Figura 2.23: Sujecin trasera del motor

Debido a que la sujecin con la que el motor dispone, es una rosca de mtrica ocho y paso fino de escasamente dos milmetros de longitud, lo cual obliga a roscarlo a una pieza sin la oportunidad de instalarle una tuerca de bloqueo, y para evitar que el motor se desenroscarse al aplicarle un par, se ha procedido a instalar una sujecin en la parte trasera del mismo (Figura 2.23), con el fin de que el motor, al intentar desenroscarse, se topase con una lmina trasera que evitase el retroceso del motor y de esta manera evitar el desenrosque del mismo. 2.2.3.4 Montaje de la estructura en el conjunto

Figura 2.24: Montaje de la estructura completa en el conjunto

MEMORIA : MEMORIA 2.2.4 Estructuras de los sensores


Como se ha venido comentando a lo largo de este documento, ste robot dispone de una gran variedad de sensores, colocados estratgicamente, da manera que se pueda determinar en todo momento, dnde se encuentra el robot, y qu es lo que tiene delante, a los lados y detrs del mismo. Para ello el robot dispone de seis sensores ultrasonidos con una visin en cono de sesenta grados, y una distancia mxima de cuatro metros [13], los cuales se concentran en la parte delantera y trasera del mismo, cuatro sensores infrarrojos analgicos, cuyo campo de actuacin es una lnea recta a una distancia mxima de ochenta centmetros [14] y cuatro sensores infrarrojos digitales en la parte superior e inferior de la plataforma, que devuelven un uno o un cero, dependiendo de si un objeto se encuentra a ms o menos veinticinco centmetros [14].

Figura 2.25: Situacin de los sensores del robot De los seis sensores de ultrasonidos, cuatro se han situado en la parte delantera del robot, con el fin de navegar de una manera fcil y segura, con gran conocimiento de lo que se encuentra por delante.

Como se puede comprobar en la

Figura 2.25, existen dos sensores que enfocan al frente del robot, mientras que los otros dos estn situados a cuarenta y cinco grados de los primeros. stos, los colocados

MEMORIA : MEMORIA


en el frente del robot, se han duplicado por motivos de seguridad y redundancia en la medida, para poder seguir navegando, prcticamente con la misma facilidad aunque uno deje de funcionar. Por otro lado, los situados a cuarenta y cinco grados de los primeros, se utilizan como ayuda de navegacin a los primeros, as como para detectar posibles obstculos que se puedan acercar por el lateral del mismo, ya que los sensores infrarrojos laterales, de los que se comenta su funcin principal en el siguiente prrafo, no son capaces de medir en grandes distancias y de abarcar grandes espacios, por su visin en lnea recta. Los cuatro sensores infrarrojos laterales estn situados dos a cada lado del robot. Su funcin principal es la de detectar las paredes, y poder seguirlas en caso de ser necesario as como de hacer que el robot se pueda orientar paralelamente a la citada pared, y en caso de fallo de un de ellos, siempre poder disponer de al menos uno para la navegacin. Los dos sensores de ultrasonidos restantes, se han colocado en la parte trasera del mismo con el nico propsito de detectar posibles objetos que se le puedan acercar por la retaguardia del robot. Por ltimo, los cuatro sensores dispuestos en la plataforma superior e inferior del robot, se utilizan para determinar posicin del mismo, es decir, determinar si ste se encuentra boca arriba o boca abajo. Aunque es posible determinar la posicin mediante un solo sensor, para evitar problemas provenientes del fallo de medida en uno de estos sensores, se han duplicado en cada una de las plataformas. As, adems, estos se pueden utilizar para detectar posibles escalones o desniveles insalvables por el robot. 2.2.4.1 Estructura de los sensores laterales

Figura 2.26: Estructura completa de los sensores laterales

Como se muestra en la Figura 2.26 esta estructura, sujeta dos de los cuatro sensores de ultrasonidos situados en la parte delantera del robot, as como dos de los cuatro sensores infrarrojos analgicos situados en los laterales del mismo. Por motivos

MEMORIA : MEMORIA


de simetra en el robot, esta estructura est repetida en ambos lados del robot, dando como resultado los cuatros sensores de ultrasonidos y los cuatro sensores infrarrojos.

Figura 2.27: Montaje de la estructura en el conjunto

2.2.4.2

Estructura de los sensores traseros

Figura 2.28: Estructura del sensor ultrasonido trasero

Como se observa en la Figura 2.28 esta estructura se encarga de sujetar cada uno de los dos sensores de ultrasonidos situados en la parte trasera del robot.

MEMORIA : MEMORIA


Figura 2.29: Montaje de la estructura de los sensores traseros

2.2.4.3

Estructura de los sensores superiores e inferiores

Figura 2.30: Estructura de los sensores superiores e inferiores

Los cuatro sensores infrarrojos digitales, situados dos de ellos en la parte superior del robot y otros dos en la parte inferior, se han fijado al chasis de sta mediante la estructura que aparece en la Figura 2.30. Vase la Figura 2.2 para observar el ejemplo de montaje de esta estructura al chasis del robot.

MEMORIA : MEMORIA 2.2.5 Estructura trasera


Figura 2.31: Estructura trasera completa

La ltima estructura diseada (Figura 2.31) que compone el prototipo, es la estructura trasera. sta tiene como utilidad fijar el interruptor de encendido del robot, as como, en posibles futuros desarrollos, poder anclar un LED que indique el correcto funcionamiento del robot o una pequea bocina que avise cada cierto tiempo dnde se encuentra en caso de que la persona necesitada tenga una deficiencia visual.

Figura 2.32: Detalle de la estructura trasera

Actualmente, la estructura nicamente dispone de un agujero de dimetro doce centmetros cuya finalidad es la de sujetar el interruptor de encendido y apagado (Figura 2.32).

MEMORIA : MEMORIA 2.2.5.1 Montaje de la estructura en el conjunto


Figura 2.33: Montaje de la estructura en el conjunto

2.2.6

Montaje final del robot

A continuacin se muestran el montaje final del robot. En primer lugar sin la parte superior del mismo, para poder observar todas las piezas internas (), en segundo lugar sin la parte inferior (), y por ltimo diferentes vistas de todo el conjunto.

Figura 2.34: Montaje final del robot sin la parte superior

Figura 2.35: Montaje final del robot sin la parte inferior

MEMORIA : MEMORIA


Figura 2.36: Montaje final del robot completo

MEMORIA : MEMORIA

DISEO electrnico : ALIMENTACIN

CAPTULO 3

DISEO ELECTRNICO

n este tercer captulo se procede a estudiar el diseo electrnico del robot. En este captulo se comentar en un primer lugar cmo se ha pensado y diseado la alimentacin del robot, para ms tarde hablar de la parte del control. En esta segunda parte se hablar en primer lugar de la sensorizacin del robot, es decir de la disposicin de los sensores alrededor del robot, y en segundo lugar de la actuacin, es decir, de los componentes del robot encargados de transmitir movimiento al robot.

E3.1

Alimentacin

En este apartado se estudia la alimentacin que dar tensin a todos los componentes elctricos del robot. Hay que tener en cuenta que, al ser un robot mvil, ste necesita de bateras, que eviten la necesidad de estar conectado continuamente conectado a la red de electricidad para funcionar.

Figura 3.1: Esquema electrnico de alimentacin del robot

El esquema mostrado en la Figura 3.1, detalla el diseo planificado para alimentar todos los componentes elctricos del robot. En l se detalla cmo las bateras alimentan directamente la cmara WIFI as como la TCS-3 y el mdulo Wi-Fi. De la alimentacin de las etapas de potencia que dan tensin a los motores de los que dispone el robot, se encarga la propia TCS-3 as como de alimentar tanto los sensores como el servo de inclinacin de la cmara.

MEMORIA : MEMORIA 3.1.1 Bateras

DISEO electrnico : ALIMENTACIN

Para dimensionar correctamente las bateras, es necesario realizar un estudio previo del consumo del robot, el cual muestre el consumo mximo, el consumo medio y el consumo mnimo del robot dependiendo de la actividad que est realizando en dicho momento. Adems se ha establecido que la autonoma del robot con un consumo medio sea de ms de 16 horas.Elemento Cmara Wi-Fi Motor 1.5 W Mdulo Wi-Fi TCS-3 Caractersticas Mx: 5V 1A Consumo Mximo 5W 3W 1A 1A 12 W 12 W 32 W Medio 0.5 W 0.5 W 0.5 W 0.5 W 2W Mnimo 0W 0W 0.12 W 0.12 W 0.25 W

2 unidades Mx: Mx: TOTAL 12 V 12 V

Tabla 3.1: Estudio del consumo mximo, medio y mnimo del robot

Con los datos obtenidos en la Tabla 3.1, y buscando en diferentes distribuidores para obtener el precio ms competitivo de bateras, se opt por comprar cuatro bateras LIPO (litio polmero) de 7.4 voltios y 1300 miliamperios hora. Se plante utilizar dos bateras conectadas en serie como alimentacin general, obteniendo 14.8 voltios y 1300 miliamperios hora, es decir 25 vatios, que proporcionan una autonoma de 12.5 horas. Adems, con las otras dos bateras restantes, se ha diseado un sistema de emergencia, de manera que, en caso de ser necesarias se pueda disponer de ellas, las cuales tienen la misma autonoma que las dos bateras principales. 3.1.2 Tarjeta de conversin de alimentacin

Figura 3.2: Esquema del circuito elctrico de la tarjeta

MEMORIA : MEMORIA

DISEO electrnico : CONTROL

Debido a que las bateras entregan una tensin de 14.8 voltios no regulados, tanto la TCS-3 como el mdulo Wi-Fi y los motores necesitan de doce voltios no regulados y la cmara requiere cinco voltios de tensin regulada, es necesario realizar una tarjeta de conversin de alimentacin, cuyo esquema se muestra en la Figura 3.2, la cual se encarga de transformar la tensin proveniente de las bateras en dos tensiones diferentes de doce y cinco voltios respectivamente. Adems se ha instalado un fusible a la entrada de la tarjeta para evitar sobretensiones en el circuito as como en la TCS-3, en el mdulo Wi-Fi y en la cmara Wi-Fi. Para mayor comodidad y seguridad en la manipulacin del robot, se ha optado por instalar un interruptor entre las bateras y la tarjeta de conversin, el cual se encuentra la parte externa del robot, completamente accesible.

3.2

Control

Figura 3.3: Esquema electrnico de control del robot

Como muestra la Figura 3.3, para el diseo del control del robot, se ha contado con una tarjeta TCS-3, la cual se encarga de comunicarse, mediante un mdulo Wi-Fi, con un ordenador el cual le da la inteligencia necesaria al robot. La TCS-3 se conecta al mdulo mediante RS232 el cual convierte esta seal a Wi-Fi y viceversa, de esta manera el robot puede circular libremente por el entorno, siempre y cuando existan comunicacin inalmbrica. Dentro del robot, la TCS-3 es la encargada de recibir las medidas obtenidas por los sensores, as como de enviar la informacin a los motores, mediante un puente en H, y al servo. Por ltimo, como futuro desarrollo (vase CAPTULO 6), la TCS-3 tambin se encarga mediante una salida digital y un circuito diseado para la ocasin, de activar y desactivar la adquisicin de imgenes con la cmara, para evitar de esta manera un consumo excesivo y elevado del robot.

MEMORIA : MEMORIA 3.2.1 Electrnica

DISEO electrnico : CONTROL

La electrnica se compone fundamentalmente de 3 partes, la TCS-3 (Figura 3.4.a), cuyas funciones son la de controlar la adquisicin de medidas de los sensores y el envo de datos los actuadores [10], el mdulo Wi-Fi (Figura 3.4.b), el cual transforma la informacin de RS232 a Wi-Fi y viceversa [11] y los mdulos de potencia (Figura 3.4.c), que consisten en unos puentes en H, encargados de alimentar, respectivamente, cada uno de los dos motores DC del robot.

a) TCS-3 c) Mdulo de potencia

b) Mdulo Wi-FiFigura 3.4: Componentes electrnicos utilizados

MEMORIA : MEMORIA

RESULTADOS obtenidos y pruebas realizadas : PRUEBAS realizadas

CAPTULO 4

RESULTADOS

OBTENIDOS Y

PRUEBAS REALIZADAS

del prototipo.

L

os resultados obtenidos a lo largo del proyecto, los cuales se muestran a continuacin, se pueden dividir en dos grandes grupos, los obtenidos en el diseo mecnico del prototipo y los extrados en el diseo electrnico

De alguno de los resultados obtenidos, se han podido extraer algunos futuros desarrollos (vase CAPTULO 6) de manera que guen posibles mejoras en una versin posterior de este diseo, que, de alguna manera, mejoren el resultado no satisfactorio. Estos resultados que se muestran en este captulo, tienen como segundo objetivo, siendo el primero el detectar posibles futuros desarrollos, el reparar problemas y errores a la hora de desarrollar el proyecto, para evitar de esta manera, que stos problemas y errores se reproduzcan en sucesivos proyectos que se basen en ste.

4.1

Pruebas realizadas

Para la obtencin de los diferentes resultados que en este captulo se muestran, se ha desarrollado un interfaz con el usuario el cual es capar de recibir la medida de todos los sensores as como poder actuar sobre los motores y los servos. Esta interfaz permite el control del robot desde un ordenador a travs de una red Wi-Fi.

Figura 4.1: Ventana de dilogo de la aplicacin desarrollada

Esta aplicacin consiste en una ventana de dilogo, mostrada en la Figura 4.1, desde la cual se puede leer la lectura de los sensores y actuar sobre el robot.

MEMORIA : MEMORIA

RESULTADOS obtenidos y pruebas realizadas : RESULTADOS del diseo mecnico

4.24.2.1

Resultados del diseo mecnicoCaractersticas finales del prototipo

Antes de comenzar a describir dichas secciones, se ha preferido comentar en este primer sub-apartado un resumen con todas las caractersticas finales obtenidas en comparacin con las especificadas inicialmente, mostrando cules se han cumplido, cules han tenido que ser modificadas y cules han sido inevitablemente desestimadas. RODOM dispone, como se especific inicialmente, una cinemtica diferencial, con tres puntos de apoyo, dos ruedas motrices y una rueda loca. Sin embargo, se ha credo conveniente la necesidad de adelantar el eje de las ruedas motrices, para una mayor estabilidad del robot, mientras que la rueda loca se ha mantenido en la parte trasera del mismo. Finalmente, el cuerpo de RODOM no es completamente elipsoidal, debido fundamentalmente a dos motivos, vase sub-apartado 2.2.1.1. Sin embargo, para cumplir con el requisito de no tener ninguna esquina con la que poder daar a la persona, todos los bordes del mismo han sido redondeados, siendo los ms accesibles redondeados en mayor medida que los menos accesibles. Toda la estructura de RODOM ha sido realizada en aluminio. Sin embargo, se ha obtenido un robot excesivamente pesado, a la vez que, por ser un material conductor, hay que prestar especial cuidado con la electrnica del mismo. Como se muestra en futuros desarrollos (vase CAPTULO 6), se ha considerado la opcin de realizar el diseo con un material, como puede ser algn tipo de plstico, ms liviano y no conductor, aunque por ello haya que sacrificar, en parte, la rigidez del robot. Al ser un prototipo, y no la versin definitiva del mismo, se ha considerado la opcin de no cubrir al robot con un material esponjoso como es la gomaespuma, por motivo de accesibilidad al interior del mismo as como por la facilidad que la gomaespuma tiene de degradarse en un entorno tan sucio como es cualquier laboratorio o taller de pruebas. El tamao de RODOM es algo ms grande de lo especificado inicialmente, 30 x 40 x 4.9 centmetros, suficientes para poder pasar por debajo de sillas y mesas comunes y circular sin problemas por pasillos y puertas habituales, como se puede observar en la Figura 4.2. Las ruedas motrices tienen un dimetro de 12.5 centmetros, debido fundamentalmente a las dimensiones de la cmara adquirida, la cual, como se detalla en el apartado 2.2.2, tiene unas dimensiones de 10 x 9 x 3.5 centmetros, mientras que como ruedas locas, se utilizan dos rodamientos esfricos de 2.5 centmetros de dimetro, los cuales tienen una altura de rodadura suficiente para la mayora de los posibles desniveles habituales en una casa, como pueden ser rieles de puertas correderas

MEMORIA : MEMORIA


o cables, situados uno en la parte superior y otro en la inferior del robot. De esta manera se consigue que RODOM siga siendo reversible (ver Figura 2.1).

Figura 4.2: Comparacin del prototipo con una puerta real

La estabilidad de RODOM es muy alta, a causa de la situacin de su centro de gravedad, el cual se encuentra muy cercano al baricentro del tringulo formado por las ruedas motrices y la rueda loca. Esto se ha conseguido gracias a que se ha instalada toda la electrnica as como las bateras en la parte trasera del robot, compensando de esta manera el peso de la cmara, la transmisin y el servo necesarios para realizar la inclinacin del servo. Adems se debe tener en cuenta que los dos rodamientos esfricos, que hacen la funcin de ruedas locas, estn realizados de acero galvanizado, el cual es ms pesado que el aluminio del resto del prototipo. Aunque RODOM no es actualmente un robot completamente autnomo por no estar dentro de los objetivos de este proyecto, si que se ha estudiado la forma de realizar la carga de las bateras. Para ello, se han dispuesto una serie de seis contactos en ambas partes del robot, superior e inferior, los cuales podrn tener la funcin que se desee, de alimentacin o de comunicacin, en futuros proyectos cuya estructura se base en el prototipo desarrollado en este proyecto. RODOM dispone, actualmente, de seis sensores de ultrasonidos, cuatro sensores infrarrojos analgicos y cuatro sensores infrarrojos digitales, los cuales se ha estudiado son los suficientes para la supervivencia y programacin de la inteligencia del robot, as como para evitar posibles obstculos fijos y mviles que se le acerquen desde cualquier direccin. Cuatro de los sensores de ultrasonidos se concentran en la parte delantera del robot mientras que los dos restantes se encuentran situados en la parte trasera del mismo. Los sensores infrarrojos analgicos se encuentran situados en los laterales del robot, dos en cada lado, mientras que los digitales se encuentran situados dos en la parte superior y dos en la parte inferior del robot. Para comprender mejor el por qu de sta distribucin de los sensores, vase el sub-apartado 2.2.4, destinado al estudio de la sensorizacin del prototipo.

MEMORIA : MEMORIA


En la versin actual del prototipo la cmara se puede inclinar treinta grados hacia arriba y quince hacia abajo, mientras que la toma de las imgenes es continua, siempre que la cmara se encuentre alimentada. Dichas imgenes son enviadas va Wi-Fi al ordenador base. Como futuro desarrollo (vase CAPTULO 6) se propone la opcin de poder activar y desactivar dicha toma de instantneas mediante la programacin de la inteligencia de RODOM. RODOM dispone, actualmente, de un mdulo Wi-Fi con el que es capaz de comunicarse con la el ordenador base estando en cualquier lugar alcanzable por la comunicacin Wi-Fi. 4.2.2 Fotografas del prototipo

Figura 4.3: Vista general del prototipo desarrollado

Figura 4.4: Vista frontal del prototipo desarrollado

MEMORIA : MEMORIA


Figura 4.5: Vista lateral del prototipo desarrollado

Figura 4.6: Vista trasera del prototipo desarrollado

MEMORIA : MEMORIA


Figura 4.7: Vista global del prototipo desarrollado

Figura 4.8: Vista global del prototipo desarrollado

MEMORIA : MEMORIA 4.2.3 Problemas detectados


En primer lugar se ha detectado que las herramientas manuales, con las que se han realizado algunas piezas, en ocasiones no dan la suficiente precisin que necesitan. Como ejemplo se puede poner el problema que se observa en el prototipo real, en el que la pieza que fija el motor, que ha sido roscada manualmente, no tiene la rosca perpendicularmente a la pared, lo que hace que el motor no quede perpendicular a la pared que hace que no quede perpendicular a la rueda, lo que finalmente sucede que se genere un mayor rozamiento en el giro de la rueda, necesitando mayor par para hacer girar la rueda (vase Figura 4.9). Como este ejemplo de escasa precisin se pueden detectar ms casos, como puede ser el agujereado del eje motriz, u otras operaciones en otras piezas, las cuales no son visibles en imgenes fijas en 2D, por lo que se ha desestimado incluir dichas imgenes en este documento.

Figura 4.9: Detalle de la no alinealidad del motor al eje

Por otra parte se ha detectado que el prototipo final ha resultado ser demasiado pesado, para ser un robot que circular por un entorno con personas a su alrededor las cuales no deben hacerse dao si golpean contra el robot. Tambin se ha observado que los ejes motrices tiene un excesivo rozamiento con las partes fijas del robot, lo que hace que los motores apenas puedan mover dichas ruedas. Otro problema detectado es el encaje del engranaje con el eje de la cmara, el cual ha sido realizado por presin. Sin embargo, debido al continuo esfuerzo que se debe hacer para sujetar la cmara en la posicin horizontal, ha conllevado que el engranaje cediese provocndose una holgura que, actualmente, no permite la correcta sujecin. El ltimo resultado negativo obtenido es la sujecin trasera del motor, el cual hace que debido al par que ste debe realizar al mover la rueda, choquen los cables del mismo con la pared que sujeta el motor, lo que hace que el cable sufra una fuerza de torsin que finalmente termina por romper este cable, y, por tanto, el motor deje de funcionar.

MEMORIA : MEMORIA

RESULTADOS obtenidos y pruebas realizadas : RESULTADOS del diseo electrnico

Como resultados positivos, detallar el buen comportamiento del rodamiento de bola como rueda loca, el correcto funcionamiento de la transmisin de la cmara (si no se tiene en cuenta el error anteriormente descrito), y la viabilidad de realizar un robot reversible.

4.34.3.1

Resultados del diseo electrnicoProblemas detectados

Como problema ms grave detectado, es aquel que existe actualmente con la TCS-3 y su etapa de potencia, la cual no soporta conectar ms de seis sensores de manera simultnea. ste problema est siendo estudiado, aunque a da de hoy, no se dispone de una solucin general. Otro resultado observado es la poca potencia que se observa que tienen los motores, pues stos no son capaces del mover el robot. Sin embargo, este problema podra resolverse si se resuelven tres de los resultados obtenidos en el apartado anterior, aquellos que hablan de un excesivo peso y de un excesivo rozamiento de los ejes. Por otro lado, la etapa de regulacin de tensin, tiene un excesivo calentamiento, lo que obliga a apagar el robot cada cinco minutos y la cmara cada minuto. Por ltimo decir que, a causa que el robot, por su diseo, acta como una jaula de ardilla, es necesario extraer la antena Wi-Fi al exterior del robot.

MEMORIA : MEMORIA

CONCLUSIONES : RESULTADOS del diseo electrnico

CAPTULO 5

CONCLUSIONES

E

l proyecto desarrollado, se ha centrado en el diseo, fabricacin, montaje y control de un robot, ste tiene que ser lo ms barato y robusto posible, y debe poder captar imgenes con una cmara de video Wi-Fi.

Al finalizar este proyecto se ha obtenido los siguientes productos: Una plataforma mvil, capaz de moverse por un entorno semi-cerrado, mediante su cinemtica diferencial, y de tomar imgenes, gracias a la cmara Wi-Fi que incorpora, la cual puede inclinarse treinta grados positivos y negativos. sta a su vez est controlada por la TCS-3 y gobernado desde un ordenador con la conexin Wi-Fi de la que dispone. Una tarjeta de regulacin de tensin, apta para convertir un tensin mayor de catorce voltios, en dos de doce y cinco voltios respectivamente, usada para alimentar la TCS-3 y el mdulo Wi-Fi a doce voltios, y la cmara Wi-Fi a cinco voltios, mediante las bateras de las que dispone el robot de 14.8 voltios. Una aplicacin en C++, que ejecuta una ventana de dilogo capaz de mostrar en todo momento las medidas de los sensores as como actuar sobre los motores y servo cambiando la velocidad de avance del robot y la inclinacin de la cmara, respectivamente. En resumen, en este proyecto, se he realizado un primer acercamiento hacia lo que finalmente se quiere conseguir, un robot completamente autnomo, capaz de lidiar con cualquier objeto mvil o fijo, apto para convivir en un entorno junto a una persona dependiente y con la inteligencia suficiente como para detectar los movimientos de esta persona y enviar un mensaje de ayuda en caso de que sta se caiga o no se perciba movimiento de la misma durante un cierto tiempo. Adems tambin podr enviar mensajes de socorro en caso de quedarse bloqueado, o estropearse. As mismo, se quiere mencionar en este captulo, dos de los problemas que ms tiempo han requerido, los cuales han hecho que el desarrollo del proyecto fuese ms lento del deseado. En primer lugar, hay que mencionar que se han trabajado con herramientas automticas, como son el torno y la fresadora, que si bien son muy precisas y fcilmente configurables, suponan un gran tiempo de fabricacin por cada pieza, debido, fundamentalmente a la poca potencia de las que stas disponan, lo que ha hecho que las velocidades de avance y de corte fuera excesivamente pequeas, para que las mquinas fueran capaces de poder llevar a cabo la accin correctamente.

MEMORIA : MEMORIA

CONCLUSIONES : RESULTADOS del diseo electrnico

Po otro lado, la necesidad de compartir dichas mquinas, implicaba la necesidad de configurar y cambiar la herramienta cada vez que se iba a hacer uso de ella, lo que ha significado unos tiempos muertos de cambio de herramientas excesivos, y no contemplados en un primer momento. En segundo lugar, el poco conocimiento de la disciplina de la fabricacin, hizo necesario el depender de una segunda persona, capaz de entender en un principio el manejo de las mquinas y de configurarlas inicialmente. Esto caus un retraso en el proyecto de ms de dos meses.

MEMORIA : MEMORIA

FUTUROS desarrollos : SOLUCIONES

CAPTULO 6

FUTUROS DESARROLLOS

ste ltimo captulo de la primera parte de este documento, muestra los futuros desarrollos que se deben realizar para finalizar en proyecto planteado inicialmente. Estos futuros desarrollos se pueden dividir en dos tipos, aquellos que soluciones problemas encontrados a la finalizacin de este proyecto, y aquellos que mejoran y evolucionan el proyecto para hasta llevarlo a su desarrollo definitivo.

E6.1

Soluciones

Como se ha ido comentando a lo largo de este documento y, de manera resumida en el CAPTULO 4, el diseo del prototipo tiene algunos errores o problemas que deben ser modificados. A continuacin se muestra la solucin que puede resultar satisfactoria a stos problemas, en el mismo orden en el que se comentan en el CAPTULO 4. 6.1.1 Diseo mecnico

Para solucionar el problema de la poca precisin de las herramientas manuales, se aconseja la realizacin de las piezas que requieran de una alta precisin como pueden ser los ejes motrices, o los sistemas de sujecin del motor al chasis, con herramientas automticas las cuales disponen de una mayor precisin. En el diseo definitivo se deber realizar todo el diseo mediante herramientas automticas y de gran precisin para poder realizar un correcto montaje. Para solucionar el problema del peso, se aconseja utilizar en una versin ms avanzada del proyecto, planchas de algn tipo de plstico las cuales pesen menos que las planchas de aluminio y no sufran una gran prdida de rigidez. Si, en cambio, se desea seguir utilizando como nico material estructural el aluminio, se recomienda realizar vaciados en las plataformas superior e inferior en aquellos lugares donde no se est fijando ninguna estructura interna del motor. De esta forma se podr disminuir considerablemente el peso, aunque quedar un prototipo estticamente peor. Para evitar el rozamiento de las partes mviles del robot, con las partes fijas del mismo, como pueden ser los ejes motrices o el eje de la cmara, se recomienda instalar en las juntas, algn tipo de rodamiento que disminuya el coeficiente de

MEMORIA : MEMORIA

FUTUROS desarrollos : SOLUCIONES

rozamiento. ste problema es ms crtico en los ejes motrices del robot, mientras que no es tan problemtico en el eje de sujecin de la cmara. La solucin encontrada ante el problema del encaje del engranaje con el eje de la cmara pasa por instalar un pasante entre ambos, de tal manera que el eje gire obligatoriamente solidario al engranaje. Sin embargo, dado el diseo actual, es prcticamente imposible realizar un agujero pasante en el eje de sujecin de la cmara, pues tiene un dimetro de nicamente tres milmetros, por ello, se aconseja redisear esta pieza de manera que el engranaje acte como hembra mientras que el eje acta como macho (vase Figura 6.1).

Figura 6.1: Detalle del rediseo del eje de sujecin de la cmara.

El ltimo problema pasa tambin por realizar un nuevo diseo de esa parte. En principio, la sujecin trasera del motor se realiz (como se coment en el sub-apartado 2.2.3.3), para evitar que el motor se desenroscarse al aplicarle un par. Como soluciones se plantean el cambio de motor, por uno con una sujecin diferente, lo cual solucionara tambin el problema comentado en el sub-apartado 4.3, o disear una nueva pieza, que consista en una nica lmina, con un mnimo ranurado, de tal manera que sujete al motor y no le permita retroceder al desenroscarse, pero no llegue a rozar con los cables del motor. 6.1.2 Diseo electrnico

El primer problema a solucionar, ya est siendo estudiado por personas especializadas en la TCS-3, con lo que se espera que en un breve espacio de tiempo este sistema quede resuelto. El segundo problema se puede solucionar arreglando los problemas del apartado 4.2, cuyas mejoras se muestran en el sub-apartado 6.1.1 y si estas soluciones no son suficientes, se deber cambiar el motor a un motor ms potente, lo que supone la necesidad de cambiar las bateras o en su defecto utilizar las cuatro bateras de manera simultnea.

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FUTUROS desarrollos : MEJORAS y evoluciones

Para solucionar el problema del calentamiento se puede solucionar incluyendo a la etapa de regulacin de tensin un disipador, que, en caso de no disponer de espacio suficiente, puede utilizarse para tal efecto la propia estructura del robot, pues sta es de aluminio, pues es buen conductor calorfico. El ltimo problema sealado en el apartado 4.3, se puede resolver sacando un cable fuera de la estructura del robot y enrollarlo alrededor del mismo, de manera que disponga de una gran superficie de recepcin de la seal Wi-Fi.

6.2

Mejoras y evoluciones

Como evoluciones al proyecto realizado se enumeran las siguientes mejoras: Corregir los fallos detectados de la plataforma mvil, cuyas soluciones se han mostrado en el apartado 6.1. Desarrollo de una mayor inteligencia del robot.

MEMORIA : MEMORIA

BIBLIOGRAFA

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