Diseño y construcción de robot manipulador para plataforma en robot móvil de exploración
La automatización y el desarrollo de tecnologías a nivel global incrementan la aplicación de robótica en diferentes áreas de investigación, como lo es el caso de exploración y reconocimiento de terrenos. La exploración de terrenos desconocidos y de difícil acceso para la humanidad, ha llevado a incr...
- Autores:
-
Diaz Cuchala, Raul Ernesto
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2023
- Institución:
- Universidad Autónoma de Occidente
- Repositorio:
- RED: Repositorio Educativo Digital UAO
- Idioma:
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- OAI Identifier:
- oai:red.uao.edu.co:10614/14808
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/10614/14808
https://red.uao.edu.co/
- Palabra clave:
- Ingeniería Mecatrónica
Robots móviles
Manipuladores (Mecanismo)
Mobile robots
Manipulators (Mechanism)
Tele manipulación
Robot antropomórfico
Efector final
Grados de libertad del brazo robótico
Diseño concurrente de un brazo robótico
Diseño asistido por computador
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- openAccess
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- Derechos reservados - Universidad Autónoma de Occidente, 2023
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La automatización y el desarrollo de tecnologías a nivel global incrementan la aplicación de robótica en diferentes áreas de investigación, como lo es el caso de exploración y reconocimiento de terrenos. La exploración de terrenos desconocidos y de difícil acceso para la humanidad, ha llevado a incrementar la autonomía de los robots, así como a la asistencia o complemento mediante la implementación de brazos teleoperados. De esta forma, el presente proyecto consistió en el desarrollo de un dispositivo robótico capaz de transportar y manipular objetos y herramientas para asistencia de manera remota. Con el fin de abordar el problema planteado para manipulación de herramientas y levantamiento de objetos, se consultaron antecedentes de robots manipuladores y robots teleoperados. El proceso de desarrollo se realizó mediante el método de diseño de Karl T. Ulrich, con una metodología estructurada para el diseño concurrente. Por medio de esta herramienta de ingeniería se analizaron las diferentes necesidades y requerimientos de la competencia University Rover Challenge, la cual aborda la problemática de exploración de entornos de difícil acceso, por lo que es referente para definir los alcances del proyecto. De igual forma, esta metodología permitió la creación y selección de conceptos de diseño que fueron evaluados y validados mediante simulaciones y prototipado. La evaluación de conceptos, así como, el análisis de esfuerzos y materiales, propiciaron el desarrollo final de una estructura robótica con morfología antropomórfica de 6 grados de libertad que incorpora un efector final de 3 dedos. Este manipulador robótico se desarrolló con la capacidad de ensamblarse en una plataforma robótica móvil, y la capacidad para percibir el entorno (mediante Cámara), manipular herramientas, recolectar muestras de tierra y levantar objetos de hasta 1 Kg. El dispositivo desarrollado cumple requerimientos para participar en la competencia University Rover Challenge, y servirá como guía para posteriores desarrollos y aplicaciones prácticas de robótica de estudiantes que incursionan en este campo de investigación. |
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Díaz Cuchala, R. E. (2023) Diseño y construcción de robot manipulador para plataforma en robot móvil de exploración (Proyecto de grado). Universidad Autónoma de Occidente. Cali. Colombia. https://red.uao.edu.co/handle/10614/14808 |
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[1] M. Longinos Garrido, “Sistema de localización y mapeo simultáneo para interioresbasado en imágenes de profundidad (RGB-D),” Tesis de maestría, Fac. Ciencias de la Elec., Benemérita Univ. Autónoma de Puebla, Pueb., México, 2021. Disponible en https://repositorioinstitucional.buap.mx/handle/20.500.12371/11836 [2] R. Suárez, L. Palomo-Avellaneda, J. Martínez, D. Clos, y N. García, “Manipulador móvil, bibrazo y diestro con nuevas ruedas omnidireccionales”, Rev. iberoam. autom. inform. ind., vol. 17, n.º 1, pp. 10–21, ene. 2020. doi: https://doi.org/10.4995/riai.2019.11422 [3] R. Tambo Huchani, “Robótica educativa como herramienta didáctica para la enseñanza y aprendizaje de matemáticas para 5to de primaria,” Tesis de grado, Fac. Ciencias Puras y Naturales, Univ. Mayor de San Andrés, La Paz, Bolivia, 2015. Disponible en https://repositorio.umsa.bo/bitstream/handle/123456789/7311/T.2966.pdf?sequenc e=1&isAllowed=y [4] The Michigan Mars Rover Team. “OUR ROVERS”. [Internet]. s.f. Disponible en https://mrover.org/rovers/. [Consultado: marzo 8, 2022]. [5] Cornell Mars Rover. “ROVERS”. [Internet]. s.f. Disponible en https://marsrover.engineering.cornell.edu/rovers/ [Consultado: marzo 10, 2022]. [6] Monash Nova Rover. “Our Rovers”. [Internet]. s.f. Disponible en https://www.novarover.space/rovers [Consultado: marzo 11, 2022]. [7] V. C. Hernández Gómez, “Generación de trayectorias en manipuladores robóticos empleando regulación difusa,” Tesis de maestría, Instituto Politécnico Nacional, D.F., México, 2014. Disponible en https://tesis.ipn.mx/bitstream/handle/123456789/18086/Generacion%20de%20tray ectorias%20en%20manipuladores%20roboticos%20empleando%20regulacion%20 difusa.pdf?sequence=1&isAllowed=y [8] J. Bluck. “NASA - El Explorador "Viking" de la NASA Pudo Haber Fallado al Buscar Materias Orgánicas en Marte”. [Internet]. 2008. Disponible en https://www.nasa.gov/centers/ames/spanish/research/viking.html [Consultado: marzo 28, 2022]. [9] Mars Society. “University Rover Challenge, Requirements & Guidelines”. [Internet]. s.f. Disponible en https://urc.marssociety.org/home/requirementsguidelines [Consultado: marzo 29, 2022]. [10] A. Barrientos, Distintos tipos de articulaciones para robots, 2da ed. Madrid, Español. Mc Graw Hill, 2007. p. 18. [11] N. Segura Velandia, O. Rivera Rincón, “Integración de sistemas de comunicación e interfaz de control en vehículo teleoperado ugv,” Tesis de grado, Fac. Ing., Univ. Militar Nueva Granada, Bogota, Colombia, 2016. Disponible en https://repository.unimilitar.edu.co/bitstream/handle/10654/15390/SeguraVelandia Natalie2016.pdf?sequence=2&isAllowed=y [12] J. Palacios, E. Baez, F. Córdova, (021, Abril 8. “Sistemas embebidos ó sistemas empotrados”, [Internet]. Disponible en https://issuu.com/jeankoskitt/docs/sistemas_embebidos_revista_grupo_4_dise_o_ de_micro [Consultado: abril 15, 2022]. [13] K. Ulrich, y S. Eppinger, Diseño y desarrollo de productos. 5a ed. México: McGraw-Hill, 2013. p. 409. [14] A. R. Villaverde, “La fibra de carbono: Más allá del refuerzo estructural,” Esc. Téc. Superior de Arquitectura de Barcelona, Univ. Politecnica de Catalunya, Barcelona, España, 2021. Disponible en https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2117/343558/Rosell%20S%c3%a1e nz%20de%20Villaverde_Adri%c3%a0_TFG_La%20fibra%20de%20carbono.pdf?s equence=1&isAllowed=y [15] CLR Compañía Levantina de Reductores. “Pasos para calcular la relación de transmisión de engranajes”. [Internet]. s.f. Disponible en https://clr.es/blog/es/pasospara-calcular-la-relacion-de-transmision-deengranajes/#:~:text=La%20relaci%C3%B3n%20de%20transmisi%C3%B3n%20de %20engranajes%20o%20relaci%C3%B3n%20de%20reducci%C3%B3n,i%3D%20 Ze%2F%20Zs). [Consultado: Agosto 20, 2022] [16] La Paloma Compañía de Metales S.A. de C.V. “Aluminio”. [Internet]. s.f. Disponible en https://lapaloma.com.mx/lapaloma_metales/aluminio.html. [Consultado: Octubre 28, 2022] |
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Con el fin de abordar el problema planteado para manipulación de herramientas y levantamiento de objetos, se consultaron antecedentes de robots manipuladores y robots teleoperados. El proceso de desarrollo se realizó mediante el método de diseño de Karl T. Ulrich, con una metodología estructurada para el diseño concurrente. Por medio de esta herramienta de ingeniería se analizaron las diferentes necesidades y requerimientos de la competencia University Rover Challenge, la cual aborda la problemática de exploración de entornos de difícil acceso, por lo que es referente para definir los alcances del proyecto. De igual forma, esta metodología permitió la creación y selección de conceptos de diseño que fueron evaluados y validados mediante simulaciones y prototipado. La evaluación de conceptos, así como, el análisis de esfuerzos y materiales, propiciaron el desarrollo final de una estructura robótica con morfología antropomórfica de 6 grados de libertad que incorpora un efector final de 3 dedos. Este manipulador robótico se desarrolló con la capacidad de ensamblarse en una plataforma robótica móvil, y la capacidad para percibir el entorno (mediante Cámara), manipular herramientas, recolectar muestras de tierra y levantar objetos de hasta 1 Kg. El dispositivo desarrollado cumple requerimientos para participar en la competencia University Rover Challenge, y servirá como guía para posteriores desarrollos y aplicaciones prácticas de robótica de estudiantes que incursionan en este campo de investigación.Automation and the development of technologies at a global level are increasing the application of robotics in different areas of research, as in the case of terrain exploration and reconnaissance. The exploration of unknown terrain and difficult access for mankind, has led to increase the autonomy of robots, as well as the assistance or complement through the implementation of teleoperated arms. Thus, the present project consisted in the development of a robotic device capable of transporting and manipulating objects and tools for remote assistance. In order to address the problem posed for tool manipulation and lifting of objects, background information on manipulator robots and teleoperated robots was consulted. The development process was carried out using Karl T. Ulrich's design method, with a structured methodology for concurrent design. This engineering tool was used to analyze the different needs and requirements of the University Rover Challenge competition, which addresses the problem of exploration of difficult to access environments, making it a reference for defining the scope of the project. Likewise, this methodology allowed the creation and selection of design concepts that were evaluated and validated through simulations and prototyping. The evaluation of concepts, as well as the analysis of efforts and materials, led to the final development of a robotic structure with an anthropomorphic morphology of 6 degrees of freedom that incorporates a 3-finger end effector. This robotic manipulator was developed with the ability to be assembled on a mobile robotic platform, and the capacity to perceive the environment (by means of a camera), manipulate tools, collect soil simples, and lift objects up to 1 kg. The developed device meets the requirements to participate in the University Rover Challenge competition and will serve as a guide for further development and practical applications of robotics for students who venture into this field of researchProyecto de grado (Ingeniero Mecatrónico)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2023PregradoIngeniero(a) Mecatrónico(a)106 páginasapplication/pdfspaUniversidad Autónoma de OccidenteIngeniería MecatrónicaFacultad de IngenieríaCaliDerechos reservados - Universidad Autónoma de Occidente, 2023https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2Ingeniería MecatrónicaRobots móvilesManipuladores (Mecanismo)Mobile robotsManipulators (Mechanism)Tele manipulaciónRobot antropomórficoEfector finalGrados de libertad del brazo robóticoDiseño concurrente de un brazo robóticoDiseño asistido por computadorDiseño y construcción de robot manipulador para plataforma en robot móvil de exploraciónTrabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttps://purl.org/redcol/resource_type/TPhttp://purl.org/coar/version/c_71e4c1898caa6e32Díaz Cuchala, R. E. (2023) Diseño y construcción de robot manipulador para plataforma en robot móvil de exploración (Proyecto de grado). Universidad Autónoma de Occidente. Cali. Colombia. https://red.uao.edu.co/handle/10614/14808[1] M. Longinos Garrido, “Sistema de localización y mapeo simultáneo para interioresbasado en imágenes de profundidad (RGB-D),” Tesis de maestría, Fac. Ciencias de la Elec., Benemérita Univ. Autónoma de Puebla, Pueb., México, 2021. Disponible en https://repositorioinstitucional.buap.mx/handle/20.500.12371/11836[2] R. Suárez, L. Palomo-Avellaneda, J. Martínez, D. Clos, y N. García, “Manipulador móvil, bibrazo y diestro con nuevas ruedas omnidireccionales”, Rev. iberoam. autom. inform. ind., vol. 17, n.º 1, pp. 10–21, ene. 2020. doi: https://doi.org/10.4995/riai.2019.11422[3] R. Tambo Huchani, “Robótica educativa como herramienta didáctica para la enseñanza y aprendizaje de matemáticas para 5to de primaria,” Tesis de grado, Fac. Ciencias Puras y Naturales, Univ. Mayor de San Andrés, La Paz, Bolivia, 2015. Disponible en https://repositorio.umsa.bo/bitstream/handle/123456789/7311/T.2966.pdf?sequenc e=1&isAllowed=y[4] The Michigan Mars Rover Team. “OUR ROVERS”. [Internet]. s.f. Disponible en https://mrover.org/rovers/. [Consultado: marzo 8, 2022].[5] Cornell Mars Rover. “ROVERS”. [Internet]. s.f. Disponible en https://marsrover.engineering.cornell.edu/rovers/ [Consultado: marzo 10, 2022].[6] Monash Nova Rover. “Our Rovers”. [Internet]. s.f. Disponible en https://www.novarover.space/rovers [Consultado: marzo 11, 2022].[7] V. C. Hernández Gómez, “Generación de trayectorias en manipuladores robóticos empleando regulación difusa,” Tesis de maestría, Instituto Politécnico Nacional, D.F., México, 2014. Disponible en https://tesis.ipn.mx/bitstream/handle/123456789/18086/Generacion%20de%20tray ectorias%20en%20manipuladores%20roboticos%20empleando%20regulacion%20 difusa.pdf?sequence=1&isAllowed=y[8] J. Bluck. “NASA - El Explorador "Viking" de la NASA Pudo Haber Fallado al Buscar Materias Orgánicas en Marte”. [Internet]. 2008. Disponible en https://www.nasa.gov/centers/ames/spanish/research/viking.html [Consultado: marzo 28, 2022].[9] Mars Society. “University Rover Challenge, Requirements & Guidelines”. [Internet]. s.f. Disponible en https://urc.marssociety.org/home/requirementsguidelines [Consultado: marzo 29, 2022].[10] A. Barrientos, Distintos tipos de articulaciones para robots, 2da ed. Madrid, Español. Mc Graw Hill, 2007. p. 18.[11] N. Segura Velandia, O. Rivera Rincón, “Integración de sistemas de comunicación e interfaz de control en vehículo teleoperado ugv,” Tesis de grado, Fac. Ing., Univ. Militar Nueva Granada, Bogota, Colombia, 2016. Disponible en https://repository.unimilitar.edu.co/bitstream/handle/10654/15390/SeguraVelandia Natalie2016.pdf?sequence=2&isAllowed=y[12] J. Palacios, E. Baez, F. Córdova, (021, Abril 8. “Sistemas embebidos ó sistemas empotrados”, [Internet]. 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