INSTITUTO POLITCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICAUNIDAD ZACATENCO

Tecnologa de Mecanismos.Hexpodo.

Profesor: Tapia Herrera Ricardo.

Integrantes:Eusebio Garca Uriel.Peralta Gutirrez Oscar Adrin.

Carrera: Ingeniera en Control y Automatizacin.Grupo: 7AM1.

Introduccin.Desde los aos 80 el desarrollo de robots a patas ha surgido como una alternativa a los vehculos con ruedas, debido a la gran variedad de terrenos a los que pueden acceder, esto puede observarse en la naturaleza, viendo como los animales han podido adaptarse a terrenos difciles o inestables.El sistema de locomocin hexpodo ofrece mayor versatilidad que los robots mviles a ruedas, el desarrollo de este tipo de sistema de locomocin se vio obstaculizado en un principio por la complejidad inherente a la coordinacin de las patas, ya sea para mantener el equilibrio de la estructura como para desplazarse, esta complejidad necesita una alta capacidad de clculo aplicando tcnicas de control clsico, sin embargo con el avance de la mecatrnica se ha hecho posible el acceso a recursos computacionales que hacen viable la implementacin de este tipo de sistemas.En el desarrollo de un robot hexpodo debe tenerse en cuenta aspectos tales como la robustez, mantenimiento del equilibrio, coordinacin de los movimientos entre otros. Un sistema que ataque todos los aspectos y resuelva estos problemas resulta de difcil implementacin y un estudio muy complejo (inteligencia artificial: algoritmos genticos).Clasificacin de robots con patas.

En la siguiente figura puede observarse la proporcin de robots construidos, siendo el hexpodo el ms utilizado:

Figura1. Diagrama de proporcin.1.- Segn el nmero de patas.Robots de una sola pata: Este robot desarrollado en el Laboratorio Nacional Waterpool (EEUU) da saltos de hasta 7 metros de altura. El dispositivo va equipado de un comps interno que le permite orientarse correctamente y un pistn accionado por un pequeo motor, se encarga de empujar firmemente contra el suelo, consiguiendo un gran impulso.Segn sus diseadores, puede elevarse a 4000 veces y puede recorrer hasta 7 Km antes de acabarse su combustible, puede ser equipado con micro cmaras y ser lanzado a terrenos difciles de explorar. Figura 2. Robot de una pata.Robots Bpedos:Capaces de caminar como los humanos. Los robots de la serie BIPER, diseados en la universidad de Tokio, pueden caminar lateralmente, avanzar o retroceder, simulando ms o menos aproximadamente el modo de andar humano. Actualmente se estn desarrollando androides.

Figura 3. Robot de dos patas.

Robots de Cuatro patas:En el instituto Tecnolgico de Tokio fue construido un vehculo de cuatro patas dotado de sensores tctiles y detector de posturas. Cada pata tiene tres grados de libertad. El control se realiza desde un microordenador que asegura la existencia de un tringulo de apoyo sobre 3 de las patas continuamente, para no perder el equilibrio.

Figura 4. Robot de 4 Patas.

Robots de 6 patas:El hexpodo consta de 6 patas dispuestas paralelamente en una estructura o chasis, las cuales se mueven dos a dos, gobernadas por un microcontrolador. Estos robots pueden ser ms o menos complejos dependiendo de los grados de movilidad de sus patas y de los obstculos que se quieran sortear, teniendo as que dotar al robot de sensores y crear una aplicacin software complejo. Hay muchos modelos diferentes, diferencindose sobre todo en el tipo de patas empleadas.

Figura 5. Robot de 6 patas.

Robots ms complejos: Este robot cien-pies se construy con microcontroladores Basic Stamps, es un ejemplo de aplicacin de estos microcontroladores donde se consigue una perfecta coordinacin entre la comunicacin de los micros y el movimiento de las patas.

Figura 6. Robot de varias patas.2.- Segn Grado de Libertad.1 Grado de Libertad:La construccin de un hexpodo de un grado de libertad es la ms sencilla, puesto que las patas sern totalmente rgidas y habr un solo tipo de movimiento que proporcionar el actuador. La configuracin habitual en hexpodos de un grado de libertad es hacer que las patas centrales tengan la capacidad de hacer subir o bajar el robot y que las patas externas se ocupen de hacer avanzar o retroceder.

Figura 7. Robot de un grado de libertad.2 Grados de Libertad:Los hexpodos con dos grados de libertad son muy utilizados en aplicaciones didcticas puesto que estos son ms complejos, aumentan el nmero de servomotores, lo que conlleva una programacin ms dificultosa para coordinarlos adecuadamente. Con este tipo de hexpodos podemos conseguir ms movimientos.

Figura 8. Robot de 2 grados de libertad.Estructuras complejas:El diseo de estos hexpodos es muy complejo debido a la sofisticada estructura de las patas, el control de ellas se realiza mediante algoritmos muy complicados (algoritmos genticos), estos tipos de hexpodos van dotados de diferentes tipos de sensores, que se ocupan de dar informacin del tipo de terreno que pisan posibles obstculos, con el fin de hacer que el robot camine sin dificultad por terrenos muy abruptos.

Figura 9. Estructura de las patas del hexpodo.

Estructuras Hidrulicas: Se utilizan actuadores hidrulicos, estos ejercen presiones aplicando el principio de la prensa hidrulica de pascal, se controlan mediante servo vlvulas que regulan el flujo de aceite que circula por el pistn (lineal).El movimiento lineal puede pasarse a rotacional con una biela.

Figura 10. Estructuras Hidrulicas.3.- Diferentes materiales empleados en las estructuras.La estructura y el material empleado van en funcin de la aplicacin a la que se destine el robot. El aluminio y el metacrilato son los ms utilizados, tambin la fibra de carbono, platico, acero, cobre, madera, etc.Para la construccin de la estructura que se muestra se han empleado bsicamente dos tipos de material: aluminio y metacrilato. El metacrilato se utiliza en la construccin del chasis y otras piezas de difcil mecanizado, mientras que el aluminio se ha empleado para la construccin de las patas propiamente dichas.Cada pata est formada por un mecanismo del tipo pantgrafo tridimensional, y est situada de forma de araa, es decir, sobresale transversalmente al lado del robot. Las patas estn situadas de tal manera que se da simetra respecto del eje central longitudinal del robot.

Figura 11. Materiales de las estructuras de los Hexpodos.4.-Construccion de patas.Las patas se disean segn los terrenos en los que se vaya a mover el robot y tambin segn los grados de libertad. Pudiendo crear una pata totalmente rgida o curva en un hexpodo con un grado de movilidad, y una pata extremadamente compleja si desea una movilidad variada.Para disear una pata de dos o ms grados de libertad, lo mejor es ver cmo sern los movimientos que realizara la pata con l ayuda de un esquema.

Figura 12. Grados de libertad de las patas.5.- Servomotores.Los servomotores se mueven a diferentes posiciones, se componen bsicamente de un motor de corriente continua, engranajes, un sensor de posicin y electrnica para controlar el motor. Suelen estar limitados a 180 grados. Se controlan con una onda con una serie de pulsos modulados en anchura de pulsos.La anchura (longitud) marca la cantidad de giro, el control de la anchura es crtica en cambio a separacin de los pulsos no es importante. El servo puede incorporar acoplado un reductor de velocidad, de manera que obtenemos un motor con un par de giro bastante potente como para poder hacer mover las patas del hexpodo. El recorrido de salida es de 180, pero se pueden modificar hasta obtener un giro de 360 para actuar como un motor convencional, dependiendo de nuestra aplicacin.Servomotor.Formado por:

Figura 13. Componentes de un servomotor.Tipos de engranaje:Ruedas dentadas: Cambio de fuerzas.Cremalleras y piones: Cambio de rotacin a movimiento lineal.Gusanos: Reducen la velocidad enormemente.Otros: Cigeales, poleas, levas, manivelas, etc.

Figura 14. Engranaje y forma fsica de un servo motor.Locomocin.La locomocin con patas es un problema grave para la robtica ya que el robot tiene que ser estable esttica y dinmicamente. El grado de dificultad para conseguir que un robot hexpodo camine, depende de la clase de robot que se construya. Si tenemos un robot de uno o dos grados de libertad, podemos controlar su movimiento con un algoritmo de control relativamente fcil, esto se puede complicar muchsimo si aumentamos la movilidad de sus patas, y lo ms importante si queremos que el robot camine de manera autnoma por terrenos abruptos encontrndose obstculos que pueden desequilibrarlo, para ello se adapta al robot diferentes tipos de sensores y se utilizan los denominados algoritmos genticos complejos, ellos calculan y eligen el mejor movimiento de las patas ante muchas posibles soluciones. Los robots basados en estos sistemas de control consiguen generar los movimientos como resultado de muchos procesos funcionando a la vez, de forma que cada uno aporte algo al sistema, buscando una interaccin mutua entre ellos, por ellos para crear estos robots hace falta un buen equipo hardware y un complicado software.Movimiento de las patas.Los tipos de movimientos bsicos de los robots hexpodos son dos: Movimiento Cuadrpedo y Movimiento Trpode.Ciclo de Movimiento Cuadrpedo.La caracterstica principal de este movimiento es que el robot siempre mantiene cuatro patas ene l suelo, consiguiendo un grado elevado de equilibrio, siendo las dos restantes las que levantan la estructura del robot.

Figura 15. Movimiento Cuadrpedo. Ciclo de Movimiento Trpode.En este tipo de movimiento, el robot mantiene siempre tres patas en el suelo, estas se mueven hacia atrs para impulsar el robot hacia adelante, mientras que las que estn en el aire buscan la posicin adecuada hacia adelante para despus poder impulsar al robot.

Figura 16. Movimiento Trpode. Desarrollo.Se realiza un prototipo del hexpodo en solidworks, se inici con el dibujo de la base del es escorpin como se muestra en la siguiente figura:

Figura 17. Base del cuerpo del escorpin.

Despus se realiz las barras de unin y los eslabones:

Este eslabn va unido al engrane y al perno del soporte de la pierna, con el objetivo de girar segn el sentido del engranaje.Figura 18. Eslabones de los brazos del escorpin.

Ahora se empieza a dibujar los brazos y sus soportes hacia la base. Figura 19. Brazos y soportes del escorpin. Ya teniendo los brazos, se realizan las piernas y sus pernos. Figura 19. pierna y acoplamiento del escorpin.

Se realiza el engranaje de 15 dientes y de 30 dientes, esto es con el fin de realizar un tren de engranajes donde se fijaran los engranes y se dara un sentido de giro con la relacion de posicion entre los mismos.Antes de darle un movimiento a los engranes hay que posicionar los dientes para un buen ensamble.Despues se realiza la cola del escorpion, esta pieza se arma con circunferencias y luego se relaciona a la base del hexapodo.

Figura 20.Engranajes. Figura 21. Cola y pinzas del escorpin.

Al tener todas las piezas dibujadas, se procede a realizar un ensamblaje, el cual queda de la siguiente manera:

Figura 22. Ensamblaje del escorpinYa solo se realiza un estudio de movimiento al ensamble, colocando dos motores uno en cada lado de la base del cuerpo, la funcin de los pernos que se encuentran en los brazos es realizar un movimiento de traslacin en el eje Y, subiendo y bajando el brazo y la pierna empujando esta pieza hacia adelante o hacia atrs.

Figura 23. Movimiento del escorpin.Anexos.Clculo del engrane.

Bibliografa.

Robot Hexpodo. Universidad Politcnica de Catalua. Autor: Nstor Sorli Martnez de Ora. 28 de Mayo del 2003. Pginas: 3-14.