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Rev. Tecnol. Journal of Technology Volumen 9 No. 1
RESUMEN
A nivel mundial ocurren graves problemas urbanos dedestruccin
masiva, ya sean causados por la naturaleza opor el hombre, tales
como terremotos, inundaciones,guerras e incluso ataques
terroristas. Gracias a los avancestecnolgicos actuales en el rea de
robtica, surge unaaplicacin de gran inters global la cual consiste
en lautilizacin de robots de rescate en la tarea de deteccinde
vctimas en lugares que se encuentran en condicionesde emergencia,
destinados especficamente a la asistenciade los cuerpos de rescate,
como los bomberos oproteccin civil [2]-[7]. A largo plazo se busca
laimplementacin de un sistema de soporte, formado porun conjunto de
robots equipados con sensoresespecializados, como cmaras
infrarrojas, sensores decalor, sensores qumicos, sistemas de
control remoto,entre otros, los cuales participaran en las tareas
de rescatey mantendran la seguridad e integridad del personal
ascomo las ya evidentes aplicaciones en el sector militar entareas
extremadamente peligrosas como tratamiento conexplosivos y revisin
de regiones minadas entre muchasotras [1]-[4]-[5]-[6]-[9]. En este
artculo se presenta eldiseo de la estructura fsica del robot
apoyado en un slidoestudio de su posible locomocin y de los
posibles mediosen los que se desenvolver, sin olvidar la respectiva
etapade control para as garantizar la entrega de un dispositivotodo
terreno [10].
PPPPPalabras claves:alabras claves:alabras claves:alabras
claves:alabras claves: Robtica mvil, asistencia remota,
control,estructura mecnica.
Prototipo robtico auxiliar para laboresde bsqueda y rescateFase
2: Estructura y locomocinPrototype of an auxiliary robot for
searchand rescue laborsPhase 2: Structure and locomotion
William Fernando Ayala Pearanda1
Jhon David Rojas Ortega1
ABSTRACT
Globally, serious urban problems of mass destruction occuroften,
whether caused by nature or by man, such asearthquakes, floods,
wars and even terrorist attacks.
Thanks to current technological advances in the area ofrobotics,
comes a very interesting application whichconsists in the use of
rescue robots in the task of findingvictims in places that are
under emergency conditions,specifically for assistance to locate
them making easierthe job of military crews, firefighters and civil
protectionworkers. In the long term, this kind of tool aims
toimplement a support system, comprising a set ofspecialized robots
equipped with sensors such asinfrared cameras, heat sensors,
chemical sensors,remote control systems, among others, which
wouldparticipate in the rescue efforts and maintain the securityand
integrity of staff. This paper presents the design ofthe physical
structure of the robot built on a solid studyof locomotion and the
possible ways in which they takeplace, including the respective
stage of control to ensurethe delivery of an all terrain
machine.
KKKKKeywords:eywords:eywords:eywords:eywords: Mobile robotics,
remote assistance, control,mechanical structure.
1 Universidad El Bosque
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1. INTRODUCCIN
El proyecto propone disear y construir un robot mvilequipado con
todos los elementos y herramientasestructurales y de locomocin
necesarios para que unrescatista entrenado est en la capacidad de
adelantaractividades de bsqueda y exploracin en
estructurascolapsadas y semicolapsadas teniendo presente
lograrreducir todo riesgo y en lo posible al menor costo, elproceso
inicia con una bsqueda detallada de proyectosadelantados en otras
universidades e industrias, a nivelnacional e internacional, para
su posterior anlisis yevaluacin estructural y funcional
[10-34].
Inicialmente se plantea un diagrama de bloques generalde las
partes principales involucradas en la solucinpropuesta. Basado en
los requerimientos que exige elproblema, en el que se incluyen
algunos de los aspectosms generales acerca de la interaccin
rescatista. Laestructura bsica del modelo que se quiere
desarrollarsolamente comprender la fase de locomocin y controlde
los actuadores de la misma, en proyectos posterioresintegrar una
vez concluidas todas sus fases una cmarainfrarroja junto con un
conjunto de sensores queorientaran al rescatista en el entorno en
que sedesenvolver el robot, en otras palabras el robot ser
unaextensin remota del rescatista.
El robot deber estar en la capacidad de reponerse aposibles
imprevistos entre ellos uno de los ms importantes
su posible volcadura; el diseo debe garantizar la mximaproteccin
a componentes vitales como la cmara y losdiferentes sensores que se
a futuro se usarn [8].
Finalmente es claro que la fiabilidad entre la comunicacinrobot
rescatista es un aspecto bastante importante quese desarrollo en
una fase previa a este proyecto pero queno se integrar [35]. Se
dejar a posteriores fases delproyecto las respectivas pruebas y
correcciones queoptimicen el mejoramiento y puesta a punto de este
tem.
II. DESARROLLO
A. Metodologa
Como parte del conocimiento necesario para administrarlas
actividades asociadas al desarrollo del robot mvil, seaplic una
metodologa a fin de lograr reducciones detiempo en el desarrollo
del proyecto y reducciones encostos. Sin embargo, por la naturaleza
de los proyectosindustriales, estos presentan caractersticas
diferentes aproyectos acadmicos, principalmente en tiempo
yaplicacin. La Figura 1 demuestra un concepto del mapadel mtodo
utilizado.
El mtodo consiste primero en determinar las ecuacionesde la
fsica que modelan el comportamiento cinemticade estructura del
robot, a fin de evaluar la disposicin ysus dimensiones para as
lograr buscar la mejor dimensindel dispositivo.
Figura 1. Mapa conceptual de la metodologa
Ingeniera elctrnica Prototipo robtico auxiliar para labores de
bsqueda yRescate Fase 2: Estructura y locomocinPrototype of an
auxiliary robot for search and rescue labors Phase 2: Structure and
locomotion
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Rev. Tecnol. Journal of Technology Volumen 9 No. 1
El modelo de la cinemtica una vez obtenido, pasa a serevaluado.
De esta forma se evalan los parmetroscinemticos y las dimensiones
del robot. Adems sedetermin el tipo de mecanismo soporte de las
orugas,las dimensiones de orugas y del cuerpo del robot. El
pasosiguiente de esta metodologa consiste en disear yconstruir los
sistemas que componen al robot. En estaparte, por lo general, es
posible tambin realizar el diseodel control. Durante la fabricacin
y ensamble sedetermin la necesidad de efectuar algunos cambios
enlos diseos iniciales, por lo que se modificaron algunosparmetros
y dimensiones de los componentes del robot.Principalmente, los
cambios estuvieron relacionados conlas caractersticas de los
materiales utilizados y susdimensiones. Las nuevas modificaciones
fueron puestasen ejecucin para asegurar el correcto funcionamiento
delos sistemas ya ensamblados. Una vez lograda la primeraversin del
prototipo de robot el paso siguiente de lametodologa consiste en
evaluar el comportamiento realdel robot y comparar su
funcionamiento con los modelosmatemticos. Esta ltima tarea tiene
como finalidadmodificar y mejorar los modelos usados para disear
elrobot y de esta forma conseguir un mejor entendimientodel
comportamiento real que presentan este tipo deestructuras.
III. RESULTADOS
El producto del proyecto se muestra en la figura 2implementado
sobre acrlico (materia del prototipo) contres moto-reductores, uno
que controla la oruga derecha,uno que controla la oruga izquierda y
un tercero que
mueve las palancas, para garantizar en conjunto lacapacidad de
superar obstculos de tipo rocoso teniendoen cuenta que las rocas,
ladrillos paredes colapsadas y semi-colapsadas, fragmentos de
concreto madera y dems, nosuperen alturas por encima de un 1/3 de
la longitud derobot ni un grado de inclinacin de ms de 45 grados
dela lnea imaginaria formada entre la esquina superior delobstculo
y el eje de las ruedas delanteras.
El clculo de los centros de masa del robot es esencialpara el
anlisis (cinemtica) del movimiento resultante dela estructura al
momento de probarla sobre obstculosenfrentados bajo ngulos de
condicin aleatoria. Estoscentros de masa son mostrados en la figura
3.
Figura2. Implementacin de la estructura sobre acrlico.
Figura 3. Ubicacin aproximada de los centros de masa.
El clculo de la potencia necesaria del motor para moverel robot
garantizando los requerimientos antesmencionados se realiz teniendo
en cuenta que el robotest en marcha sobre una superficie con grados
deinclinacin como se muestra en la figura 4.
Figura 4. Fuerzas sobre el robot en una superficiecon
inclinacion 45 grados.
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Ingeniera elctrnica Prototipo robtico auxiliar para labores de
bsqueda yRescate Fase 2: Estructura y locomocinPrototype of an
auxiliary robot for search and rescue labors Phase 2: Structure and
locomotion
Tabla 1 coeficientes de friccin
Las ecuaciones que rigen el sistema son:
Como entonces queda la siguiente manera
luego de reemplazar .
Fuerza del sistema en una superficie de inclinacin de
45grados:
En una superficie de contacto de concreto seco donde =0.8 con
una grado de inclinacin de = 45 grados lasecuaciones dan:
Se divide por el nmero de motores para saber el torquede cada
motor. Por otro lado se dimensionaron losmotores bajo el clculo de
cajas reductoras permitiendopotencias y tamaos de los mismos
adecuados a laestructura.
IV. CONCLUSIONES
Este tipo de estructura permite a los robots operar demanera
eficaz y adaptarse a las situaciones planteadas porlos
requerimientos.
sta estructura puede usarse en todo tipo de misin quese pueda
encontrar; como busca minas, para grupos deasalto, desactivar
bombas, grupos de rescate, etc.
Las experiencias documentales demuestran que el uso dela robtica
ha sido de gran beneficio para las misionesplanteadas por ste
documento.
Un punto muy importante para concluir es que laescogencia de los
motores a utilizar es la parte fundamentalde la locomocin ya que
tiene que tener una potencia y eltorque adecuados para poder
desenvolverse en losdiferentes tipos de terrenos.
V. REFERENCIAS
[1] A. Daz, X. Serrano. Robot contra minas antipersona.
[enlnea], mayo 2006, disponible en:
http://www.universia.net.co/noticias/noticia-del-dia/robot-contra-minas-antipersona.html
[2] N. J. Rtiva. Firebot: Un bombero electrnico paraColombia.
[en lnea], agosto 2007, disponible en:
http://www.universia.net.co/galeria-de-cientificos/noticias-de-la-ciencia-en-colombia/firebot-un-bombero-electronico-para-colombia.html
[3] E. Gonzlez. Diseo y construccin de un robot mvilpara la
reconstruccin 3D de interiores. [en lnea],
http://www.eis.uva.es/amuva/proyecto/proyecto.htm
[4] Foster-Miller.
http://www.neoteo.com/Portals/0/imagenes/cache/40C7x1500y1500.jpg.
[5]
http://www.militaryimages.net/photopost/data/594/TEODOR_-_2.jpg
[6]
http://www.xconomy.com/wordpress/wp-content/images/2007/10/packbot.jpg
[7] C. Chang, A. Brando, C. Castillo. Rbotica para rescate
ysalvamento. Universidad Simn Bolvar, Venezuela, [en lnea],2003,
disponible en: http://www.gia.usb.ve/es/proyectos/rescate
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https://robotics.ucmerced.edu/Robotics/papers/UCMercedTDP2008.pdf[16]http://
ieeexplore. ieee.org/Xplore/ login. jsp?url=h t t p%3A%2F%2Fieeexp
lo re . i eee .o r g%2Fi e l 5%2F7756%2F30432%2F01401846.pd
f%3Farnumber%3D1401846&authDecision=-203[17]
http://tkollar.csail.mit.edu/TK/Publications/mabel2003.pdf[18]http://www.ri.cmu.edu/pub_files/pub4/kantor_george_a_2003_2/kantor_george_a_2003_2.pdf[19]
http://www.robotfrontier.com/papers/griffon-article.pdf[20]
http://www.robotfrontier.com/papers/SPIEUGV.pdf[21]http://www.robosoft.fr/img/data/iRobot_PackBot510_EOD.pdf[22]
http://www.engadget.com/tag/Packbot/[23]
http://www.isd.mel.nist.gov/research_areas/research_engineering/Performance_Metrics/PerMIS_2002_Proceedings/Frost_Norman_Pratt_Yamauchi.pdf[24]
http://www.nada.kth.se/~johnf/Coyote.pdf[25]
http://www.irobot.com/filelibrary/pdfs/gi/robots/iRobot_PackBot_RedOwl.pdf[26]
http://www.dtic.mil/cgi-bin
GetTRDoc?AD=ADA490457&Location=U2&doc=GetTRDoc.pdf
[27] http://www.physorg.com/news11166.html[28]
http://news.softpedia.com/news/Shock-In-The-Robotic-Industry-iRobot-Helps-Army-Deploy-PackBots-Killing-Machines-68512.shtml[29]
http://www.mondial-defence.com/Products/Individual_Products/PACKBOT.html[30]
http://www.uvs-info.com/pdf/UGV-Datasheets/iRobot_USA_Accessories_1.30.08.pdf
[31]http://defensereview.com/1_31_2004/iRobot%20PackBot%20Tactical%20Mobile%20
Robot%20 Brochure.pdf
[32] http://www.stc.org/PDF_Files/myjob/benDay.pdf
[33] http://www.ieee-secon.org/2004/secon04-poster-ho.pdf
[34] http://www.cbrneworld.com/pdf 07 _winter_Its
%20not%20what.pdf
[35] J. A. Collazos, J. Len, N. Torrente. Robot para apoyo
enlabores de bsqueda y rescate Fase 1: tecnologa decomunicacin.
Universidad El Bosque, septiembre 2007.
Artculo tipo 1, Artculo de investigacin cientfica y
tecnolgica.
Los autores declaran no tener conflicto de inters.
Los autores:
WWWWWilliam Filliam Filliam Filliam Filliam Fernando Ayala
Pernando Ayala Pernando Ayala Pernando Ayala Pernando Ayala
Pearanda:earanda:earanda:earanda:earanda:
Ingeniero electrnico, Universidad El Bosque, Bogot D.C..
Carrera 7 B Bis 132-11, Edificio El Campito, piso 2.
[email protected]
Jhon David RJhon David RJhon David RJhon David RJhon David Rojas
Ortega:ojas Ortega:ojas Ortega:ojas Ortega:ojas Ortega:
Ingeniero electrnico, Universidad El Bosque, Bogot D.C..