Simulación e implementación de arquitectura cuadrúpeda utilizando sistema robótico modular Mecabot

El robot Mecabot 5.0 corresponde a la quinta versión de robots modulares creados por el grupo de investigación DAVINCI de la Universidad Militar Nueva Granada. Con las anteriores versiones del Mecabot se han logrado implementar las arquitecturas serpiente, oruga, rueda y la primera configuración con...

Full description

Autores:
Cruz Carbonell, Vanessa
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2018
Institución:
Universidad Militar Nueva Granada
Repositorio:
Repositorio UMNG
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.unimilitar.edu.co:10654/18007
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/10654/18007
Palabra clave:
ROBOTICA
Mecabot
modular robotics
mobile robotics
quadrupedal robotics
bioinspired robots
descentralized control
sinusoidal generators
composed sinusoidal generators
Interrupts synchronization by point-to-multipoint communication
salamander
gaits
simple locomotion
circling gait
spinning gait
central pattern generators
CPG
Mecabot
robótica Modular
robótica Móvil
robots cuadrúpedos
robots bioinspirados
control descentralizado
Generadores sinusoidales estacionarios
Generadores sinusoidales compuestos
Sincronización de interrupciones por comunicación punto a multipunto
salamandra
ejecución de secuencias
desplazamiento simple
giro abierto
giro cerrado
generadores de patrones centrales
GPC
Rights
License
Derechos Reservados - Universidad Militar Nueva Granada, 2018
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description El robot Mecabot 5.0 corresponde a la quinta versión de robots modulares creados por el grupo de investigación DAVINCI de la Universidad Militar Nueva Granada. Con las anteriores versiones del Mecabot se han logrado implementar las arquitecturas serpiente, oruga, rueda y la primera configuración con patas: el hexápodo. La presente tesis aborda el planteamiento, desarrollo, programación, ensamble e implementación de una arquitectura cuadrúpeda con el robot Mecabot 5.0. Se utiliza un enfoque bioinspirado en la arquitectura y para las secuencias de desplazamiento y giro. La rotación del robot es planteada basándose en secuencias características de los robots cuadrúpedos con pocos grados de libertad en las piernas. A partir del control de las otras configuraciones probadas en el Mecabot, se desarrolla un control descentralizado utilizando generadores sinusoidales y generadores sinusoidales compuestos. Finalmente, el robot es ensamblado y probado en terrenos estructurados y no estructurados, donde su desempeño es medido a partir de los indicadores de rendimiento seleccionados después de haber realizado las simulaciones correspondientes en el ambiente de simulación Webots®.
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_version_ 1837098363157217280
spelling Castillo Estepa, Ricardo AndrésCruz Carbonell, VanessaIngeniero en MecatrónicaCalle 1002018-09-28T20:42:00Z2019-12-26T22:08:45Z2018-09-28T20:42:00Z2019-12-26T22:08:45Z2018-09-10http://hdl.handle.net/10654/18007El robot Mecabot 5.0 corresponde a la quinta versión de robots modulares creados por el grupo de investigación DAVINCI de la Universidad Militar Nueva Granada. Con las anteriores versiones del Mecabot se han logrado implementar las arquitecturas serpiente, oruga, rueda y la primera configuración con patas: el hexápodo. La presente tesis aborda el planteamiento, desarrollo, programación, ensamble e implementación de una arquitectura cuadrúpeda con el robot Mecabot 5.0. Se utiliza un enfoque bioinspirado en la arquitectura y para las secuencias de desplazamiento y giro. La rotación del robot es planteada basándose en secuencias características de los robots cuadrúpedos con pocos grados de libertad en las piernas. A partir del control de las otras configuraciones probadas en el Mecabot, se desarrolla un control descentralizado utilizando generadores sinusoidales y generadores sinusoidales compuestos. Finalmente, el robot es ensamblado y probado en terrenos estructurados y no estructurados, donde su desempeño es medido a partir de los indicadores de rendimiento seleccionados después de haber realizado las simulaciones correspondientes en el ambiente de simulación Webots®.DAVINCILISTA DE FIGURAS 8 LISTA DE TABLAS 12 LISTA DE ANEXOS 13 GLOSARIO 14 RESUMEN 16 ABSTRACT 17 1. INTRODUCCIÓN 18 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 19 1.2. OBJETIVO GENERAL 20 1.3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 20 1.4. DELIMITACIÓN 20 1.5. JUSTIFICACIÓN 21 1.6. METODOLOGÍA 22 2. MARCO REFERENCIAL 24 2.1. ROBÓTICA Y BREVE HISTORIA 24 2.2. ROBÓTICA MÓVIL 25 2.3. ROBOTS CAMINANTES O CON PATAS 25 2.3.1. Ventajas y Desventajas 25 2.4. ROBOTS CUADRÚPEDOS 27 2.4.1. Estabilidad 27 2.4.2. Disposición de las Extremidades 28 2.4.3. Secuencia (gait) 29 2.4.4. Movimiento en Línea Recta 30 2.4.5. Movimiento de Giro 30 2.5. ROBÓTICA MODULAR 31 2.5.1. Módulos 31 2.5.2. Interfaces o mecanismos de acoplamiento 32 2.6. CLASIFICACIÓN DE ROBOTS MODULARES 32 2.6.1. Configuración Móvil 32 2.6.2. Locomoción de cuerpo completo 33 2.6.3. Arquitectura de red, retículo, lattice o malla 34 2.6.4. Arquitectura cadena, árbol o chain 34 2.6.5. Arquitectura híbrida. 35 2.7. CONFIGURACIONES CUADRÚPEDAS MODULARES Y BREVE HISTORIA 35 2.8. ALGORITMOS DE LOCOMOCIÓN USADOS EN ROBOTS MODULARES 37 2.9. CONFIGURACIÓN TETRÁPODA MODULAR 39 2.10.MECABOT 40 2.11.SALAMANDRA: PRINCIPIOS DE LOCOMOCIÓN 41 2.11.1. Secuencias de movimiento en una salamandra 42 2.11.2. La cola de la salamandra 43 2.11.3. Simplificación de los grados de libertad 44 2.11.4. Columna y extremidades 45 2.11.5. Revisión de los algoritmos de locomoción en robots salamandra 46 2.11.6. Variación de parámetros e influencia en la locomoción del robot 46 3. DESARROLLO DE LA ARQUITECTURA TIPO SALAMANDRA UTILIZANDO WEBOTS ® 48 3.1. CLASES DE ACOPLES ENTRE MÓDULOS DEL MECABOT 5.0 48 3.1.1. Acople Cara-Pivote 49 3.1.2. Acople Pivote-Pivote 50 3.1.3. Acople Cara-Cara 51 3.1.4. Acople a caras laterales del cuerpo 52 3.2. PROPUESTA DE ARQUITECTURAS TIPO SALAMANDRA UTILIZANDO SISTEMA MECABOT 5.0 52 3.3. ARQUITECTURA TIPO COLUMNA ACTIVA 54 3.4. CINEMÁTICA DE LA COLUMNA 56 3.5. CINEMÁTICA DE LAS PIERNAS 60 3.6. INFLUENCIA DE LA COLA EN EL DISEÑO 64 3.7. PROPUESTA DE PERFILES EN LOCOMOCIÓN EN LÍNEA RECTA: COLUMNA 64 3.8. PROPUESTA DE PERFILES EN LOCOMOCIÓN EN LÍNEA RECTA: PIERNAS 65 3.9.1. Procedimiento 66 3.9. AJUSTE DE LA COORDINACIÓN EN LOCOMOCIÓN RECTA 69 3.10.PROPUESTA DE PERFIL EN LOCOMOCIÓN: GIRO ABIERTO 72 3.11.PROPUESTA DE PERFIL EN LOCOMOCIÓN: GIRO CERRADO O ROTACIÓN 76 3.12.CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO 80 4. SIMULACIÓN DE LA ARQUITECTURA UTILIZANDO SOFTWARE WEBOTS ® 81 4.1. WEBOTS ® 81 4.2. MODELAMIENTO CAD E IMPORTACIÓN DE LOS SEMI-MÓDULOS 84 4.3. SIMULACIÓN DE LA LOCOMOCIÓN RECTA 87 4.3.1. Análisis variación de la amplitud en columna 87 4.3.2. Análisis variación de la amplitud de las piernas 90 4.3.3. Análisis variación de la frecuencia de movimiento 91 4.4. SIMULACIÓN DEL GIRO ABIERTO 92 4.4.1. Análisis variación de la amplitud de las piernas borde externo 92 4.4.2. Análisis variación del offset 94 4.4.3. Análisis variación de la amplitud/offset en la columna 96 4.5. SIMULACIÓN DE LA ROTACIÓN 97 4.5.1. Análisis variación de la amplitud de las piernas 97 4.5.2. Análisis variación de la frecuencia 98 4.6. CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO 99 5. ENSAMBLE DE LA ARQUITECTURA TIPO SALAMANDRA CON EL MECABOT 5.0 100 5.1. MECABOT 5.0 100 5.2. COMPONENTES ELECTRÓNICOS EN EL MECABOT 5.0 102 5.2.1. Xbee S2 102 5.2.2. Teensy 105 5.2.3. Motores 107 5.2.4. Driver Pololu 108 5.2.5. Regulador Pololu y Protection Circuit Module 108 5.3. PROCEDIMIENTO DE ENSAMBLAJE DE LOS MÓDULOS DEL MECABOT 5.0 109 5.3.1. Impresión 3D de las piezas y pegado 109 5.3.2. Ensamble de los elementos electrónicos 110 5.3.3. Ensamble de la estructura 111 5.4. CARACTERIZACIÓN DE LOS MOTORES 113 5.5. CONCLUSIONES 116 6. PRUEBAS DE LA ARQUITECTURA TIPO SALAMANDRA EN EL MECABOT 5.0 117 6.1. INTERFAZ DE USUARIO EN MATLAB® 117 6.2. PRUEBAS PRELIMINARES CON LA INTERFAZ DE USUARIO 118 6.2.1. Algoritmo de Control 118 6.2.2. Pruebas diagnóstico de la configuración cuadrúpeda ensamblada 122 6.2.3. Pruebas diagnóstico con alimentación a baterías 124 6.3. IMPLEMENTACIÓN LOCOMOCIÓN RECTA 125 6.4. IMPLEMENTACIÓN GIRO ABIERTO 127 6.5. IMPLEMENTACIÓN ROTACIÓN 129 6.6. CONCLUSIONES 132 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES A TRABAJOS FUTUROS 133 REFERENCIAS 135 ANEXOS 141The Mecabot 5.0 robot corresponds to the fifth version of modular robots created by the DAVINCI research group of the Nueva Granada Military University. With the Mecabot previous versions, the architectures snake, caterpillar, wheel and the first configuration with legs: the hexapod have been implemented. This thesis addresses the approach, development, programming, assembly and physical implementation of a quadruped architecture with the Mecabot 5.0 robot. A bioinspired approach is used in the architecture and the displacement and circling sequences. The rotation of the robot is based on characteristic sequences of quadruped robots with few degrees of freedom in the legs. Based on the control of the other tested Mecabot configurations, a decentralized control is developed using sinusoidal generators and composite sinusoidal generators. Finally, the robot is assembled and tested on structured and unstructured terrains, its performance is measured based on the performance indicators selected after the corresponding simulations in the Webots® simulation environmentPregradoapplication/pdfspaDerechos Reservados - Universidad Militar Nueva Granada, 2018https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Atribución-NoComercial-SinDerivadashttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Simulación e implementación de arquitectura cuadrúpeda utilizando sistema robótico modular MecabotSimulation and implementation of quadrupedal architecture using Mecabot modular robotic systeminfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de gradoTexthttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fROBOTICAMecabotmodular roboticsmobile roboticsquadrupedal roboticsbioinspired robotsdescentralized controlsinusoidal generatorscomposed sinusoidal generatorsInterrupts synchronization by point-to-multipoint communicationsalamandergaitssimple locomotioncircling gaitspinning gaitcentral pattern generatorsCPGMecabotrobótica Modularrobótica Móvilrobots cuadrúpedosrobots bioinspiradoscontrol descentralizadoGeneradores sinusoidales estacionariosGeneradores sinusoidales compuestosSincronización de interrupciones por comunicación punto a multipuntosalamandraejecución de secuenciasdesplazamiento simplegiro abiertogiro cerradogeneradores de patrones centralesGPCFacultad de IngenieríadIngeniería en MecatrónicaIngeniería - Ingeniería en MecatrónicaUniversidad Militar Nueva GranadaJ. 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