Investigación de la locomoción de los robots omnidireccionales para el diseño y construcción del prototipo robot rueda esférica para mejora de la movilidad en espacios reducidos.

Abstract

El presente trabajo de titulación realiza la investigación de la locomoción de los robots omnidireccionales para diseñar e implementar el prototipo robot rueda esférica. El prototipo consta de tres llantas omnidireccionales acopladas a la estructura a 120° de separación entre cada rueda, cada uno de los tres motores son de corriente continua que permiten el movimiento continuo con una relación de transmisión de 12:1 para reducir la velocidad de giro a 83 RPM de acuerdo a los parámetros de diseño. Físicamente la estructura consta de tres partes: parte superior, central e inferior. En la parte superior se ubican las tarjetas de control para los motores, las baterías, sensor giroscopio y acelerómetro IMU6050 y tarjeta de control de todo el sistema. En la parte central se ubican el conjunto motores-reductores y ruedas a 45° de inclinación con respecto al eje vertical y a 120° de separación simétrica entre motores y amortiguadores sobre la parte intermedia. En la parte inferior se encuentran las garras de sujeción entre la estructura y la rueda esférica. Con respecto a la construcción e implementación se utilizó algunas técnicas de prototipado como la impresión 3D para piezas de acople, corte láser para las bases acrílico y corte por chorro de agua para obtener las garras y base central en aluminio. En lo que se refiere a la parte electrónica y de control se implementó un algoritmo de control PID que recibe como señales de entrada los datos de pitch y roll a través del procesamiento de valores del giroscopio y acelerómetro del sensor IMU, para enviar señales de control a los motores y estabilizar bajo el enfoque de péndulo invertido al prototipo. Al realizar las pruebas de funcionamiento, se obtuvo una velocidad promedio de desplazamiento lineal de 0.32m/s y al comparar el robot rueda esférica con plataformas omnidireccionales se obtuvo un 166.03% de mejora en tiempo de sorteo de obstáculos y un 535.65% en mejora en tiempo de rotación.