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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.