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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

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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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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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[15] 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. ayalawilliam@unbosque.edu.co

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..