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“Responsabilidad con pensamiento positivo”
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA ISRAEL
TRABAJO DE TITULACIÓN
Título: Drumbot
Integrantes: Anthony Cabezas
Roberto Durán
Quito, 30 de Mayo de 2025
Ingeniería en Electrónica y Automatización
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Informe de robot de 2 libras, Lecture notes of Introduction to Robotics
Informe de robot de 2 libras diseño armas estructura
Typology: Lecture notes
2023/2024
1 / 24
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“Responsabilidad con pensamiento positivo”
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA ISRAEL TRABAJO DE TITULACIÓN Título: Drumbot
Integrantes: Anthony Cabezas Roberto Durán
Quito, 30 de Mayo de 2025
Ingeniería en Electrónica y Automatización
Resumen Ejecutivo
El presente proyecto tiene como objetivo el diseño e implementación de un robot de combate de 2 libras, utilizando componentes como ESP32, L298N, motor brushless, motores de DC , batería Lipo3S, estructura mecanizada, interruptor de apagado. Mediante el uso una tarjeta microcontroladora ESP32 y de driver de motores de dc se va a direccionar el motor mediante el uso del celular con aplicación bluetooth, el arma consiste en una cuchilla de acero templado al frio de muy alta resistencia, la cual en su rotación es una arma bastante peligrosa, la carcasa del robot esta mecanizada de material de nailon. El robot tiene dos baterías una para el control y funcionamiento de motores dc, y otra batería para el motor brushless, el cual está unido a la cuchilla mediante una polea y una banda. El arma de este robot funciona al interactuar con su contrincante al estar lo suficientemente cerca se activa la cuchilla, por esta razón es que seleccionamos el nailon como material para la carcasa por las condiciones y características de pelea de nuestro robot.
Objetivos General Diseñar, implementar y construir un robot de batalla de 2 libras completamente funcional, capaz de combatir en un entorno de combate controlado, integrando habilidades en electrónica, mecánica, control y programación y diseño de estrategias de combate autónomo o tele operado. Objetivos específicos.
- Aplicar principios de diseño mecánico en CAD para modelar una estructura resistente y liviana.
- Implementar un sistema de locomoción ágil y confiable
- Diseñar e integrar el sistema electrónico de potencia y control del robot
- Desarrollar el sistema de control: tele operada (por RF o Bluetooth) y opcionalmente autónoma.
- Seleccionar, diseñar e implementar un arma mecánica activa y pasiva
- Evaluar el robot en pruebas funcionales, combates simulados y criterios de seguridad. Materiales de moldeado Cuchilla giratoria.
Figura 1 Acotaciones de Cuchilla. La arma del robot Drumbot fue construida y mecanizada con acero AISI El acero AISI 1045 es un acero al carbono medio ampliamente utilizado en aplicaciones mecánicas e industriales por su equilibrio entre resistencia, tenacidad y maquinabilidad.
Por las características expuestas de este tipo de acero resulta presentar las mejores condiciones para colisiones directas. Carcaza modelo armado
Figura 2 Estructura de Polipropileno. La carcaza del robot la diseñamos de una manera dinámica y con materiales de alta dureza en un torno mecánico, evitamos trazos rectos debido a que esperamos que los impactos de los rivales se concentren a nivel del suelo. Lo que nos aporta defensa ante el adversario. Rodamiento.
Figura 3 Rodamiento NTC El rodamiento utilizado es el NTN 6201 el cual presenta un diámetro exterior de 22mm y un diámetro para un eje de 10, lo cual nos brinda menos fricción mecánica en el momento de su rotación, el tambor está dispuesto en dos rodamiento uno para cada lado con el fin de disminuir el esfuerzo entre las bases de apoyo y los ejes. Para el caso expuesto es muy conveniente debido a que se lo utiliza para altas velocidades.
Analisis Estructural Carcaza
Figura 7 Carcaza En la podemos observar la estructura laterales del robot visto desde solidworks, la misma que en base a su material de fabricación (polipropileno de alta densidad) tiene un límite elástico máximo de 3.72e+07. En este análisis tomamos dos puntos estáticos, los cuales están indicados con las flechas de color verde, y aplicaremos una serie tensiones ortogonales en el sentido que indican las flechas moradas, las cuales simularán el efecto de un golpe en el sentido indicado, podemos visualizar los puntos susceptibles de deformación y el valor de la tensión aplicada medida en pascal. Se observa con el color rojo los puntos más vulnerables, siendo la parte central lateral los puntos más susceptibles al ser sometidos a tensiones. Cuchilla
Figura 8 Cuchilla mecanizada en Acero En la figura 7 se presenta la cuchilla del arma de nuestro robot desde solidworks, la misma que su material de fabricación tiene un límite elástico de 2.413e+08 Pascal. En esta
simulación se dispuso de dos puntos estáticos, los cuales están indicados con las flechas de color verde y tenciones en contra del arma. Después de realizada la simulación se visualiza los puntos susceptibles de deformación y el valor de la tensión aplicada medida en pascal. Se observa con el color rojo los puntos más vulnerables donde se resalta que la figura muestra una deformación exagerada de la realidad de 5.62696e+6 para interpretativas visuales. Sistemas electrónicos. Batería de LIPO
Figura 9 Batería Lipo turnigy
Las baterías LiPo (Litio-Polímero) son un tipo de batería recargable muy utilizada en drones, robots móviles, autos RC, aviones de radiocontrol, y muchos dispositivos electrónicos portátiles. Características: Alta densidad de energía. Tasa de descarga alta (C-rate) Poca auto descarga Formato flexible E.S.C T-Motor F 35A 32-bit 3-6S
Figura 10 E.S.C T-Motor F 35A 32bit 3-6S El ESC T-Motor F35A 32bit 3–6S es un controlador electrónico de velocidad de alta
Figura 8. Motor Reductor 600 rpm El Motor reductor Metálico 25Dx50L es un tipo de motor DC con caja reductora integrada, común en robótica móvil por su alta robustez, torque y precisión. Características Alta precisión y torque Caja reductora metálica Compacto Control simple se puede usarlo con un puente H como el L298N o el BTS7960. ESP
Figura 12 Módulo ESP El ESP32 es un sistema de doble núcleo con dos CPU Xtensa Las características principales de un ESP32 son: Velocidad de reloj : Entre 160 Mhz y 240 Mhz 520 Kb de RAM
Wifi integrado: Acces point & Station y Bluetooth 4.2 2.4 Ghz; BT 2.0 y 4. 16 x Analog-to-Digital Converter (ADC) de 12 bits de resolución 2 x Digital to Analog converter DAC de 8 bits. 2 x UART o puertas serie y 2 x I2C channels y 4 x SPI channels. Este módulo se cargó la programación implementada para el control y comunicación del mando para los 3 motores y la conexión bluetooth con el celular. L298N
Figura 13. Módulo L298N El L298N es un driver de motor de doble puente H que permite controlar dos motores DC o un motor paso a paso. Es ampliamente utilizado en proyectos de robótica y electrónica por su facilidad de uso y su capacidad de manejar motores de forma independiente. Características principales: Permite controlar 2 motores DC o 1 motor paso a paso. Voltaje de Alimentación del motor de 5V a 35V Voltaje lógico (Vss): 5V Corriente por canal: Hasta 2A (pico de hasta 3A) Protección contra corriente inversa (diodos integrados) Diagrama de conexiones.
Su programación se realiza en una plataforma visual y gratuita desarrollada por el MIT para crear aplicaciones Android de forma sencilla, sin necesidad de saber programar. Es ideal para principiantes, estudiantes y proyectos educativos como el control de robots, IoT o apps simples.
Figura 16 Diagrama de Flujo. Se establece la conexión a la aplicación del celular por medio del bluetooth, una vez esto que existe comunicación entre los dos, la aplicación obtiene el control para maniobrar el robot que envía mediante onda de radio de 2.4Gz al receptor. La aplicación dispone del control del motor Brushless para controlar la velocidad del motor brushless del arma, la cual utiliza una batería independiente. El Esp32 recibe la señal del celular y envía una señal de modulación por ancho de pulsos al controlador de motores para generar movimientos como el avance, retroceso, giro a la derecha, giro a la izquierda del robot. El controlador de motores cuenta con una batería independiente y proporciona la energía al control del robot. Descripción de algoritmos Arma de Combate La cuchilla del robot es del tipo de impacto debido a que se necesita que el oponente está cerca para causar daño, con el uso de la polea diseñada en el eje la cuchilla recibe una
velocidad alta debido al motor brushless que se encuentra conectado atravez de bandas de caucho. Para mejorar su tracción se utilizó rodamientos en los dos extremos, en la polea del motor se maquino con aluminio y para fijar el eje se utilizó prisioneros de 4 mm Pruebas y validacion Control de Velocidad La velocidad de los motores de las ruedas está muy acelerados y se evidencia que un motor está a desnivel del suelo, con lo que se procede a revisar las variables establecidas en el programa de ESP32. Velocidad de motor Brushless El soporte que instamos si supera las pruebas de velocidad del motor, encontramos problemas en la polea debido a que se desbalancea debido a que el prisionero que utilizamos para el eje no es lo suficientemente fuerte para soportar la alta velocidad del motor, para remediar este imprevisto reforzaremos con otro prisionero del lado contrario. La aplicación funciona perfectamente en cada uno de los comando emitidos tanto para el motor como para el arma del robot. Conclusiones y recomendaciones El arma utilizada es bastante efectiva para generar daños significativos, debido ha u se encuentra alimentada directamente con una batería independiente. El diseño semicircular permite que el robot pueda recibir golpes sin causar tanto dado a la carcasa o escudo Los circuitos de control quedan expuestos al ubicarlos en la parte superior del robot. Brindar mayor agilidad al robot con motores más rápidos para obtener una respuesta inmediata. Extender la superficie de la cuchilla, para obtener más alcance en su ataque y quedar menos expuesto.
Anexos Anexo1 Soporte Derecho
Anexo2 Soporte Izquierdo
Anexo 4 Patines
Archivo fuente #include "BluetoothSerial.h" BluetoothSerial BT; // Definición de pines const int POT_PIN = 15; // Pin ADC para el potenciómetro const int ESC_PIN = 4; // Pin GPIO para la señal del ESC //motores const int in1 = 16;//motor const int in2 = 17;//motor const int in3 = 19;//motor const int in4 = 18;//motor // Parámetros PWM para el ESC // Estos valores son estándar para muchos ESCs de aeromodelismo/drones const int ESC_MIN_PULSE_US = 1000; // Ancho de pulso mínimo para el ESC (microsegundos) const int ESC_MAX_PULSE_US = 2000; // Ancho de pulso máximo para el ESC (microsegundos) const int ESC_FREQUENCY_HZ = 50; // Frecuencia de la señal PWM para el ESC (Hz)
// Canal LEDC de la ESP32 para el PWM const int LEDC_CHANNEL = 0; // Se puede usar cualquier canal del 0 al 15 const int LEDC_RESOLUTION_BITS = 12; // Resolución del PWM (12 bits para 4096 valores) int potValue; int dato; void setup() { Serial.begin(115200); BT.begin("ESP32_LED_Control"); Serial.println("Inicializando control de motor brushless..."); pinMode(in1, OUTPUT); pinMode(in2, OUTPUT); pinMode(in3, OUTPUT);