diseño y construcción de un robot explorador de tubos

DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN ROBOT EXPLORADOR DE TUBOS

P R ESENTA: S E RGIO O M AR PA L E G ON ZLEZ

A S ESOR: D R . TA D EUSZ M A JEWSKI S Z YMI EC

CO A S ESOR: D R . G I BRAN E TCHEVERRY D OGER

S I N ODALES : D R . DAN I EL VA L LEJO R ODR GUEZ

Introduccin

Planteamiento del problema

Dificultad de acceso

Reduccin de riesgos

Funcionamiento simple

Objetivos del proyecto La solucin que se dar a este problema ser implementar un

mecanismo que realice una tarea de exploracin por casi cualquier superficie, a un costo razonable y con un principio de funcionamiento simple, el cual es, la friccin que se ejerce entre dos cuerpos. Este principio podr ser comprendido y analizado muy fcilmente. Se estudiaran y analizaran variaciones de diseo.

Objetivo general

Seleccin de actuador

Propuestas de diseo del robot

Seleccin de diseo

Adquisicin del actuador

Anlisis de movimientos

Construccin y anlisis del robot

Estudio de friccin

Pruebas y resultados

Propuestas de mejoras en el diseo final

Objetivos especficos

Marco terico

Antecedentes de investigacin

L.M. Di Matteo, C. Verrastro, J. Roitman (2006) Robot para exploracin de tuberas de diseo compacto, modular, estanco y de seguridad intrnseca.

Salgado Toms (2013) Robots para trabajos riesgosos en p

Pemex. El objetivo fue la construccin de robots para realizar trabajos riesgosos en tuberas.

Marco terico

Antecedentes de investigacin

Oskar Ostertag, Eva Ostertagov, Michal Kelemen, Tatiana Kelemenov, Jn Bua, Ivan Virgala (2014)Miniature Mobile Bristled In-Pipe Machine

Marco terico

ELECTRNICA

Diseo de circuitos

Dispositivos de electrnica de potencia

Anlisis de seales para la optimizacin del robot

MECNICA

Diseos en CAD

Manufactura del robot

Anlisis de coeficiente de friccin

Pruebas de fuerza

Clculo de curvatura

PROGRAMACIN

Programacin de un microcontrolador

Interpretacin del cdigo

Actuador PPA 20

VOLTAGE MAX: 150 V PK-PK

Actuador PPA 20 PRUEBAS

PRUEBAS FRECUENCIA

GENERADOR DE FUNCIONES

PRUEBAS FRECUENCIA

SEAL CUADRADA

PRUEBAS FRECUENCIA

ACELERMETRO

Actuador PPA 20 PRUEBAS

PRUEBAS POTENCIA

CONSOLA DE POTENCIA

PRUEBAS POTENCIA

SEAL DE ALIMENTACIN

PRUEBAS POTENCIA

PUENTE H LMD 18201

Actuador PPA 20 PRUEBAS

PRUEBAS DE ALIMENTACIN

SEAL CUADRADA DEL PUENTE H

PRUEBAS DE ALIMENTACIN

RUIDO DE SEAL

PRUEBAS DE ALIMENTACIN

CAPACITOR DE 2200 F

Actuador PPA 20 SISTEMA DE ALIMENTACIN

SISTEMA DE ALIMENTACIN

CIRCUITO CON CAPACITOR

SISTEMA DE ALIMENTACIN

SEAL LIMPIA

Actuador PPA 20 SISTEMA DE LOCOMOCIN

BASES DE CONTACTO

UNIN

POSICIN

Actuador PPA 20 SISTEMA DE LOCOMOCIN

BASES SELECCIONADAS

DIMETRO DE BASES

POSICIN DENTRO DEL TUBO

Actuador PPA 20 CLCULO DE VELOCIDAD

=

V= velocidad [mm/s]

d = es la distancia que se recorrer [mm]

t = tiempo que demorara recorrer una distancia [s]

t = 62 segundos d = 50 mm.

=50

62

Resolviendo:

= . /

Actuador PPA 20 OPTIMIZACION

ELECTRNICA

MECNICA

OPTIMIZACIN PPA 120XL

MASA DE INERCIA

CAMBIAR EL DUTY CYCLE

CAMBIAR SEAL DE REGRESO

BASES MAS CORTAS

FRECUENCIAS BAJAS

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

ESQUEMA GENERAL DEL ROBOT

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Como sabemos que nuestro cuerpo esta esttico. Tenemos que:

= Sabemos:

=0

0 =

2

Despejando para :

=0

2

= constante

y

x

N0 N0

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Para el anlisis dinmico tenemos que: X1 > 0

=(1 + 1 cos )

1 esta definido por: 1 = 1([] )

Donde sign [V] es 1 -1 dependiendo de la direccin de movimiento

= =

1( + cos )

Despejando para 1:

1 =

( + cos [])

1 = 1 []

X2

N2

F1 F2

N1

X1

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Por lo tanto:

1 > 0 1 = 1 1 1

2< 0 2 = 1 2 2 Esto hace posible el desplazamiento del pistn debido a que:

2 > 1

F = 2 1 > 0 (fuerza de empuje del robot) en el tiempo de:

0 T/2 Donde T es el periodo completo de operacin.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO En la segunda mitad del periodo que va de:

T/2 T

Por lo tanto:

1 < 0 1 = 1 1 1

2 > 0 2 = 1 2 2 Esto hace posible el desplazamiento del robot debido a que:

1 > 2

F = 1 2 > 0

Debido a la velocidad de desplazamiento las fuerzas inerciales son despreciables.

1

1 1

2 2

2

Actuador Lineal FIRGUELLI PQ 12

FIRGUELLI PQ 12 CONTROL

CONTROL PWM

ARDUINO DUEMILANOVE

MOTOR SHIELD

FIRGUELLI PQ 12 CDIGO

Lmites

Posicin

Comparacin

FIRGUELLI PQ 12 ANLISIS DE DISEO MECNICO

DIMENSIONES

SUJECIN

FIRGUELLI PQ 12 DISEO 1

FIRGUELLI PQ 12 DISEO 2

FIRGUELLI PQ 12 DISEO 3

FIRGUELLI PQ 12 DISEO 4

FINAL

FIRGUELLI PQ 12 CONSTRUCCIN

MARCO DEL MOLDE

FRESADO DE PIEZA

TORNEADO

FIRGUELLI PQ 12 CONSTRUCCIN

DETALLADO DE PIEZA

ENSAMBLE

FIRGUELLI PQ 12 MATERIAL DE CONTACTO

SUAVE

RGIDO

MALEABLE

MATERIAL SELECCIONADO

FACILIDAD DE MOVIEMIENTO

POSICIN DESEADA

FIRGUELLI PQ 12 TRATAMIENTO DE MATERAL

POSICIN DESEADA

TRATAMIENTO TRMICO

RESULTADO

FIRGUELLI PQ 12 MEDICIN DE FUERZAS

CIRCUTO DE PRUEBAS

FIRGUELLI PQ 12 MEDICIN DE FUERZAS

RESISTENCIA EN DIRECCIN DE MOVIMIENTO

FIRGUELLI PQ 12 MEDICIN DE FUERZAS

RESISTENCIA EN DIRECCIN OPUESTA A MOVIMIENTO

FIRGUELLI PQ 12 MEDICIN DE COEFICIENTES Cerdas pegada

por si lado solido sobre una superficie fija

Fijacin del dinammetro en un extremo

Fijacin del medidor de caratula en el otro extremo

FIRGUELLI PQ 12 MEDICIN DE COEFICIENTES

K= .31 N/mm

FIRGUELLI PQ 12 CLCULO DE COEFICIENTES COEFICIENTE DE FRICCION DEL TUBO

Sabiendo que el coeficiente de friccin est definido por:

=

Donde: W es el peso de nuestro robot. F la fuerza necesaria para mover el robot. F= .3 N

Sabemos que la masa del robot es: m = 119gr Para obtener el peso debemos multiplicar por la gravedad y quedara de la siguiente manera: W = (.119Kg)*(9.8m/s2) W = 1.16 N

=.

.

= .

FIRGUELLI PQ 12 VELOCIDAD DEL PISTN

VELOCIDAD DEL PISTN

FIRGUELLI PQ 12 MODELADO MATEMTICO

t [s]

z2

[m

m]

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

0

20

40

60

80

100

Time

v1 [

mm

/s]

0 5 10 15 20

0

5

10

Time

v2 [

mm

/s]

0 5 10 15 20

0

5

10

t [s]

z1

[m

m]

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

0

20

40

60

80

100

t [s]

zi [m

m]

0 4 8 12 16 20

0

20

40

60

80

100

FIRGUELLI PQ 12 EVALUACIN DEL PROYECTO

VELOCIDAD DEL ROBOT

FIRGUELLI PQ 12 CLCULO DE RADIO DE CURVATURA

FIRGUELLI PQ 12 CLCULO DE RADIO DE CURVATURA

Sabemos que el radio de un arco esta definido por:

= 2 + 2

2

Donde:

a

h

Donde:

L = distancia entre la parte media del actuador fijo y el actuador mvil.

D = dimetro interno del tubo.

d = dimetro que forma el sistema del robot con un ligero dobles de las cerdas.

R = el radio de curvatura que estoy buscando.

FIRGUELLI PQ 12 CLCULO DE RADIO DE CURVATURA

MTODO GRFICO

TRAZO CON COMPS

FIRGUELLI PQ 12 CLCULO DE RADIO DE CURVATURA CLCULO EN FUNCION DE L1

Donde: L1 = 45 mm (cuando el pistn solo se expande 10mm). El resultado para h, al medirlo por el mtodo grfico nos dio: hL1 = 2.5 mm h = altura entre la horizontal y el arco formado por los vrtices de L.

Sabemos que: =

L1= 45 mm Despejamos a y la ecuacin nos queda:

=

2

Sustituyendo valores:

=45

2

Resolviendo: = .

Sustituimos valores para determinar R:

= (22.5)2+(2.5)2

2(2.5)

Resolviendo: = .

FIRGUELLI PQ 12 CLCULO DE RADIO DE CURVATURA

MTODO GRFICO

TRAZO CON COMPS

FIRGUELLI PQ 12 CLCULO DE RADIO DE CURVATURA CLCULO EN FUNCION DE L2

Donde: L2 = 55 mm (cuando el pistn solo se expande 20mm). El resultado para h, al medirlo por el mtodo grfico nos dio: hL1 = 3.5 mm h = altura entre la horizontal y el arco formado por los vrtices de L.

Sabemos que: =

L2= 55 mm Despej