diseño y construcción de un robot explorador de tubos

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  • 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