Diseño de un robot omnidireccional para el transporte de cargas pequeñas

Abstract

Este documento es el informe final de un Trabajo de Graduación de la Universidad Nacional de Tucumán, específicamente del Departamento de Electricidad, Electrónica y Computación. El proyecto se titula "Diseño de un robot omnidireccional para el transporte de cargas pequeñas", desarrollado por Gonzalo Nicolás Mansilla y Luis Ariel Ponce, bajo la tutoría del Ing. Lorgio José Teodovich Sosa.

Propósito y Objetivos del Robot El objetivo principal es diseñar un prototipo de vehículo autónomo compacto para el transporte de cargas livianas dentro de la industria argentina. Se busca que el robot sea fácil de construir y mantener en el mercado local, utilizando un diseño modular con componentes comerciales accesibles (como placas Arduino) para facilitar su reemplazo y reparación. Un propósito secundario es contribuir a la industrialización del país ofreciendo un producto y servicio técnico local, frente a la dependencia de robots extranjeros costosos y difíciles de mantener.

Innovación y Mercado El proyecto se considera una innovación disruptiva en el mercado argentino debido a la escasez de robots de fabricación local. Su bajo costo y practicidad lo hacen atractivo para pequeñas y medianas empresas o fábricas en países en desarrollo que buscan automatizar sus procesos, ofreciendo una alternativa a los robots importados, que son más caros y presentan desafíos de importación y mantenimiento. El público objetivo son empresas que buscan automatizar el flujo de mercadería en sus depósitos para aumentar la productividad y mejorar su logística, reduciendo la intervención humana.

Descripción General del Robot El robot es un pequeño vehículo omnidireccional con cuatro ruedas mecanum, diseñado para el transporte de cargas pequeñas. Puede ser controlado de forma remota o de manera autónoma mediante un mapa precargado.

Componentes y Arquitectura:

Chasis: Compuesto por dos estructuras rígidas unidas por un rodamiento para amortiguar irregularidades del terreno.

Motores: Cuatro motores Faulhaber 2342L012CR impulsan las ruedas, alimentados por dos baterías de 6V 4.5AH y reguladores de tensión para asegurar un suministro constante.

Controladores:

Dos microcontroladores STM32F103C6T8 (Bluepill): Funcionan como controladores de motores (dos motores por cada uno), manejando la velocidad y posición de giro de las ruedas mediante controladores PID.

Un microcontrolador STM32F407VGT (Discovery board): Es el controlador principal del robot, gestionando la configuración de los controladores de motores, la posición y orientación del robot, la interacción con los sensores y la interfaz de usuario.

Sensores: Lector de QR (GM65), dos sensores de ultrasonido HC-SR04, cuatro encoders ópticos de cuadratura, y un módulo IMU (MPU 9250) que integra giroscopio, acelerómetro y magnetómetro.

Comunicación: Módulo Bluetooth-UART para comunicación remota con el usuario y una red RS485 Maestro-Esclavo (STM32F407VGT como maestro y STM32F103C6T8 como esclavos) para la comunicación interna entre microcontroladores.

Especificaciones Físicas:

Dimensiones: 39.3cm (largo) x 39.4cm (ancho) x 13.1cm (alto).

Peso (sin carga): 5 kg.

Capacidad de carga: 5 kg.

Modos de Funcionamiento El robot posee tres modos de funcionamiento seleccionables por el usuario vía Bluetooth:

Modo de Control Remoto: Permite movimientos básicos (adelante, atrás, lateral, girar, detenerse) mediante la recepción de caracteres específicos. Es útil para pruebas y tareas sencillas.

Modo Consola: Ofrece control total sobre el robot a través de comandos detallados. Permite acceder a parámetros de funcionamiento (coeficientes PID, mediciones de sensores), realizar identificaciones de sistemas y configurar el robot de manera avanzada.

Modo de Auto Navegación: Permite al robot desplazarse autónomamente utilizando un mapa precargado con estaciones y conexiones. El robot calcula la ruta más corta, utiliza sensores (giroscopio, magnetómetro, ultrasonido) para mantener la orientación y escanear códigos QR en las estaciones para confirmar su ubicación y destino.

El sistema de control de posición y orientación del robot utiliza la fusión de sensores para obtener mediciones más fiables de parámetros vitales para la navegación, mitigando las limitaciones individuales de cada sensor (como la influencia de corrientes en el magnetómetro o el offset del giroscopio). Este sistema de control se aplica en el modo de auto navegación para una navegación precisa y para evitar desviaciones.