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ROBOT MINI SUMO Electrónica Digital  Abstract— Actualmente, la robótica es un campo de estudio muy amplio, y que aún sigue en desarrollo. Dentro de este campo existe una gran variedad de “robots”, los mismos que son desarrollados para distintos usos, como, por ejemplo: robots de exploración, competencia, entre otros. Este articulo presenta la construcción de un robot autónomo, cuyo objetivo es participar en la categoría minisumo y cuyo objetico es sacar a su oponente de una pista, haciendo ademan a las competencias de sumo entre seres humanos, siendo totalmente autónomo el robot, cumpliendo además características específicas (reglas) que se establecen, tales como medidas, peso, entre otras. Para la construcción del robot, se comenzó desarrollando un diseño mecánico de todo el armazón que posteriormente se elaboró usando impresión 3D. El control del robot se llevó a cabo mediante un arduino nano, debido a que presenta varias características, como: su fácil manejo, versatilidad de uso, vida útil, tamaño reducido, siendo óptima para este proyecto, además de contar con sensores de proximidad y también sensores infrarrojos. El prototipo fue creado con éxito, y se espera seguir desarrollando mejoras, las mismas que se pueden determinar después de cada competencia, ya que es aquí donde se puede observar las falencias que presenta el robot.

Palabras Clave — Autonomo, Sumo, Robot.

I. INTRODUCCIÓN Dentro de la Ingeniería hay una rama llamada robótica que se encarga del diseño y construcción de máquinas capaces de desarrollar tareas realizadas por el ser humano, los robots pueden programarse para que interactúe con objetivos, robots o personas y lograr un comportamiento parecido al de un animal o humano.[1] El objetivo principal de los robots es que funcione de manera automática y pueda realizar actividades que son fatigosas o que tengan un alto grado de dificultad para los seres humanos.[2] En la actualidad la robótica ha evolucionado de manera increíble ya que cada día los robots son incorporados en empresas o instituciones para mejorar la calidad del servicio, hay diversos tipos de robots que podemos encontrar en la actualidad como:  Humanoides: Estos robots son diseñados para asimilar el cuerpo humanos y el comportamiento del mismo, para actuar de forma autónoma estos robots cuentan con diversos sensores, en su mayoría son utilizados para herramienta de investigación.[3]



Móviles: Estos robots cuentan con gran capacidad de deslizamiento, su sistema principal es locomotor de tipo rodante que ayuda en el desplazamiento, siguen su camino por telemando o mediante sensores, se utilizan para la trasportaciones de objetos, carreras o para investigar lugares cuyo acceso es difícil para el ser humano. [3]



Médicos: Estos robots son fundamentales en la actualidad, los robots al tener un grado alto de precisión ayudan a operar en zonas inasequibles para los médicos, sus principales beneficios son: Reducción en los daños de los tejidos buenos, disminuye el trauma operativo, reduce a estadía, atenúa el tiempo de recuperación. [3][4]



Industriales: Son máquinas polifuncionales que en la actualidad su uso ha aumento de manera considerable, estos robots reemplazan el trabajo de los humanos, son utilizados en: Soldadura, Carga y descarga de materiales o equipos, Pintura, Transportación de materiales o equipos, Corte, Remachado, etc. [3]

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Zoomorficos: Su característica es que su sistema locomotor imita a diversos seres vivos, estos robots se dividen en dos categorías Caminadores y no caminadoras. Su principal aplicación es a exploración espacial y estudio de volcanes. [3]

El robot diseñado es de tipo móvil, se realizó para competencia en la categoría mini sumo, su función es de la pista derribar al oponente de la pista, el robot no puede ser controlado por telemando, así que los sensores son los encargados de tomar la información para que esta sea controlada por una tarjeta programable y así tomar las decisiones al momento del combate. En la figura 1 se muestra el diagrama de funcionamiento propuesto para el robot.

2 Figura 1 Diagrama de funcionamiento

II. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN Diseño: Diseño Mecánico: Diseño La primera etapa fue el diseño del robot, este se realizó en el software Inventor-AutoDesk, el tamaño del robot viene definido en las normas del concurso, el límite es un área 10cm x 10cm y la altura queda a criterio de cada concursante, el peso del robot no puede para los 500 gr., tomando todas esta características se procedió a realizar en diseño. En la base cuenta con el espacio para colocar los sensores, baterías, motores y componentes electrónicos

Figura 2 Diseño en Inventor

Rampa Para poder asegurar que el oponente salga del dojo, se tiene en cuenta el diseño de una rampa en la parte delantera del prototipo, esto permite un mejor agarre y que la parte delantera del robot este completamente adherida al suelo, se considera también el centroide del robot que se encontrar en la parte trasera del mismo, con lo cual se logra más peso en la parte posterior logrando un mayor torque en los motores

Para la construcción de robot se optó por la impresión 3D, se escogió este método ya que nos permite la fabricación de elementos con una geometría complicada, además con este método se reducen considerablemente los costos comprando con otras estructuras. El material de impresión es acrilonitrilo butadieno estireno, un polímero muy resistente al impacto siendo un termoplástico amorfo

Diseño sistema eléctrico Para el sistema eléctrico se toma en consideración el diagrama de bloques del proyecto. La alimentación del circuito es la parte principal del diseño, para este robot se escogió una batería de polímero de litio o lypo de 2 celdas, 7.4V con un amperaje hora de 500mA, debido a que nuestro circuito se alimenta a 5v y los motores funcionan a un voltaje de 6V.En la tabla 2 se muestra las baterías lypo disponibles en el mercado N de celdas

Voltaje

1S 1S 1S 1S 2S 2S 2S 2S 2S

3.7V 3.7V 3.7V 3.7V 7.4V 7.4V 7.4V 7.4V 7.4V

Capacidad descarga 20C 30-40C 25C 25C 35C 20C 20C 25C 20C

Corriente 300mAh 350mAh 500mAh 950mAh 300mAh 500mAh 1000mAh 1500mAh 2200mAh

Nuestro sistema, al tener una alimentación requerida de 6V, se necesita regular el voltaje de 7.4V entregado por la batería, para esto se usa un regulador de voltaje de clase 7806, este voltaje es adecuado para la alimentación de los motores y el controlador Sistema de potencia: Para el control de potencia se usa un driver pololu tb6612fng, debido a sus excelentes características, ya que es diseñado para soportar grandes picos de corriente, siendo un pequeño dispositivo.

En este proyecto la rampa fue diseñada respecto a la longitud y altura, siendo 20 y 10cm respectivamente, con estas, lo cual nos da una pendiente de 22.36cm y un ángulo de rampa de 26.56 grados, el cual nos permite el agarre del otro robot disminuyendo un poco la fricción Impresión

El driver puede manejar un voltaje de alimentación de 4 a 12V, lo cual lo hace ideal para controlar los motores, además de tener

3 una lógica que nos permite controlar la velocidad y el sentido de giro de cada motor El sistema de potencia también se compone de los motores, los cuales deben generar un par que pueda generar el torque para empujar al otro robot, tomando en cuenta esta consideración, los motores ideales para este tipo de robot son Pololu con una relación de engranaje de 75:1, este motor nos genera una máxima revolución de 400rpm, un amperaje de 120mA sin carga y un pico de 1.6A con carga, generando un torque máximo a plena carga de 1.6 kg-cm.

Adicional al sistema de potencia, los motores deben tener un condensador para amortiguar el ruido y disminuir la corriente de arranque del motor. Sistema de control. El controlador usado en el robot es un arduino nano debido a su tamaño y a su compatibilidad con el sistema de potencia y con los sensores. Este controlador recibe las señales del sensor Sharp GP2Y0A21YK0F, el cual es un sensor de distancia análogo de 10-80cm no lineal, la curva característica de este sensor se muestra en la figura 4. Para lograr la linealización del sensor, se puede utilizar una formula aproximada la cual es: 𝐷 = 27 𝑉 ∗ 𝑐𝑚

Los valores leídos en las referencias corresponden a 300 y 600, por lo que el rango de medida del sensor es mayor a 300 y menor a 600. Sensor CNY-70. Este sensor se utiliza para detectar los bordes del dojo y así mantener al robot dentro de la pista evitando la descalificación. El CNY70 es un sensor de infrarrojos de corto alcance basado en un emisor de luz y un receptor, ambos apuntando en la misma dirección, y cuyo funcionamiento se basa en la capacidad de reflexión del objeto, y la detección del rayo reflectado por el receptor.[5]

Esta fórmula es bastante aproximada comparándola con la gráfica, en el minisumo diseñado se linealizó este sensor utilizando dos referencias, la primera a 8cm y la segunda referencia a 30cm, estas distancias son las máximas debido al tamaño reducido del dojo. Figura 3 Sensor CNY-70

Los sensores infrarrojos se colocaron en la base del robot a una distancia de 5mm del dojo, con esta distancia se calibran los sensores para que la detección sea óptima. Si aumentamos la distancia una vez ya calibrados los sensores la luz incidente será mayor por lo al momento de censar los resultados serán erróneas. Programación La programación es una de las partes más importantes del robot, ya que de la programación depende todo el funcionamiento del robot, la programación se realizado en Arruino en la figura 8 se muestra el diagrama de bloques del programa utilizado para el control.

4 dogo, entre otros menores. Uno de los puntos clave de nuestro proyecto sucedió en una prueba que se llevaba a cabo en Quito al concurso donde se pudo presentar al robot y fue cuando lo encendimos y notamos que la parte estructural cumplía a la perfección Lo que se espera con este proyecto es avanzar en correcciones para poder tener un prototipo competitivo dentro del ámbito robótico en los concursos que ya son de conocimiento que la universidad participa. . V. REFERENCIAS [1] J. P. Merino, «Definicion.DE,» 12 Octubre 2012. [En línea]. Available: http://definicion.de/robotica/ . [Último acceso: 5 Enero 2016]. Figura 4 Diagrama de bloques

III. RESULTADOS Al inicio de la construcción el armazón tuvo inconvenientes ya que no lograban encajar los elementos del robot por lo que se rediseño el robot. El segundo diseño ya es más ergonómico y cuenta con el espacio necesario y una correcta distribución de los elementos, otro elemento que complico fue el driver ya que al inicio utilizamos un driver L293 pero no entregaba la potencia necesaria y el robot no tenía la fuerza necesaria para derribar al oponente. Otro factor importante es que los sensores Sharp tengan la calibración adecuada porque en pleno combate puede reconocer otro objeto que no sea el oponente y el contrincante tendrá opciones de ganar el combate. Tomando las consideraciones anteriores el robot cumple las expectativas, y condiciones establecidas por las normativas del concurso como es la dimensión con un área de 10 cm x 10cm y un peso de 500gr.

[2] «Robotica-Ing. Informatica y de Sistemas,» 13 Agosto 2007. [En línea]. Available: https://robotica.wordpress.com/about/. [Último acceso: 5 Enero 2017]. [3] Intec, «ROBOTICA,» 9 Enero 2015. [En línea]. Available: http://members.tripod.com/sammy_1211/robotica/id3.html. [Último acceso: 5 Enero 2017]. [4] A. Acosta / R. Cruz, «La robotica en Medicina,» 1 Octubre 2008. [En línea]. Available: http://roboticaensalud.blogspot.com/ . [Último acceso: 5 Enero 2017]. [5] Minitronica, 26 Noviembre 2015. [En línea]. Available: http://www.minitronica.com/blog/uso-del-sensor-cny70-conarduino/. [Último acceso: 5 Enero 2017]. [6] Sharp, «Sharp Microeletronics of the Americans,» [En línea]. Available: http://www.sharpsma.com/optoelectronics/sensors/distancemeasuring-sensors/GP2D12. [Último acceso: 5 Enero 2017]. [7] Arduino, «Arduino,» [En línea]. Available: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardNano . [Último acceso: 5 Enero 2017]. [8] Pololu, «Pololu,» [En línea]. Available: https://www.pololu.com/product/713. [Último acceso: 5 Enero 2017].

Figura 5 Robot Mini sumo

IV. CONCLUSIONES El prototipo realizado, en sus primeras instancias presento varias fallas las mismas que se deben a varios factores, tales como: los sensores dependen de la cantidad de iluminación, el primer driver usado no brindaba la suficiente potencia para los motores, por lo cual la fuerza y el torque realizado serian mínimos, dando como resultado que sea muy fácil sacarlo del