Una de las aplicaciones de mayor actualidad en el campo de la Robótica es el uso de los robots en lasudsituaciones de búsqueda y rescate. Tareas que ni bomberos, ni personal de rescate ni incluso perros puedenudllegar a hacer son posibles gracias al uso de robots móviles dotados de sensores adecuados.udRobots de este tipo se han usado en numerosos desastres, desde el Atentado en las Torres Gemelas deudNueva York en 2001 hasta las inundaciones en Río Blanco (Texas, 2016), pasando por el terremoto de Haitíud(2010) y por el accidente nuclear en Fukushima (2011). En estos desastres, robots terrestres aéreos y marítimosudhan ayudado en numerosas tareas, tales como la búsqueda de víctimas, el reconocimiento y mapeado de la zona, la asistencia médica y la retirada de escombros.udSin embargo, y a a pesar de la importancia de los robots en este campo, la experiencia de desastres ya ocurridos en los que se han usado robots demuestra que los sistemas de locomoción desarrollados para los mismos no son lo suficientemente robustos y versátiles para los tipos de terrenos de las situaciones de emergencia: en dichas situaciones, los terrenos pueden variar desde una montaña de escombros hasta un terreno embarrado, montones de papeles, escaleras derruidas o vegetación apilada. Se aprecia por tanto la necesidad de un sistema de locomoción que permita el uso del robots en ese tipo de terrenos.udEn la investigación desarrollada hasta la actualidad se hace notar la carencia de un estudio que analice enudprofundidad un sistema de locomoción determinado desde todos los aspectos que lo componen: la cinemáticaudde dicho sistema de locomoción, la dinámica del mismo, el estudio matemático y preciso de los materiales deudlas partes que lo componen, así como los diferentes patrones de movimiento (también conocidos como modosudde marcha). Este trabajo profundiza en el diseño y simulación del sistema de locomoción de un robot paraudtareas de búsqueda y rescate.udEn primer lugar se ha estudiado el estado del arte tanto de los robots de búsqueda y rescate (en adelanteudrobots USAR 1) como en diferentes sistemas de locomoción en robótica. En este análisis, se han recogido todas las actuaciones registradas hasta la fecha de estos robots en desastres, tantos naturales como provocados por el hombre. Además, se han analizado los diferentes sistemas de tracción de un gran número de robots actuales, clasificándolos en función de la complejidad y la versatilidad. Una vez terminado el estado del arte,udy viendo las ventajas y desventajas de cada opción, se ha decidido el sistema de locomoción del robot: sistemaudde locomoción por patas.udSe han diseñado cinco modos de marcha del robot, en los cuales el robot va moviendo sus patas en una secuencia determinada. Estos modos de marcha se han programado y simulado usando ROS (Robot Operating System) y Gazebo. Además, se han simulado en cuatro tipo de terrenos: terreno llano, terreno con rampa, terreno abrupto y terreno con obstáculos tipo esféricos y cúbicos.udPosteriormente se ha desarrollado un modelo cinemático del robot considerando los diferentes modos de marcha que puede tener. Este modelo cinemático se ha comprobado tanto por simulación con Autodesk Inventor como en la realidad usando la Visión por Computador que proporciona Matlab.udAsimismo, se ha estudiado el modelo dinámico del mismo. Se ha realizado tanto un modelo generalista, aplicable a cualquier modelo dinámico de la pata, como un modelo más particular en el que se modela la pata usando el modelo del péndulo invertido (SLIP-Spring Loaded Inverted Pendulum). Además, se ha aplicado el Teorema de Castigliano para hallar la deformación horizontal y vertical del eje de la pata. Los resultados obtenidos se han contrastado usando técnicas de regresión no lineal con los datos obtenidos mediante la aplicación del análisis por elementos finitos (FEA-Finite Element Analysis). Los datos analíticos se ajustan con elevada perfección a los datos obtenidos por FEA.udAdicionalmente, se ha aplicado la Teoría de Elasticidad y los criterios de ruptura (Rankine y Von Mises) auddiferentes materiales y diferentes formas de pata. En concreto, se han diseñado siete formas distintas de pataudy cada una de ellas se ha simulado estáticamente usando FEA. Cada pata se ha simulado con siete materialesuddistintos: Fibra de vidrio, Fibra de Carbono, plástico ABS, Nylon 6,6, plástico PET, Polímero reforzado conudFibra de Carbono y Resina Termoplástica. A partir de estas simulaciones, se han extraídos los coeficientesudde seguridad de cada pata en la situación más desfavorable. También se han realizado simulaciones dinámicas (con la pata en movimiento) en las cuales se comprueba en qué casos la situación más desfavorable es el caso estático.udCon el objetivo de analizar la idoneidad de forma de pata ante determinados terrenos, se ha construido un banco de ensayos provisto de motores para simular las patas en terrenos reales. Estos terrenos han sido tierra suelta, barro, paja, grava y terrones. A partir de los resultados obtenidos para cada tipo de terreno, y teniendo en cuenta los coeficientes de seguridad hallados mediante simulación, se ha elegido la pata idónea para cada tipo de terreno.udPara concluir el diseño del sistema de locomoción, se ha diseñado el robot en 3D y se han realizado sus planos respectivos. Asimismo, se han elegido y comprado los motores de acuerdo a los resultados obtenidos en simulación en cuanto a par de pico y velocidad máxima. También se han elegido las baterías y la electrónica que finalmente llevará el robot.
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