Diseño, implementación y control remoto de un modelo a escala del rover Perseverance

Abstract

[ES] El objetivo del trabajo es la implementación de un modelo de bajo coste de rover Perseverance, empleado por la NASA en la exploración de Marte. Se trata de un vehículo de seis ruedas motrices, cuatro de ellas directrices. El vehículo dispone de un sistema de suspensión conocido como rocker-boogie que le permite salvar obstáculos de una altura considerable. Este mecanismo es lo que diferencia el comportamiento de este vehículo respecto a otros modelos y lo hace adecuado para moverse por terrenos irregulares. En la primera parte del trabajo se desarrollará un modelo de simulación realista, empleando la librería Simscape Multibody de Matlab/Simulink, para estudiar el comportamiento del prototipo. Dicha simulación considerará el rozamiento de las ruedas con el suelo, que da lugar a las fuerzas y torsiones que mueven el vehículo. Terminada la parte de simulación, se abordará la implementación real del vehículo empleando piezas impresas 3D, motores de pequeña potencia y un microcontrolador Arduino que se encargará del control de velocidad de las ruedas. No está previsto incluir un control de trayectoria sino que el vehículo se manejará empleando una aplicación Android que comunica con el microcontrolador embarcado en el vehículo.

Nota: Este trabajo se presenta en el curso 22-23 pero fue desarrollado en su práctica totalidad en el curso 21-22. El trabajo ha tenido una continuación en el titulado "Diseño, implementación y control de un vehículo holonómico de seis ruedas con suspensión tipo rocker-boogie" que implementa una versión de tres grados de libertad (en lugar de los dos que ofrece esta versión), de mayor tamaño y robustez.

[EN] CAD design and implementation of a scale model of the Perseverance Rover space exploration vehicle sent by NASA to the surface of Mars with the main objective of seeking signs of ancient life and collecting samples of rock and regolith for possible return to Earth. The vehicle consists of six driving wheels, four of them for steering, and a suspension and stability system known as rocker-bogie. This system allows the rover to overcome obstacles larger than twice the diameter of the wheels, while keeping all six wheels in contact with the ground. Study of the behaviour of the robot on different surfaces with the MATLAB Simscape Multibody simulation environment for three-dimensional mechanical systems. Remote control of the vehicle with Arduino Mega 2560. The user will be able to control the forward, backward and rotation movement of the rover in real time using the interface implemented in an Android application. The communication between the robot and the Android device will be done through the bluetooth HC-05 module, configured in slave mode. Therefore, the project structure will be defined according to the Client-Server model. The microcontroller will receive and interpret the requests made by the user and will activate the necessary actuators to perform the corresponding actions.

[CA] Disseny CAD i implementació a escala del vehicle d’exploració espacial Perseverance Rover, enviat per la NASA a la superfície de Mart amb l’objectiu principal de buscar senyals de vida antiga i recollir mostres de roca i regolita per a un possible retorn a la Terra. El vehicle està format per sis rodes motrius, quatre d’elles directrius, i un sistema de suspensió i estabilitat conegut com rocker-bogie. Aquest sistema permet al rover superar obstacles amb una grandària major al doble del diàmetre de les rodes, mantenint sempre les sis rodes en contacte amb el sòl. Estudi del comportament del robot en diferents superfícies amb l’entorn de simulació multicos per a sistemes mecànics tridimensionals Simscape Multibody de MATLAB. Control remot del vehicle amb Arduino Mega 2560. L’usuari podrà controlar l’avanç, reculada i gir del rover en temps real mitjançant la interfície implementada en una aplicació Android. La comunicació entre el robot i el dispositiu Android es realitzarà a través del mòdul bluetooth HC-05, configurat com esclau. D’aquesta manera es definirà l’estructura del projecte per mitjà del model Client-Servidor. El microcontrolador rebrà i interpretarà les peticions realitzades per l’usuari i activarà els actuadors necessaris per a executar les accions corresponents.