ENTORNO DE SIMULACIÓN Y CONTROL DE UN ROBOT

VELOCISTA

PROYECTO FIN DE CARRERA

Departamento de Electrónica. Universidad de Alcalá.Ingeniería Técnica de Telecomunicación.

Especialidad en Sistemas Electrónicos

Autor: D. Andrés Villar Domínguez Tutor: D. Julio Pastor Mendoza

INDICEINDICE

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNNOBJETIVOSOBJETIVOSPLATAFORMA DE TRABAJOPLATAFORMA DE TRABAJOSIMULADORSIMULADORPRUEBASPRUEBASLIMITACIONESLIMITACIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONES

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INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNNOBJETIVOSOBJETIVOSPLATAFORMA DE TRABAJOPLATAFORMA DE TRABAJOSIMULADORSIMULADORPRUEBASPRUEBASLIMITACIONESLIMITACIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONES

Idea

SIMULADOR

Robot para pruebas.

Herramienta software.

NECESITO:

Robot del departamento de electrónica.

CVI Lab. windows 7.0.

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNN

INDICEINDICE

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNNOBJETIVOSOBJETIVOSPLATAFORMA DE TRABAJOPLATAFORMA DE TRABAJOSIMULADORSIMULADORPRUEBASPRUEBASLIMITACIONESLIMITACIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONES

OBJETIVOSOBJETIVOS

Los objetivos del proyecto son dos:

Completado de la librería de funciones de un robot velocista desarrollado por el Departamento de Electrónica de la Universidad de Alcalá.

Desarrollo de una herramienta software capaz de simular el comportamiento de un robot velocista.

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INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNNOBJETIVOSOBJETIVOSPLATAFORMA DE TRABAJOPLATAFORMA DE TRABAJOSIMULADORSIMULADORPRUEBASPRUEBASLIMITACIONESLIMITACIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONES

PLATAFORMA DE PLATAFORMA DE TRABAJOTRABAJO

Tarjeta hardware ALCAI2C

Estructura del

vehículo

Robot formado por:

+ LIBRERÍA DE FUNCIONES

Formado por:

• Chasis.

• Motor tracción.

• Motor de dirección.

• Batería V12.

• Encoder.

• Sensores.

PLATAFORMA DE PLATAFORMA DE TRABAJOTRABAJO

Tarjeta de

control

Formada por :

+ LIBRERÍA DE FUNCIONES

Sistema de control

Sistema entrada-salida

Sistema sensores

Sistema de control

Sistema entrada-salida

Sistema sensores

PLATAFORMA DE PLATAFORMA DE TRABAJOTRABAJO

Tarjeta de

control

Rasgos principales:

- Sistema de control.Microcontrolador.RS232.

4 Micro-interruptores.

2 Motores DC.Conectores de alimentación.

Alimentación servo.Servo.Entradas de Captura.I2C.Entrada Encoders.

Supervisor de alimentación.2 Pulsadores.8 Led.

PLATAFORMA DE PLATAFORMA DE TRABAJOTRABAJO

Tarjeta de

control

Rasgos principales:

- Sistema entrada-salida.

4 ADC – 4 entradas.

12 entradas analógicas.

4 Puertos – 6 entradas.

24 entradas digitales.

PLATAFORMA DE PLATAFORMA DE TRABAJOTRABAJO

Tarjeta de

control

Rasgos principales:

- Sistema sensores.

12 sensores CNY70.

Alimentación parcial en bloques de 6.

Tarjeta de

control

Completado de las librerías de funciones:

• Comunicaciones I2C para el manejo de cualquier dispositivos que soportan dicho protocolo.

LIBRERÍA DE FUNCIONES

PLATAFORMA DE PLATAFORMA DE TRABAJOTRABAJO

INDICEINDICE

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNNOBJETIVOSOBJETIVOSPLATAFORMA DE TRABAJOPLATAFORMA DE TRABAJOSIMULADORSIMULADORPRUEBASPRUEBASLIMITACIONESLIMITACIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONES

SIMULADORSIMULADOR

Herramienta software.

Simulación del movimiento del un vehículo.

Simulación de la cinemática y dinámica de un robot.

Simulación de una pista de robot velocista.

Simulación de los sensores de infrarrojos. CNY70.

Funcionamiento del sistema.

Pantallas.

Simulador formado por:

SIMULADORSIMULADOR

Herramienta software.

Simulación del movimiento del un vehículo.

Simulación de la cinemática y dinámica de un robot.

Simulación de una pista de robot velocista.

Simulación de los sensores de infrarrojos. CNY70.

Funcionamiento del sistema.

Pantallas.

Simulador formado por:

SIMULADORSIMULADOR

Herramienta software:

Sistema desarrollado en la herramienta software Lab. Windows CVI 7.0.

- Programación en lenguaje C.- Amplias librerías de funciones, con extensa ayuda.- Manejo sencillo para el usuario mediante paneles y botones.- Herramienta conocida por el desarrollador.

SIMULADORSIMULADOR

Herramienta software.

Simulación del movimiento del un vehículo.

Simulación de la cinemática y dinámica de un robot.

Simulación de una pista de robot velocista.

Simulación de los sensores de infrarrojos. CNY70.

Funcionamiento del sistema.

Pantallas.

Simulador formado por:

SIMULADORSIMULADOR

Simulación del movimiento del un vehículo:

Simulación del movimiento:- Escala y referencia de movimiento (origen de coordenadas).

Origen de coordenadas

División de la imagen

SIMULADORSIMULADOR

Herramienta software.

Simulación del movimiento del un vehículo.

Simulación de la cinemática y dinámica de un robot.

Simulación de una pista de robot velocista.

Simulación de los sensores de infrarrojos. CNY70.

Funcionamiento del sistema.

Pantallas.

Simulador formado por:

SIMULADORSIMULADOR

Simulación de la cinemática y dinámica de un robot:

Dos tipos de robot:Tracción y dirección. Tracción diferencial.

SIMULADORSIMULADOR

Simulación de la cinemática y dinámica de un robot:

Cinemática de un vehículo con TRACCIÓN DIFERENCIAL:

)( )180cos( πθπ ⋅⋅+⋅⋅⋅=Δ rlm wwTrx

)( )180sin( πθπ ⋅⋅+⋅⋅⋅=Δ rlm wwTry

( ) ( ) ππθ 1802 ⋅⋅−⋅⋅⋅=Δ mrl TwwL

r

Parámetros :X Coordenada X.Y Coordenada Y.θ Ángulo girado robot en el plano.

Tm Periodo de simulación. wl Velocidad angular rueda izquierda.wr Velocidad angular rueda derechaL Separación entre ruedas.r Radio medio.

Simulación de la cinemática y dinámica de un robot:Dinámica de un vehículo con TRACCIÓN DIFERENCIAL:

Se basa en las ecuaciones que rigen el comportamiento de los motores DC.

( )1

1

'

'

11

)()(

1)()(

−

−

⋅++⋅

=⎯⎯⎯⎯ →⎯⋅+

=ZZA

zVzW

sA

sVsW

DIS

DISRDISCRETIZA

ττ

Respuesta continua

Respuesta discretizada

T = 10 τ’

Respuesta discretizada

T = τ’

SIMULADORSIMULADOR

SIMULADORSIMULADOR

Simulación de la cinemática y dinámica de un robot:

Cinemática de un vehículo con TRACCIÓN y DIRECCIÓN:

)180cos()2( πθπ ⋅⋅⋅⋅⋅⋅=Δ wTrx m

)180sin()2( πθπ ⋅⋅⋅⋅⋅⋅=Δ wTry m

)180πtan(ΦTw/L)2πr(180Δθ m ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=

Parámetros :X Coordenada X.Y Coordenada Y.θ Ángulo girado robot en el plano.

Φ Ángulo de giro del eje delantero.Tm Periodo de simulación. w Velocidad angular ruedas tracción. L Separación entre ejes.r Radio ruedas de tracción.

SIMULADORSIMULADOR

Simulación de la cinemática y dinámica de un robot:Dinámica de un vehículo con TRACCIÓN y DIRECCIÓN:

Se basa en las ecuaciones que rigen el comportamiento de los motores de tracción (motor DC) y dirección (Servo).Comportamiento de un Servo motor

Datos del fabricante.Medidas obtenidas.Modo de funcionamiento para ser simulado

SIMULADORSIMULADOR

Herramienta software.

Simulación del movimiento del un vehículo.

Simulación de la cinemática y dinámica de un robot.

Simulación de una pista de robot velocista.

Simulación de los sensores de infrarrojos. CNY70.

Funcionamiento del sistema.

Pantallas.

Simulador formado por:

SIMULADORSIMULADOR

Simulación de una pista de robot velocista.

Imagen de las mismas proporciones que la pista a simular en formato bmp.Guardar la proporcionalidad, usando una relación entre píxel y medida,

para dividir la imagen en posiciones.

Uso de dos imágenes:- Alta calidad. (Simulación).- Baja calidad. (Visualización).

SIMULADORSIMULADOR

Herramienta software.

Simulación del movimiento del un vehículo.

Simulación de la cinemática y dinámica de un robot.

Simulación de una pista de robot velocista.

Simulación de los sensores de infrarrojos. CNY70.

Funcionamiento del sistema.

Pantallas.

Simulador formado por:

SIMULADORSIMULADOR

Simulación de los sensores de infrarrojos. CNY70.

Dispositivos que leen una porción de imagen y calculan el valor medio de color leído.

Para simular un comportamiento más real, tamaño de visión de CNY diferente de mínima unidad de división de imagen.

Situaciones de incertidumbre de medida en lectura digital.

SIMULADORSIMULADOR

Herramienta software.

Simulación del movimiento del un vehículo.

Simulación de la cinemática y dinámica de un robot.

Simulación de una pista de robot velocista.

Simulación de los sensores de infrarrojos. CNY70.

Funcionamiento del sistema.

Pantallas.

Simulador formado por:

SIMULADORSIMULADOR

Funcionamiento del sistema: Diagrama de funcionamiento

SIMULADORSIMULADOR

Funcionamiento del sistema: División del entorno.1- Configuración de parámetros del simulador.2- Conexionado de los diferentes elementos del robot a la placa simulada.3- Entorno de simulación.

Modo de funcionamiento del simulador.

SIMULADORSIMULADOR

Herramienta software.

Simulación del movimiento del un vehículo.

Simulación de la cinemática y dinámica de un robot.

Simulación de una pista de robot velocista.

Simulación de los sensores de infrarrojos. CNY70.

Funcionamiento del sistema.

Pantallas.

Simulador formado por:

SIMULADORSIMULADOR

Pantallas:

INDICEINDICE

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNNOBJETIVOSOBJETIVOSPLATAFORMA DE TRABAJOPLATAFORMA DE TRABAJOSIMULADORSIMULADORPRUEBASPRUEBASLIMITACIONESLIMITACIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONES

PRUEBASPRUEBAS

PRUEBA 1:Prueba con una pista escalón de entrada.

Comportamiento ante la prueba:Simulador con datos teóricos:

PRUEBASPRUEBAS

PRUEBA 1:Prueba con una pista escalón de entrada.

Prueba con ajustes.

PRUEBASPRUEBAS

PRUEBA 2:Prueba con una pista formada por dos escalones de entrada.

Comportamiento ante la prueba:Simulador con los ajustes de la prueba 1:

INDICEINDICE

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNNOBJETIVOSOBJETIVOSPLATAFORMA DE TRABAJOPLATAFORMA DE TRABAJOSIMULADORSIMULADORPRUEBASPRUEBASLIMITACIONESLIMITACIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONES

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

Modelo matemático de la dinámica del robot más complejo.

Efectos de la suspensión.

Efectos del rozamiento (diferentes superficies).

Dificultades en el terreno.

Efectos de la luz externa en la lectura de sensores.

Limitaciones del sistema:

INDICEINDICE

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNNOBJETIVOSOBJETIVOSPLATAFORMA DE TRABAJOPLATAFORMA DE TRABAJOSIMULADORSIMULADORPRUEBASPRUEBASLIMITACIONESLIMITACIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONES

LIMITACIONESLIMITACIONES

CONCLUSIONES

Los objetivos marcados fueron:

Completado de la librería de funciones de un robot velocista desarrollado por el Departamento de Electrónica de la Universidad de Alcalá.

Desarrollo de una herramienta software capaz de simular el comportamiento de un robot velocista.

ENTORNO DE SIMULACIÓN Y CONTROL DE UN ROBOT

VELOCISTA

PROYECTO FIN DE CARRERA

Departamento de Electrónica. Universidad de Alcalá.Ingeniería Técnica de Telecomunicación.

Especialidad en Sistemas Electrónicos

Autor: D. Andrés Villar Domínguez Tutor: D. Julio Pastor Mendoza