Proyecto de Robotica2

Universidad Nacional Experimental de la Fuerza Armada. Archundia, Barrientos, Medina. P.R.S.LN.A.

Resumen—Este proyecto consistió en realizar un robot evasor de obstáculos tipo móvil en configuración ackerman mediante el microcontrolador arduino (es una plataforma de hardware libre); sensores ultrasónico, acoplamiento de un motor DC con caja reductora para darle movilidad y otro motor DC para darle el direccionamiento al robot. El microcontrolador fue programado en lenguaje C mediante el compilador de arduino. Un robot evasor de obstáculos está conformado por tres partes fundamentales: los ojos, cerebro, y los pies. 1º Los ojos: observar un obstáculo, que se haría con la finalidad de detectar un obstáculo y esquivarlo por medio de un sensor ultrasónico.

2º El cerebro, este va a decidir qué camino tomar según los datos que le suministren los ojos, en este apartado se utiliza un arduino para decidir el rumbo: derecha, izquierda y las estrategias de corrección para su objetivo.

3º Los pies: está diseñado bajo el modelo robot ackerman el cual consiste en que la tracción o movimiento se la va dar el motor trasero, y al dirección se la va otorgar el motor

delantero.

I.INTRODUCCIÓN

El siguiente paper tiene como objetivo primordial informar acerca de realización del proyecto robot evasor de obstáculos, primero se empezó por la parte mecánica del robot, para ello se recurrió o se eligió el diseño tipo robot ackerman. Luego se armó la circuitería para el sensor ultrasónico, cuando este detecta el obstáculo en una distancia determinada el microcontrolador decide si el robot va hacia la izquierda, hacia el centro o hacia la derecha. Después las señales que salen del microcontrolador van al integrado L293B que es el driver de los motores, es decir dependiendo de la señal digital que envié el arduino al motor trasero mediante el integrado L293B, el motor delantero va a girar en un sentido u otro, mientras que el motor trasero siempre estará activo. Los robots son:

“dispositivos capaces de moverse de modo flexible, análogo al que poseen los organismos vivos, con o sin funciones intelectuales, lo que permite la realización de operaciones en respuesta a órdenesRecibidas por humanos.”[1]

“Un robot es un dispositivo con un determinado Grado de movilidad, que puede realizar un conjunto de tareas en forma independiente y queSe adapta al mundo en el que opera.”[2]

Un robot es un dispositivo o equipo capaz de moverse de modo flexible parecido o semejante al que poseen los organismos, con o sin funciones intelectuales, lo que permite la realización de operaciones o actividades en respuesta a órdenes recibidas por humanos.

La robótica es una ciencia multidisciplinaria que ha contribuido a los éxitos conseguidos hoy en día por la humanidad, esta ciencia engloba electrónica, mecánica, mecánica e informática.

El sensor ultrasónico es un módulo que incorpora un par de transductores de ultrasonido que se utilizan de manera conjunta para determinar la distancia del sensor con un objeto colocado enfrente de este. Quizá la característica más destacada del HC-SR04 es que puede ser adquirido por una baja suma de dinero y esto mismo lo ha hecho muy popular. Afortunadamente el módulo HC-SR04 es bastante fácil de utilizar a pesar de su bajo precio y no demanda gran cantidad de trabajo ponerlo a funcionar, mucho menos si utilizamos una librería para sensores ultrasónicos.

PROYECTO ROBOT SEGUIDOR DE LINEA NEGRA ACKERMAN

Archundia, Hugo., Barrientos, Tony, y Medina, Edward.{login1,login2, …}@xxx.yy.zz

Universidad Nacional Experimental de la Fuerza Armada

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Como todas las cosas en el mundo de la programación, poner en marcha este sensor es una meta a la cual se puede llegar de mil maneras distintas.

II. EXPLICACIÓN DEL DISEÑO MECÁNICO DEL ROBOT MODELO ACKERMAN Y REQUISITOS DE LOS

MOTORES

Se utilizó un carro de juguete a control remoto al cual se le desacoplaron o se le quitaron las placas electrónicas que controlaban al carro mediante control remoto, y solamente se dejó la estructura con los motores tanto delantero como trasero con sus respectivas cajas reductoras y cables de conexión de los motores. La caja reductora del motor trasero es más grande que la caja reductora del motor delantero. La función de la caja reductora es evitar un arranque brusco del motor es decir se produzca un arranque suave del motor y además reducir la velocidad en forma eficiente y segura. El motor trasero se va encargar del desplazamiento del carro, el motor delantero se va encargar de darle la dirección al carro para que doble o gire hacia la izquierda o derecha el robot. Para que el motor trasero tenga una cierta velocidad de arranque se necesita que se le suministre una corriente de 1 Amp y se estabiliza en 500 mAmper. Para que el motor delantero tenga una cierta velocidad de arranque se necesita que se le suministre una corriente de 600 mAmp y se estabiliza en 400 mAmp.

III. CARACTERÍSTICAS DE EL SENSOR ULTRASÓNICO

Las características más importantes del sensor son las siguientes:

*Rango: 2 cm a 3 m.

*LED indicador de ráfaga que muestra la actividad del sensor.

*Interfaz bidireccional por pulso, en un único pin de E/S para comunicación con microcontroladores TTL (5V) o CMOS (3.3V).

*Disparo de entrada: pulso TTL positivo, 2 μs mínimo, 5 μs típico.

*Pulso eco de salida: pulso positivo TTL, 115 μs mínimo a 18.5 ms máximo.

IV. ANGULO EFECTIVO

Este sensor presenta una gráfica similar a la de un patrón de radiación, con esta información se puede saber a qué ángulo desde una referencia inicial se pueden obtener mejores resultados en las lecturas. El patrón de radiación es una gráfica que presenta propiedades importantes en base a coordenadas espaciales, generalmente esféricas. La propiedad más relevante en este tipo de gráfica es la distribución de energía, es decir cuántos dB tenemos en función de un punto de referencia a lo largo de un radio que no cambia. Para este caso se comenta a qué distancia se puede detectar un objeto en función del ángulo.

El ángulo efectivo para este sensor es de 15 °, esto indica que el sensor podrá detectar objetos a un rango de 30 °, 15 ° hacia la derecha e izquierda del ángulo cero. A continuación presento la imagen:

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V. EXPLICACIÓN DEL TRABAJO DEL SENSOR ULTRASÓNICO

Primeramente debemos armar el circuito de prueba para el sensor, el cual consiste únicamente en proveer alimentación al módulo y asignarle 2 pines de interfaz con el Arduino. Este tipo de módulos para medición de distancia habitualmente se divide en 2 grandes grupos: Interfaz “con pulsos” e interfaz serial (I2C o UART). El HC-SR04 cae dentro del primer grupo, por lo que explicaremos su funcionamiento brevemente.La interfaz digital se logra mediante 2 pines digitales: el pin de trigger (disparo) y echo (eco). El primero recibe un pulso de habilitación de parte del microcontrolador, mediante el cual se le indica al módulo que comience a realizar la medición de distancia. A través de un segundo pin (echo) el sensor “muestra” al microcontrolador un puso cuyo ancho es proporcional al tiempo que tarda el sonido en viajar del transductor al obstaculo y luego de vuelta al módulo. Mediante una sencilla formula puede estimarse entonces la distancia entre el sensor y el obstáculo si se conoce el tiempo de viaje del sonido así como la velocidad de propagación de la onda sonora. La siguiente imagen muestra los pulsos recibidos y enviados por el sensor.

Como se puede observar, el HC-SR04 genera un pulso en el pin marcado como “echo” cuya duración es proporcional a la distancia medida por el sensor. Para obtener la distancia en centímetros, solamente debemos dividir el tiempo en microsegundos entre 58 o para obtener la distancia.

VI. DIAGRAMA DE CONEXIONES PARA EL HC-SR04

Figura 1

#define PinEIzq 3 // Entrada izquierda #define PinECen 4//Entrada del centro #define PinEDer 5 //Entrada Derecha #define PinSMTSR 6//Salida del motor trasero

SR#define PinSMDIR 7// Salida del motor delantero

IR #define PinSMDSR 8// salida del motor de

delantero SRvoid setup(){pinMode(PinEIzq,INPUT);pinMode(PinECen,INPUT);pinMode(PinEDer,INPUT);pinMode(PinSMTSR,OUTPUT);pinMode(PinSMDIR,OUTPUT);pinMode(PinSMDSR,OUTPUT);}void loop(){ while(true) {// Condiciones if((digitalRead(PinEIzq)==HIGH)&&(digitalRe

ad(PinECen)==HIGH)&&(digitalRead(PinEDer)==HIGH))

{ digitalWrite(PinSMTSR,LOW); digitalWrite(PinSMDIR,LOW); digitalWrite(PinSMDSR,LOW); delayMicroseconds(100); }

3


if((digitalRead(PinEIzq)==HIGH)&&(digitalRead(PinECen)==HIGH)&&(digitalRead(PinEDer)==LOW))

{ digitalWrite(PinSMTSR,HIGH); digitalWrite(PinSMDIR,HIGH); digitalWrite(PinSMDSR,LOW); delayMicroseconds(100); } if((digitalRead(PinEIzq)==LOW)&&(digitalRe

ad(PinECen)==HIGH)&&(digitalRead(PinEDer)==HIGH))

{ digitalWrite(PinSMTSR,HIGH); digitalWrite(PinSMDIR,LOW); digitalWrite(PinSMDSR,HIGH); delayMicroseconds(100); } if((digitalRead(PinEIzq)==HIGH)&&(digitalR

ead(PinECen)==LOW)&&(digitalRead(PinEDer)==HIGH))

{ digitalWrite(PinSMTSR,HIGH); digitalWrite(PinSMDIR,LOW); digitalWrite(PinSMDSR,LOW); delayMicroseconds(100); } }

}

VII. EXPLICACION DE COMO VAN LAS CONEXIONES DEL ARDUINO AL DIRIVER DE MOTOR

L293B

Figura 3

La figura 3 representa el driver o controlador de motores l293b que internamente tiene un puente h que controla tanto al motor trasero como delantero del carro seguidor de línea. Las salidas del arduino pin 7 y 8 que corresponde al motor delantero van conectadas al pin del integrado L293B 2 y 7 que representa las entradas a cuales se inserta una señal de excitación para que funcione el motor delantero en un sentido(sentido a las manecilla del reloj) u otro sentido(sentido inverso a las manecillas del reloj) . En el integrado L293B a las salidas del motor hay que colocar unos diodos ya que sirve de protección y evitan que se destruya el puente cuando se está realizando la conmutación de los transistores que tiene internamente este puente H. El L293B es un driver de 4 canales capaz de proporcionar una corriente de salida de hasta 1A por canal. Cada canal es controlado por señales de entrada compatibles TTL y cada pareja de canales dispone de una señal de habilitación que desconecta las salidas de los mismos.

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Dispone de una patilla para la alimentación de las cargas que se están Controlando, de forma que dicha alimentación es independiente de la lógica de control.Se tiene que el pin el pin 8 Vs=V supply o V de la alimentación de la carga, y el pin 16 s Vss= Logic Supply Voltage que representa la lógica Tensión de alimentación. Si se conecta solamente Vss el motor tiene un arranque lento, a cambio si se conecta el pin 16 y el pin 8 a positivo el motor tiene un arranque mucho más rápido. El pin 6 del arduino programado salida se conecta al pin 15 del L293B para que se excite y permita el arranque del motor en un solo sentido.

Estas últimas imágenes representan el carro evasor de obstáculos que se realizó con todas las etapas que se acoplaron para que funcionara:

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