Robots Seguideres de Linea

7/31/2019 Robots Seguideres de Linea

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ROBOTS SEGUIDORES DE LNEA

1. OBJETIVOS.

Construir un robot seguidor de lnea, que funcione mediante sensores usando

componentes bsicos de electrnica.

Profundizar en el estudio y desarrollo tecnolgico, despertando la creatividad e

imaginacin en los estudiantes

Conocer ms acerca de la robtica, as como analizar las ventajas y desventajas

de los robots.

2. INTRODUCCIN.

La robtica es una de las aplicaciones ms apasionantes de la electrnica. Un robot

seguidor de lnea se clasifica en el campo de la robtica mvil un grupo de la rama de

robtica.

La tarea fundamental de un robot mvil es el desplazamiento en un entorno conocido o

desconocido, por tanto es necesario que posea tres funciones fundamentales, la

locomocin (nivel fsico), la percepcin (nivel sensorial) y la decisin (nivel de control).

Entre las aplicaciones de robots mviles se encuentra el transporte de carga en la

industria, robots desactivadotes de explosivos, exploracin de terrenos no aptos para el

hombre entre este ultimo podemos destacar los robots Spirit y Oportunity desarrollados

por la NASA.

3. DEFINICIN.

Los robots seguidores de lnea son robots muy sencillos, que cumplen una nica misin:

seguir una lnea marcada en el suelo (normalmente una lnea negra sobre un fondo

blanco). Son considerados los "Hola mundo" de la robtica.

3.1. Estructura

La estructura de un robot seguidor de lnea puede ser elaborada de una lamina de

acrlico, aluminio o madera, que se pueden conseguir fcilmente en el mercado. Estaproporciona apoyo para los motores, el circuito impreso y la rueda libre.
http://es.wikipedia.org/wiki/Robothttp://es.wikipedia.org/wiki/Hola_mundohttp://es.wikipedia.org/wiki/Rob%C3%B3ticahttp://es.wikipedia.org/wiki/Robothttp://es.wikipedia.org/wiki/Hola_mundohttp://es.wikipedia.org/wiki/Rob%C3%B3tica


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Figura 1 Chasis del seguidor de lnea

Las llantas del mvil se encuentra en configuracin diferencial, debido a que la direccin

que tome depende de la diferencia de velocidad entre sus dos llantas, es por eso que

cada llanta es independiente de la otra.

Figura 2 Fijacin de un motor a una estructura plana.

Los motores se pueden fijar al chasis como se indica en la figura 2.

Figura 3 Rueda libre


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La rueda libre es la que aporta el apoyo en la parte posterior, esta debe exhibir la

caracterstica de rodar y pivotar sobre si misma con un movimiento lo mas suave posible

para no dificultar la rotacin del robot.

3.2 Motores, Llantas y caja reductora

La mayor parte de los motores que se utilizan en un robot giran demasiado rpido y no

tiene el torque suficiente, es por eso que es recomendable o casi imprescindible utilizar

una caja de piones reductora. Esta permite transformar un pequeo motor rpido, pero

poco potente, en un motor mas lento pero con mejor torque. Estas cajas reductoras se

pueden extraer de juguetes pequeos disponibles en el mercado.

Para impulsar el robot se pueden utilizar motores DC que posean la caracterstica de girar

a igual velocidad en los dos sentidos. Se recomienda utilizar motores de unidades de CDo de secador.

La percepcin de este robot es de tipo visual, aunque no debemos pensar que el robot va

a ver.

Su captacin visual consiste en diferenciar entre dos colores. Para este caso, la lnea de

color negro sobre una superficie blanca.

Aprovechando la propiedad fsica de la reflexin, el diodo emite una luz infrarroja dirigida

hacia el suelo, y el fototransistor recibe los fotones generados por la reflexin que se

produce sobre el suelo. Figura 4.

Figura 4 Sensor Infrarrojo

Para nuestro caso, se debe disponer dos sensores ubicados en los bordes de la lnea

negra.


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Los sensores adecuados para este tipo de aplicaciones son CNY70, pero debido a que

estos no se encuentran en el mercado regional, se recomienda construir con un fotodiodo

y un transistor (2N3904) como muestra la figura 5.

Restando solamente el diodo emisor.

Figura 5 Fototransistor a partir de un fotodiodo y un transistor.

Cuando el diodo LED infrarrojo emite un haz de luz, en el punto a. se obtiene una seal

de nivel alto o bajo dependiente de la superficie en la que refleje, si el sensor se

encuentra en la lnea negra el voltaje sube, cuando esta sobre la superficie blanca elvoltaje baja.

Se deben realizar pruebas sobre la ubicacin de los sensores para que el mvil se

desplace adecuadamente, porque puede suceder que aun cuando los sensores

reconozcan la lnea negra y el circuito de control realice la correccin de trayectoria, el

mvil se salga de curso por la velocidad y masa del mismo (cantidad de movimiento). De

esta forma los casos a tener en cuenta es: distancia entre el eje de las llantas y los

sensores, distancia entre los mismos sensores con respecto al ancho de la lnea negra su

alineacin.

3.3 Nivel de control

El circuito de control es el que proporciona las seales hacia los actuadotes dependiendo

de las seales obtenidas en los sensores.

Esta conformado bsicamente por las etapas visualizadas en la figura a continuacin.


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Figura 6 Etapas del circuito de control.

Circuito sensor (Sd, Si)

Figura 7 Circuito sensor, conformado por el circuito emisor (R1, D1), y por el circuito

receptor (Q1, R2, D2).

El emisor del circuito sensor esta compuesto por n diodo emisor infrarrojo (D1), y una

esistencia R1.

El receptor del circuito sensor esta compuesto por el Fotodiodo receptor de infrarrojos

(D2), el ransistor Q1, y la resistencia R2. Para R2 se recomienda valores de resistencia

superiores a

100K_. En el punto a se obtienen dos valores de voltaje, dependiendo de la reflexin.

Estos dos valores ser cambiados por 0v y 5v a travs del circuito comparador.

3.4 Circuito comparador y etapa de potencia

Este circuito se encarga de normalizar los niveles entregados por el circuito sensor. La

etapa de potencia (M1, Q1) se encarga de proporcionar la corriente necesaria al motor. La


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etapa de potencia propuesta, es una sencilla forma de activar un motor, pero se podra

cambiar por; un puente H, que permite el cambio de direccin del motor; Rels, los cuales

manejan mayores corrientes; Drivers para motores (L293, L298) que permiten cambio de

direccin, frenado y manejo de mayores corrientes.

Figura 8 Circuito comparador y etapa de potencia.

El circuito comparador (R3, IC1) entrega 0V o

5V a la base de 5 voltios dependiendo de si el valor de voltaje en el punto a es menor o

mayor al valor de voltaje en el punto b, respectivamente. Para este caso el valor de el

punto b se debe ajustar en un punto intermedio entre los dos valores entregados por el

circuito sensor (punto a).

3.5 Algoritmo de seguimiento

Aqu se relacionan las seales de los sensores con las seales de control sobre los

motores.

Donde, Sx = 0, indica que el sensor no esta sobre la lnea. Y Sx=1, indica que el sensor

se encuentra sobre la lnea

Estado A: En este estado ambos sensores se encuentran fuera de la trayectoria. En este

caso ambos motores se detienen y el mvil debe ser colocado a su trayectoria de forma

manual.


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Debido a la sencillez de este control el mvil no es capaz de retomar la trayectoria. Pero

se puede implementar un algoritmo de correccin de trayectoria con una lgica

programable (microcontroladores).

Estado B: En este caso el mvil se ha desviado levemente hacia el lado izquierdo

respecto a la lnea, como tal, solamente el sensor derecho (Sd) se encuentra sobre lalnea de trayectoria. La accin correctiva es desenergizar el motor derecho para que el

motor izquierdo aun activo corrija la trayectoria.

Figura 9 Descripcin del estado B.

Estado C: En este caso el mvil se ha desviado levemente hacia el lado derecho

respecto a la lnea, como tal, solamente el sensor izquierdo

(Si) se encuentra sobre la lnea de trayectoria.

La accin correctiva es desenergizar el motor izquierdo para que el motor derecho aun

activo corrija la trayectoria.

Figura 10 Descripcin del estado C.


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Estado D: En este caso ambos sensores se encuentra sobre la lnea negra, por

consiguiente el mvil no debe hacer ninguna correccin de su direccin, o sea ambos

motores deben seguir activos, idealmente en una trayectoria recta y larga si el mvil esta

alineado y tiene igual velocidad en sus llantas este no debe hacer ninguna correccin

hasta que encuentre una curva.

Figura 11 Descripcin del estado D.

4.DISEOS PROPUESTOS

1. Primer planteamiento: En el esquema mostrado:


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se puede apreciar cmo funciona el circuito, el led emisor del sensor CNY70 se

alimenta a travs de una resistencia R1 de 680 , cuando una superficie

reflectante como el color blanco de la superficie por donde se mover el

rastreador, refleja la luz del led emisor, el fototransistor contenido en el sensor

CNY70 baja su resistencia interna entre Colector y Emisor con lo cual conduce la

corriente que hace que tambin entre en conduccin el transistor Q1 que estaba

polarizado a masa por medio de la resistencia R2 de 10 K. Q2 sirve para invertir

la seal para que de este modo se desactive el motor cuando ve blanco y se

ponga en marcha cuando ve negro el sensor, con lo que al activarse Q1 hace que

se active Q2 cortando a Q3 con el, ya que este ultimo estaba activo porque esta

polarizado por R3, con lo cual lo que a pasado es que la salida del motor se a

desactivado cuando el sensor a detectado una superficie reflectante, en estado de

reposo la salida estar siempre activa y Q3 conduciendo. Los 2 circuitos se

pueden alimentar con 4 pilas normales de 1,5V puestas en serie con lo que se

obtienen 6V, depender del consumo de los motores elegir pilas o bateras ms

potentes.

Montaje: El robot se compondr de un circuito que podremos hacer fcilmente con

una placa de topos o de prototipos o usando los fotolitos expuestos y este tendr

dos circuitos exactamente iguales uno para cada sensor-motor e irn cruzados con

lo que el sensor izquierdo actuara sobre el motor derecho y el sensor derecho

sobre el motor izquierdo tal como se muestra en la ilustracin.
http://personal.telefonica.terra.es/web/x-robotics/downloads/datasheets/cny70.pdfhttp://personal.telefonica.terra.es/web/x-robotics/downloads/datasheets/cny70.pdfhttp://personal.telefonica.terra.es/web/x-robotics/downloads/datasheets/cny70.pdfhttp://personal.telefonica.terra.es/web/x-robotics/downloads/datasheets/cny70.pdf


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Los motores tienen que ser de corriente continua y habr que fabricarles una

reductora si no disponen de ella para mover las ruedas, contra mas grandes sean

las ruedas, mas velocidad alcanzara el robot, aunque no hay que pasarse con el

dimetro de estas porque si no en las curvas se saldr de trayectoria, unos 6 cm.

es lo ideal.

Los sensores irn dispuestos mirando al suelo y a unos 2 o 3 mm de separacin

desde el suelo a la superficie del sensor y la separacin entre ambos sensores

ser para que quede dentro de la lnea negra que vayamos a usar como

trayectoria. En mi montaje he utilizado dos servos trucados de manera que queden

solo los motores CC con la reductora osea sin circuito de control pero se puede

usar cualquier motor de CC de unos 5 o 6 voltios y que no consuma demasiado

para no agotar las pilas o bateras demasiado deprisa. El trazado lo podremos

hacer sobre una cartulina blanca y para trazar las lneas usar cinta aislante negra,

tener cuidado en no hacer curvas demasiado cerradas ya que si el robot es muy

veloz (ruedas grandes) se saldr de la trayectoria por inercia y al sacar los 2

sensores fuera de la lnea no volver a entrar (recordemos que este sistema no es

microcontrolado) por lo que haremos algunas pruebas antes de trazar el camino

final.

2. Segundo planteamiento

Paso 1(herramientas)

Taladrador.

Sierra de Calar.

Cutter.

Pistola de pegamento trmico.

Brocas n6 y n3

Paso 1 (El Chasis):

Empezaremos por la estructura, yo he utilizado aluminio, pero si queris, tambin

podis utilizar madera, he realizado una plantilla con el diseo que yo he usado,


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podis crear el vuestro o usar este.

Vista de la estructura, ya cortada y con los agujeros realizados:

Para cortar el aluminio yo utilizo una sierra de calar con una hoja para cortar

Hierro.

Paso 2 (La Electrnica):

Bueno, una vez tenemos la estructura hecha, el siguiente paso ser cortar la

protoboard con las siguientes medidas 6,5 cm ancho por 4,5 cm para ello

podemos usar un cutter

Para hacer los agujeros en la placa de topos, que nos servirn para sujetar la

placa en la estructura, utilizaremos el taladro con una broca del n3, una vez

tenemos los agujeros hechos en la placa, tenemos que hacer otros en la

estructura que coincidan con los de la placa.

A continuacin, procederemos a insertar los componentes, fijaros bien en el

siguiente esquema, ayuda mucho:


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Hay que hacer dos circuitos iguales, montados en la placa de topos, cada uno

acta en un motor, cuidado con la polarizacin de los transistores, las resistencias

no necesitan polarizacin, soldad las regletas, para soldar los componentes,

podis utilizar trocitos de cable o estao, ojo, con mucha paciencia para no cruzar

ninguna pista.

El CNY70 tiene cuatro pines de conexin. Dos de ellos se corresponden con el

nado y ctodo del emisor, y las otras dos se corresponde con el colector y el

emisor del receptor. Es importante fijarse bien en el lateral donde aparece el

nombre del sensor, para identificar correctamente cada uno de los pines, a

continuacin podis ver un pequeo esquema:


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Conectamos los CNY70 en la placa de topos, todo tiene que quedar como se ve

en las siguientes imgenes:

Parte inferior: Parte superior:

Montaje:

Ahora sujetaremos la placa sobre la estructura, para separar la placa de la

estructura, fabricaremos unos separadores con los tacos del n6, tenemos que

hacer cuatro de una longitud de 2 cm, y 4 tornillos de 3x30mm con sus arandelas ytuercas, para sujetarlo todo, ver fotos a continuacin:


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Bueno, llegado a este punto, procederemos a montar los servos y la rueda loca, lo

primero que tenemos que hacer es trucar los servos, dentro del servo hay un

motor de DC, la caja reductora y la electrnica de control, solo tenemos que

eliminar la electrnica de control y dejar el motor y la reductora, en este tutorial no

voy a explicar cmo hacerlo, para no complicar el tema, en internet existen sitios

donde explican cmo hacerlo. Una vez tengamos los servos trucados,

procederemos amontar las ruedas en los ejes del los servos y poner las

escuadras.

Para hacer las escuadras, necesitamos cuatro vigas de hierro de cinco agujeros,

son piezas que se pueden encontrar en kits de meccano, para hacer el ngulo,

nos ayudamos con unos alicates, ver fotos:


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Hay que hacer cuatro iguales.

Para montar las ruedas, utilizaremos cuatro tornillo de 330 mm con sus tuercas, y

los discos de plstico que van con los servos, ver fotos.En las fotos se puede apreciar como he montado la rueda en el eje del motor.

En esta foto se puede apreciar los dos motores con las escuadras y las ruedas

montadas.


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En la siguiente foto los motores ya estn sujetos a la estructura:

Para hacer los agujeros hay que utilizar una broca del n6, y para sujetarlo todo

con tornillos de 4x5mm.

Para el montaje de la rueda loca necesitamos cuatros tornillos 4x15mm con sus

hembras, la rueda loca y cuatro separadores, en la foto de abajo, se puede

apreciar la rueda montada en la estructura, la longitud de los separadores es de

ms o menos 1 cm, para hacer los agujeros utilizaremos una broca de n6.

Bueno, ahora nos faltar fijar los sensores CNY70 en el frontal del robot, los

sensores tiene que estar a pocos milmetros del suelo, yo he utilizado dos vigas de

hierro juntas, ver foto, todo lo he pegado con silicona, pero cada uno puede

hacerlo a su manera.


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Ahora nos falta pegar el portapilas en la estructura, nos ayudaremos con tiras de

belcro, ver foto.

Ya solo nos falta hacer la conexin de alimentacin, y conectar los motores en el

circuito, fijaros bien en la foto, la regleta del medio es la alimentacin, ojo con la

polaridad, los motores hay que cruzarlos, en la regleta izquierda hay que conectar

el motor derecho y viceversa, fijaros en la polarizacin de los motores.

Bueno, si habis seguido todos los pasos, el aspecto final del robot es el que se ve

en la foto de abajo, los ojos son opcionales.


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4. PROGRAMA PARA EL FUNCIONAMIENTO DEL ROBOT

Para emitirle la informacin al pic se utilizo un programa llamado MPLAB IDE v7.61que

nos configura por medio de un motor de cruce el circuito realalt donde nos da la opcin de

que es trasferible.

El programa es:

MPLAB IDE V7.61

#INCLUDE p16f84a.inc


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#INCLUDE bancos.inc

;----------------------------------------------------------------------------------------

;EL SENSOR CNY_70 ENTREGA UN UNO 1 CUANDO SENSA LA LINEA NEGRA Y

CERO 0

;CUANDO SENSA LA SUPERFICIE BLANCA;SENSOR 3 ENTREGA 5V (1) CUANDO DETECTAA UN OBJETO CON SUPERFICIE

NEGRA Y CERO (0) CUANDO

;CAMINO ESTA LIBRE.

;S1 SENSOR PARA DETECCION DE OBSTACULOS CONECTADO A LA ENTRADA

RB0

;S2 SENSOR IZQUIERDA CONECTADO A LA ENTRADA RB1

;S3 SENSOR DERECHA CONECTADO A LA ENTRADA RB2

;COMBINACIONES COMBINACIONES; DE ENTRADA DE SALIDA

; S1 S2 S3

; RB2 RB1 RB0 (PUERTOS) RA2 RA1 RA0

; 0 0 0 EL ROBOT ESTA FUERA DE LINEA ----------------- 0 0 0 NO SE ACTIVA NINGUN

MOTOR

; 0 0 1 EL ROBOT HAY OBSTACULO PER NO ESTA SOBRE LA LI. 0 0 0 SE ACTIVA EL

MOTOR DE

; 0 1 0 EL ROBOT SE DESVIO HACIA LA DERECHA---------- 1 0 0; 0 1 1 EL ROBOT ESTA SOBRE LA LINEA NEGRA----------- 1 1 0

; 1 0 0 SE DETECTA OBSTACULO SIN LINEA NEGRA------- 0 0 0

; 1 0 1 SE DETECTA OBSTACULO CON DESVIO A LA DER--- 0 0 PULSOS

; 1 1 0 SE DETECTA OBSTACULO CON DESVIO A LA IZQ --- 0 0 PULSOS

; 1 1 1 SE DETECTA OBSTACULO SIN DESVIO --- 0 0 PULSOS

;LAS PRIMERAS 4 COMBINACIONES

; HACEN QUE EL ROBOT FUNCIONE SI OBSTACULOS

;LA SALIDA RA0 CONTROLA EL MOTOR DEDERECHA;LA SALIDA RA1 CONTROLA EL MOTOR IZAQUIERDA

; LOS MOTORES SE ACTIVAN CON 1 Y SE DESACTIVAN CON 0

;----------------------------------------------------------------------------------------

CBLOCK 0X20

DATO, VAR1


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ENDC

;----------------------------------------------------------------------------

org 00

goto inicio

org 05goto inicio

;-----------------------------------------------------------------------------

inicio

banco1

CLRF TRISA;LIMPIA EL CONTENIDO DEL REGISTRO TRISA PARA CONFIGURAR

RA0,RA,1,RA2, COMO DE SALIDA

MOVLW B'00000111' ;

MOVWF TRISB ; CONFIGURA RB0,RB1,RB2 COMO PINES DE SALIDAbanco0 ;REGRESO AL BANCO 0 PARA PODER MENEJAR LOS PUERTOS

CLRF PORTA;BORRA PUERTO A Y PUERTO B

CLRF PORTB

LEE MOVFW PORTB; LEE EL PUERTO B PARA LA SEAL DE LOS SENSORES

ANDLW 0X07 ;

MOVWF DATO; 00000XXX INFORMACION DE LOS SENSORES

;------------------------LECTURA E INTERPRETACION DE SENSORES=-------------;------------------------------------------------------------------------------------------------

MOVLW .0

SUBWF DATO,W ;RESTA PARA COMPARAR

BTFSC STATUS,Z;PREGUNTA SI EL RESULTADO ES CERO

GOTO OFF

;------------------------------------------------------------------------------------------------

MOVLW .1

SUBWF DATO,WBTFSC STATUS,Z

GOTO OFF

;------------------------------------------------------------------------------------------------

MOVLW .2

SUBWF DATO,W


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BTFSC STATUS,Z

GOTO OBJET

;------------------------------------------------------------------------------------------------

MOVLW .3

SUBWF DATO,WBTFSC STATUS,Z

GOTO CR_IZ

;------------------------------------------------------------------------------------------------

MOVLW .4

SUBWF DATO,W

BTFSC STATUS,Z

GOTO OBJET

;------------------------------------------------------------------------------------------------MOVLW .5

SUBWF DATO,W

BTFSC STATUS,Z

GOTO CR_DR

;------------------------------------------------------------------------------------------------

MOVLW .6

SUBWF DATO,W

BTFSC STATUS,ZGOTO OBJET

;------------------------------------------------------------------------------------------------

MOVLW .7

SUBWF DATO,W

BTFSC STATUS,Z

GOTO AVAN

GOTO LEE

;------------------------------------------------------------------------------------------------;------------------------RUTINAS DE CONTROL---------------------------------------------

;----------------------APAGADO DE MORORES NO ACCION ---------------------------

OFF MOVLW .0

MOVWF PORTA

BSF PORTB,7


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GOTO LEE

;----------------------CORRECCION CUANDO DESVIO A LA IZQUIERDA -----------

CR_IZ MOVLW .2

MOVWF PORTA

BCF PORTB,7GOTO LEE

;----------------------CORRECCION CUANDO DESVIO A LA DERECHA--------------

CR_DR MOVLW .1

MOVWF PORTA

BCF PORTB,7

GOTO LEE

;----------------------AVANCE EN CONDICIONES NORMALES--------------------------

AVAN MOVLW .3MOVWF PORTA

BCF PORTB,7

GOTO LEE

;---------------------CUANDO SE DETECTA UN OBJETO---------------------------------

OBJET MOVLW .4

MOVWF PORTA

BCF PORTB,7

GOTO LEE

end


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