Transcript Robot Seguidor de Lineas Un carro seguidor de línea lo podríamos definir como la unión de varias tecnologías como lo son mecánica, sensores.

Robot Seguidor de
Lineas
Un carro seguidor de línea lo podríamos definir como la unión de
varias tecnologías como lo son mecánica, sensores y electrónica,
con la correcta implementación de cada una podemos obtener
resultados sorprendentes...
Mecanica
Seguidores de Líneas
Chasis
El chasis del carro seguidor de línea es la estructura
destinada a brindarnos la movilidad, para su
construcción se debe elegir un material resistente
(acrílico, madera, lámina metálica, etc.) que soporte
el peso de la batería, el sistema de control, los
motores y los sensores. El diseño del chasis
determina el ancho, largo y alto del carro.
Motores
Los motores muestran la potencia y la velocidad con que
se va a mover el carro, se suele utilizar motores con
caja reductora que nos garanticen un buen torque,
para el carro se necesitan dos motorreductores.
Rueda Loca
La dirección del carro en la curvas y en las rectas se
encuentra guiada por una rueda loca se coloca en la
parte trasera del chasis.
Llantas
Las llantas deben ser preferiblemente de caucho,
garantizando buena adherencia a la pista.
Bateria
Al momento de escoger la batería es necesario saber a
que voltaje y a que amperaje se va a trabajar, los
elementos que consumen mayor amperaje en el
carro son los sensores y los motores; con a mayor
voltaje obtenemos mayor velocidad para los motores.
Teniendo estos componentes ahora
hay que dar rienda suelta a la
imaginación
para
diseñar
una
estructura resistente, llamativa y
liviana con las cargas bien distribuidas.
Sensores
Seguidores de líneas
Sensor Infrarrojo
El sensor con detector de tonos se construirá de forma auto réflex, no quiere
decir que no funcione en barrera y réflex, para más detalle de las
diferencias formas de censado ver sensor infrarrojo
El corazón de nuestro circuito será el LM567 veamos las cuatro etapas que
hacen al sensor inmune a interferencias:
Circuito LM567
El circuito integrado LM567 es conocido como un detector de
tonos, la forma más sencilla de de entenderlo es generar una
frecuencia central, mediante un condensador se ajusta el ancho
de banda, luego se compara la frecuencia central con el rango del
ancho de banda recibido y así se genera una señal de salida 1 ó 0.
Por ejemplo (para entender un poco mejor el ancho de banda):
Frecuencia Central: 100Hz
Ancho de banda: 96Hz a 104Hz
Transistor 2N3904
Base: Se encuentra precedida por una resistencia de 1KΩ a 1/2W
recomendada por el fabricante para que llegue la corriente
adecuada a la base y esta pueda ser excitada.
Emisor: Se conecta a 0V
Colector: Se encuentra precedido por un LED INDICADOR con su
respectiva resistencia y está conectada a 5V.
En el momento que a la base llega corriente esta conmuta y
hace unión entre el colector y la base haciendo que el LED
INDICADOR encienda y se obtenga un voltaje en la señal de salida
(3,8V).
Modulacion
Mediante los pines 5 y 6 del circuito LM567 se puede
establecer la frecuencia central a generar, con la
resistencia (R1) y el condensador (C1) y aplicando la
siguiente formula se obtiene:
El LM567 trabaja con VCO (oscilador controlado
por voltaje), así que con diversidad de R1 y C1 se
puede obtener gran variedad de frecuencias.
Forma adecuada de conectar tanto R1 como C1:
Emision
Junto con la R1 y el C1 se obtiene una determinada
frecuencia que se aplica a la R2 utilizada por
recomendación del fabricante para la base de
transistor, una R3 limita la corriente de entrada al D1
IR (infrarrojo) y esté conectado al colector listo para
trabajar al ser saturado según la frecuencia central
establecida
Es importante recordar que
entre menor sea la R3 mayor
corriente recibirá el D1 IR
logrando una mayor distancia;
a altas frecuencias puede ser
que este tipo de transistor no
funcione adecuadamente
debido a la frecuencia de
saturación.
Recepcion
La R4 se coloca para limitar la corriente de entrada, el D2 que es el receptor
de la señal infrarroja se coloca inverso, la R5 se coloca a la base del Q1,
donde se recibe la frecuencia emitida, la etapa compuesta por la R6 y Q2
sirve como inversor, la señal del colector va al C2 y luego al pin3 donde se
recibe la señal.
Acondicionamiento de Señal
Para la realización del carro seguidor de línea
necesitamos de cuatro sensores:
- 2 sensores, fieles a la línea negra
- 2 sensores, el carro se detiene en el cuadro blanco
La apariencia del diseño del circuito
impreso
Tamaño en la apariencia 3D, 3cm x
3cm
Electronica
Seguidores de lineas
Control de Voltaje
Si se trabaja con una batería de 12V ó superior a 5V es necesario
utilizar reguladores de voltaje. Los sensores y circuitos
integrados que controlan el carro consumen 5V y como se tiene
una batería superior a 5V se utiliza un regulador de voltaje
puede ser un 7805 con su respectivo disipador.
Por el pin 1 entra el voltaje de la batería, el pin 2 va a 0V de la
batería y por le pin3 obtenemos 5V.
Reversion de Señal
La finalidad de este proyecto es la de un carro seguidor de línea negra en
fondo blanco si evaluamos la tabla que nos entrega los sensores, estos
censan cuando están en color blanco, la mayoría de la pista es de color
blanco, sería mejor acondicionar la señal para que los sensores censen
en color negro para esto debemos invertir la señal de los sensores con
una compuerta veamos:
Utilizamos el integrado 40106 que además de ser inversora es un
disparador Smith Trigger que mediante la entrada de un voltaje entre el
rango de 0V a 5V este nos convierte esta señal en una señal digital
pura.
PARAR EN CUADRO NEGRO DE 120mm x
120mm
Para esto necesitamos la señal de salida de los cuatro
sensores sin invertir sus salidas de señal, vamos a
utilizar una tabla de verdad y mapas de karnaugh
para hallar el circuito lógico:
El carro debe parar en el cuadro negro cuando los
cuatro sensores estén en estado No censa (0 lógico)
y con esto los motores deben estar con 0V
MI =ID + II + CI + CD
Nota: La ecuación que se utiliza para el motor
izquierdo (MI) es la misma que se utiliza para
el motor derecho (MD
Control de Motores
Veamos lo siguiente teniendo en cuenta:
- 0 No censa línea negra
- 1 Censa línea negra
- SR Sentido manecillas del reloj
- IR Inverso sentido manecillas del reloj
Sensor de línea negra
Motor
Dirección
Carro
Centro
Izquierda
CI
Centro
Derecha
CD
Izquierdo
Derecho
MI
MD
0
0
IR
IR
0
1
SR
IR
Curva
derecha
1
0
IR
SR
Curva
izquierda
1
1
SR
SR
Adelante
Reversa
Para esto vamos a utilizar el driver para motores
L293B que maneja señales de control para nuestro
caso son los sensores y a partir de esta se puede
controlar hasta 2 motores y su sentido de giro a través
de un puente H.
Este integrado en su pin1 y pin9 maneja el Enable
(habilitador), si es un 1 lógico habilita el canal para
que el motor gire pero si es un 0 lógico inhabilita el
canal evitando que el motor gire.
Robots Sumo
• El robot puede medir hasta 20cm x 20 cm sin restricciones de
altura.
•El peso del robot no debe exceder los 3 kg. En el caso que el
robot sea controlado remotamente, la
unidad de control remoto no se toma en cuenta dentro del peso.
•El robot puede ser autónomo o controlado remotamente por
una computadora.
•El robot no debe tener partes que puedan dañar al Dohyo o al
otro robot. El robot no debe emitir
líquidos, polvos o gases.
• Tampoco debe poder arrojar proyectiles ni contener partes
que lo fijen al
suelo del Dohyo.
Sensores
En el mercado están disponibles sensores como
los usados en el sonar o para detectar objetos,
los
siguientes son algunos de estos.
Sensor de distancia tipo Sonar
Produce una salida analógica discreta dependiendo del
tiempo en que se demora el pulso de sonido en regresar
al sensor, el cual puede ser utilizado para calcular la
distancia aproximada
Sensor de distancia tipo
Infrarrojo
es un sensor medidor de distancias por infrarrojos que indica mediante una
salida analógica la distancia medida. La tensión de salida varia de forma
no lineal cuando se detecta un objeto en una distancia entre 10 y 80 cm.
La salida esta disponible de forma continua y su valor es actualizado cada
32 ms. Normalmente se conecta esta salida a la entrada de un convertidor
analógico digital el cual convierte la distancia en un numero que puede
ser usado por el microprocesador. La salida también puede ser usada
directamente en un circuito analógico. Hay que tener en cuenta que la
salida no es lineal. El sensor utiliza solo una línea de salida para
comunicarse con el procesador principal.
Mecanica
Robots Sumo
Motores
Nuestro Sumo puede contar con 2, 4 o
hasta 8 motores, en esta ocasión
ocuparemos 2 motorreductores para una
tracción 2x2 con oruga.
Electronica y Software
Robots Sumo
Puente H L298.
La tabla 1 muestra los
valores correspondientes para el correcto funcionamiento del integrado. El
modo usado fue cuando
Ven = H para las simulaciones. Pero el verdadero valor de Ven estará
oscilando según la salida del
PWM, ya que para Ven = L, se detiene el motor.
MD22
Este driver controla 2 motores y permite 5 amperios por
canal. Necesita +5v y Gnd, así como 2 salidas , una para
controlar cada motor. Este driver lo que hace es que
cuando le mandas una orden la repite constantemente
hasta que le mandes otra. En los motores, entre el polo
positivo y el negativo puse un supresor de ruido que
sirve para eliminar interferencias entre los motores y el
driver.
COMPUERTA NOT (74LS04)
Esta compuerta lógica viene con seis entradas NOT como se observa en la
figura 7. El voltaje de
alimentación típico para este integrado es de 5V. El voltaje de entrada para
que se considere en alto
debe ser mayor o igual a 2V y menor o igual al voltaje de alimentación, con
esta consideración la
compuerta entregara a la salida un valor de 0V. En cambio, si el voltaje de
entrada es menor a 2V
entonces la compuerta tomara el voltaje de entrada como en bajo y su salida
entregara 5V.
REGULADOR DE VOLTAJE 7805
Entrega un voltaje de salida (Vout) de 5V. El voltaje de
entrada (Vin) puede ser de hasta 12 volts.
Este circuito fue usado para alimentar básicamente a
todos los otros circuitos integrados. La figura 8
muestra la configuración para la aplicación del circuito
estándar.
Propuesta del diagrama No. 1
Los voltajes entregados por los sensores deben ser acondicionados para que el
ATMEGA8 pueda
procesarlos, estos valores son: para la región negra los sensores entregan un
voltaje de salida arriba
de 4V aproximadamente, para la región blanca los sensores dan 1.3V
aproximadamente. Para este
acondicionamiento se usa un comparador de voltaje (figura 10) que reciba los
voltajes de cada uno
de los sensores IR. Así, a la salida del comparador tenemos 0V para 1.3V y 5V
para 4V.
La compuerta NOT es usada para que al ATMEGA8 trabaje correctamente, ya
que este solo acepta niveles de voltaje de 0V o 5V (Off/On respectivamente).
Esta compuerta entrega a su salida 0V cuando en su entrada hay un voltaje
menor o igual a 1.5V, en otro caso entrega 5V.
El principal problema con este tipo de comparador es que solo se puede
detectar un solo rango de luminosidad, es decir que si la intensidad de luz
aumenta, los límites del voltaje inferior 1.3V
(salida de los sensores) suben hasta 2 V, en caso contrario si la luminosidad
disminuye el límite inferior se mueve hasta 1V aproximadamente o menos, y con
esto hay que modificar los valores del potenciómetro o resistencia que se esté
usando en el circuito comparador de voltaje. Esto hace tedioso el trabajar con
ese circuito y lo deja propenso a errores, ya que podría haber mucha luz y el
sensor siempre estaría arrojando un valor de voltaje sobre la línea blanca de
aproximadamente 3 V (tabla 4) así la compuerta NOT siempre estaría entregando
5V a la salida. Por lo tanto no se podría detectar el cambio de negro a blanco (y
viceversa).
Propuesta No. 2
Para esta segunda versión del robot, fue necesario llevar a cabo los siguientes
objetivos:
• Caracterización de los sensores IR.
• Generación de los rangos de operación para abarcar los diferentes grados de
intensidad luminosa.
• Implementación del código para el uso de los ADC´s.
La idea de usar los canales ADC’s del ATMEGA8 es tener una exactitud mayor en
la medición sobre en qué región están los sensores (blanco o negro) . Para esto se
considero que el ADC a usar del ATMEGA8 es de 8 bits con lo que la resolución del
micro seria de 5V/256 (5V es el voltaje de alimentación de los sensores IR), esto
nos da 256 niveles para representar las intensidades de luz que reciben los
sensores IR. Con esto el límite superior para indicar la región negra es: 5V
equivale
a 255, la relación para representar cualquier nivel de voltaje en el rango de 0V a
5V queda de la siguiente forma: X = (Vmedido*255)/5. Donde X es el valor que
representa un nivel de voltaje
Robot Cuadrupedo
Diseño mecanico
Cada pata esta conformada por cuatro eslabones, tres de los cuales se
encuentran unidos através de articulaciones rotacionales operadas por el
movimiento del eje de un motor,dando un total de 12 grados de libertad a
todo els istema. El último eslabón está unido asu predecesor por medio
de una articulación universal no actuada que proporciona dos grados
delibertad más al extremo final de la pata.
Una plataforma cuadrada permite la instalación delas cuatro patas y de los
dispositivos electrónicosrequeridos para el control, constituyéndose en la
baseestructural del cuerpo del robot. Las patas estándispuestas en el
cuerpo de forma simétrica en cada esquina de manera que el centro de
gravedad seencuentre en el eje central del cuerpo y que los esfuerzos
realizados por cada pata se distribuyan uniformemente. Se ha diseñado el
sistema para optimizar elconsumo energético, mediante el uso de motores
conmecanismos autobloqueantes, lo que permite que noexista consumo de
energía cuando el robot seencuentra detenido.
Actuadores
Debido a los altos torques generados en las articulaciones, se buscó la
implementación de actuadores que cumplan con las
especificaciones de fuerza determinados en el análisis dinámico y
que posean un sistema de autobloqueo, desviando el esfuerzo
necesario para mantener la estabilidad estática sobre el sistema
mecánico y no sobre el actuador eléctrico. Estas condiciones se
han encontrado en los motores marca Valeo, modelo DC 404 747
Activacion en serie
En la activación en serie, cada servomotor
recibe la señal PWM en cascada, y por lo tanto
requiere que termine de ejecutarse la secuencia del
servomotor 1 para que inicie la del 2, hasta la de n
servomotores.
La programación en serie de la secuencia de
movimiento es programada con la ayuda de un timer en el
caso de un microcontrolador
Robot Cuadricoptero
Un cuadricoptero es un vehículo volador de
Cuatro hélices no tripulado.
Motores
Dos de los motores (opuestos 2 a 2: motores 1-3 (frontaltrasero) y 2-4 (derecha-izquierda) giran en sentido anti
horario (1-3), mientras que los dos restantes(2-4) lo
harán en sentido horario.
De esta manera el momento de inercia producidos por
efectos giroscópicos y aerodinámicos resultante en el
centro de la estructura se anulará mutuamente y la
aeronave no se movera (No guiñará, he aquí la razón
por la que un rotor antipar o fenestrón, típico de una
aeronave de alas rotatorias, no es necesario)