ÍNDICE · 2014-03-21 · MARCO TEÓRICO ... aparato de control remoto del mundo utilizando ondas...
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1 ÍNDICE RESUMEN……………………………………………………………………………..…02 INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………...…03 MARCO TEÓRICO………………………………………………………………03 OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN………….............................................10 PROBLEMÁTICA…………….…………………………………………………..10 DESARROLLO. ………………………………………………………………………….12 COMPARACIÓN Y EXPERIENCIAS CON ROBOTS ANTERIORMENTE CONSTRUIDOS…………………………………………………….……………11 PROPUESTAS DEL PROTOTIPO DEL ROBOT A CONSTRUIR PARA R ESOLVER PROBLEMAS…………………………………………………….....11 MATERIALES PARA L DISEÑO DEL EQUIPO………………………………12 PROCESO DE CONSTRUCCIÓN……………………………………………..16 RESULTADOS ………………………………………………………………………….23 ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS ………………………………24 CONCLUSIONES………………………………………………………………….…….24 FUENTES DE INFORMACIÓN………………………………………………………...25
Transcript of ÍNDICE · 2014-03-21 · MARCO TEÓRICO ... aparato de control remoto del mundo utilizando ondas...
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ÍNDICE
RESUMEN……………………………………………………………………………..…02
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………...…03
MARCO TEÓRICO………………………………………………………………03
OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN………….............................................10
PROBLEMÁTICA…………….…………………………………………………..10
DESARROLLO. ………………………………………………………………………….12
COMPARACIÓN Y EXPERIENCIAS CON ROBOTS ANTERIORMENTE
CONSTRUIDOS…………………………………………………….……………11
PROPUESTAS DEL PROTOTIPO DEL ROBOT A CONSTRUIR PARA R
ESOLVER PROBLEMAS…………………………………………………….....11
MATERIALES PARA L DISEÑO DEL EQUIPO………………………………12
PROCESO DE CONSTRUCCIÓN……………………………………………..16
RESULTADOS ………………………………………………………………………….23
ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS ………………………………24
CONCLUSIONES………………………………………………………………….…….24
FUENTES DE INFORMACIÓN………………………………………………………...25
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RESUMEN
El desarrollo de la electrónica y de la informática ha generado la construcción de
una gran cantidad de robots y máquinas automáticas, que realizan multitud de
tareas por nosotros, proporcionándonos una mayor calidad de vida. Estas
máquinas se encargan de realizar trabajos peligrosos, pesados o repetitivos
rápidamente y con mayor precisión de lo que podemos hacer nosotros. Mientras
que las máquinas automáticas solo realizan una función, los robots muestran
cierto grado de autonomía y adaptación a las condiciones del entorno en el que
actúan.
Nuestro proyecto consiste en la construcción de un robot capaz de seguir una
línea con ciclo cerrado (pista-circuito), en cualquier tipo de forma o trayectoria. Los
componentes electronicos empleados para la construcción de este prototipo son
sensores, sistemas de control, actuadores, herramientas y elementos que
suministran energía. Es importante aclarar que en cuanto a nuestro prototipo
(robot) se le dio más importancia la parte de la operatividad y funcionalidad, muy
por encima del diseño, carcasas y molde.
El primer paso fue conocer el funcionamiento de cada componente que constituye
al robot, así como crear el circuito eléctrico que rige la lógica del robot, con ayuda
de la investigación y documentación. Se creó el diseño del robot de acuerdo a las
características que requiere el circuito eléctrico. Es importante mencionar que el
robot utiliza el lenguaje de programación en C para Arduino, ya que es el
encargado de decidir que motor se activa o se apaga en base a la orden de los
sensores. El diseño de la pista fue lo más sencillo solo se busco un contraste entre
la línea que el robot seguirá y el fondo, se utilizo cinta de aislar negra y papel
cascaron.
Y para finalizar hacemos mención que los alumnos participantes en este proyecto
tienen conocimientos básicos de robótica y electrónica, la idea del proyecto surgió
con el propósito de adquirir mayores conocimientos en los ámbitos de robótica,
ciencia y tecnología además de es un encuentro con diversos aspectos de la
investigación, la lectura y la tecnología.
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INTRODUCCIÓN
El proyecto consiste en programar un robot móvil que siga un camino hecho en
cinta negra de una forma autónoma controlado y direccionada por una plataforma
de hardware libre (Arduino), basada en una placa con un micro controlador, en ese
momento enviará a el puerto serial de la PC los diferentes estados de los sensores
que este tiene ubicado en la parte de abajo (qrD1114), esperando recibir una
orden de la red para que el robot móvil siga la trayectoria que se le ordena.
MARCO TEÓRICO
MÁQUINAS AUTOMÁTICAS Y ROBOTS EN LA HISTORIA
En el siglo I, Herón de Alejandría inventó la primera máquina de vapor, llamada
aelopilo. Consistía en una esfera con dos tubos curvados que giraba cuando por
ellos salía el vapor producido dentro.
A partir de este artefacto, y con ayuda de otros elementos como cuerdas, poleas y
recipientes, Herón diseñó lo que se puede considerar como la primera máquina
automática de la que tenemos noticia: una puerta de acceso a un templo que se
abría y cerraba automáticamente.
La apertura de la puerta se producía cuando se encendía el fuego en el templo.
De esta manera, se aumenta la presión del vapor, trasvasándose así el agua del
recipiente esférico al recipiente colgado que haría palanca para abrir la puerta.
Cuando el fuego se extinguía, la puerta se cerraba.
Alrededor de 1845, Leonardo da Vinci diseñó el primer autómata con apariencia
humana. El mecanismo estaba cubierto con una armadura medieval, y, según los
dibujos originales, podía mover los brazos, girar la cabeza y sentarse.
Durante esta época, y gracias a los avances en relojería, se construyeron gran
cantidad de autómatas con la intención de reproducir los movimiento de los seres
vivos. Jacques de Vaucanson construyó varios autómatas. Uno de ellos fue un
pato formado por más de mil piezas, que se movía, gaznaba, comia, digeria y
defecaba.
En el siglo XIX, muchos de los autómatas que se diseñaron fueron con fines de
entretenimiento. El ingeniero e inventor español Leonardo Torres Quevedo (1852-
1936) publicó un ensayo sobre robots y su aplicación en la industria. También
construyó algunos autómatas, entre los que destaca su ajedrecista. Y el primer
aparato de control remoto del mundo utilizando ondas de radio, al que llamó
telekino. Es considerado uno de los precursores de la cibernética, del cálculo
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analógico y de la informática.
En 1963, la empresa estadounidense Unimation comercializó el primer robot
industrial, que consistía en una mano mecánica programable controlada por
ordenador. En la década de los setenta se generaliza el uso de robots en la
industria, sobre todo en Estados Unidos y Europa. La aparición de las maquinas
automáticas y los robots hizo temer a los operarios por la pérdida de puestos de
trabajo, pero, aunque las máquinas sustituyeron a los hombres en muchas tareas,
por otro lado se crearon nuevas ramas de industria, y la propia industria dedicada
a la fabricación de robots también creo nuevos puestos de trabajo.
¿QUÉ ES UN ROBOT?
Robot es una máquina controlada por un ordenador y programada para moverse, manipular objetos y realizar trabajos a la vez que interacciona con su entorno. Los robots son capaces de realizar tareas repetitivas de forma más rápida, barata y precisa que los seres humanos.
El término procede de la palabra checa robota, que significa “trabajo obligatorio”;
fue empleado por primera vez en la obra teatral de 1921 R.U.R. (Robots
Universales de Rossum) por el novelista y dramaturgo checo Karel Čapek. Desde
entonces se ha empleado la palabra robot para referirse a una máquina que
realiza trabajos para ayudar a las personas o efectúa tareas difíciles o
desagradables para los humanos.
CLASIFICACION DE ROBOTS
Existen diferentes tipos y clases de robots, entre ellos con forma humana, de
animales, de plantas o incluso de elementos arquitectónicos pero todos se
diferencian por sus capacidades y se clasifican en 4 formas:
Androides: robots con forma humana. Imitan el comportamiento de las personas,
su utilidad en la actualidad es de solo experimentación. La principal limitante de
este modelo es la implementación del equilibrio en el desplazamiento, pues es
bípedo.
Móviles: se desplazan mediante una plataforma rodante (ruedas); estos
robots aseguran el transporte de piezas de un punto a otro.
Zoomórficos: es un sistema de locomoción imitando a los animales. Aunque
la mayoría de ellos no tienen mucha utilidad práctica, sirven para
experimentar en la investigación y desarrollo de la robótica. Se clasifican en:
Robots con patas. Dependiendo del número de ellas, puedes ser
cuadrúpedos, hexápodos, etc.
Robots sin patas. Dentro de este grupo están los robots conocidos
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como robots gusano o robot serpiente, que imitan la forma de
desplazarse de estos animales, con movimientos de contracción,
expansión o haciendo eses, respectivamente.
Poli articulados: mueven sus extremidades con pocos grados de libertad. Su
principal utilidad es industrial, para desplazar elementos que requieren
cuidados. se puede clasificar según su morfología en: Robots angulares o
antropomórficos, robots cilíndricos, robots esféricos o polares, robots tipo
SCARA, robots paralelos, robots cartesianos, entre otros.
ESTRUCTURA BÁSICA DE UN ROBOT
La estructura de un robot es el conjunto de elementos mecánicos que le dan forma
y soportan los demás elementos que lo componen.
Los robots pueden mostrar muchos tipos estructuras dependiendo del fin para el
que estén diseñados: brazo robótico articulado, vehículo para desplazamiento de
cargas, paneles solares que siguen automáticamente al Sol, etc...
Pero todos ellos están formados fundamentalmente por los siguientes
componentes: sensores, sistemas de control, actuadores, herramientas y
elementos que suministran energía.
SENSORES
Los sensores son los encargados de recoger la información del entorno y enviarla
al sistema de control para su procesamiento. Los sensores se pueden clasificar en
dos tipos dependiendo de la función que realicen.
Sensores externos. Son los que sirven para tomar datos del entorno del
robot, como por ejemplo, detectar objetos (finales de carrera, sensores
infrarrojos y ultrasonidos), niveles de iluminación (LDR), temperatura (NTC
o PTC), etc.
Sensores internos. Sirven para controlar el propio funcionamiento del robot,
como velocidad de los motores, posición de elementos móviles, la fuerza
ejercida, etc.
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SISTEMAS DE CONTROL
Los sistemas de control son los encargados de analizar la información que les
mandan los sensores, tomar decisiones y dar órdenes para que las realicen los
actuadores. Estos sistemas de control pueden realizarse de dos formas:
Mediante un circuito electrónico que puede ser programable. Este sistema
de control permite construir pequeños robots móviles sin necesidad de
cables de conexión con un ordenador.
Mediante ordenador. Este es más utilizado en máquinas que no realizan
desplazamientos, ya que la conexión por cable con el ordenador dificultaría
su movilidad.
ACTUADORES
Son los elementos encargados de promocionar el movimiento a las articulaciones
del robot. Dependiendo de la forma en la que reciban la energía para realizar el
movimiento, se puede hacer la siguiente clasificación:
Actuadores eléctricos. Son los motores eléctricos que utilizan la energía eléctrica
para el que el robot ejecute sus movimientos. Se emplean para robots de tamaño
mediano, que no requieren de tanta velocidad ni potencia como los robots
diseñados para funcionar con impulsión hidráulica.
Los motores eléctricos de corriente continua se utilizan para proporcionar
movimientos giratorios en los que no se requiere mucha precisión.
Los motores paso a paso permiten controlar de forma precisa el ángulo de
giro del motor, haciendo que el motor se coloque en una posición
determinada. Para el control de estos motores se requiere un circuito
electrónico de control o un ordenador.
PINZAS Y HERRAMIENTAS
Los robots manipuladores suelen llevar algún dispositivo que se une a la muñeca
del robot para realizar una tarea determinada. Se pueden dividir en dos tipos: las
pinzas, diseñadas para la manipulación, transporte y unión de objetos, y las
herramientas, cada una de ellas diseñada para una función específica.
SUMINISTRO DE ENERGIA
Los robots son máquinas electromagnéticas; por lo tanto, todas ellas necesitan un
suministro de energía eléctrica, al menos, para el sistema de control. La energía
eléctrica también proporcionará alimentación para los motores eléctricos y
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electromagnéticos.
Si los robots constan de motores de explosión, será necesario disponer de un
suministro de gasolina o gasoil. Cuando el robot incluya actuadores hidráulicos o
neumáticos, será preciso disponer también de un suministro de aceite o de aire,
respectivamente.
ROBOTS MÓVILES
Un robot es un artificio mecánico capaz de actuar de forma autónoma a la hora de
resolver un problema. Existen multitud de robots diseñados para cumplir diferentes
objetivos: brazos robóticos para el montaje de piezas en una fábrica, vehículos,
aéreos no tripulados, etc.
Dentro de los robots móviles terrestres cabe mencionar los vehículos con ruedas,
ya que suponen la solución más inmediata debido a su eficiencia y simplicidad a la
hora de trabajar sobre terrenos duros y llanos. Existen multitud de posibilidades a
la hora de diseñar un sistema con ruedas. Entre las más famosas se encuentran:
CONFIGURACIÓN ACKERMAN
Es la configuración que estamos
habituados a ver en los vehículos
convencionales, y por lo tanto es una
configuración muy probada y estable. Se
basa en una estructura de cuatro ruedas
colocadas en dos ejes, donde sólo las dos
ruedas delanteras permiten un giro sobre el
eje.
CONFIGURACIÓN TRICICLO
Posee un gran parecido a la
configuración anterior pero aporta una
mayor simplicidad en la construcción,
ya que sólo son necesarias 3 ruedas.
No obstante, aporta una menor
estabilidad al sistema.
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PISTAS DE DESLIZAMIENTO
Esta configuración es la que estamos
habituados a ver en los tanques. Se les
conoce como vehículos tipo oruga y se basan
en el direccionamiento por diferencia de
velocidades. De esta forma, cuando queremos
realizar un giro aumentamos la velocidad de
una de las pistas para producir el giro en el
vehículo. Esta configuración está pensada
para trabajar en terrenos irregulares y
normalmente se suelen incluir ruedas
APLICACIONES DE LOS ROBOTS MÓVILES
Dependiendo de las distintas aplicaciones, los robots móviles se diseñan con
distintos sistemas de automoción y con formas muy variadas.
Robots para inspección de volcanes. Como estos robots tienen que moverse por
terrenos muy accidentados, disponen de patas, sistemas de visión, y pueden
recibir órdenes por control remoto. Su misión consiste en determinar la
composición de los gases que emanan directamente de las fumarolas del cráter.
Robots especiales. Los robots especiales con los que se dedican a la exploración
de otros cuerpos del sistema solar diferentes de la Tierra. Su función consiste en
recoger muestras y tomar imágenes para su análisis. Constan de cámaras, e
instrumentos de recogida, y como sistema de locomoción utilizan generalmente
ruedas. La gran ventaja de estos vehículos es que no necesitan comer ni beber, y
pueden trabajar en condiciones ambientales hostiles para el ser humano; además
una vez que termina la misión, no es necesario traerlos de vuelta a casa.
Aviones no tripulados. Se utilizan aviones no tripulados en misiones de
reconocimiento para la vigilancia e inspección de ciertas zonas. Constan de
cámaras y de sensores de infrarrojos. Tienen múltiples aplicaciones en el capo
militar y en el civil, y se utilizan en este último para labores de extinción de
incendios forestales.
Robots desactivadores de explosivos. Son vehículos operados por un control
remoto que se emplean en la desactivación de explosivos y en operaciones de alto
riesgo. Generalmente utilizan un sistema de tracción formado por orugas que les
permite moverse por terrenos accidentados. Constan de uno o varios brazos
manipuladores y cámaras de televisión incorporadas.
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¿POR QUÉ ARDUINO?
Hay muchos otros micro controladores y plataformas con micro controladores
disponibles para la computación física. Parallax Basic Stamp, BX-24 de Netmedia,
Phidgets, Handyboard del MIT, y muchos otros ofrecen funcionalidades similares.
Todas estas herramientas organizan el complicado trabajo de programar un micro
controlador en paquetes fáciles de usar. Arduino, además de simplificar el proceso
de trabajar con micro controladores, ofrece algunas ventajas respecto a otros
sistemas:
Asequible: Las placas Arduino son más asequibles comparadas con otras
plataformas de micro controladores. La versión más cara de un modulo de
Arduino puede ser montada a mano, e incluso ya montada cuesta bastante
menos.
Multi-Plataforma: El software de Arduino funciona en los sistemas
operativos Windows, Macintosh OSX y Linux. La mayoría de los entornos
para micro controladores están limitados a Windows.
Entorno de programación simple y directa: El entorno de programación de
Arduino es fácil de usar para principiantes y lo suficientemente flexible para
los usuarios avanzados. Arduino está basado en el entorno de
programación de Procesing con lo que el usuario que aprenda a programar
en este entorno se sentirá familiarizado con el entorno de desarrollo
Arduino.
Software ampliable y de código abierto: El software Arduino esta publicado
bajo una licencia libre y preparado para ser ampliado por programadores
experimentados. El lenguaje puede ampliarse a través de librerías de C, y si
se está interesado en profundizar en los detalles técnicos, se puede dar el
salto a la programación en el lenguaje AVR C en el que está basado.
Hardware ampliable y de Código abierto: Arduino está basado en los micro
controladores ATMEGA168, ATMEGA328 yATMEGA1280. Los planos de
los módulos están publicados bajo licencia Creative Commons, por lo que
diseñadores de circuitos con experiencia pueden hacer su propia versión
del módulo, ampliándolo u optimizándolo. Incluso usuarios relativamente
inexpertos pueden construir la versión para placa de desarrollo para
entender cómo funciona y ahorrar algo de dinero.
PERO, ¿QUÉ ES UN MICRO CONTROLADOR?
Un microprocesador no es un ordenador completo. No contiene grandes
cantidades de memoria ni es capaz de comunicarse con dispositivos de entrada —
como un teclado, o un ratón— o dispositivos de salida como un monitor o una
impresora.
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“Un tipo diferente de circuito integrado llamado micro controlador es de
hecho una computadora completa situada en un único chip, que
contiene todos los elementos del microprocesador básico además de
otras funciones especializadas.”
¿CÓMO LOGRAR PROGRAMAR UN ROBOT?
El programa Arduino es una herramienta para hacer que los ordenadores puedan
sentir y controlar el mundo físico a través de tu ordenador personal. Es una
plataforma de desarrollo de computación física de código abierto, basada en una
placa con un sencillo micro controlador y un entorno de desarrollo para crear
programas para la placa.
Se puede usar Arduino para crear objetos interactivos, leyendo datos de una gran
variedad de interruptores y sensores y controlar multitud de tipos de luces,
motores y otros actuadores físicos. Los proyectos de Arduino pueden ser
autónomos o comunicarse con un programa (software) que se ejecute en tu
ordenador (ej. Flash, Processing, MaxMSP). La placa puedes montarla tu mismo o
comprarla ya lista para usar, y el software de desarrollo es abierto y lo puedes
descargar gratis.
El lenguaje de programación de Arduino es una implementación de Wiring, una
plataforma de computación física parecida, que a su vez se basa en Processing,
un entorno de programación multimedia.
OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN
El objetivo de este proyecto es diseñar y codificar un programa de comunicación
para lograr un direccionamiento de mensajes en conjunto, entre el componente de
arduino y junto con una diversidad de componentes físicos como son: sensores,
puentes H, motores reductores, etc. Permitiendo así el envió y la combinación de
comportamientos autónomos y dependientes por medio de un transmisor a un
robot, con la finalidad de que este siga el trazo de una línea.
PROBLEMA
Dados los conocimientos que adquirimos en este año escolar, pondremos en
práctica la simulación de cómo trabaja un robot; ya sea por medio de combinación
de comportamientos autónomos o logre comunicarse con un programa (software)
que se ejecute en un ordenador.
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DESARROLLO
COMPARACIÓN Y EXPERIENCIAS CON ROBOTS ANTERIORMENTE
CONSTRUIDOS.
Los robots seguidores de línea son robots muy sencillos, que cumplen una única
misión: seguir una línea marcada en el suelo normalmente de color negro sobre un
tablero blanco (normalmente una línea negra sobre un fondo blanco). Son
considerados los "Hola mundo" de la robótica.
Todos los rastreadores basan su funcionamiento en los sensores. Sin embargo,
dependiendo de la complejidad del recorrido, el robot debe ser más o menos
complejo (y, por ende, utilizar más o menos sensores).
Los rastreadores más simples utilizan 2 sensores, ubicados en la parte inferior de
la estructura, uno junto al otro. Cuando uno de los dos sensores detecta el color
blanco, significa que el robot está saliendo de la línea negra por ese lado. En ese
momento, el robot gira hacia el lado contrario hasta que vuelve a estar sobre la
línea. Esto en el caso de los seguidores de línea negra, ya que también hay
seguidores de línea blanca.
Las dos maneras más comunes de armar los rastreadores son: OPAMPS
(Amplificadores Operacionales), o con simples transistores trabajados en su zona
de saturación. Esto dependiendo de la complejidad con la que se quiera armar el
circuito. Podemos utilizar un micro controlador para realizar las funciones de
control o guardar en él la forma del recorrido por una pista. También sirve como
escaneador eléctrico.
Estos robots pueden variar desde los más básicos (van tras una línea única) hasta
los robots que recorren laberintos. Todos ellos, sin embargo, poseen (por lo
general) ciertas partes básicas comunes entre todos: Sensores: Motores, Ruedas,
Fuente de energía, Tarjeta de control.
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PROPUESTAS DEL PROTOTIPO DEL ROBOT A CONSTRUIR PARA
RESOLVER PROBLEMAS.
Desde un inicio se ha analizado los materiales diseños con los que podríamos
trabaja e manera que sea a un precio económico y de fácil accesibilidad, por ello
en un inicio encontramos proyectos anteriores que trabajaban con diferentes
sensores infrarrojos(Un claro ejemplo era con el CNY70 y el QRD1114) onee
nosotros escojimos e preferencia el qrd1114 debido a que nos presenaba mayor
comodidad un fácil uso.
Algo que también hemos propuesto atraves de las practicas y el tiempo es el
diseño de la base del robot ya que de un inicio nuestra base era circular pero al
pensar y observar mas con las actividades realizadas es que poco a poco
haciamos mejoras a la misma base con la finalidad de ue el funcionamiento del
robot seguidor de línea sea mas ligero que sus componentes se distribuyan hacia
todas las partes de la misma base.
Al igual que este, con la ayuda de los profesores podemos descubrir que podría
ser mejor para el robot en torno a su función, por ello hasta la fecha el robot
contaba con configuraciones constantes y con ello mejoras aveces
empeorábamos el mismo modelo.
MATERIALES PARA EL DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE UN ROBOT
MOVIL.
SISTEMA DE CONTROL: ARDUINO UNO
Arduino es una plataforma de hardware libre, basada
en una placa con un micro controlador y un entorno
de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la
electrónica en proyectos multidisciplinares
El hardware consiste en una placa con un
microcontrolador Atmel AVR y puertos de
entrada/salida Los microcontroladores más usados
son el Atmega168, Atmega328, Atmega1280,
ATmega8 por su sencillez y bajo coste que permiten
el desarrollo de múltiples diseños. Por otro lado el
software consiste en un entorno de desarrollo que
implementa el lenguaje de programación
Processing/Wiring y el cargador de arranque que es
ejecutado en la placa.
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ACTUADORES: MOTORES REDUCTORES
Toda máquina cuyo movimiento sea generado por un
motor (ya sea eléctrico, de explosión u otro) necesita
que la velocidad de dicho motor se adapte a la
velocidad necesaria para el buen funcionamiento de la
máquina. Además de esta adaptación de velocidad, se
deben contemplar otros factores como la potencia
mecánica a transmitir, la potencia térmica,
rendimientos mecánicos (estáticos y dinámicos).
Esta adaptación se realiza generalmente con uno o varios pares de engranajes
que adaptan la velocidad y potencia mecánica montados en un cuerpo compacto
denominado reductor de velocidad aunque en algunos países hispano parlantes
también se le denomina caja reductora.
SENSORES QRD1114
Es un sensor de infrarrojos de corto alcance basado en un emisor de luz y un receptor, ambos apuntando en la misma dirección, y cuyo funcionamiento se basa en la capacidad de reflexión del objeto, y la detención del rayo reflectado por el receptor. Si se detecta una superficie blanca este manda una señal, si es negra no manda señal.
- Reflexión de objetos Esto es la capacidad de un objeto de reflejar la luz, los objetos de colores más claros tienen a reflejar la luz y los objetos de colores obscuros absorben la luz evitando que haya una reflexión emisor de infrarrojo
- Receptor de infrarrojo Este dispositivo funciona como una válvula, que nos permite o nos niega el paso de la corriente esto aumentado o disminuyendo su resistencia, cuando detecta luz infrarroja mediante un proceso químico en el reduce su resistencia pera permitir el paso de corriente, cuando no detecta la luz este mismo proceso aumenta a infinito su resistencia impidiendo por completo el flujo de corriente.
- Conjunto emisor receptor Los dispositivos mencionados anteriormente ahora los tenemos unidos en el qrd1114.
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PUENTE H 293
El L293 es un circuito integrado que se usa para el control de dos motores
pequeños que pueden ser controladores simultáneamente y, además, en forma
bidireccional.
Este integrado está limitado en cuanto a su capacidad de manejar corriente, por lo
que se debe consultar la hoja de datos de la versión específica (L293B, L293D,
etc).
Terminales
HERRAMIENTAS
PROTOBARD
Una placa de pruebas (en inglés: protoboard o breadboard) es un tablero con
orificios conectados eléctricamente entre sí, habitualmente siguiendo patrones de
líneas, en el cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para el
armado y prototipado de circuitos electrónicos y sistemas similares. Está hecho de
dos materiales, un aislante, generalmente un plástico, y un conductor que conecta
los diversos orificios entre sí. Uno de sus usos principales es la creación y
comprobación de prototipos de circuitos electrónicos antes de llegar a la impresión
mecánica del circuito en sistemas de producción comercial.
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POTENCIOMETRO DE 500KOHMS
RESISTENCIAS
Se le denomina resistencia eléctrica a la
igualdad de oposición que tienen los electrones
al desplazarse a través de un conductor. La
unidad de resistencia en el Sistema
Internacional es el ohmio, que se representa
con la letra griega omega (Ω), en honor al físico
alemán George Ohm, quien descubrió el
principio que ahora lleva su nombre. la
resistencia de un material puede definirse como
la razón entre la diferencia de potencial
eléctrico y la corriente en que atraviesa dicha
resistencia, así
Donde R es la resistencia en ohmios, V es la diferencia de potencial
en voltios e I es la intensidad de corriente en amperios.
LEDS
Un led (del acrónimo inglés LED, Light-
Emitting Diode: „diodo emisor de luz‟; el plural
aceptado por la RAE es ledes, si bien en
muchos países hispanohablantes el plural
utilizado es leds) es un componente
optoelectrónico pasivo y, más concretamente,
un diodo que emite luz.
ELEMENTOS QUE SUMINISTRAN ENERGÍA
Se denomina bateria o bateria electrica al dispositivo que que
consiste en uno o mas celdas electroquimicasque pueden
combertir la energia quimica almacenada en electricidad. Cada
celda consta de un electrodo positivo, o un electrodo negativo, o
anodo y electrolitos que permiten que los iones se muevan
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entre los electrodos, facilitando que la corriente fluya fuera de la bateria para llevar
acabo su funcion. Las baterias vienen en muchas formas y tamaños.
PROCESO DE CONSTRUCCIÓN.
El desarrollo de nuestro robot se realizo por medio de prácticas para conocer el
funcionamiento de los componentes electricos y el sistema de control en lenguaje
C para Arduino.
PRACTICAS:
Practica núm. 1: Push botón + LED Finalidad: En este ejercicio vamos a montar un LED controlado por un botón. El objetivo es encender el LED en cada vez que se pulsa el botón, y apagarlo cuando no se presiona. Se necesita una resistencia ya que, sin ella, podemos inducir un corto cuando se empuja hacia abajo el botón. Material:
- Arduino - Protoboard - Push baton - Led - Resistencia de 10 KΩ
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Practica núm. 2: LDR + LED Finalidad: Ahora vamos a sustituir el botón por un LDR (Fotoresistor). El objetivo es encender el LED cuando el LDR está cubierto. Material:
- Arduino - Protoboard - LRD (fotoresistor) - Led - Resistencia de 10 KΩ
int sensorPin = A0;
int ledPin = 13; /* Establece la entrada del arduino a 13*/
int sensorValue = 0;
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT); /* Establece el pin como salida*/
}
void loop() {
sensorValue = analogRead(sensorPin);
digitalWrite(ledPin, HIGH); /* hace que se prenda el led*/
delay(sensorValue); /* Pausa momentanea*/
digitalWrite(ledPin, LOW); /* hace que se apague el led*/
delay(sensorValue); /* Pausa momentanea*/
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Practica núm. 3: Puente H (L293D) Finalidad:En esta sesión vamos a utilizar el circuito integrado L293D mejor conocido como puente H que se usa para el control de dos motores pequeños que pueden ser controladores simultáneamente. Material:
- Arduino - Protoboard - Alambre de calibre 22 - Puente H (L293D)
int salida1 = 6; int salida2 = 5; int salida3 = 4; int salida4 = 3; int enable = 7; int enable2 = 8; void setup () { pinMode(salida1, OUTPUT);/* establece el 6 digital del ardino como salida*/ pinMode(salida2, OUTPUT);/* establece el 5 digital del ardino como salida*/ pinMode(salida3, OUTPUT);/* establece el 4 digital del ardino como salida*/ pinMode(salida4, OUTPUT);/* establece el 3 digital del ardino como salida*/ pinMode(enable, OUTPUT); /* establece el 7 digital del ardino como salida para el motor*/ pinMode(enable2, OUTPUT); /* establece el 8 digital del ardino como salida para el motor*/ }
digitalWrite(salida2, LOW); /* pone en bajo la salida 2*/ delay(3000); /* espera de 3 seg*/ digitalWrite(salida1, LOW); /* pone en bajo la salida 1*/ digitalWrite(salida2, LOW); /* pone en bajo la salida 2*/ delay(1000); /* espera de 1 seg*/ digitalWrite(enable, LOW); /* apaga el enable*/ digitalWrite(enable2, HIGH); /* prende el enable2*/ digitalWrite(salida3, LOW); /* pone en bajo la salida 3*/ digitalWrite(salida4, HIGH); /* pone en alto la salida 4*/ delay(3000); /* espera de 3 seg*/ digitalWrite(salida3, LOW); /* pone en bajo la salida 3*/
int sensorPin = A0;
int ledPin = 5;
int sensorValue = 0; /*Valor que se va a establecer en el sensor*/
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT); /*Establece que va a ser de salida*/
}
void loop() {
sensorValue = analogRead(sensorPin);
digitalWrite(ledPin, HIGH); /* enciende el pin*/
delay(sensorValue);/* Pausa momentanea*/
digitalWrite(ledPin, LOW); /* apaga el pin*/
delay(sensorValue); /* Pausa momentanea*/
}digitalWrite(ledPin, LOW); /* hace que se apague el led*/
delay(sensorValue); /* Pausa momentanea*/
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void loop () { /* comienza el ciclo*/ digitalWrite(enable, HIGH); /* habilita el enable*/ digitalWrite(salida1, LOW); /* pone en bajo la salida 1*/ digitalWrite(salida2, HIGH); /* pone en alto la salida 2*/ delay(3000); /* espera de 3 seg*/ digitalWrite(salida1, LOW); /* pone en bajo la salida 1*/ digitalWrite(salida2, LOW); /* pone en bajo la salida 2*/ delay(1000); /* espera de 1 seg*/ digitalWrite(salida1, HIGH); /* pone en alto la salida 1*/ -
digitalWrite(salida4, LOW); /* pone en bajo la salida 4*/ delay(1000); /* espera de 1 seg*/ digitalWrite(salida3, HIGH); /* pone en alto la salida 3*/ digitalWrite(salida4, LOW); /* pone en bajo la salida 4*/ delay(3000); /* espera de 3 seg*/ digitalWrite(salida3, LOW); /* pone en bajo la salida 3*/ digitalWrite(salida4, LOW); /* pone en bajo la salida 4*/ delay(1000); /* espera de 1 seg*/ digitalWrite(enable2, LOW); /* apaga el enable*/ }
Practica núm. 4: Sensores QRD1114
El objetivo de este ejercicio será la interacción entre los objetos, utilizando con un sensor de infrarrojos de corto alcance basado en un emisor de luz y un receptor, ambos apuntando en la misma dirección, y cuyo funcionamiento se basa en la capacidad de reflexión del objeto, y la detención del rayo reflectado por el receptor. Si se detecta una superficie blanca este manda una señal, si es negra no manda señal. Material:
- Arduino - Protoboard - Alambre de calibre 22 - Sensores QRD1114
- LED
- Resistencia 230Ω,
270Ω , 500Ω y 1 KΩ
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PROGRAMACION FINAL DEL ROBOT MOVIL
int salida1 = 5;
int salida2 = 6;
int salida3 = 2;
int salida4 = 3;
int enable = 7;
int enable2 = 8;
void setup () {
pinMode(salida1, OUTPUT);
pinMode(salida2, OUTPUT);
pinMode(salida3, OUTPUT);
pinMode(salida4, OUTPUT);
pinMode(enable, OUTPUT);
pinMode(enable2, OUTPUT);
}
void loop () {
if(digitalRead =0)
digitalWrite(enable, LOW);
else {
digitalWrite(enable, HIGH);
digitalWrite(enable2, HIGH); /*Habilita el puente H*/
digitalWrite(salida4, LOW); /*Hace que siga la linea*/
digitalWrite(salida3, HIGH);
digitalWrite(salida1, LOW);
digitalWrite(salida2, HIGH);
delay(700);
digitalWrite(salida4, LOW); /*Giro hacia la derecha*/
digitalWrite(salida3, HIGH);
digitalWrite(salida1, LOW);
digitalWrite(salida2, LOW);
delay(370);
digitalWrite(salida4, LOW); /*Pausa momentanea*/
digitalWrite(salida3, LOW);
digitalWrite(salida1, LOW);
digitalWrite(salida2, LOW);
delay(800);
digitalWrite(salida4, LOW); /*Giro de la llanta izquierda*/
digitalWrite(salida3, LOW);
digitalWrite(salida1, LOW);
digitalWrite(salida2, HIGH);
delay(260);
digitalWrite(salida4, LOW); /*Pausa momentanea*/
digitalWrite(salida3, LOW);
digitalWrite(salida1, LOW);
digitalWrite(salida2, LOW);
delay(800);
21
digitalWrite(salida4, LOW); /*Giro hacia la derecha*/
digitalWrite(salida3, HIGH);
digitalWrite(salida1, LOW);
digitalWrite(salida2, LOW);
delay(370);
digitalWrite(salida4, LOW); /*Pausa momentanea*/
digitalWrite(salida3, LOW);
digitalWrite(salida1, LOW);
digitalWrite(salida2, LOW);
delay(800);
digitalWrite(salida4, LOW); /*Giro de la llanta izquierda*/
digitalWrite(salida3, LOW);
digitalWrite(salida1, LOW);
digitalWrite(salida2, HIGH);
delay(260);
digitalWrite(salida4, LOW); /*Pausa momentanea*/
digitalWrite(salida3, LOW);
digitalWrite(salida1, LOW);
digitalWrite(salida2, LOW);
delay(800);
digitalWrite(salida4, LOW); /*Giro hacia la derecha*/
digitalWrite(salida3, HIGH);
digitalWrite(salida1, LOW);
digitalWrite(salida2, LOW);
delay(370);
digitalWrite(salida4, LOW); /*Pausa momentanea*/
digitalWrite(salida3, LOW);
digitalWrite(salida1, LOW);
digitalWrite(salida2, LOW);
delay(800);
digitalWrite(salida4, LOW);
digitalWrite(salida3, LOW);
digitalWrite(salida1, LOW); /*Giro de la llanta izquierda*/
digitalWrite(salida2, HIGH);
delay(290);
digitalWrite(salida4, LOW);
digitalWrite(salida3, LOW);
digitalWrite(salida1, LOW); /*Pausa momentanea*/
digitalWrite(salida2, LOW);
delay(800);
digitalWrite(salida4, LOW);
digitalWrite(salida3, HIGH);
22
digitalWrite(salida1, LOW);
digitalWrite(salida2, LOW);
delay(370); /*Giro hacia la derecha*/
digitalWrite(salida4, LOW);
digitalWrite(salida3, LOW);
digitalWrite(salida1, LOW);
digitalWrite(salida2, LOW);
delay(1000); /*Espera final antes del ciclo*/
if ( digitalRead = 0 )
}
}
23
RESULTADOS
Al termino de realizar cada una de las practicas realizadas para la elaboración y
construcción de nuestro robot, obtuvimos como primer resultado un robot y
aunque el lograrlo construir nos dio una gran satisfacción no podíamos negar que
el robot contaba con varias fallas técnicas, por ejemplo los movimientos que este
realizaba eran bruscos e inexactos. De igual manera el diseño y los elementos que
lo componían impedían su funcionamiento correcto. El robot seguía la línea negra,
sin embargo, cuando tenia que dar vuelta o seguir una línea recta muy larga se
desviaba debido al mal funcionamiento de las llantas y a su cercanía con los
sensores.
Conforme a lo sucedido se le dio un mantenimiento y arreglo a nuestro robot, así
se logro obtener un segundo robot y el definitivo, fue modificado para su mejor
desempeño, tienen mayor estabilidad, y los sensores responden a lo ordenado.
24
ANÁNALISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADO
El conocimiento y el uso de una metodología es una manera que permite planear
adecuadamente las actividades especializadas implicadas en un proyecto de
investigación. El tiempo dedicado al proyecto puede ser considerablemente
reducido a través de una buena administración y organización. Los equipos
formados para este proyecto fueron capaces de trabajar de forma conjunta y
manejar información específica. El robot móvil fue diseñado de acuerdo a las
especificaciones del diseño, y su solucionado su modelo matemático. El sistema
de control puede conducir al robot de forma manual o mediante los circuitos
diseñados para realizar los comandos específicos.
CONCLUSIONES
Los objetivos marcados en un principio han sido logrados de una manera
satisfactoria. La metodología y la organización utilizada por el grupo nos ha
permitido poder superar las dificultades encontradas y poder adaptarnos a las
necesidades del proyecto. Para comenzar el trabajo ha sido necesaria una
introducción en ciertos campos que desconocíamos. Gracias a ello, hemos tenido
la posibilidad de descubrir los distintos planteamientos y posibilidades que ofrecen
este tipo de aplicaciones y herramientas. Cabe destacar, que este proyecto nos ha
aportado conocimientos técnicos sobre el campo de la robótica, inteligencia
artificial e informática gráfica. Adicionalmente nos ha formado en el desarrollo de
software bajo las premisas del trabajo en grupo de manera coordinada,
apoyándonos unos a otros para el desarrollo completo de una herramienta de
estas características. A lo largo de éste proyecto hemos aprendido las dificultades
que surgen al diseñar e implementar un software especifico para un hardware
concreto. Éste hardware con sus propias restricciones impuestas por un entorno
real como puede ser la sincronización, toma de decisiones, precisión… nos llevará
a tener conocimiento general de algunos campos y más específico de otros.
En este trabajo se presentó una metodología aplicada al desarrollo de un robot
móvil, como proyecto de investigación académica. El método usado facilitó
desarrollar de forma eficaz el robot móvil. Actualmente, este tipo de proyectos se
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utiliza como una herramienta para enseñar y para aprender la ingeniería de la
robótica, la mecatrónica.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
ARDUINO:http://arduino.cc/es/Guide/Introduction
http://es.wikipedia.org/wiki/Arduino
Robots móviles : http://www.xatakaciencia.com/robotica/robots-moviles-i
Máquinas automáticas y robots:
https://sites.google.com/site/irenerobotica/home
Locsdon.Robots: una revolucion (1985). España. Editorial Orbis, S.A.
