ROBOT AUTONOMO TODO TERRENO “PUN/HP”
Diego Alexander Sarango Torres
dasarango@utpl.edu.ec
Esteban Andrés
Gutiérrez Novillo
eagutierrez@utpl.edu.ec
Presentamos la construcción de un “Robot Autónomo” que cuenta con un sistema electrónico
detallado minuciosamente y la presencia de un microcontrolador Atmel AVR. Tras muchos análisis matemáticos y de diseño electrónico se decidió
como se va a llevar acabo la
construcción del prototipo, lo cual se aplicara en este diseño electrónico un
microcontrolador programable. Por ello el “Robot Autónomo Todo
Terreno” se ha desarrollado con base a la búsqueda del equilibrio perfecto de
la con el hardware y software del prototipo, de tal modo que logramos acoplar
nuestros diseños de la mejor manera para tener así funcionamiento deseado y
exitoso del prototipo.
Nuestro prototipo es enfocado para la
evasión de obstáculos, es decir el robot
evita chocar con paredes o objetos que los sensores detectan, los mismos que
son “Sensores de Ultrasonido”, además el esqueleto del prototipo se a diseñado
para que sea un (Todo terreno) de movilizarse
por caminos y terrenos que son de gran dificultad para prototipos de su mismo peso,
diseño y densidad.
Þ ESPECIFICACIONES BÁSICAS DEL CHASIS
En la construcción de esqueleto del prototipo hemos
utilizado el material aluminio, el
motivo es por ser un material resistente, ligero y optimo para la implementación
en robótica.
Vista lateral del esqueleto, como
podemos ver el material del prototipo, nos permite estabilidad, que el robot se
mantenga firme, distribución casi perfecta de todo el peso del prototipo.
Þ ESTABILIDAD DEL PROTOTIPO
Nuestro prototipo cuenta con un peso aproximado
de 8 libras ,
con su centro de masa distribuido de manera optima para que el prototipo
funcione sin imperfecciones al momento de estar en marcha, como ya se describió
anteriormente, el sistema de amortiguación nos ayuda a la
distribución del peso durante su funcionamiento.
Þ ESTRUCCURA DE HARDWARE
El
prototipo se diseñó de forma modular, compuesto por cinco subsistemas
fundamentales
• Subsistema de
procesamiento de la información. Basado en el
microcontrolador Atmega 32 que se
encarga de comandar todas las acciones del robot, tales como procesar la
información proveniente de los sensores, enviar órdenes a los motores en
respuesta a la ejecución de un algoritmo de control, o por órdenes enviadas
desde un Pc a través de un. Este microcontrolador posee módulos especiales, e
instrucciones para la ejecución de algoritmos basados en lógica difusa, lo que
facilita el desarrollo y aplicación de técnicas de inteligencia computacional
para el control de la plataforma. Es importante resaltar que el
microcontrolador cuenta con un gran número de puertos libres de expansión, lo
que facilita la adaptación de nuevos dispositivos en el robot.
• Subsistema de
sensores.
Está
compuesto sensores de ultrasonido, las pruebas iníciales se las realizo con los
sensores de fin de carrera.
• Subsistema de comunicación.
Permite la interacción con el robot a través del puerto
USB del Pc gracias al dispositivo para
programar el microcontrolador.
• Subsistema actuador.
Las ruedas del robot son accionadas, cada
una, por un Servomotor (TRUCADO) acoplado al sistema, tales motores nos garantiza
un excelente torque y velocidad para el prototipo La potencia eléctrica
suministrada a por pulsos digitales 0 – 1.
Se diseñó para permitir que el robot operara
con una autonomía de aproximadamente tres horas, en pleno funcionamiento o conectado a
una fuente externa
Þ MATERIALES:
Þ Llantas de caucho.
Þ Servomotores HS-311.
Þ Puente H L293.
Þ Microcontrolador Atmel 64. (TRUCADOS).
Þ Resistencias 220 ohm,1700 ohm.
Þ 1 Regulador de voltaje
5V.
Þ 1 Cristal de 8 Mhz.
Þ Capacitores de 22 pF.
Þ Chasis de aluminio.
Þ Tornillos y pernos de 2 pulgadas .
Þ Socalos de 20 x 20 y
7x7.
Þ Baterías de 7.1 V.
Þ 1 Baquelita.
Þ LOCOMOCIÓN Y
MOVIMIENTO DEL PROTOTIPO (Sensor de
ultrasonido)
La locomoción del prototipo dependen de la configuración
de los sensores tanto en la lógica como físicamente en la figura podemos
apreciar la configuración de los sensores y como van a funcionar para lograr el
funcionamiento deseado en el prototipo el cual se encuentra alineado en un
rango de 90º en el cual se deja un rango
de 40º entre los sensores, el motivo de esta configuración es que existiría
conflicto entre sensores si se encuentran ambos en la misma zona de escaneo.
Þ ROBOT
AUTONOMO “PUN/HP”:
El sistema de sensores usados en
el prototipo son sensores de ultrasonido, cuyos dispositivos fusionan a un
voltaje de 5 V y opera generalmente
desde los rangos
·
Características generales de los Sensores de Ultrasonido
Ultrasonido
hace referencia a las frecuencias arriba de 20KHz (limite de sonido audible).
Altas
frecuencias tienen longitudes de onda cortas lo que hace al reflejarse en
objetos esta pueda ser leída. Desafortunadamente frecuencias muy altas son
difíciles de generar y leer.
La
generación y lectura de ultrasonido se hace a través de dos unidades
piezoeléctricas en donde una de ellas es el emisor y la otra el receptor de
ondas de presión ultrasónicas.
Para
esto, la unidad emisora debe excitarse con una señal adecuada en amplitud y
frecuencia. La unidad receptora translucir
todas aquellas ondas de presión ultrasónicas de 40KHz que lleguen a
excitarla.
El ultrasonido es aplicado comúnmente en detectores de movimiento,
medidores de distancia, diagnostico médico, limpieza, pruebas no destructivas
(para detectar imperfecciones en materiales etc.
La distancia es calculada leyendo el tiempo que
tarda en regresar una onda ultrasónica reflejada. Idealmente el obstáculo debe
tener una sección transversal grande y no absorber el ultrasonido. El método
más utilizado para la determinación de la distancia es enviar trenes de pulsos
de 40 KHz con periodos muy cortos. El tiempo transcurrido entre el
comienzo de la emisión y el comienzo de la recepción será proporcional a la
distancia recorrida por las ondas ultrasónicas.
El
sistema de circuito impreso consta
básicamente de tres partes:
•
El sistema sensores.
•
La Tarjeta
controladora que genera los pulsos necesarios para mover los servomotores y
recibe las señales analógicas provenientes del sensor de ultrasonido.
•
El circuito de control que contiene el microcontrolador que es el cerebro del
sistema.
Este módulo prototipo detecta los
posibles caminos por donde puede pasar el móvil según los obstáculos
encontrados.
Un camino posible debe de cumplir:
• Que el objeto este a más de 30 cm de distancia respecto al móvil, para que
el móvil pueda variar su dilección
• Que el ancho del camino posible debe ser mayor al ancho del móvil, que
es de 1 metro
de ancho aproximadamente.
Þ DISEÑO ELECTRONICO:
El diseño del prototipo esta
basado en 2 circuitos para los sensores y el circuito central en el que se encuentra el microcontrolador,
el diseño de navegación.
Como
podemos observar el diseño del circuito consta de un amplificador,
transistor 2N3904, potenciómetro de 5k y potenciómetro de 100k, y el lote de
resistencias, el objetivo de este diseño es calibrar y regular el sensor, es
decir aumentar y disminuir al alcance de emisión y recepción de los sensores
depende como se desee.
En la figura anterior podemos observar el diseño
central de este prototipo, cuenta con el microcontrolador Atmega 32, puente H,
regulador de voltaje ,el cristal , los capacitores y el lote de resistencias ,
además consta de conectores para los servomotores .
La salida de los sensores van al microcontrolador,
el motivo es registrar los datos enviados por los sensores y que el
microcontrolador los procese de acuerdo al algoritmo de programación que este cuente.
La simulación de este sistema se encuentra en la
lámina 1 de la zona de anexos, en el que podemos encontrar el esquema mas
detallado del sistema.
ÞALGORITMO DE CONTROL
El algoritmo de control se encuentra realizado en el
programa Codevision Avr, el programa se basa en lenguaje de programación en C , además contamos con la ayuda de un
programador de microcontroladores y su software
“progisp”.
Elección
del mejor Camino
El
uso de las interrupciones que cuenta el Atmega 32 son de suma importancia en
este prototipo ya que de ellos depende la orden del microcontrolador hacia los
sensores, en este caso utilizamos las dos interrupciones externas que cuenta
dispositivo. Una
vez que ya se tiene todos caminos libres de obstáculos ahora hay que elegir el
mejor camino. El
mejor camino es aquel que genere el menor cambio en la dirección del móvil es
decir el que este mas próximo al centro del área de detección. En
el caso de de que no exista un camino libre de obstáculos, el móvil se detendrá
y empezar a retroceder hasta hallar un camino libre.
Þ RESULTADOS
Conforme
se fueron construyendo las diferentes etapas del proyecto con diversos diseños,
pruebas y averías que tuvimos en el transcurso de que se fueron probando, en la figura muestra el prototipo ya terminado con los sensores ubicados de
acuerdo al ángulo y dirección de
funcionamiento especificado.
