ROBOT ARAÑA CON PIC 16F628A En el diseño de nuestro proyecto debemos tomar en cuenta la libertad del diseño del circuito, del chasis e incluso podemos mejorando nuestro diseño como ustedes lo deseen. LISTA DE COMPONENTES 3 - Potenciómetros 1k. 4 - Resistencias de 10k. 3 - Resistencias de 1k. 3 - Resistencias de 220 ohmios. 1 - Regulador de voltaje 78m05. 1 - Cristal de 4mhz. 1 - PIC 16F6284A 1 - Integrado lm324n. 3 – Leds. 3 - Fotoceldas. 3 - Servo-motores. 4 - Pilas AA. 1 - Pila de 9V. 2 - Capacitores Cerámicos 33pf (33 pico faradios). 1 - Capacitor Cerámico de 104f (104 faradios).

Para la construcción del chasis debemos escoger el materia mas apropiado, ya que debemos ver que no sea muy pesado lo que complicaría el trabajo de los motores. Hemos escogido una hoja de ALUMINIO de

peso ligero y por la facilidad de maniobrar y darle forma, además por ser más económico.

EL DISEÑO Y ENSAMBLAJE DEL CIRCUITO El circuito del prototipo no consta de partes, componentes demasiados complejos, debemos tomar en cuenta el cuidado y la precaución al momento de diseñar y armar nuestro circuito para evitar contratiempos y evitando la quema y avería de los diversos dispositivos electrónicos

SIMULACION CON PROTEUS 7.6

El esquema del circuito del nuestro prototipo es de la siguiente manera como lo podemos apreciar en el recuadro siguiente.

En esta parte esta detallada cada sección de todo el conjunto, la parte Analógica que se encarga de enviar la señal al microcontrolador (Control digital) su fuente de alimentación y regulación, y finalmente la parte de potencia que son los servomotores. Se explica cada una de ellas para que entiendan como funciona cada parte del circuito.

Comenzando con la parte analógica vemos en el costado izquierdo superior que tenemos 3 LDR’s que

son los que receptan la luz. Al aplicarle luz a la foto resistencia su valor disminuye ingresando por la entrada negativa del operacional un valor que se compara por el de la resistencia variable de 1k Ohm cuando este valor es igual a la salida del operacional tenemos un alto (3,3V. aproximadamente) y cuando no existe luz este valor de voltaje es diferente por el cual la salida de ese operacional es de 0 Voltios. A la salida de cada operacional se conecta diodos LED que se encargan de dar a conocer el estado de las entradas y así poder verificar y ajustar con las resistencias variables de 1k ohm, estas resistencias nos permite variar la sensibilidad a la luz que queremos que funcione nuestro robot, si se encuentra encendido algún led es por que esta llegando luz de alguna fuente del ambiente, para dejarlo apagado solo se tiene que ajustar la resistencia de 1k ohm hasta que se apague. Debemos mencionar que estos indicadores deben estar apagados en un comienzo para así al aplicarles luz comience a funcionar el robot según la dirección del rayo de luz. Aquí podemos sacar en conclusión que para los 3 LDR’s tenemos 8 posibles combinaciones que nos darán los diferentes estados que serán procesados por el microcrontolador. Ya sabemos que el 0 corresponde a un 0 lógico y los 3,3V. Un 1 lógico por lo que tenemos que armar una tabla con todas las posibles combinaciones y su respectivo movimiento que llevara a cabo finalmente. En la parte de control digital se toman estos valores y según nuestra tabla, se le enviaran las señales al servo que corresponda para hacer un movimiento en particular. Como ya sabemos el servo tiene una movilidad de 180° y funciona con lo que se conoce como modulación por ancho de pulsos o PWM. En otras palabras este servo que es d la marca HS-311 de Radio control, funciona a 50Hz, o sea en un segundo le son enviados 50 pulsos, y con un simple calculo se puede dividir 1/50 y nos dará 20miliseg el ancho de pulso se utilizara para el trabajo del movimiento de este, este esta trabajando en este pequeño intervalo, podemos poner en un ángulo a nuestro antojo el servomotor y que se quede allí hasta que cambiemos ese pulso por otro. Para 0° tenemos que tener un pulso de 0,2 mili segundos y el resto un pulso bajo hasta los 20 milisegundos, esto repetidamente 50 veces nos da los 50 Hz y por consecuencia el servo en la posición 0° como se muestra en la figura. Para 90° tenemos que aplicar un pulso de 1,5 mili segundos y el resto en pulso bajo hasta los 20 milisegundos,

esto repetidamente por 50 Hz nos dará la posición 90°, también mostrado en la figura. Y para 180 ° tenemos que aplicar un pulso de 2,2 mili segundos y el resto en pulso bajo hasta los 20 milisegundos, esto repetidamente por50 Hz nos dará la posición 180°. Para este caso en particular se uso como centro 90° y se calcularon matemáticamente los pulsos para 66,5° y 112,5° que serán los 3 ángulos usados para que camine nuestra araña. Para su alimentación de voltaje lo realizamos con un regulador de voltaje a 5V y 9 V debido al ingreso de diversos tipos de voltajes para las alimentaciones de las secciones de nuestro circuito, como podemos detallar en el siguiente esquema de alimentación.

En nuestro diseño del circuito existen 3 potenciómetros de 1 K , su funcionamiento consta de la regulación de la cantidad de luz que va a receptar la luz.

Aquí podemos sacar en conclusión que para los 3 LDR’s tenemos 8 posibles combinaciones que nos darán los diferentes estados que serán procesados por el microcrontolador, esta tabla se muestra en la siguiente imagen.

PROGRAMACION DE NUESTRO PROTOTIPO CODIGO EN MICROCODE De esta manera queda el diseño de nuestro prototipo fina como podemos ver con un poco de estética y imaginación se vera mas vistoso y además de su presentación

Si pueden apreciar el punto que esta a la derecha del prototipo, se trata de un láser, esta ves usaremos un láser para enfocar en las fotoceldas por ser un as de luz mas potente y concentrado para el perfecto funcionamiento del prototipo y además si queremos enfocar dos o tres sensores a la vez usaremos dos o tres láser a la ves por lo que solo podemos enfocar un sensor con un láser, cabe recalcar que no solo funciona con luz laser , lo podemos hacer con una lámpara manual e incluso llega a funcionar con la luz del ambiente.

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.

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.

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.

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.

• Subsistema de potencia/alimentación.

Se diseñó para permitir que el robot operara con una autonomía de aproximadamente tres horas, en

pleno funcionamiento o conectado a una fuente externa

MATERIALES:

Llantas de caucho.

Servomotores HS-311.

Puente H L293.

Microcontrolador Atmel 64. (TRUCADOS).

Resistencias 220 ohm,1700 ohm.

1 Regulador de voltaje 5V.

1 Cristal de 8 Mhz.

Capacitores de 22 pF.

Chasis de aluminio.

Tornillos y pernos de 2 pulgadas.

Socalos de 20 x 20 y 7x7.

Baterías de 7.1 V.

1 Baquelita.

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.

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 10 cm. hasta los 6 m de distancia, estas sensores son de tipo especial, ya que son con integrados emisor y receptos a la ves, lo que nos permita la conmutación mas exacta del microcontrolador con los sensores y el medio que lo rodea.

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.

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.

ALGORITMO 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.

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.