Robot rastrador con Arduino version 1.0.pdf

CICLO FORMATIVO DE GRADO SUPERIOR SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN E INFORMÁTICOS

Robot rastreador con Arduino José Reyes Romero Romero

Cabra, 19 de Junio de 2013

Robot Rastreador con Arduino by José Reyes Romero is licensed under a Creative Commons Reconocimiento-CompartirIgual 3.0 Unported License.

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Robot rastreador con Arduino Alumno: José Reyes Romero

Tutor: Francisco Cruz Roldan

Miembros del Tribunal Presidente: Nombre y apellidos

Secretario: Nombre y apellidos

Vocal: Nombre y apellidos

Fecha de Lectura y Defensa

Calificación obtenida

19/06/2013

Robot rastreador con Arduino

Índice Índice de ilustraciones. ................................................................................. 4 1 Introducción. ............................................................................................. 7 1.1 Motivaciones. ...................................................................................... 7 1.2 Objetivos. ........................................................................................... 8 2 Robot ....................................................................................................... 9 2.1 Reglamento robots. ............................................................................. 9 2.1.1 Requisitos del Robot ...................................................................... 9 2.1.2 Pista ............................................................................................. 9 2.1.3 Pruebas......................................................................................... 9 ................................................................................................................. 10 3 Desarrollo de un robot seguidor de línea. Elección de componentes. ........... 10 3.1 Microcontolador ................................................................................. 10 3.1.1 ¿Qué es Arduino? ........................................................................ 12 3.1.2 ¿Por qué usar Arduino? ................................................................ 13 3.1.3 Partes de una placa Arduino. ........................................................ 13 3.1.4 Lenguaje de programación. .......................................................... 17 3.1.5 Entorno de desarrollo. .................................................................. 18 .............................................................................................................. 19 3.1.6 Estructura de un Sketch. .............................................................. 20 3.1.7 Modelos de Arduino. .................................................................... 26 3.1.8 Elección del Microcontrolador ....................................................... 32 3.2 Ruedas ............................................................................................. 33 3.2.1 Configuración de ruedas ............................................................... 33 3.2.2 Modelos de ruedas ....................................................................... 36 José Reyes Romero

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3.2.3 Elección ...................................................................................... 37 3.3 Motores ............................................................................................ 38 3.3.1 Motores paso a paso .................................................................... 39 3.3.2 Motores de corriente continua. ..................................................... 40 3.3.3 Cálculo de la velocidad ................................................................. 42 3.3.4 Elección de motor ........................................................................ 43 3.4 Actuador electrónico .......................................................................... 44 3.4.1 ¿QUÉ ES UN PUENTE EN H? ......................................................... 45 3.4.2 L298N ......................................................................................... 49 3.5 Sensores ........................................................................................... 52 3.5.1 Sensores Infrarrojos .................................................................... 52 3.5.2 Sensor de Ultrasonidos ................................................................. 61 3.6 Alimentación ..................................................................................... 67 3.6.1 Estudio de los componentes ......................................................... 67 3.6.2 Elección: Pilas VS baterías Lipo ..................................................... 68 3.7 Chasis ............................................................................................... 70 3.7.1Modelos de chasis ......................................................................... 70 3.7.2 Elección ...................................................................................... 71 .............................................................................................................. 72 3.8 Resumen ........................................................................................... 72 4. Construcción del Robot y Pruebas............................................................ 73 5. Sigue líneas............................................................................................ 83 6 Salir del Mogollón .................................................................................... 86 7 Detector de Obstáculos ............................................................................ 95 8 Presupuesto ............................................................................................ 96 8.1 Coste de la mano de obra .................................................................. 96 José Reyes Romero

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8.1.1 Salario ........................................................................................ 96 8.1.2 Cargas Sociales ........................................................................... 96 8.1.3 Coste de mano de obra ................................................................ 97 8.2 Costes de materiales .......................................................................... 97 8.3 Gastos Varios .................................................................................... 98 8.4 Gastos Generales ............................................................................... 98 8.5 Importe Total del Proyecto ................................................................. 99 9 Puntos fuertes y futuras mejoras del robot. ............................................... 99 9.1 Puntos fuertes del Robot .................................................................... 99 9.1.1 Tamaño ..................................................................................... 100 9.1.2 Peso .......................................................................................... 101 9.1.3 Velocidad ................................................................................... 101 9.1.4 Estructura .................................................................................. 101 9.2 Posibles mejoras ............................................................................... 102 9.2.1 Disposición de los sensores infrarrojos. ........................................102 9.2.2 Circuito para los sensores. ........................................................... 102 9.2.3 Colocación del sensor de ultrasonidos. ......................................... 102 10 Conclusiones ........................................................................................ 103 11 Webgrafía ............................................................................................ 103 Anexo: Códigos. ........................................................................................105 Anexo 1: Pruebas de funcionamiento de los motores y controlador. ..........105 Anexo 2 Pruebas de los sensores infrarrojos. ........................................... 107 Anexo 3 Prueba funcionamiento sensor Ping ............................................108 Anexo 4 Cambiar de modo ......................................................................109 Anexo 5 Seguidor de línea ......................................................................109 Anexo 6 Salir del Mogollón ......................................................................112 José Reyes Romero

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Anexo 7 Código Final. .............................................................................116

Índice de ilustraciones. Ilustración 1 Diagrama de todo el sistema ..................................................... 7 Ilustración 2 Circuito para prueba Salir del mogollón .................................... 10 Ilustración 3 Logotipo Arduino ..................................................................... 12 Ilustración 4 Esquema del modelo Arduino UNO rev3 ................................... 14 Ilustración 5 Microcontrolador ATmega328 y ATmega2560 ........................... 15 Ilustración 6 Programación de una Arduino UNO a través de otro dispositivo . 16 Ilustración 7 Entorno de programacion de Arduino ....................................... 18 Ilustración 8 Boton de reset de una placa Arduino ........................................ 19 Ilustración 9 Boton para cargar sketch del IDE de Arduino ............................ 19 Ilustración 10 Difetentes modelos de Arduino............................................... 27 Ilustración 11 Arduino Mega 2560 ............................................................... 28 Ilustración 12 Arduino Mega ADK for Android ............................................... 29 Ilustración 13 Arduino UNO ......................................................................... 30 Ilustración 14 Arduino Pro Mini .................................................................... 30 Ilustración 15 Arduino Leonardo .................................................................. 31 Ilustración 16 Configuradion de ruedas diferencial ........................................ 34 Ilustración 17 Configuración en triciclo ........................................................ 35 Ilustración 18 Configuracion Ackerman ........................................................ 36 Ilustración 19 Ruedas de goma A4WD ......................................................... 38 Ilustración 20 Relación velocidad-torque-corriente ........................................ 39 Ilustración 21 Funcionamiento motor paso a paso ........................................ 40 Ilustración 22 Funcionamiento motor de corriente continua .......................... 41 Ilustración 23 Micro DC Motor engranado con Shaft Volver ........................... 44 Ilustración 24 Esquema de un puente en H .................................................. 45 Ilustración 25 Giro en un sentido del motor.................................................. 46 Ilustración 26 Giro en otro sentido del motor ............................................... 46 Ilustración 27 Situaciones no posibles .......................................................... 47 José Reyes Romero

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Ilustración 28 Relacion entre el voltaje y la velocidad ................................... 48 Ilustración 29 Esquema del L298N ............................................................... 49 Ilustración 30 contolador L298N .................................................................. 50 Ilustración 31 Relacion de pines del L298N .................................................. 51 Ilustración 32 Matriz de sensores infrarrojos ................................................ 53 Ilustración 33 placa perforada ..................................................................... 54 Ilustración 34 esquema sensor CNY70 ......................................................... 55 Ilustración 35 Montaje circuito auxiliar ......................................................... 56 Ilustración 36 Esquema montaje auxiliar ...................................................... 56 Ilustración 37 disposición de los sensores .................................................... 58 Ilustración 38 montaje sensores infrarrojos .................................................. 58 Ilustración 39 sketch prueba sensores CNY70 .............................................. 59 Ilustración 40 sensores infrarrojos colocados en la placa perforada .............. 59 Ilustración 41 captura de los datos en el monitos serial ................................ 60 Ilustración 42 Sensor paralax de ultrasonidos ............................................... 61 Ilustración 43 funcionamiento sensor Ping .................................................. 62 Ilustración 44 funcionamiento de sensor de ultrasonidos .............................. 63 Ilustración 45 montaje de sensor de ultrasonidos ......................................... 65 Ilustración 46 montaje en el robot del sensor de ultrasonido ......................... 65 Ilustración 47 sketch de prueba del sensor de ultrasonidos ........................... 66 Ilustración 48 captura de datos en el monitor serial ...................................... 67 Ilustración 49 bateria LiPo .......................................................................... 69 Ilustración 50 pilas de 9V y de 1,5 V ............................................................ 69 Ilustración 51 plataforma Pirate-4WD Mobile Platform ................................. 72 Ilustración 52 despieze de los componentes del chasis ................................. 74 Ilustración 53 colocacion de los motores ...................................................... 75 Ilustración 54 disposción de los cables de los motores .................................. 75 Ilustración 55 dispodion final de los cables, de la alimentacion y los motores . 76 Ilustración 56 cables M-H ............................................................................ 77 Ilustración 57 regulación de la placa perforada............................................. 78 Ilustración 58 sensor colocado en la placa perdorada ................................... 78

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Ilustración 59 placa perforada ..................................................................... 78 Ilustración 60 esquema para el circuito auxilar de los sensores infrarrojos y disposcion del patillaje del sensor ................................................................ 79 Ilustración 61 placa board con circuito auxiliar de los sensores ...................... 79 Ilustración 62 disposición de los sensores .................................................... 80 Ilustración 63 montaje del sensor Ping ........................................................ 81 Ilustración 64 esquema sensor ping............................................................. 81 Ilustración 65 parte superior del robot ......................................................... 82 Ilustración 66 esquema del circuito necesario para cambiar de modo ............ 82 Ilustración 67 situación de sensores en modo sigue linea .............................. 84 Ilustración 68 situación de sensores en modo sigue linea .............................. 84 Ilustración 69 situación de sensores en modo sigue linea .............................. 85 Ilustración 70 situación de sensores en modo sigue linea .............................. 86 Ilustración 71 Circuito para prueba Salir del mogollón ................................... 87 Ilustración 72 situación de sensores para prueba salir del mogollón............... 88 Ilustración 73 situación de sensores para prueba salir del mogollón............... 89 Ilustración 74 situación de sensores para prueba salir del mogollón............... 90 Ilustración 75 situación de sensores para prueba salir del mogollón............... 91 Ilustración 76 situación de sensores para prueba salir del mogollón.............. 92 Ilustración 77 situación de sensores para prueba salir del mogollón............... 93 Ilustración 78 situación de sensores para prueba salir del mogollón............... 94 Ilustración 79 situación de sensores para prueba salir del mogollón............... 95 Ilustración 80 dimensiones del robot ..........................................................100 Ilustración 81 dimensiones del robot ..........................................................101

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1 Introducción. El presente proyecto abarca la construcción y configuración de un robot sigue línea, así como la redacción de un código para que el robot realice sus funciones. Como su propio nombre indica, un robot sigue líneas debe ser capaz de seguir una trayectoria marcada en el suelo de forma autónoma, también debería ser capaz de encontrar la salida de un cerco marcado por una línea negra y finalmente salir. El robot deberá contar con una serie de sensores para deducir en qué posición se encuentra y en función de esta ser capaz de elegir el camino a seguir. Para ello este sistema será controlado por un microcontrolador, el cual tendrá un algoritmo de control que será el encargado de variar la velocidad y dirección de los motores para corregir la posición del robot.

Sensores

Microcontrolador Algoritmo de control

Motores Ilustración 1 Diagrama de todo el sistema

1.1 Motivaciones. En primer lugar una de las motivaciones para la realización de este proyecto ha sido la de poner en práctica los conocimientos adquiridos durante estos cursos.

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Otra motivación, para la creación de un robot, fue la de ponerme a prueba para demostrar que soy capaz de entender y llevar a la práctica las aplicación de los diferentes elementos electrónicos que se utilizan. Finalmente una motivación con carácter de reto, la de ser capaz de elaborar un código para el control y desarrollo de función del robot.

1.2 Objetivos. Mínimos: El objetivo último es dotar al robot de lo necesario para que sea capaz de seguir la trayectoria de una línea marcada en el suelo sin desviarse además de ser capaz de encontrar la salida de un cerco marcado con una línea negra. Pero para conseguir esto se deberán conseguir otros objetivos: 

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

Manipulación de sensores. Control de motores. Diseño de un sketch de control. Programación de un microcontrolador.

Máximos: A parte de las características anteriormente mencionadas, si hay tiempo y presupuesto el debería hacer también:



Detectar objetos que se encuentren en la trayectoria de la línea negra que tiene que seguir, y pararse o esquivarlos y seguir su camino. Robot que se pueda controlar mediante comandos de voz. Conectar una pantalla LCD en la que se indiquen datos como la velocidad

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y si detecta en ese momento o no línea negra en cada momento. Comunicación entre el sistema y dispositivos externos mediante algún sis-

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tema inalámbrico.

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2 Robot 2.1 Reglamento robots. En este apartado se redactarán las principales normas que deben cumplir todo robot que quieren participar en la prueba de rastreadores.

2.1.1 Requisitos del Robot

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Los robots rastreadores deberán ser autónomos. No podrán recibir datos que alteren su comportamiento. El tamaño del robot no debe superar las dimensiones de 20 cm de ancho



por 30 cm de largo y 20 cm de alto. El diámetro de las ruedas debe ser como máximo de 6 cm, no habiendo





límite para el número de ruedas. El número de sensores es ilimitado y se tienen en cuenta para el cálculo de la dimensión.

2.1.2 Pista 



Las pistas consistirán en una superficie de color blanco con una línea negra (camino a seguir) de una anchura 30±2mm, esta anchura será la misma en todo el circuito. Diámetro de la curva mínimo de 20 cm.

2.1.3 Pruebas El robot tendrá que superar dos pruebas, por lo que también dispondrá de dos modos de funcionamiento. Las pruebas que tendrá que superar son:

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Seguidor de línea, en la cual tendrá que seguir el trazado echo por una línea de color negro sobre un fondo blanco, además de detenerse si se le interpone algún obstáculo en el trazado de la línea. Salir del Mogollón, en esta prueba el robot tendrá que salir de un cerco parecido al que se mostrara en siguiente imagen, tendrá que salir de el sin sobre pasar las líneas que delimitan el cerco.

Ilustración 2 Circuito para prueba Salir del mogollón

3 Desarrollo de un robot seguidor de línea. Elección de componentes. 3.1 Microcontolador Un microcontolador es un circuito integrado constituido por las tres unidades funcionales al igual que un ordenador y estas unidades son: microprocesador, memoria y periféricos de entrada/salida. José Reyes Romero

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La forma en la que funciona un microcontolador viene determinada por el programa que almacena en su memoria. Este programa se puede diseñar y escribir en diferentes lenguajes de programación, tras una compilación se descarga en la memoria interna del microcontolador de forma que se pueda ejecutar. Esto unido a su alta flexibilidad, hacen que los microcontroladores se empleen cada vez en más aplicaciones, como pueden ser: automatización, robótica, domótica, medicina, aeronáutica, telecomunicaciones, etc.

Las principales características de los microcontroladores son: 

Microprocesador: típicamente de 8 bits, pero existen otras versiones de 4 , 32 y hasta 64 bits con arquitectura Harvad , con memoria/bus de datos separada de la memoria/bus de instrucciones de programa, o arquitectura von Neumann con memoria/bus de datos y memoria/bus de programa

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



compartida. Memoria de Programa: puede ser una memoria ROM (Read Only Memory ), EPROM (Electrically Programable ROM), EEPROM (Electrically Erasa- ble /Programable ROM) o Flash. Es la encargada de almacenar el código del programa que ejecutará el microprocesador. Memoria de Datos: es una memoria RAM ( Random Access Memory ) que típicamente puede ser de 1, 2, 4, 8, 16 o 32 kilobytes. Generador de Reloj: cristal de cuarzo que produce unos impulsos con una determinada frecuencia y genera una señal oscilante. Esta frecuencia suele ir desde 1 a 40 MHz. Interfaz de Entrada/Salida: puertos paralelos, seriales ( UARTs, Universal Asynchronous Receiver/Transmitter ), I2C (Inter-Integrated Circuit ), Interfaces de periféricos seriales ( SPIs, Serial Peripheral Interfaces ), Red de Área de Controladores (CAN, Controller Area Network ), USB (Universal Se- rial Bus ), etc.

Otras opciones:

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Conversores Analógicos-Digitales (A/D, analog-to-digital ) para convertir un nivel de voltaje en un cierto pin a un valor digital manipulable por el programa del microcontolador. Estos conversores A/D suelen tener una resolución típica de 10 bits, aunque existen versiones de 12, 16 o 32 bits. Moduladores por Ancho de Pulso (PWM , Pulse Width Modulation ) para generar ondas cuadradas de frecuencia fija pero con ancho de pulso variable. Aunque cualquier salida digital del microcontolador puede ser programada para hacer esta función mediante el uso de interrupciones y temporizadores, muchos microcontroladores incluyen algunas salidas especialmente dedicadas a este efecto, lo cual simplifica su uso.

3.1.1 ¿Qué es Arduino?

Arduino es una plataforma de hardware y software open source que está basado en una placa que permite conectar sensores y actuadores mediante entradas y salidas analógicas y digitales en un entorno de desarrollo basado en el lenguaje de programación Processing .

Ilustración 3 Logotipo Arduino

Al tratarse de una plataforma open source, permite que tanto su distribución como diseño sea libre. Es decir, puede ser utilizada para desarrollar cualquier tipo de proyecto sin tener que adquirir ningún tipo de licencia. Además el texto José Reyes Romero

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de referencia está publicado bajo licencia Creative Commons (ReconocimientoCompartir) bajo la misma licencia 3.0. Los ejemplos de código de la referencia están liberados al domino público.

3.1.2 ¿Por qué usar Arduino?

Las razones por las que he eligió Arduino como el microcontrolador que se usaría en el proyecto fueron: 



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Barato: por apenas 22 € se puede conseguir una placa Arduino completamente funcional incluyendo el cable serie-USB para cargarle los sketch. Popular: la plataforma Arduino es ampliamente conocida por miles de personas que continuamente desarrollan proyectos y los comparten. Además existen tutoriales y foros que facilitan el desarrollo del cualquier proyecto. Versátil: una misma placa puede servir para proyectos de muy variopintas índoles como puede, ser la robótica, domótica, control de sistemas o como programador de otros microcontroladores. Open Source: se encuentran en la misma web de Arduino los planos, esquemas de las diferentes placas, por lo que se puede modificar cualquier componente como se prefiera incluso construirte la tuya propia. Multiplataforma: El software de programación para Arduino es multiplataforma, es decir funciona en cualquier sistema operativo.

3.1.3 Partes de una placa Arduino.

Para explicar las principales partes que conforman una placa Arduino se va a utilizar como modelo la placa Arduino UNO rev3, ya que todas las placas tienes unos componentes estándar. Las principales partes son:

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Reset

ICSP USB

Led

Convertidor USB-Serial

Leds comunicación serial

Led encendido US Cristal de cuarzo

ICSP microcontrolador

Regulador de tensión

Microcontrolador

Alimentación externa

Ilustración 4 Esquema del modelo Arduino UNO rev3



Pines: - 3.3V, 5V, VIN (marrón violeta): Terminales para alimentar la placa. VIN (a veces marcado como 9V), es el voltaje de entrada a la placa Arduino cuando se está utilizando una fuente de alimentación externa, es decir se puede alimentar la placa Arduino mediante este pin. - Reset (naranja): Se pone a nivel bajo LOW para resetear el microcontrolador. Utilizado típicamente para añadir un botón de reset a la shields que bloquean (no se puede acceder) el de la placa original. - GND (amarillo): Toma de tierra.

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A0 – A5 (rojo): Terminales de entrada analógica, aunque también se pueden configurar como entradas digitales.

-

IOREF (blanco) Este terminal proporciona la referencia de tensión con la que opera el microcontrolador. AREF (gris): Terminal de referencia analógica. Referencia de voltaje para las entradas analógicas. 2-13 (verde): Terminales digitales. RX-TX (azul): Terminales digitales E/S serie- Tx/Rx, estos pines no se pueden utilizar como e/s digitales si se está utilizando comunicación en serie.

-

-



Microcontrolador: las placas Arduino generalmente emplean los microprocesadores de la familia ATmega328 y ATmega2560, estos son chips sencillos y de bajo coste que permiten el desarrollo de múltiples diseños.

Ilustración 5 Microcontrolador ATmega328 y ATmega2560

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Terminal ICSP USB microcontrolador: estos terminales permiten programar el bootloader del microcontrolador ATmega y poder cargar los programas directamente en el microcontrolador sin tener que utilizar programadores externos.

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Ilustración 6 Programación de una Arduino UNO a través de otro dispositivo

El bootloader es un conjunto de instrucciones mínimo que permanece almacenado en la memoria Flash del microcontrolador. Le permite interactuar con el interface de Arduino, interpretar los programas que se cargan, reciben y enviar datos por los diferentes puertos o generar señales de control y permite la comunicación USB.

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







LED encendido: Led cuya función es indicar si la placa recibe la suficiente alimentación como para funcionar. LEDs comunicación en serie: estos LEDs se encienden cuando hay una comunicación en serie. Si está recibiendo un dato se encenderá el LED RX (receive ) y si se está transmitiendo se encenderá el LED TX ( transmit ). LED: este LED está unido mediante una resistencia interna (resistencia pull-up ) al terminal 13. Permite comprobar el correcto funcionamiento de la salida digital 13 sin necesidad de conectar ningún elemento externo a esta para limitar la corriente proporcionada por esta salida. ICSP USB: permiten emplear la placa de Arduino como un programador de otros microcontroladores. Reset: sirve para resetear el microcontrolador. Convertidor Serie – USB: este dispositivo permite la conversión de los datos que llegan por el USB a datos entendibles por el microcontrolador,

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es decir, transforma los datos a serie. Permite la programación directa del Arduino desde el ordenador. 

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Terminal USB: permite tanto alimentar la placa como programarla y cargar el sketch. Cristal de cuarzo: dispositivo que permite que los microcontroladores operen a una cierta frecuencia. En Arduino esta frecuencia se encuentra entre 8 o 16 MHz. Regulador de tensión: sirve para independientemente de la tensión con la cual se esté alimentando la placa cada elemento interno de la placa obtenga la tensión que necesita para funcionar, ya sea 3,3V o 5V. Alimentación externa: permite conectara una fuente de alimentación externa para alimentar la placa, siempre que no esté conectada por USB.

3.1.4 Lenguaje de programación. Las placas Arduino se programan utilizando un lenguaje propio basado en el lenguaje de alto nivel Processing, aunque también se pueden emplear otros lenguajes de programación y aplicaciones como C, C++, Java, Matlab o Python, y luego programarse mediante un compilador AVR (Alf (Egil Bogen) and Vegard (Wollans)’s RISC processor), el cual corresponde con la familia de microcontro-

ladores de Atmel que incluyen todas las placas de Arduino. Sin embargo, uno de los aspectos que hacen atractiva la programación de Arduino es su interfaz de programación. El equipo de Arduino ha desarrollado una aplicación en el lenguaje Processing (que a su vez está basado en Java), que permite una programación muy sencilla y similar a la de otros lenguajes mediante la utilización de un lenguaje pseudocódigo. Esto hace que el diseñador pueda desentenderse de aspectos engorrosos de la programación del microcontrolador y concentrarse en otros aspectos del proyecto.

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3.1.5 Entorno de desarrollo.

Para poder crear programas y programar la paca Arduino se necesita descargar de la página de Arduino http://arduino.cc/es/Main/Software , el entorno de desarrollo (IDE).

Ilustración 7 Entorno de programacion de Arduino

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En la imagen anterior se muestra el entorno de desarrollo de Arduino. En la parte superior se encuentran las opciones habituales de todos los programas. En la segunda fila, se encuentran las opciones que son propias para la programación del Arduino, como son verificar, cargar, nuevo, abrir, guardar y monitor serial (de izquierda a derecha). Después se encuentra el nombre del sketch, y la parte central es donde se localiza el sketch propiamente dicho, es decir donde se escribe el código del programa. En la parte inferior es donde se informa de los l os errores de compilación. Y por último en la parte inferior se encuentra el modelo de d e la placa y el puerto serie en la que está conectada la placa pl aca Arduino. Una vez que sea a creado el código antes de proceder a cargarlo en la placa hay que comprobar la sintaxis del programa sea la correcta, y eso se hace pulsando sobre verificar. Si no nos reporta ningún error, ya está el código preparado prep arado para cargarlo, pero para evitar que quede algún dato de algún de un programa anterior se recomienda pulsar el botón reset de de la placa y a continuación pulsar en el IDE el botón cargar

Ilustración 8 Boton de reset de una placa Arduino

Ilustración 9 Boton para cargar sketch del IDE de Arduino

Y ya se puede comprobar si el sketch hace la función que querremos o no. José Reyes Romero

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3.1.6 Estructura de un Sketch. Todo sketch está formado por dos partes como mínimo la parte de void setup y void loop . Para la explicación de estas partes se va a tomar como ejemplo el sketch Blink , el cual permite encender y apagar el LED que incorpora la placa. La estructura seria la siguiente: Declaración de variables: void setup() { estamentos; } void loop() { estamentos; } 

Declaración de variables Lo primero que se debe hacer al empezar a elaborar un sketch es definir las variables y constantes que se van a emplear en él mismo. Estas variables se pueden a asociar a nombres o números que serán de gran utilidad a la hora de elaborar y de modificar los programas en un futuro. Ej En el ejemplo se ha definido la variable led como un entero y de valor 13.

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Configuración de la placa ( void setup () () ). Tras declarar las variables y constantes que va a emplear, se procede a configurar la placa, es decir indicar que función va a tener cada pin de la placa Arduino que se vaya a emplear.

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Las funciones que se suelen usar con más frecuencia es la función pinMode cuya función es definir si el terminal se va emplear como una entrada o como salida. Y por otro lado la función Serial.Begin que establece la velocidad de datos en bits por segundo para la transmisión de datos en serie. Esta parte del programa es la primera que se ejecuta y solamente una vez, además tiene que ser incluida aunque no haya declaraciones que ejecutar. Ej

En este caso se ha definido el pin 13 al que se le ha asignado la variable led, como un pin de salida, para configurarlo como entrada habría que cambiar OUTPUT por INPUT .



Bucle del programa principal (void loop () ) Una vez configura la placa se llega al propiamente dicho el bucle del sketch , esta parte es la que se va estar cíclicamente ejecutándose hasta que se apague el sistema o una orden en este bucle lo detenga. En esta parte se encuentran las funciones que realizan la mayor parte del trabajo del sketch , y las funciones más utilizadas en esta parte son las de lectura y escritura en de los pines: digitalWrite, digitalRead, analogRead, analo- gWrite.

Ej

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En este ejemplo se observa, como se utiliza la función digitalWrite para escribir en el pin 13, un valor alto es decir un 1 lógico, después espera un segundo (el tiempo se expresa en ms), y vuelve a escribir en el pin 13 pero ahora un valor bajo, es decir un 0 lógico a continuación esperaría 1s mediante la función delay otra vez, y así se estaría repitiendo este bucle indefinidamente mientras no se reseteara la placa o se dejara de alimentar. En este ejemplo se ha podido comprobar como en apenas 10 líneas, se ha podido controlar el encender y apagar el LED interno de la placa Arduino. Una vez se ha comprendido como se enciende y como se apaga un LED se está en disposición para poder controlar otros dispositivos, como pueden ser sensores, motores, etc.



Funciones

Una función es un bloque de código que tiene un nombre y un conjunto de estamentos que son ejecutados cuando es llamada dicha función. Las funciones se declaran asociadas a un tipo de valor denominado “type ”. Este valor será

el que la función devuelva. Hay diferentes tipos de funciones, por ejemplo si es del tipo “int ” la función devolverá un número entero, si se trata del tipo “ float ”

devolverá un número que puede tener decimales, esta funciones junto con la función “char ” que sirve para d evolver como valor un carácter de texto son las más empleadas. Si la función no devuelve ningún valor se colocara delante la palabra “void ” (función vacía)

Después de declarar el tipo de dato que devuelve la función, se escribe el nombre de la función y los parámetros que se ejecutaran. Type nombreFunción (parámetros) { estamentos } José Reyes Romero

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Entre llaves {}: Las llaves son utilizadas para definir el comienzo y fin de un bloque de instrucciones. Se utilizan en los bucles setup(), loop(), if, for, etc. Una llave de apertura “{“siempre debe ir seguida de una llave de cierre “}”, sino es así el programa dará errores.

El compilador de Arduino tiene una función muy útil para comprobar si todas la llaves abiertas han sido correspondidas con su complementaria llave de cierre, para comprobarlo solo tenemos que hacer click en el punto de inserción de una llave abierta e inmediatamente se marcara el correspondiente cierre de ese bloque.



Punto y coma ; : El punto y coma se utiliza para separar las instrucciones en el lenguaje de Arduino al igual que ocurre con otros lenguajes de programación como C. Además de esta función también se utiliza para separar los elementos de una instrucción de tipo “bucle FOR”. Recordatorio en los bucles FOR las instrucciones se tienen que sep arar mediante “;” aunque no se escriba ninguna instrucción.



Bloque de comentarios /* */ Son áreas de texto, en la que el texto no es interpretado por el programa, estos comentarios se utilizan para ayudar a comprender las funciones que realiza el programa. Comienzan con /* y terminan como */. /* Estos es un comentario de varias líneas no se debe olvidar cerrar los comentarios sino el programa querría interpretarlos. */



Línea de comentarios // Una línea de comentario empieza con // y no necesitan que se cierre. Al igual que los comentarios de bloque, las líneas de comentario son

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ignoradas por el programa y no ocupan espacio en la memoria de la placa Arduino. // Esto es un comentario de una sola línea. Este tipo de comentarios se suele emplear después de una instrucción, para proporcionar más información sobre lo que hace o para recordar en futuro cuál era su utilidad. 

Variables. Una variable es una manera de nombrar y almacenar un valor numérico para su posterior uso. Como se deduce de su nombre el valor de las variables puede ir cambiando, al contrario del valor de las constantes. Una variable debe ser declarada y opcionalmente inicializada con un valor. Ej int variableEntrada = 0; // declara una variable y le asigna el valor 0 variableEntrada = analogRead(A2);// la variable recoge el valor analógico del PIN2 Todas las variables tienen que declararse antes de que se puedan utilizar. Una variable puede ser declarada al inicio de del programa antes de la parte de configuración de la placa setup (), a nivel local dentro de las funciones, y a veces dentro de un bloque, como en lo bucles for, if , etc. En una función del lugar donde se declare la variable, se determina ámbito de aplicación. Una variable global es aquella que se puede utilizar por cualquier función y estamento de un programa. Este tipo de variables se declara al comienzo del programa, es decir antes del setup (). Una variable local es aquella que se defina dentro de una función o como parte de un bucle, y por lo tanto solamente es visible y se puede utilizar dentro de la función en la que se declaró.

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Por lo tanto se pueden tener más de una variable con el mismo nombre siempre que estas sean de tipo local, y no formen parte del mismo bucle o función.



Instrucciones más utilizadas. - pinMode (pin,mode). Esta instrucción es utilizada en la parte de configuración y sirve para configurar el modo de trabajo que va tener un determinado PIN pudiendo ser INPUT (entrada) u OUTPUT (salida). pinMode(pin, OUTPUT); // configura ‘pin’ como salida

Los terminales de Arduino suelen estar por defecto, configurados como entradas, por lo tanto no es necesario definirlos en el caso de que vayas a ser usados como entradas. Estos pines desde el punto de vista eléctrico quedan como entradas en estado de alta impedancia. - digitalRead (pin). Lee el valor de un pin (definido como digital) dando un resultado HIGH o LOW. El pin desde el cual se quiere leer se puede especificar como una variable o una constante. Valor = digitalRead (Pin); // hace que ‘valor sea igual al estado leído en ´Pin´ -

digitalWrite (pin, value). Envía “escribe” en el pin definido previa-

mente como OUTPUT el valor HIGH o LOW. El pin se puede especificar ya sea como una variable o como una constante.

-

analogWrite (pin, value). Esta instrucción sirve para escribir un

pseudo-valor analógico utilizando el procedimiento de modulación por ancho de pulso (PWM). Esta instrucción solamente se puede hacer si selecciona un pin marcado como PWM. En esta placa los pines marcados como PWM son del 0 a 13. José Reyes Romero

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La técnica de PWM es empleada para producir señales digitales que se comportarán como señales analógicas. -

analogRead (pin). Lee el valor de un determinado pin definido como

entrada analógica, con una resolución de 10 bits. Esta instrucción solo funciona en los pines definidos como analog IN que van desde el (A0 – A15). El rango de valores que podemos leer oscila desde 0 a 1023.

-

Esta instrucción ha sido usada en este proyecto para leer los valores recogidos por los sensores infrarrojos. Delay . Esta instrucción sirve para detener los procesos de la placa durante un cierto tiempo, este tiempo se expresa en milisegundos. Delay (2000) // espera 2 segundos.

Para más información acerca de las instrucciones, comandos y estructuras que se pueden emplear en la programación de Arduino se puede visitar arduino.cc/es/Reference/Extended .

3.1.7 Modelos de Arduino.

En la actualidad existen infinidad de modelos de Arduino: UNO, Leonarado¸ Mega, LilyPad, Micro, Pro mini, Bluetooth…

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Ilustración 10 Difetentes modelos de Arduino.



Arduino Mega 2560. El Arduino Mega es un microcontrolador basado en el ATmega2560. Dispone de 54 terminales digitales (14 de ellos se pueden emplear como salidas PWM), 16 terminales analógicos y 4 puertos serie (8 pines los puertos están formados por un pin de TX y otro de RX). Posee una memoria flash interna de 256 KB que permite guardas códigos extensos (8 KB son empleados por el bootloader). Además cuenta con 8KB de SRAM y 4KB de EEPROM, al cual se puede acceder desde la librería EEPROM.

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Ilustración 11 Arduino Mega 2560

Todo esto hace que este modelo sea el más adecuado para los proyectos más complejos en lo que se necesitan multitud de entradas y salidas o más memoria. Por otro lado se trata del Arduino de mayores dimensiones.



Arduino ADK El Arduino ADK es un microcontrolador basado en el ATmega2560, por lo que las características de esta placa son muy similares a las de la placa MEGA. La diferencia principal es que esta placa cuenta con una interfaz host USB para conectar con los teléfonos basados en Android, basado en el MAX3421EIC. Tiene 54 terminales digitales (de los cuales 15 se pueden utilizar como salidas PWM), 16 entradas analógicas y 4 puertos serie (8 pines los puertos están formados por un pin de TX y otro de RX). Posee una memoria flash interna de 256 KB que permite guardas códigos extensos (8 KB son empleados por el bootloader). Además cuenta con 8KB

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de SRAM y 4KB de EEPROM, al cual se puede acceder desde la librería EEPROM

Ilustración 12 Arduino Mega ADK for Android

Todas estas características lo hacen el modelo más adecuado para proyectos más complejos en los que se necesiten necesiten multitud de entradas y salidas o más memoria o se necesite la comunicación con teléfonos basados en Android. Por otro lado se trata de d e la placa con mayores dimensiones al igual que la MEGA, pero el precio de la ADK es más elevado. 

Arduino UNO El Arduino UNO es un microcontrolador basado en el ATmega328. Dispone de 14 terminales digitales (6 de ellos se pueden emplear como salidas PWM), 6 terminales analógicos y un puerto serie).

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Ilustración 13 Arduino UNO

Posee una memoria interna de 32 KB Posee una memoria interna de 32 KB (0’5 kB son empleados por el bootloader). bootloader). Además cuenta con 2 KB de SRAM

y 1 KB de EEPROM, al que también se puede acceder desde la librería EEPROM. Este es modelo es el más adecuado para proyectos en los que no se necesitan muchas entradas ni salidas y el tamaño no sea un problema ya que es el modelo más económico.



Arduino Pro Mini.

El Arduino Pro Mini es un microcontrolador m icrocontrolador que dispone de las mismas características que el Arduino UNO, es decir cuentas con el mismo número de entradas y salidas digitales, analógicas y misma memoria.

Ilustración 14 Arduino Pro Mini

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La principal diferencia entre el Arduino Pro Mini respecto al UNO es su tamaño, ya que un espacio muy reducido se puede p uede contar con todas las opciones que ofrece el Arduino UNO. Esto lo convierte en el modelo más adecuado en el que el factor del tamaño sea fundamental. Sin embargo cabe destacar que por razones de coste esta placa no incorpora el circuito interfaz Serie-USB, con lo cual se necesita disponer de un hardware adicional para programarlo. progr amarlo. 

Arduino Leonardo El Arduino Leonardo es un microcontrolador basado en el ATmega32U4. Dispone de 20 terminales digitales (de los cuales 7 se pueden emplear como salidas PWM) y 12 terminales como entradas analógicas y 1 puerto serie. Posee una memoria interna de tipo flash 32KB (4KB (4K B son empleados por el bootloader). Además cuenta con 2,5 KB de SDRAM y 1KB de EEPROM, al cual se puede acceder desde la librería EEPROM.

Ilustración 15 Arduino Leonardo

Todo esto hace que este modelo se pueda emplear para proyector en los que el tamaño de la placa sea importante y que q ue no se necesiten un gran número de entradas. Aunque como ventaja frente al Arduino pro-mini incluye el interfaz serie-micro USB.

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3.1.8 Elección del Microcontrolador Modelo Micro

Arduino Mega

Arduino ADK

ATmega 2560 ATmega 2560

Arduino UNO Arduino Pro Mini

Arduino Leonardo

ATmega 328

Atmega 328

ATmega32U4

Tensión de funcionamiento

7-12 V

7-12 V

7-12 V

7-12 V

7-12 V

Tensión recomendada

5V

5V

5V

5V

5V

Tensión límite

6-20 V

6-20 V

6-20 V

6-20 V

6-20 V

Corriente pines entrada/salida

40 mA

40 mA

40 mA

40 mA

40 mA

Pines Digitales

54 (14 PWM)

54 (14 PWM)

16 (6 PWM)

16 (6 PWM)

20 (7 PWM)

Pines Analógicos

16

16

6

6

12

EEPROM

4 256 KB (8 KB bootloader) 8KB 4KB

4 256 KB (8 KB bootloader) 8KB 4KB

1 32 KB (0,5 KB bootloader) 2KB 1KB

1 32 KB (0,5 KB bootloader) 2KB 1KB

1 32 KB (4 KB bootloader) 4 KB 1KB

Frecuencia

16 MHz

16 MHz

16 MHz

16 MHz

16 MHz

Gran cantidad de entradas/salidas y mucha memoria

Gran cantidad de entradas/salidas , mucha memoria y comunicación con Android

Reducido Tamaño

Reducido Tamaño y mayor número de salidas que Arduino ProMini

Puerto serie Memoria interna SRAM

Ventajas

Desventajas

Económico

No dispone de conPocas Saliversor USB-SERIE y Gran Tamaño Gran Tamaño das/entradas hay que soldar los pines Tabla 1 Caracteristicas de los microcontoladores preseleccionados

Hay que soldar los pines

Tras esta comparativa de los diferentes modelos de desecho el emplear el Arduino Pro Mini por la necesidad de tener que adquirir el conversor USB-SERIE y el reducido número de entradas/salidas que no sería suficientes para llevar a cabo el desarrollo de este proyecto. El Arduino UNO también se desechó por no contar con el suficiente número de entradas y salidas.

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Mientras que el Arduino Leonardo si contaba con el suficiente número de entradas y salidas, aunque no son suficientes ya que se pretende que se en un futuro se le vayan añadiendo más sensores por lo que harían falta más. Por lo tanto ya solo quedan dos modelos para elegir, entre ellos el número de entradas y salidas es el mismo, y ya que el proyecto no requiere que tenga que haber comunicación con dispositivos Android, se decidió elegir el Arduino Mega que respecto al modelo ADK es más económico. Finalmente se decidió realizar el proyecto empleando como microcontrolador el Arduino Mega, que a pesar de sus mayores dimensiones no son un inconveniente para este proyecto en el que el tamaño no es un problema.

3.2 Ruedas 3.2.1 Configuración de ruedas

A continuación se va a realizar un estudio sobre las distintas configuraciones posibles que puede prestar el robot en cuanto a disposición de sus ruedas. 

Configuración Diferencial

Esta configuración consta de dos ruedas paralelas entre sí con tracción independiente. En teoría esta es la mecánica más fácil de construir ya que únicamente se necesitan ruedas de tracción, ya que los giros se consiguen con la diferencia de sentido de giro de las rudas y la diferente velocidad.

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Ilustración 16 Configuradion de ruedas diferencial

Para conseguir que este conjunto sea más estable se suelen usar dos ruedas locas o patines que aguantarán el peso del robot impidiendo que este se incline. Sin embargo este sistema puede presentar problemas si la pista es irregular ya que las ruedas pueden perder tracción. De esta forma su principal ventaja es que es muy fácil de construir. Y de conseguir que el vehículo gire simplemente variando la velocidad de giro de las ruedas. Sin embargo esta disposición presenta una serie de inconvenientes. La principal de ellas es que las ruedas de tracción no pueden ir a la máxima velocidad siempre. Por ejemplo en las curvas la rueda interior (la que se encuentra más cerca al centro de la curva) deberá frenar incluso invertir el sentido de giro. Además, para asegurar el movimiento rectilíneo del robot se deberá comprobar que ambas ruedas giran a la misma velocidad. 

Configuración en Triciclo

Esta configuración se compone de tres ruedas que forman un triángulo. La delantera proporciona la dirección y las dos traseras, paralelas entre sí, son las de tracción.

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Ilustración 17 Configuración en triciclo

Su principal ventaja es que las ruedas traseras pueden ir siempre a la máxima velocidad siempre que el radio de la curva sea lo suficiente grande. Sim embargo el principal problema de esta configuración son los giros. El radio mínimo que pueda girar el robot sin problemas dependerá de la distancia que exista entre las ruedas de tracción y la rueda de dirección. 

Configuración Ackerman

Esta la configuración que tienen los coches, es decir, cuatro ruedas siendo dos de ellas las dirección y la otras la motrices. Pueden existir diferentes configuraciones dependiendo donde se encuentren las ruedas de tracción. Si estás se encuentran en la parte trasera, el coche seria de tracción trasera, mientras que si las ruedas de tracción se encuentran en la parte delantera, el coche seria de tracción delantera.

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Ilustración 18 Configuracion Ackerman

En un coche normal las ruedas de dirección generalmente suelen ser las delanteras ya que son las que se encuentran más cercanas al conductor. Sin embargo, en un robot podrían ser las traseras, aunque por costumbre y parecido a la realidad se suelen elegir como ruedas de dirección las delanteras. La ventaja de la tracción delantera es que se aprovecha mucho mejor la energía en curva porque la fuerza se transmite en la dirección de esta por lo que serán más fáciles de controlar. Sim embargo si la potencia es elevada se hace difícil de manejar el vehículo de esta manera ya que tienden a subvirar. Las principales ventajas que ofrece la configuración Ackerman son que las ruedas de tracción pueden ir a máxima velocidad siempre que el radio de giro sea lo suficientemente grande y que ofrece una gran estabilidad. Por otro lado, el radio de giro en esta configuración no es muy pequeño, por lo que se ha de frenar antes de entrar en una curva. 3.2.2 Modelos de ruedas

Al mismo tiempo que se analizaban las diferentes configuraciones que podía tomar el robot en cuanto al número y disposición de las ruedas se compararon las diferentes ruedas que estaban disponibles en el mercado

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Imagen

Modelo

Ruedas 60x8 mm

Rueda todo terreno 42x19

Diámetro

Precio

60 mm

6,90€

42 mm

5,90€

32 mm

5,95 €

65 mm

3,70€

mm

Ruedas de goma 32x7 mm

Ruedas de goma para A4WD y A2WD 65 x 25 mm Tabla 2 Modelos de ruedas.

3.2.3 Elección

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Tras este análisis se eligió el sistema diferencial, aunque con unas peculiaridades ya que no se han utilizado dos ruedas tracción sino 4 ruedas de tracción, por lo que no necesita ruedas locas ni patines. Este sistema es el más fácil de implementar, además al estar formado por 4 ruedas es más estable y cuando va en línea recta pueden ir a todo velocidad. Aunque esté formado por cuatro ruedas, las ruedas delanteras están paralelas entre sí, al igual que las traseras, por lo que manipulando la velocidad de las ruedas es como se consigue que el robot se desplace y gire sin tener que manipular otro elemento.

En cuanto a las ruedas de tracción se eligieron las ruedas de goma para A4WD de 65mm ya que eran las de precio más económico y las que más estabilidad proporcionan al coche ya que son las más anchas.

Ilustración 19 Ruedas de goma A4WD

3.3 Motores Un motor eléctrico es una máquina que transforma la energía eléctrica en movimiento, y generalmente en un movimiento rotativo. Hay muchos tipos de motores, pero los más empleados en robótica son los motores paso a paso y los motores de corriente continua pudiendo estos ser de dos tipos, con escobillas (la tradicional) o sin escobillas ( brushless ). Los parámetros principales que describen las características de un motor son la velocidad, media en rpm, y el par, medio en mN-m o g-cm. La unidad del par muestra la dependencia que hay entre la fuerza y la distancia a la que se aplica. Por ejemplo, un motor con 2 mN-m de par puede producir una fuerza de

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2 mN con una palanca de 1 metro conectada a su eje, 1 mN con una palanca de 2 metros, 0’5 mN con una palanca de 4 metros, etc. Todo motor tiene una velocidad máxima (cuando no se aplica fuerza sobre su eje) y un par máximo (cuando se aplica una fuerza en su eje y esta para el motor). Estos parámetros se denomina free-running speed y stall torque (Ts). El motor consume menos corriente cuando no se aplica fuerza sobre su eje y la corriente aumenta a medida que la fuerza aplicada sobre su eje aumenta, hasta llegar al punto de máximo par (Ts).Esta relación es directa, pero puede no ser lineal dependiendo del tipo de motor que se emplee.

Ilustración 20 Relación velocidad-torque-corriente

En los siguientes apartados se describirán los diferentes tipos de motores y se determinará la velocidad que deben dar estos motores.

3.3.1 Motores paso a paso

Un motor paso a paso, es un dispositivo el cual produce una rotación en ángulos iguales, denominados pasos, por cada impulso digital que llega a su entrada. Por ejemplo, si en el caso de un motor un pulso produce un giro de 5 °, entonces 72 pulsos producirán un rotación de 360°. Además poseen la peculiaridad de que se pueden enclavar en una cierta posición. Estos motores son los más

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apropiados y los más utilizados para aplicaciones en la que la precisión en la posición angular del eje sea un requisito esencial. Existen diversos tipos de motores paso a paso, entre los que destacan los de reluctancia variable, los de imán permanente y el híbrido. Básicamente un motor paso a paso está compuesto por una parte móvil, el rotor, y una parte fija, el estator. El rotor suele ser un imán permanente o un inducido ferromagnético. En el estator se ubican las bobinas por las que se hará circular la corriente que inducirán un campo magnético. La corriente se va alternando por las diferentes bobinas, lo que provoca que se cree un campo magnético giratorio, el cual seguirá el rotor, produciéndose de este modo el giro del rotor.

Ilustración 21 Funcionamiento motor paso a paso

De esta forma, si se consigue que la corriente circule por las bobinas de una manera ordenada y con la frecuencia adecuada se podrá conseguir que el motor avance un paso en uno u otro sentido. La principal ventaja que proporciona este tipo de motores es la precisión de giro que son capaces de proporcionar, por lo que el movimiento del robot será más preciso. Cuanto menor sea el paso del motor, mayor será la precisión.

3.3.2 Motores de corriente continua. Un motor de corriente continua proporciona un par de giro proporcional a la corriente inyectada en su armadura. Por este motivo su control de par requiere un lazo cerrado de control de corriente, sim embargo, para aplicaciones sencillas José Reyes Romero

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donde la carga del motor permanece casi constante, se puede tomar como referencia que esta corriente controlará la velocidad de giro del motor. Tienen velocidades de giro muy altas, por lo que es necesario montar cajas reductoras para adaptar la velocidad a un rango utilizable. Este tipo de motor está compuesto por un estator, el cual da soporte mecánico al sistema y posee una cavidad en el centro, y un rotor al que le llega la corriente procedente del estator a través de escobillas. El principio de funcionamiento de este tipo de motores está basado en la ley de Lorentz también llamada la ley de la mano Izquierda, por la que al introducir un conductor por el que circula una corriente eléctrica en un campo magnético este sufrirá una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente.

Ilustración 22 Funcionamiento motor de corriente continua

F=B*l*I Donde F es la fuerza expresada en newtons, B es la densidad de flujo en teslas, l es la longitud del conductor en metros e I es la corriente que circula por el conductor en amperios. El rotor tiene varios devanados repartidos por la periferia. A medida que gira, la corriente se activa en el conductor apropiado. De esta forma, el sentido de giro de un motor de corriente continua dependerá del sentido relativo de las corrientes circulares por los devanados inductor e inducido. Si se quiere invertir el sentido de giro del motor se deberá invertir el sentido del campo magnético o de la corriente del inducido.

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La ventaja principal de este tipo de motores reside en su fácil adaptación a las diferentes situaciones que puede presentar el sistema, permitiendo ajustar o variar la velocidad, el par y el sentido de rotación. El problema principal es el mantenimiento de las escobillas. Debido a que es una superficie que está en continuo rozamiento con otra superficie, estas se desgastan a largo plazo y es necesario realizar operaciones de mantenimiento periódicas. Esto es de especial importancia en aplicaciones industriales donde el ambiente puede ser especialmente agresivo. El contacto entre estas dos superficies es clave para el correcto funcionamiento del motor, por lo que habrá que asegurarse que no existe ningún problema. Sin embargo en aplicaciones de robótica pequeñas o de juguetería, no suele haber ningún problema con estos componentes durante el periodo de vida del motor.

3.3.3 Cálculo de la velocidad

Como objetivo se va a fijar que el motor se mueva aproximadamente a 1 m/s. Para determinar las rpm que debe tener el motor se aplica la siguiente formula. V= 2πRN/60 Tal que V viene en m/s, R en m y N en rpm. Teniendo en cuenta que el radio de las ruedas escogidas es de 32.5 mm se tiene:

0,5 = 2 ∗ 0,0325 ∗  60

N =147 rpm

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3.3.4 Elección de motor

Tras analizar cada uno de los tipos de motores se optó por emplear motores de corriente continua. Este tipo de motores se adapta mejor a las necesidades del robot, ya que se pretende que el motor sea capaz de cambiar su velocidad cuanto más rápido mejor, y en ese aspecto los motores de corriente continua son más apropiados que los de paso a paso. Además el control de la velocidad de los motores de corriente continua ofrece más posibilidades que el control de motores de paso a paso. Imagen

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Modelo

Reductora

Velocidad sin carga

Consumo sin carga

Precio

MOTOR MICRO METAL DC CON REDUCTORA 30:1

30:1

440 rpm

40mA (Max: 360mA)

13,20 €


10:1

1250 rpm


50:1

250 rpm

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40mA (Max: 360mA)

40mA (Max: 360mA)

13,20 €

13,20 €

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Micro DC Motor engranado con Shaft Volver

120:1

160 rpm

40mA (Max: 360mA)

3,78 €

Tabla 3 Tipos de motores

Según las ruedas escogidas de 32,5 mm de radio los motores ofrecerán una velocidad de 1,5 m/s el modelo de 30:1, de 4,2 m/s el modelo de 10:1, de 0,85 m/s el modelo de 50:1 y el modelo de 120:1 una velocidad de 0,54 m/s, por lo tanto el modelo que más se acerca a la velocidad que se pedía es el modelo cuya caja reductora es 120:1.

Ilustración 23 Micro DC Motor engranado con Shaft Volver

3.4 Actuador electrónico Como se ha especificado en el apartado anterior, los motores seleccionados necesitan de al menos 40 mA para funcionar. Si se recuerdan las especificaciones del Arduino Mega cualquier línea de salida de este puede proporcionar hasta un máximo de 40 mA, por lo que se necesita de otro componente que pueda alimentar a los motores. Además, si se desea que la velocidad de giro de los motores sea variable y además que se pueda producir en ambos sentidos se hace más evidente la necesidad de otro componente.

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De entre las diferentes tipologías de actuadores electrónicos de potencia, en este proyecto se empleará la conocido como etapa conmutada en puente en H. Este componente se denomina puente en H. Es una de las partes críticas del robot, ya que un mal funcionamiento o un mal montaje de este provocarán que el robot no funcione como se espera de él. En los siguientes apartados se va a proceder a explicar los motivos de su elección y su funcionamiento.

3.4.1 ¿QUÉ ES UN PUENTE EN H?

Un puente en H es un circuito electrónico de potencia que está formado por una serie de transistores, los cuales permitirán pasar o cortar la corriente en un determinado sentido. Como se acaba de comentar, los puntos de trabajo de los transistores serán el de corte (OFF) o saturación (ON), y estos puntos de trabajo serán controlados mediante sus terminales de Base (en el caso de transistores BJT) o de Puerta (en el caso de transistores MOSFET). Para el caso unipolar, la etapa se compone de cuatro transistores que actúan como interruptores, los cuales pueden estar en dos estados, abierto (ON) y cerrado (OFF). Cuando un interruptor está abierto no permite el paso de corriente a través de él, en cambio cuando esté cerrado sí lo permitirá.

Ilustración 24 Esquema de un puente en H

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Variando los puntos de trabajo de los interruptores se puede conseguir que el motor gire en un sentido u otro, o que se quede parado al fijar los dos terminales del motor a una misma tensión. Si el puente en H tiene los interruptores 1 y 4 cerrados mientras que los interruptores 2 y 3 permanecen abiertos, se permite el paso de la corriente de izquierda a derecha. De esta forma el motor gira en un sentido.

Ilustración 25 Giro en un sentido del motor

Si se invierte el estado de los interruptores la corriente circula en sentido contrario. De esta forma variando entre estas dos posiciones se consigue que el motor gire en uno o en otro sentido.

Ilustración 26 Giro en otro sentido del motor

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También hay que tener en cuenta que no todas las combinaciones son correctas, ya que algunas posiciones crean cortocircuitos. Es decir, los interruptores de una misma rama (1-3 y 2-4) no podrán estar cerrados al mismo tiempo.

Ilustración 27 Situaciones no posibles

Por último, si los interruptores 1 y 2 estuvieran cerrados y los interruptores 3 y 4 abiertos tendrían ambos terminales del motor el mismo voltaje, con lo que el motor se pararía rápidamente, más incluso que si se cortase la alimentación. A este modo se le llama Fast stop . En la siguiente tabla se resumen todas las combinaciones posibles de los interruptores y el resultado que tienen sobre el motor: Estado

I1

I1

I3

I4

Resultado

1

Abierto

Abierto

Abierto

Abierto

El motor se detiene bajo su inercia

2

Cerrado

Abierto

Abierto

Cerrado

El motor gira en avance

3

Abierto

Cerrado

Cerrado

Abierto

El motor gira en retroceso

4

Cerrado

Cerrado

Abierto

Abierto

Fast stop

Tabla 4 Estados de los motores en función de los estados de los interruptores

Una de las principales ventajas del actuador en puente en H es que permite controlar de forma precisa el valor promedio de tensión que se aplica en su carga. Es decir, que no es un actuador Todo/Nada como pudiera parecer debido al funcionamiento en forma de interruptor de sus transistores, sino que es posible obtener valores intermedios controlables de tensión en la carga. Esto permite José Reyes Romero

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controlar la corriente que se inyecta en los motores y, en última instancia, la velocidad a la que gira. Esto se consigue mediante la técnica de Modulación de Ancho de Pulsos o PWM de sus siglas en inglés ( Pulse Width Modulation ). Esta técnica consiste en un sencillo principio que consiste en alternar el estado de conducción del puente a una frecuencia alta, mucho mayor que la constante de tiempos del motor alimentado. De esta manera, el motor no percibe las bruscas variaciones de tensión, sino que las ve como un valor promedio. Como el voltaje que ve el motor es una serie de pulsos de ancho variable, a este método se denomina Modulación de Anchos de Pulsos.

Ilustración 28 Relacion entre el voltaje y la velocidad del motor en función del tiempo

El principal concepto importante de entender es el conocido como ciclo de trabajo. Este se define como la fracción del periodo de conmutación en que la señal se encuentra en estado activo: =

 

Donde D es el ciclo de trabajo, τ es la duración en la que la señal se

encuentra en estado activo y T el periodo de la señal. En la gráfica se puede ver un ejemplo de PWM. En un principio el ciclo de trabajo es del 100 %, por lo que el motor gira al 100 % de su velocidad nominal.

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Sin embargo, cuanto más bajo es el ciclo de trabajo menor es la velocidad a la que gira el motor, hasta llegar al 0 %. A continuación se van a estudiar el componente que se va a utilizar como puente en H del robot.

3.4.2 L298N

El L298N es un circuito integrado formado por dos puentes en H separados. Cada uno de estos puentes permite obtener hasta 2 A (o 4 A si se conectan en paralelo ambos puentes), por lo que se puede utilizar para alimentar a los motores.

Ilustración 29 Esquema del L298N

Se empleó este circuito integrado, ya que fue el que se pudo conseguir y además cumplía los requerimientos de los motores. Sim embargo, tras investigar sobre las ventajas e inconvenientes de este integrado, se descubrió, que entre los inconvenientes que presenta destacan: Un excesivo calentamiento, por lo que habría que incorporar un radiador.

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Otro inconveniente es que el integrado por sí solo no incluye ningún elemento de protección contra sobretensiones inversas (problema muy frecuente cuando se alimentan cargas de componente inductiva), por lo que había que añadirle un total de ocho diodos (4 para cada motor) para su perfecto funcionamiento y evitar que algún pico de tensión inversa pudiera dañar algún transistor. Estos diodos suelen conocerse como diodos de libre circulación. Para revertir estos inconvenientes se decidió escoger el controlador de motores de doble puente en H, del cual se muestra su imagen a continuación y esté controlador incluye todos los componentes incluidos. Quedando mediante su utilización los inconvenientes subsanados y además proporciona un fácil montaje.

Ilustración 30 contolador L298N

Ahora se va explicar a estudiar cada conexión del integrado, además este integrado emplea transistores BJT.

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A continuación se van a explicar cada una de las conexiones del circuito integrado.

Ilustración 31 Relacion de pines del L298N

1. GND: Tierra. 2. Sense A: Pin de medida del Puente A. Se deberá conectar a tierra si no se desea usar este pin, en nuestro caso dejar el jumper como viene conectado. 3. N.C: No se utiliza 4. Out 1: Salida 1 del Puente A. 5. Out 2: Salida 2 del Puente A. 6. Vs: Alimentación del Puente 7. Input 1: Entrada lógica 1 del puente A 8. Enable A: Activador del puente A 9. Input 2: Entra lógica 2 del puente A 10.GND: Tierra. José Reyes Romero

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11.GND: Tierra. 12. VSS: Alimentación del multiplicador del oscilador. 13.Input 3: Entrada lógica 1 del puente B 14.Enable B: Activador del puente B 15.Input 4: Entrada lógica 2 del puente B 16.Out 3: Salida 3 del Puente B. 17.Out 4: Salida 3 del Puente B. 18.N.C : No se utiliza 19.Sense B: Pin de medida del Puente B. Se deberá conectar a tierra si no se desea usar este pin, en nuestro caso dejar el jumper como viene conectado. 20.GND: Tierra.

3.5 Sensores Los sensores van a ser el único medio a través del cual el robot recibirá información de su entorno cuando se encuentre funcionando. Los sensores con los cuales va a contar el robot son de dos tipos, unos sensores infrarrojos para determinar la situación de la línea negra, y un sensor de ultrasonidos para detectar la situación de obstáculos en la parte delantera del coche. 3.5.1 Sensores Infrarrojos

La función de estos sensores es la de leer la oscuridad del suelo en puntos concretos, por lo que es importante elegir el número y la distribución de los sensores. Lo más habitual es que estos sensores se ubiquen en la parte delantera del robot para que de esta manera se pueda anticipar ante la llegada de una curva. Ahora bien existen diferentes configuraciones posibles José Reyes Romero

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La primera de ellas consiste en adquirir una matriz de sensores infrarrojos. Esta matriz está compuesta por una serie de sensores infrarrojos dentro de un mismo circuito integrado, el número de estos sensores puede variar. La principal ventaja es su reducido tamaño, mientras que su desventaja esta que no se puede colocar cada sensor donde elijas.

Ilustración 32 Matriz de sensores infrarrojos

También es posible adquirir cada sensor infrarrojo por separado y colocar cada uno donde se prefiera, esta opción es la que se ha elegido para este robot. El sensor por excelencia que se utiliza para esta función es el CNY70, del cual se puede encontrar multitud de información en Internet y no toda ella es cierta. La ventaja de esta distribución es que se pueden colocar los sensores en la parte que se prefiera, pero también surge un inconveniente es que esta configuración requiere más espacio, ya que necesita montar una circuitería adicional compuesta por resistencias, para que los sensores funcionen de la manera correcta. Otro factor importante a tener en cuenta a la hora de elegir los sensores infrarrojos es su distancia al suelo. Esta viene determinada por el tipo de sensor y el tipo de lectura que se realiza. En la mayoría de las ocasiones la lectura es digital, es decir, se leen 0’s y 1’s. En general, cuanto más pegado esté el sensor

al suelo mejores lecturas realizará. Por último es importante determinar la distancia que hay entre los sensores y el eje de los motores. Cuanto más alejados estén los sensores del eje de los motores antes se anticipará la llegada de una curva, pero, sin embargo, los motores deberán de hacer más fuerza para mover o corregir el robot, por lo que en principio responderá peor. De esta forma hay que encontrar un equilibrio entre la distancia a la que se encuentran los motores entre sí y la distancia que existe entre los sensores y el eje de los motores. José Reyes Romero

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Finalmente se eligió como sensor infrarrojo el CNY70, y se montaran en una placa perforada y su circuito adicional, se montara en una placa board. La razón por la que se eligió el comprar los sensores por separado fue la libertad de colocación de estos. 3.5.1.1CNY70

Los sensores infrarrojos CNY70 están diseñados específicamente para la utilidad que se la va a dar en este robot, es decir, para detectar línea negra sobre fondo blanco y viceversa; aunque se puede emplear para otros propósitos como por ejemplo sensor de proximidad. Se van a emplear dos sensores para el modo sigue línea, y cuatro para el modo salir del mogollón. Los dos que se emplean para el modo sigue línea también se emplean para salir del mogollón, por lo que se necesitaran 4 sensores. Estos sensores se colocaran en una placa perforada de unas dimensiones de 78x58 mm, como la que aparece en la imagen.

Ilustración 33 placa perforada

El CNY70 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 detección del rayo reflectado por el receptor.

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Este sensor funciona con una longitud de onda de 950 nm lo que lo hace interesante para su utilización en entornos de gran iluminación.

Ilustración 34 esquema sensor CNY70

Las características del sensor son: 













Longitud de onda del haz infrarrojo de 950nm. Intensidad del diodo emisor Iak=50mA. Intensidad de colector Ic=50mA. Tensión colector emisor Ice=32V Tensión emisor colector Vec=7V. Consumo aproximado de 200mW. Distancia de detección de 0.3 a 5mm

Para el funcionamiento correcto de cada sensor se necesita montar un circuito, auxiliar el cual está compuesto por una resistencia de 220 Ω (R1) para proteger al emisor que se trata de un diodo led infrarrojo y una resistencia de 47KΩ (R2) para tomar el dato desde el colector del fototransistor . El circuito se

alimenta mediante una salida de 5V de la placa Arduino. El montaje del circuito se realizó en una placa board para poder realizar más pruebas ya que su montaje y desmontaje es más rápido.

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Ilustración 36 Esquema montaje auxiliar Ilustración 35 Montaje circuito auxiliar

El funcionamiento de este sensor, es el siguiente, el dio led se encuentra constantemente emitiendo, y en función de la superficie sobre la que el haz emisor se refleje, este reflejo será mayor o menor. Si la superficie sobre la que se refleja el haz es negra, esta superficie absorberá toda la luz por lo que el receptor no recibirá nada y la lectura del colector del fototransistor indicara que el emisor se encuentra sobre un superficie negra. Sin embargo si se encuentra sobre una superficie blanca esta superficie reflejara todo la luz, por lo tanto esta le llegara al receptor, el dato que se obtendrá en el colector indicara que se encuentra sobre una superficie blanca. Los datos que se obtienen de la salida del colector pueden ser diferentes, estos datos dependen de si la salida se conecta a una entrada digital o analógica del microcontrolador. Si la entrada a la que se conecta es digital, los datos que se obtendrán serán un 0 si la superficie refleja (blanca) y un 1 si la superficie no refleja (negro) Sim embargo si la entrada se conecta a una entrada analógica como es nuestro caso, permite la detección dinámica del blanco y negro (muy útil cuando el recorrido presenta alteraciones en la iluminación). De esta forma se distingue

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el blanco del negro discriminando los valores que da un color y los que proporciona él otro. Al utilizar para leer los datos una entrada de tipo analógica también se pueden emplear estos sensores para distinguir colores, ya que cada color proporciona una franja de valores indicativos de cada uno.

3.5.1.2PruebasCNY70

Al igual que el L298, los sensores cny70, son una de las piezas clave del robot, por lo que se realizaron una serie de pruebas antes de su montaje en el robot. En primer lugar hay que entender cómo funciona el cny70. La secuencia de funcionamiento de cada sensor es la siguiente: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Encender el LED infrarrojo. Emisión del LED. Reflexión del haz de luz. Recepción del haz. Lectura del dato. Interpretación del dato.

Tras haber entendido como funciona el sensor se llevó a cabo su montaje y se comprobó que los sensores funcionaban correctamente. Para ver si los LED emiten o no necesitamos la ayuda de una cámara para poder ver si los diodos están encendidos o no, ya que al ser la emisión infrarroja no lo podemos ver a simple vista.

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Ilustración 37 disposición de los sensores

Ilustración 38 montaje sensores infrarrojos

Después se realizó un sketch para comprobar el funcionamiento de los sensores, y recoger los datos que proporcionan, estos nos servirán para deducir si se encuentra sobre una línea negra o línea blanca.

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El sketch que se utilizó para ver si los sensores funcionaban y ver que valores obtienen es el que se muestra a continuación. También se encuentra en el anexo 2.

Ilustración 39 sketch prueba sensores CNY70

Para obtener los valores los sensores se han colocado en la placa perforada, se ha ajustado la altura mediante dos tornillos, y se han colocado sobre un folio blanco en el cual se había pegado un trozo de cinta adhesiva de color negro. Los sensores se han ido colocando en las diferentes posiciones que se pueden dar, es decir unas veces sobre negro y otras veces sobre blanco y así sucesivamente con cada uno de los sensores.

Ilustración 40 sensores infrarrojos colocados en la placa perforada

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La distancia respecto al suelo a la que se han colocado los sensores ha sido de 4mm. A continuación se muestra una captura del monitor serial del compilador de Arduino, en esta captura se muestran los valores que han obtenido los sensores, en un determinado momento.

Ilustración 41 captura de los datos en el monitos serial

*Recordamos que para hacer al monitor serial hay que pulsar

el icono

De todos los datos que nos proporcionan estos sensores, se toman los valores, que indican los sensores cuando están sobre fondo blanco y los que se encuentran cuando están sobre fondo negro. Los valores sobre fondo blanco oscilan entre 974 - 1002 Los valores sobre fondo negro oscilan entre 1007- 1020 Estos valores serán utilizados en el sketch fundamental del robot, y serán los que se comparan con los que obtengan los sensores durante su movimiento, para así saber la posición del coche respecto a la línea negra.

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3.5.2 Sensor de Ultrasonidos

La función de este sensor es la detectar si delante del coche se encuentra algún obstáculo. Lo más habitual es que estos sensores se ubiquen en la parte delantera del robot para así poder anticiparse ante la presencia de algún obstáculo. Este sensor puede estar anclado al chasis del coche y mirar solo hacia delante, o puede estar sobre un pan/tilt que vaya cambiando de posición cíclicamente para así detectar si hay algún obstáculo en posiciones. Ya que el coche en las dos modalidades de funcionamiento que va a tener, lo va a hacer en circuitos libres de obstáculos, salvo que se coloque uno adrede delante de él. Se decidió que el sensor de ultrasonido seria anclado al chasis del robot y su posición seria la del mirar al frente. Para esta función se pueden utilizar varios tipos de sensores de ultrasonidos, pero para este proyecto se va a utilizar el sensor de ultrasonidos de Arduino que el Ping de Paralax.

Ilustración 42 Sensor paralax de ultrasonidos

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Un factor a la hora de elegir un sensor de ultrasonido es la distancia a la cual es capaz de detectar un obstáculo, generalmente contra más lejos se encuentra el obstáculo más imprecisión suele tener el valor, pero para nuestro proyecto no es un inconveniente ya que los obstáculos que se van a detectar se van a encontrar a escasos centímetros por delante del coche. Como inconveniente nos podemos encontrar con que para el sensor funcione correctamente y sus datos sean exactos, el sensor debe estar perpendicular al obstáculo con el cual el ultrasonido choque, además de esto el obstáculo no puede ser de un tamaño pequeño ya que no reflejaría todo el sonido emitido.

Ilustración 43 funcionamiento sensor Ping a) correcto b) y c) datos incorrectos

Se eligió este sensor ya que nos aseguramos un completo entendimiento entre el sensor y nuestra placa Arduino y con él no se necesita disponer de un circuito adicional para conseguir su control.

3.5.2.1Ping

El sensor Ping está especialmente diseñado para la función que se le va a dar en este robot, es decir la de detectar la distancia a la que se encuentra de un obstáculo. Se van a emplear un solo sensor, que se ubicara en la parte de arriba del robot.

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El sensor Ping es un sensor medidor de distancia por ultrasonidos. Las características del sensor son: 













Rango: 2 cm a 3 metros Tensión de alimentación: 5V +/-10- (Min: 4.5V, Max: 6V) Consumo: 30 mA típico, (35 mA max) Interfaz: 3 pines (VCC, GND, Señal) Comunicación "pulse in / pulse out" LED indicador de medición en curso Pulso TTL, mínimo 2 µs (5 µs típico)



Pulso echo: Pulso TTL positivo, 115 µs a 18.5 ms Burst Frequency: 40 kHz for 200 µs



Tamaño: 22 mm x 46 mm x 16 mm



El funcionamiento del sensor es el mismo que emplean los radares, y esto consiste en que el sensor emite un ultrasonido a través de su altavoz y cronometra el tiempo que el sonido tarda en llegar a un obstáculo y rebotar entonces es recibido por su micrófono ultrasónico.

Ilustración 44 funcionamiento de sensor de ultrasonidos

Una vez sabiendo el tiempo que ha tardado el sonido en regresar y teniendo como dato conocido la velocidad de propagación del sonido, se puede calcular la distancia. Para realizar esta operación debemos dividir entre dos el tiempo que tarda en regresar el sonido, ya que ese tiempo involucra el tiempo de ida y vuelta.

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Este cálculo se puede realizar con la siguiente formula (e=v*t), siendo “e” el espacio al cual se encuentra el objeto con el que el ultrasonido a rebotado. Una pregunta que nos puede surgir es la de como lee la señal, si solamente dispone de un pin de señal, y si por él es por donde se manda la señal para el ultrasonido. Pues sí es por el mismo pin por el cual se recibe la señal del ultrasonido y se manda la señal para enviar el ultrasonido. Esto es debido a que el pin que se conecta la señal procedente del sensor, va cambiado de modo que durante la emisión de sonido es de salida, y durante el tiempo de escucha es de entrada, esto se observa mejor en el código de prueba, donde se verá cómo se van alternando las funciones para cambiar el modo de funcionamiento de pin de la placa Arduino. 3.5.2.2PruebasPing

El sensor de ultrasonidos también es una parte importante, ya que de él dependerá que nuestro robot coche contra los obstáculos o se detenga a tiempo, evitando de esta manera que se puede deteriorar por el choque. En primer lugar aunque ya se haya mencionado vamos a esquematizar el funcionamiento del sensor. 1. Definir el pin como salida. 2. 3. 4. 5. 6.

Emitir ultrasonido. Definir el pin como entrada. Recibir el ultrasonido. Calcular la distancia al obstáculo Interpretar el dato.

En la parte de interpretar el dato nos referimos a que dependiendo de la distancia que se haya especificado en el código como límite el coche seguirá su marcha o se detendrá si el obstáculo está cerca.

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Tras haber entendido el funcionamiento del sensor se llevó a cabo el montaje respetando las conexiones y alimentando el sensor de la manera adecuada.

Ilustración 45 montaje de sensor de ultrasonidos

Ilustración 46 montaje en el robot del sensor de ultrasonido

Después se realizó un sketch para comprobar el funcionamiento del sensor, y comprobar si los datos que proporcionan son los correctos, podemos comprobar el que sensor está en funcionamiento mediante un led que se encuentra entre el emisor y el receptor, este led nos indica la actividad del sensor. El sketch que se empleó para comprobar el funcionamiento del sensor fue el que se muestra a continuación. Que también se puede encontrar en el anexo 3.

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Ilustración 47 sketch de prueba del sensor de ultrasonidos

En el código se puede observar como el pin va alternando entre salida y entrada. El tiempo que ha tardado el sonido el volver se lee mediante el comando pulseIn() Para obtener los valores del sensor esté se ha colocado en el lugar que va a estar en el coche, se han realizado las conexiones pertinentes, se ha colocado el sensor mirando hacia un obstáculo que en este caso ha sido una pared.

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Después con ayuda del monitor serial se han observado los datos que indicaban la distancia a la que se encontraba el obstáculo, y después con ayuda de un metro se ha verificado que la distancia fuera la misma.

Ilustración 48 captura de datos en el monitor serial

*Recordamos que para hacer al monitor serial hay que pulsar el

icono

Tras comprobar que los datos que obtiene el sensor se corresponden con los que se midieron con el metro, se decide que la distancia que se va a utilizar como frontera para que el robot se pare o sigua avanzando va a ser de 13 cm. Deteniendo se el robot cuando se encuentre un obstáculo a unos 3 cm delante de donde se encuentran los sensores infrarrojos.

3.6 Alimentación 3.6.1 Estudio de los componentes

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A continuación se va a representar en una tabla las tensiones que requieren cada uno de los componentes que van a conformar el robot.

Voltaje mínimo Arduino Mega 6 Motor 6 L298 5 CNY70 1,5 Ping 3,3 Componente

Voltaje máximo 20 12 7 2,5 5

Voltaje recomendado De 7 a 12 6V 6 1,5 5

Consumo (mA) 300 36 30

Tabla 5 tensiones de los componentes.

Tras un breve análisis se puede llegar a la conclusión de que tanto el CNY70 y Ping los puede alimentar las salidas de Vcc del Arduino, ya que esta ofrece 5 V. Del resto el voltaje mínimo más alto es el del L298N (5V) mientras que el voltaje máximo más bajo es el del L298 (7V) Por lo tanto se decidió que para alimentar el Arduino y por consiguiente los sensores tanto infrarrojos como el de ultrasonidos, se iba a emplear una fuente de alimentación comprendida entre los 8 y 9 V por lo tanto se va a emplear una pila de 9V. Mientras que para alimentar las los motes y el controlador se va a utilizar 5 pilas AA de 1.5 V. 3.6.2 Elección: Pilas VS baterías Lipo

En primer lugar se pensó en utilizar batería LiPo ya que ofrecen una gran autonomía y una elevada capacidad de descarga. Pero todas los pack batería + cargador que se encontraron tenían un precio elevado. Por lo que finalmente se desechó el uso de baterías.

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Ilustración 49 bateria LiPo

Tras rechazar el uso de las baterías se pesó en utilizar pilas de 9V para la alimentación del Arduino ya que estas proporcionan el voltaje necesario, mientras que para alimentar los motores y el controlador se utilizó 5 pilas de 1.5 V dispuestas en un portapilas del cual se disponía. El principal inconveniente de utilizar pilas, es su duración, pero no se le presto más importancia, ya que el precio de ellas hace que se puedan reponer con un coste bajo.

Ilustración 50 pilas de 9V y de 1,5 V

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3.7 Chasis Un aspecto importante es la forma que va a tener y cual va ser el chasis que va a disponer. En un primer momento se pensó en diseñar y construir nuestro propio chasis, pero rápidamente esta opción se desestimó ya que no se disponían del suficiente tiempo para la elaboración del mismo. Aunque como ventaja el construirlo suponía un ahorro económico y posiblemente mejor adaptación de los componentes al chasis ya que esté se haría a medida de los componentes. Tras desechar la opción de crear un chasis, procedimos a la busque de diferentes tipos de chasis, en los cuales se pudieran adaptar nuestros componentes y además cumplieran con las reglas establecidas. 3.7.1Modelos de chasis

Imagen

Modelo

Robot Smart Car

De doble capa 4Motor Smart Car Chasis

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Dimensiones

19,6 cm x 10,5 cm x 0,3 cm

25,5 cm x 18,0 cm x 6,5 cm

Precio

8 €

10 €

70


Turtle - 2WD Mo- 170 mm diámetro bile Platform de la base

Pirate-4WD Mobile Platform

18 cm x 15cm x 10 cm

13 €

9€

Tabla 6 tipos de chasis .

3.7.2 Elección

Tras la búsqueda de diferentes modelos de chasis los cuales se pudieran adaptar a los componentes seleccionados en otros apartados. Se procedió a la elección del chasis, el modelo Robot Smart Car y el Turtle - 2WD Mobile Platform se rechazaron por no cumplir con la configuración de ruedas que se había elegido. Dentro de los modelo que nos quedaban se descartó el modelo De doble capa 4-Motor Smart Car Chasis porque aunque como todos los demás, como se demuestran en las fotos los demás elementos se pueden adaptan sin problema, este modelo supera las dimensiones establecidas como regla que debía cumplir el robot, incumple esta regla al colocarle las ruedas, supera los 20 cm de ancho. Por lo tanto nos queda el modelo Pirate-4WD Mobile Platform , el cual cumple con la configuración de las ruedas que se deseaba, cumple con la posibilidad de incorporar los demás materiales y sus dimensiones incluyéndoles las ruedas no superan las establecidas por el reglamento.

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Ilustración 51 plataforma Pirate-4WD Mobile Platform

Además este modelo incluye el material necesario para montarlo como son tornillos, tuercas, y lo más importante como se observa en la imagen se puede adaptar perfectamente a los componentes, también cuenta con el suficiente espacio para todos los demás componentes como son el Arduino, el controlador de motores y los sensores.

3.8 Resumen En la siguiente tabla se muestra la lista de componentes necesarios para la construcción del robot.

Cantidad 1 4

Componente Arduino Mega Ruedas de goma

Descripción Microcontrolador Ruedas de tracción

4

Micro DC Motor engranado con Shaft Volver

Motores

1 4

L298N CNY70

Controlador de motores Sensores Infrarrojos

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1 1 5 1 4 4 2 1 1

Ping Pila de 9V Pilas de 1,5V Led Resistencia de 220 Ω Resistencia de 47KΩ

Interruptor Pirate-4WD Mobile Platform Placa perforada 78x58 mm

Sensor de ultrasonidos Alimentación Alimentación Diodo Resistencias Resistencias Chasis Soporte de sensores

Tabla 7 Componentes necesarios

4. Construcción del Robot y Pruebas. Después de disponer de todos los componentes que van a formar parte del robot se procedió a su construcción. Para ello primero se hizo un análisis de los elementos por separado, para pensar cual va a ser la secuencia de montaje del robot. Además del ir montando las piezas que constituyen nuestro robot, también se fueron realizando las pertinentes pruebas para comprobar que realizaba las funciones que se pretendían y de la forma que se esperaba. En primer lugar se procedió a montar el chasis, los motores el portapilas para alimentar los motores y el controlador además de un interruptor para controlar la alimentación.

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Ilustración 52 despieze de los componentes del chasis

Lo primero que se hizo fue unir los motores a los laterales utilizando unos tornillos, estos motores se colocaron en los laterales de del chasis. Posteriormente se procedió unir el frontal y la parte trasera, formando el cuadro que da forma al coche. Seguidamente mediante un cable se unieron los bornes los motores de los laterales, de la forma que se muestra en la imagen, los cables se cruzan para que a la hora de girar ambos giren en el mismo sentido.

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Ilustración 53 colocacion de los motores

Una vez que hemos cableados los motores, es recomendable aplicar tensión a los motores para comprobar que funcionan y por lo tanto las soldaras si hicieron de forma correcta. Además a uno de los motores de cada lateral se le soldaran un cable en cada borne los cuales serán los que se conecten al controlador.

Ilustración 54 disposción de los cables de los motores

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Ahora procederemos a montar en portapilas en su base, y lo atornillaremos a la misma placa. Ya estamos en disposición de conectar la alimentación al interruptor, se conectara de la siguiente manera, el positivo del portapilas se soldara a una patilla del interruptor y en otra patilla se soldara otro cable que se conectara al controlador; y por último el negativo del portapilas se conectara a GND del controlador. Quedándonos 6 cables que se conectaran al controlador.

Ilustración 55 dispodion final de los cables, de la alimentacion y los motores

Los cables quedarían conectados de la siguiente manera: -

Del interruptor a VMS Negativo del portapilas a GND Positivo de los motores a B Negativo de los motores a A De GND del controlador a un pin de GND de Arduino.

Ya en estos momentos podemos atornillar la parte de arriba, en esta parte y con ayuda de los soportes que tenemos colocamos la placa Arduino, no se debe José Reyes Romero

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colocar directamente sobre la placa ya que se podrían producir corto circuito o derivaciones entre las soldaduras de la placa Arduino. A continuación procedemos a conectar el controlador a nuestro Arduino Mega. Las conexiones a la placa Arduino serán así 











Arduino Pin 8 -> I1 (entrada lógica 1 del puente A) Arduino Pin 9 -> I2 (entrada lógica 2 del puente A) Arduino Pin 11 -> EA (activador del puente A) Arduino Pin 6 -> I3 (entrada lógica 3 del puente B) Arduino Pin 7 -> I4(entrada lógica 4 del puente B) Arduino Pin 10 ->EB (activador del puente A)

Estos pines que se han usado del Arduino son de tipo PWM para así poder controlar la velocidad de los motores mediante estas señales. Las conexiones entre el controlador y la placa Arduino se realizara mediante la unión de cables hembrahembra y macho-macho del tipo de que se muestra en la imagen siguiente.

Ilustración 56 cables M-H

En esta parte ya podemos empezar a hacer pruebas y comprobar como nuestro robot ya se empieza a mover, un código para probar como funciona nuestro coche podemos utilizar el código que se encuentra en el anexo 1 el cual hará que nuestro coche se retroceda avance y gire para ambos lados.

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Ahora pasaremos a la instalación de los sensores infrarrojos, que como ya se dijo en otro apartado de este documento serán cuatro estarán colocados en una placa perforada y su altura se regulara con la ayuda de dos tornillos. Ilustración 57 regulación de la placa perforada

Las placas perforadas son unas placas las cuales cuentan con unas perforaciones de un tamaño suficiente para que puedan pasar las patillas de los sensores

Ilustración 59 placa perforada Ilustración 58 sensor colocado en la placa perdorada

Como se observa en la imagen las patillas del sensor caben perfectamente en los agujeros de la placa. Ahora respetando la función de cada patilla se procederá a realizar las conexiones ayudándonos de cables hembra-hembra y macho-macho para realizar el siguiente circuito.

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Ilustración 60 esquema para el circuito auxilar de los sensores infrarrojos y disposcion del patillaje del sensor

Siendo R1=220Ω R2=47KΩ, la alimentación será de 5 voltios procedente

de un pin de alimentación de Arduino, la lectura de los sensores se realizara mediante una entrada analógica, el circuito auxiliar que necesitan los sensores para poder funcionar se montara en un placa board, quedando el circuito después de realizar todas las conexiones necesarias como se muestra. Está mini placa board de ubicar al lado del Arduino por lo que sus conexiones se podrán realizar rápidamente. Para comprobar que el circuito funciona correctamente, podemos realizar varias pruebas, la primera consistiría en alimentar el Arduino y comprobar que los diodos infrarrojos de los sensores se encienden, recordamos que para ver si están encendido debemos ayudarIlustración 61 placa board con circuito auxiliar de los sensores

nos de una cámara, ya que a ser el diodo de luz infrarroja no lo podemos ver a simple vista.

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Como ya se comentó en el apartado de pruebas de los sensores infrarro jos, se realizó un sketch para probar que datos recogían r ecogían los sensores, datos los cuales se visualizaron mediante el monitor serial del compilador de Arduino. El código que se empleó para la realización de esta prueba se puede encontrar en el anexo 2. 2. Las entradas analógicas que se utilizaron para la lectura de los datos de los sensores fueron: -

Cny70 1 entrada A14. Cny70 2 entrada A0. Cny70 3 entrada A13. Cny70 4 entrada A12.

La distribución de los sensores si se mira de frente es la que se muestra en la imagen.

1

3

2

4

Ilustración 62 disposición de los sensores

Fototransistor Emisor diodo LED infrarrojo

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Ya podemos seguir con el montaje de nuestro robot, ahora se siguió con el montaje del sensor de ultrasonidos, este se ubicó en la parte superior de nuestro robot como ya se había comentado en apartados apartados anteriores, este sensor se conectó sobre otra mini placa board y desde ella se llevaron a cabo las conexiones entre el sensor y los pines de nuestra placa Arduino Mega.

Ilustración 63 montaje del sensor Ping Ilustración 64 esquema sensor ping

Para comprobar si toda esta correcto podemos po demos utilizar el sketch que se muestra en el apartado pruebas sensor ultrasonidos, y que también se encuentra en el anexo 3. 3. Las conexiones que se emplearon en el Arduino fueron las siguientes: -

GND a un pin GND de Arduino. 5V a un pin de alimentación. SIG al pin 3.

Solamente nos queda ya colocar un interruptor el cual nos servirá para cambiar el modo de funcionamiento del robot, ro bot, del modo sigue línea al modo mod o salir del mogollón, se cambiara de modo dependiendo del estado del interruptor, este estado se leerá mediante una entrada de tipo digital.

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Este interruptor se encontrara en la zona señalada en la imagen y esa placa corresponde con lo que sería la segunda planta del coche. El circuito formaría el siguiente circuito se conectaría de la forma que también se indica en la imagen.

Ilustración 65 parte superior del robot

Ilustración 66 esquema del circuito necesario para cambiar de modo

La entrada de Arduino que se utilizara será el pin 2. Este pequeño circuito se montara en la misma mini placa board que se encuentra el sensor de ultrasonido, ya que comparten algunas conexiones y por cercanía entre el sensor y el interruptor. Para probar si el interruptor hace su función, se puede utilizar el sketch que se creó para esta función, este sketch se puede encontrar en el anexo 4, y con este sketch se puede observar el estado del interruptor mediante el monitor serial. Siendo un 1 cuando el interruptor se encuentra cerrado y un 0 cuando está abierto. Además se va incluir un diodo LED para ver de manera visual en qué modo de funcionamiento se encuentra en cada momento.

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5. Sigue líneas En este apartado se va a explicar cómo funciona el robot en este modo de funcionamiento. Mientras el robot se encuentra en este modo de funcionamiento se puede encontrar con 4 situaciones, las cuales dependiendo la que ocurra tendrá que solventarla de una manera u otra. Estas situaciones pueden ser: Se recuerda que para el modo de sigue línea solo se usaran los sensores 1 y 2. Para este modo de funcionamiento se realizó un sketch en el que se analizan los valores que obtienen los sensores y en función de ellos se decide el movimiento que va a desarrollar el robot, el sketch se puede consultar en el anexo 5.



Sensor 1 y 2 sobre negro

Ante esta situación en la que los datos proporcionados por los sensores le indiquen al microcontrolador que estos sensores se encuentran sobre una línea negra, el microcontrolador manda la orden a los motores para que avancen. Para avanzar todos los motores giran en el mismo sentido que en este caso es hacia delante. Esta orden de que los motores giren hacia delante se estará produciendo hasta que los datos proporcionados por los sensores indiquen que la situación de los sensores es otra. La situación de los sensores respecto a la línea negra se puede observar en la siguiente imagen, esta situación es si se mira desde arriba.

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2

1 3

4

Dirección de Avance

Ilustración 67 situación de sensores en modo sigue linea



Sensor 2 negro, sensor 1 blanco

Ante esta situación en la que los datos de los sensores le indican al microcontrolador que el sensor 1 si se encuentra sobre un fondo negro, mientras que los datos del sensor 2 indican que el fondo sobre el que se encuentra este sensor es un fondo blanco, el microcontrolador manda la orden pertinente a los motores para que el robot gire hacia la izquierda. Esta orden la cual propicia que los motores de la izquierda giren hacia atrás y lo de la derecha hacia delante se estará produciendo hasta que los datos proporcionados por los sensores indiquen que la situación del robot respecto a la línea es diferente. La situación de los sensores respecto a la línea negra se puede observar en la siguiente imagen, esta situación es si se mira desde arriba.

2 4

1 3 Dirección

de Avance Ilustración 68 situación de sensores en modo sigue linea

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Sensor 1 negro, sensor 2 blanco.

Ante esta situación en la que los datos que proporcionan los sensores indican que el sensor 1 se encuentra sobre la línea negra, mientras el sensor 2 se encuentra sobre un fondo blanco, esto lo interpreta el microcontrolador y manda la instrucción pertinente a los motores para que el robot gire hacia la derecha. Esta orden de que los motores de la derecha giren hacia atrás y los de la izquierda hacia delante se estará produciendo hasta que los datos proporcionados por los sensores indiquen que la situación del robot sobre la línea sea otra. La situación de los sensores respecto a la línea negra se puede observar en la siguiente imagen, esta situación es si se mira desde arriba.

Dirección de Avance Ilustración 69 situación de sensores en modo sigue linea



Sensor 1 y 2 sobre blanco

Ante esta situación en la que los datos que proporcionan los sensores le indican al microcontrolador que el sensor 1 y el sensor 2 se encuentran sobre fondo blanco, esta situación aunque no debería ocurrir puede suceder si el robot al tomar una curva muy cerrada se ha salido del trazado, y ante esta situación el José Reyes Romero

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microcontrolador manda la orden pertinente a los motores para retrocedan y de esta manera se espera que los sensores encuentre otra vez el color negro. Esta orden de que los motores giren hacia atrás se estará produciendo hasta que los datos proporcionados por los sensores indiquen que la situación de los sensores es otra. La situación de los sensores respecto a la línea negra se puede observar en la siguiente imagen, esta situación es si se mira desde arriba.

Dirección de Avance Ilustración 70 situación de sensores en mo do sigue linea

6 Salir del Mogollón En este apartado se va explicar cómo reacciona el robot ante las situaciones que se le pueden presentar mientras se encuentra en el modo para realizar la prueba llamada salir del mogollón. Recordamos que el circuito al cual se enfrentaría en esta prueba tendría un aspecto parecido al que se muestra en la siguiente imagen. El sketch que se ha elaborado para este modo de funcionamiento se puede ver en el anexo 6

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Ilustración 71 Circuito para prueba Salir del mogollón

Para solventar esta prueba se analizan los datos que proporcionan los 4 sensores infrarrojos de los cuales dispone el robot, y las situaciones con las cuales se puede encontrar en el trascurso de las pruebas para las cuales debe reaccionar de una manera específica son las que se muestran a continuación. 

Todos los sensores blanco

Ante esta situación en la que los datos que ofrecen los sensores indican que se encuentran solamente sobre una superficie de color blanco, es interpretado por el microcontrolador, y da la orden a los motores para que estos avancen. En el trascurso de esta orden todos los motores giran en el mismo sentido que es el de avanzar. Esta situación se representa en la imagen que se muestra a continuación.

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2 4

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Ilustración 72 situación de sensores para prueba salir del mogollón

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Sensor 3 negro y los sensores 1 ,2 y 4 blanco

Ante esta situación en la que los datos que proporciona el sensor numero 3 indican que se encuentra sobre línea negra, mientras que los demás sensores indican que están sobre una superficie blanca, estos datos los interpreta el microcontrolador y toma la decisión de que el robot debe girar hacia la izquierda por lo que manda la orden pertinente a los motores que la efectuaran, y esta orden se estará llevado a cabo hasta que los datos que proporcionan los sensores indiquen que la situación del robot es otra diferente. Mientras dura esta instrucción los motores giran los de la parte izquierda hacia atrás y los de la parte derecha hacia delante. Y esta instrucción se está repitiendo hasta que los datos proporcionados por los sensores indiquen que el robot se encuentra en otra situación.

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2


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El sensor 1 y 3 negro, el sensor 2 y 4 blanco

En esta situación en la que los datos proporcionados por los sensores 1 y 3 indican que están sobre la línea negra que limita el cerco, mientras que los sensores 4 y 2 indican mediante sus datos que se encuentran sobre una superficie blanca, hacen que el microcontrolador tome la decisión pertinente que en este caso es la de ordenar al robot que se desplace hacia la izquierda, y se produce cuando los motores de la parte izquierda giran hacia atrás mientras que los motores de la parte derecha giran avanzan. Esta acción por parte de los motores se estará produciendo hasta que los datos que proporcionan los sensores le hagan tomar al microcontrolador otra decisión. Esta situación se simula en la imagen que sigue.

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2 3



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Sensor 1 y 2 negro, el sensor 3 y 4 blanco.

Ante esta situación en la que los datos que recogen los sensores indican que los sensores 1 y 2 se encuentran sobre línea negra que limita el perímetro del cerco, mientras que los sensores 3 y 4 detectan que se encuentran sobre una superficie blanca, el microcontrolador actúa, ordenando que gire sobre sí mismo hasta que los sensores detecten que se encuentran en otra situación y actuara el microcontrolador de la manera que proceda en ese caso.

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2

4

1

3

Ilustración 75 situación de sensores para rueba salir del mogollón




Sensores 2 y 4 negro, el sensor 1 y 3 blanco

En esta situación en la cual los valores de los sensores arrogan el dato de que los sensores 4 y 2 se encuentran sobre la línea perimetral del cerco, mientras que los datos proporcionados por los sensores 1 y 3 indican que ellos se encuentran sobre una superficie blanca. Estos datos le hacen al microcontrolador tomar la decisión de que el robot debe desplazarse hacia la derecha esta acción se realiza poniendo los motores de la parte derecha a girar hacia atrás, mientras que los motores de la parte izquierda avanzan. Esto estará produciéndose hasta que los datos son proporcionados por los sensores le hagan al microcontrolador tomar otra decisión. Una representación de una situación en la cual se tuviera que proceder de esta manera, puede ser la que se muestra en la imagen.

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2 3





Sensor 4 negro y el sensor 1 , 3 y 2 blanco

Para afrontar esta situación en la que los datos de los sensores indican que solamente el sensor 4 se encuentra sobre fondo blanco, hace que el microcontrolador tome de la decisión de que el robot debe girar hacia la derecha, por lo que el microcontrolador mandara la instrucción a los motores para que giren hacia la derecha, esta acción se realiza cuando los motores de la parte izquierda giran hacia delante, mientras que los de la derecha retroceden. Esta acción se estará repitiendo hasta que los datos que proporcionan los sensores indiquen una situación distinta. Una representación de una situación en la cual se tuviera que proceder de esta manera, puede ser la que se muestra en la imagen.

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2 3

Dirección de Avance Ilustración 77 situación de sensores para prueba salir del mogollón



Sensor 1 negro y los demás sensores blanco

En esta situación en la que el único sensor que se encuentra sobre negro, según los datos que proporciona este sensor , mientras que los datos de los demás sensores indican que están sobre fondo blanco, en esta situación y con estos datos el microcontrolador ordena que robot debe cambiar su posición para que todos los sensores se encuentren sobre fondo blanco, y para que esto ocurra el robot debe desplazarse hacia izquierda y para esto los motores de la parte izquierda giraran hacia atrás mientras que los de la derecha avanzaran. Esta acción se estará repitiendo hasta que los datos que aportan los sensores hagan que el microcontrolador tome otras decisión, una posible situación para la cual el microcontrolador tendría que actuar de esta manera, pude ser la que se muestra en la siguiente imagen.

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2 4

1 3





Sensor 2 negro , el sensor 3 , 1 y 4 blanco

Cuando el robot se encuentra en una situación en la cual los datos que proporcionan los sensores indican que todos los sensores se encuentran sobre fondo blanco excepto el sensor 2. Ante esta situación el microcontrolador tras analizar los datos de los sensores toma la decisión de que el robot debe cambiar su posición hasta que los datos de todos los sensores indique que se encuentra sobre fondo blanco, y para que esto ocurra el robot debe desplazarse hacia la derecha, y para que esta acción se lleve a cabo los motores de la parte izquierda deben avanzar mientras que los del otro lateral se encuentras girando hacia atrás. Esta acción se estará repitiendo hasta que los datos que aportan los sensores hagan que el microcontrolador tome otras decisión, una posible situación para la cual el microcontrolador tendría que actuar de esta manera, pude ser la que se muestra en la siguiente imagen.

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2 1 4

3 Dirección de Avance


7 Detector de Obstáculos Este modo de funcionamiento estará activo durante el desarrollo de todas las pruebas, y servirá para evitar que robot se coche contra los obstáculos que se pueda encontrar. Esta detección se realiza mediante un sensor de ultrasonidos cuyo funcionamiento ya se explicó en el apartado sensor de ultrasonidos. Los datos que obtenga este sensor son tomados como prioritarios sobre los datos que sean obtenidos por los sensores infrarrojos, ya que se prioriza que el robot no tenga obstáculos antes que el fondo sobre el cual se encuentren los sensores. Cuando los datos que proporciona este sensor indican que a 13 cm o menos distancia del robot se encuentra un obstáculo el cual tiene que tener como mínimo un altura de 17 cm para que pueda ser detectado por este sensor ya

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que si se encontrara situado a otra altura no podría rebotar en el objeto el ultrasonido enviado por el sensor para detectar obstáculos, también este obstáculo debe ser de un tamaño determinado ya que si es demasiado pequeño el reflejo del ultrasonido no sería de las mismas características que el emitido y por lo tanto no se podría determinar con certeza la distancia a la cual se encuentra el obstáculo. El código definitivo en el cual intervienen todos los circuitos y es el que se ha empleado en el desarrollo de las pruebas del robot se puede encontrar en el anexo 7

8 Presupuesto 8.1 Coste de la mano de obra 8.1.1 Salario

Técnico Superior

Meses 1

Sueldo/mes Total 3.000,00

2 1.500,00 € Total

€

3.000,00 €

Tabla 8 Salario

8.1.2 Cargas Sociales Concepto Porcentaje Contingencias Generales Desempleo, fondo de garantía salarial y formación profesional Accidentes Total 38,19% del salario (3.000€)

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28,30% 8,90% 0,99% 38,19% 1.175,70 €

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Robot rastreador con Arduino Tabla 9 cargas sociales

8.1.3 Coste de mano de obra

Concepto Salario Cargas sociales Total

Importe 3.000,00 € 1.175,70 € 4.175,70 €

Tabla 10 coste de mano de obra

8.2 Costes de materiales

Microcontrolador Arduino Mega

Unidades 1

Ruedas Unidades Ruedas de goma para A4WD y A2WD 65 x 25 mm Motores Unidades Micro DC Motor engranado con Shaft Volver Controlado motores Unidades CONTROLADOR DE MOTORES DOBLE PUENTE H - L298 Sensores Infrarrojos CNY70 Sensor Ultrasonidos Ping

Precio Unitario 41,00 €

Total Precio Unitario 4

4

1

Total Precio Unitario Total Precio Unitario 1

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Total 15,12 € 15,12 €

Total 21,50 € 21,50 €

Total

1,40 €

5,60 € 5,60 €

Total

27,30 €

Total Precio Unitario

27,30 € 27,30 €

Total

1 5

3,00 € 0,53 €

3,00 € 2,65 €

1

2,30 €

2,30 € 7,95 €

Total

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14,80 € 14,80 €

21,50 €

4

Alimentación Unidades Pila 9V Pilas 1,5 V Adaptador 9V a Jack Alimentación

Total

3,78 €


Unidades

41,00 € 41,00 €

3,70 €


Unidades

Total

97


Chasis Pirate-4WD Mobile Platform Componentes electrónicos Cables Jumper M-M 210mm Cables Jumper M-M 150mm Cables Jumper H-H Módulo Board 170 Pines Placa Perforada 58x79 mm

Unidades

Precio Unitario 1

9,00 €


Unidades 10 50 20 2 1 5 4 1 2 40 25

Resistencia 220 Ω Resistencia 47 KΩ

Led Interruptor Tornillos Tuercas

Total

0,29 € 0,20 € 0,29 € 3,85 € 2,45 € 0,20 € 0,20 € 0,02 € 0,81 € 0,20 € 0,08 €

Total TOTAL

9,00 € 9,00 €

Total 2,85 € 9,85 € 5,70 € 7,70 € 2,45 € 1,00 € 0,80 € 0,02 € 1,62 € 8,00 € 2€ 41,99 €

184,26 €

Tabla 11 costes de materiales

8.3 Gastos Varios Concepto Importe Material de oficina, fotocopias, encuadernación, 23,00€ cinta aislante, papel Kraft Total 23,00€ Tabla 12 gastos varios

8.4 Gastos Generales Son los concernientes al equipamiento empleado para medidas y pruebas en concepto de amortización de los equipos y gastos de energía. Se han estimado como el 10% de los apartados 8.1, 8.2 y 8.3.

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Concepto Coste de mano de obra Coste de materiales Gastos varios

Importe Porcentaje 4.175,70 10% 10% 184,26 € 10% 23,00€ Total

Importe 417,57 € 18,726 € 2,3 € 438,59 €

Tabla 13 gastos generales

8.5 Importe Total del Proyecto Concepto Importe Coste de mano de obra 4.175,70 € Coste de materiales 184,26 € Gastos Varios 23,00€ Gastos generales 438,59€ TOTAL 4.821,55€ Tabla 14 importe total del proyecto

El importe total del proyecto realizado asciende a CUATRO MIL OCHOCIENTOS VEINTIUNO Y CINCUENTA Y CINCO CÉNTIMOS de EUROS SIN IVA

9 Puntos fuertes y futuras mejoras del robot. A continuación se van a desarrollar posibles mejoras que se le pueden aplicar robot para su funcionamiento. Para ello en primer lugar se analizaran los principales puntos fuertes del robot y después se comentaran las posibles mejoras que se le pueden realizar al robot.

9.1 Puntos fuertes del Robot

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9.1.1 Tamaño Un punto fuerte del robot es su tamaño, el cual hace que se pueda utilizar para las competiciones de robot de este tipo. Cuando se inició este proyecto se pensó elaborar un robot como si se fuera a presentar a un concurso, por lo cual debíamos cumplir una serie de reglas, como son las del tamaño que han sido respetadas, ya que las dimensiones del robot son de 27 cm de largo por 15,5 cm de ancho y 14,5 cm de alto. 27 cm

15,5

Ilustración 80 dimensiones del robot

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14,5 cm

9.1.2 Peso

Ilustración 81 dimensiones del robot

Otro aspecto interesante es el peso del robot pese a que las piezas que se han utilizado son mayoritariamente de metálicas. Todo el conjunto pesa 1Kg

9.1.3 Velocidad

El tercer punto fuerte del robot es su velocidad. Haciendo pruebas en circuitos sin apenas curvas se han alcanzado velocidades de hasta 45 cm/s 9.1.4 Estructura

El último punto fuerte de este robot, es su estructura la cual le configura una gran resistencia frente a golpes, ya que está formado en su gran mayoría José Reyes Romero

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por piezas metálicas, por lo que con unas pequeñas modificaciones podría también competir en las pruebas de Sumo, que son otras pruebas bastantes usuales en las competiciones de robot de estas características.

9.2 Posibles mejoras 9.2.1 Disposición de los sensores infrarrojos.

La mejora más evidente que se podría llevar a cabo es la de cambiar las disposición de los sensores infrarrojos, para que estos se dispongan de más amplitud para rastrear el circuito y de esta manera que se pueda anticipar antes y con más precisión a los cambios en el trazado que se presenten. 9.2.2 Circuito para los sensores.

Una mejora que puede repercutir en la disminución del número de cables empleados al igual que en el aspecto visual que daría el robot al estar más libre de cables, es la de implementar el circuito auxiliar que necesitan los sensores infrarrojos para su funcionamiento en la misma placa perforada en la que se encuentran los sensores. 9.2.3 Colocación del sensor de ultrasonidos.

Otro aspecto que se podría mejorar y el cual repercutiría en las funcionalidades del robot, en la colocación del sensor de ultrasonido, el cual se encuentra en una posición estática, desde la cual solamente puede detectar los obstáculos que se encuentran delante de ellos, sim embargo una solución sería la de colocar este sensor sobre un pan/tilt el cual fuera modificando su posición tanto de manera vertical como horizontal y así se podrían detectar la presencia de obstáculos en todo el frente por el cual se puede mover el robot.

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10 Conclusiones El principal objetivo con el que se inició este proyecto fue el de profundizar en la programación de microcontroladores, ya que durante el trascurso del grado, solo se había tratado apenas un trimestre, y resulto que fue una de las enseñanzas que más me gustaron. De esta forma, y gracias a la robótica se pudo profundizar en la programación de microcontroladores de una forma entretenida e incluso, divertida según el momento. Además, con la realización de este proyecto se han tratado diversos temas. 





Documentación: se ha tenido que leer multitud de hojas de características de componentes para conseguir que todos los elementos que formasen el robot fueran compatibles. Electrónica: se ha tenido que escoger elementos como resistencias y condensadores para que todo el sistema funcione de manera óptima, Programación: se ha tenido que profundizar en el lenguaje de programación de Arduino

Para concluir, espero que más estudiantes opten por realizar su Proyecto Integrado apoyándose en la robótica y que este proyecto sirva para futuros proyectos.

11 Webgrafía Arduino: http://arduino.cc/ Circuito para CNY70: http://webdelcire.com/wordpress/wp-content/uploads/2011/04/esquemaencoder.jpg Tienda para comprar los componentes: http://www.dfrobot.com/index.php José Reyes Romero

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Normativa para concurso: http://www.iesabastos.org/webfm_send/510 Pines de Arduino Mega: http://www.arduteka.com/wp-content/uploads/2013/02/ArduinoMega.png Hoja de características del sensor Ping: http://www.parallax.com/dl/docs/prod/acc/28015-PING-v1.3.pdf Hoja de características del CNY70: http://www.vishay.com/docs/83751/cny70.pdf Como leer el estado de un interruptor: http://es.scribd.com/doc/56803303/Tutorial-3-Botones http://tcrobotics.blogspot.com.es/2011/05/orugasrobot-arduinoorugaspan.html http://xapus.blogspot.com.es/ http://lab.cavedu.com/arduino http://exergy123.blogspot.com.es/2011/12/proyecto-ejemplo.html http://alonsodub.wordpress.com/2012/06/10/sensor-cny70/ http://mehedesvelado.blogspot.com.es/2012/03/primeros-pasos-con-arduinomini-robot.html http://arduino.cc/es/Main/ArduinoBoardMega http://www.muchotrasto.com/TiposDePlataformas.php http://blog.reclone3d.com/category/arduino/ http://tecnopujol.wordpress.com/ http://cochearduino.blogspot.com.es/ http://arduino.cc/en/Main/Software http://josemanuelruizgutierrez.blogspot.com.es/ http://seaside.citilab.eu/scratch

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Anexo: Códigos. Anexo 1: Pruebas de funcionamiento de los motores y controlador. /**************************************************************** * Prueba funcionamiento motores y controlador * *****************************************************************/ #define MOTOR1_CTL1 8 // I1 Entrada lógica 1 del puente A #define MOTOR1_CTL2 9 // I2 Entrada lógica 2 del puente A #define MOTOR1_PWM 11 // EA Activador del puente A #define MOTOR2_CTL1 6 // I3 Entrada lógica 1 del puente B #define MOTOR2_CTL2 7 // I4 Entrada lógica 2 del puente B #define MOTOR2_PWM 10 // EB Activador del puente B #define MOTOR_DIR_FORWARD 0 #define MOTOR_DIR_BACKWARD 1 /* =============== = SETUP = ===============*/ void setup() { // Se declaran los pines como salida // Pines para el motor 1 pinMode(MOTOR1_CTL1,OUTPUT); pinMode(MOTOR1_CTL2,OUTPUT); pinMode(MOTOR1_PWM,OUTPUT); // Pines para el motor 2 pinMode(MOTOR2_CTL1,OUTPUT); pinMode(MOTOR2_CTL2,OUTPUT); pinMode(MOTOR2_PWM,OUTPUT); } void setSpeed(char motor_num, char motor_speed) { if (motor_num == 1) // Si en el loop se indica el motor 1 { analogWrite(MOTOR1_PWM, motor_speed); //se activa el puente A que controla los motores 1 } else { analogWrite(MOTOR2_PWM, motor_speed); //se activa el puente B que controla los motores 2

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Robot rastreador con Arduino } } void motorStart(char motor_num, byte direction) { char pin_ctl1; // la variables pin_ctl1 como tipo texto, pin de control de los motores conector A del controlador char pin_ctl2; // la variables pin_ctl2 como tipo texto, pin de control de los motores conector B del controlador if (motor_num == 1) // motores 1 los que se encuentran a la derecha si se mira el coche desde atrás. { pin_ctl1 = MOTOR1_CTL1; // se iguala el valor de pin de control al de la variable motor1 pin_ctl2 = MOTOR1_CTL2; // se iguala el valor de pin de control al de la variable motor2 } else { pin_ctl1 = MOTOR2_CTL1; // se iguala el valor de pin de control al de la variable motor1 pin_ctl2 = MOTOR2_CTL2; // se iguala el valor de pin de control al de la variable motor2 } /* ============= = Dirección = =============*/ switch (direction) { case MOTOR_DIR_FORWARD: // caso para que los motores avancen { digitalWrite(pin_ctl1,LOW); // conector A del controlador cable negro digitalWrite(pin_ctl2,HIGH); // conector B del controlador cable rojo } break ; case MOTOR_DIR_BACKWARD: // caso para que los motores retrocedan { digitalWrite(pin_ctl1,HIGH); //conector A del controlador cable negro digitalWrite(pin_ctl2,LOW); // conector B del controlador cable rojo } break ; } } /* =============== = LOOP = =============== */ void loop() { //AVANZA motorStart(1, MOTOR_DIR_FORWARD); // motores 1 avanza setSpeed(1, 200); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm)

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Robot rastreador con Arduino motorStart(2, MOTOR_DIR_FORWARD); // motores 2 avanza setSpeed(2, 200); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) delay(2000);

//está avanzando durante 2 segundos

// RETROCEDE motorStart(1, MOTOR_DIR_BACKWARD); // motores 1 retrocede setSpeed(1, 200); //setSpeed(motor, velocidad rpm) motorStart(2, MOTOR_DIR_BACKWARD); // motores 2 retrocede setSpeed(2, 200); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) delay(2000);

//está retrocediendo durante 2 segundos

//IZQUIERDA motorStart(1, MOTOR_DIR_FORWARD); // motores 1 avanza setSpeed(1, 140); //setSpeed(motor, velocidad rpm) motorStart(2, MOTOR_DIR_BACKWARD); // motores 2 retrocede setSpeed(2, 140); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) delay(2000);

//está girando hacia la izquierda durante 2 segundos

//DERECHA motorStart(1, MOTOR_DIR_BACKWARD); // motores 1 retrocede setSpeed(1, 140); //setSpeed(motor, velocidad rpm) motorStart(2, MOTOR_DIR_FORWARD); // motores 2 avanza setSpeed(2, 140); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) delay(2000);

//está girando hacia la derecha durante 2 segundos

}

Anexo 2 Pruebas de los sensores infrarrojos. /**************************************************************** * Prueba funcionamiento sensores infrarrojos * *****************************************************************/ /* =============== = SETUP = ===============*/ void setup() { Serial.begin (9600); // definir la velocidad de transmisión en baudios } /* =============== = LOOP = =============== */ void loop ()

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Robot rastreador con Arduino {

int cny1 = analogRead(A14); //Declaración de variable y asignación del valor leído de la entrada A14 Serial.println(cny1); //Imprimir el dato de la variable cny1 int cny2 =analogRead(A0); //Declaración de variable y asignación del valor leído de la entrada A0 Serial.println(cny2); //Imprimir el dato de la variable cny2 int cny3=analogRead (A13); //Declaración de variable y asignación del valor leído de la entrada A13 Serial.println(cny3); //Imprimir el dato de la variable cny3 int cny4=analogRead (A12); //Declaración de variable y asignación del valor leído de la entrada A12 Serial.println(cny4); //Imprimir el dato de la variable cny4 Serial.println("\n"); // Imprimir un salto de línea delay (500); // esperar 500 ms }

Anexo 3 Prueba funcionamiento sensor Ping /**************************************************************** * Prueba funcionamiento Sensor Ping * *****************************************************************/ const int pingPin = 3; // declaración de constante de tipo entero y asignación de pin /* =============== = SETUP = ===============*/ void setup() { Serial.begin(9600); // inicialización comunicación serial } /* =============== = LOOP = =============== */ void loop() { long duration, cm; //definir variables de tipo long pinMode(pingPin, OUTPUT); digitalWrite(pingPin, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(pingPin, HIGH); delayMicroseconds(5); digitalWrite(pingPin, LOW); pinMode(pingPin, INPUT); duration = pulseIn(pingPin, HIGH); cm = microsecondsToCentimeters(duration); // convertir tiempo en distacia

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Robot rastreador con Arduino Serial.print(cm); Serial.print("cm"); Serial.println();

// imprimir el valor de la variable cm // imprimir la letras cm

delay(100); } long microsecondsToCentimeters(long microseconds) { return microseconds / 29 / 2; }

Anexo 4 Cambiar de modo /**************************************************************** * Interruptor cambiar de modo * *****************************************************************/ /* =============== = SETUP = ===============*/ void setup () { Serial.begin (9600);

} /* =============== = LOOP = =============== */ void loop () { int inter = digitalRead(2); Serial.println(inter); }

Anexo 5 Seguidor de línea /**************************************************************** * Seguidor de linea * *****************************************************************/ #define MOTOR1_CTL1 8 // I1 Entrada lógica 1 del puente A #define MOTOR1_CTL2 9 // I2 Entrada lógica 2 del puente A #define MOTOR1_PWM 11 // EA Activador del puente A #define MOTOR2_CTL1 6 // I3 Entrada lógica 1 del puente B José Reyes Romero

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Robot rastreador con Arduino #define MOTOR2_CTL2 7 // I4 Entrada lógica 2 del puente B #define MOTOR2_PWM 10 // EB Activador del puente B #define MOTOR_DIR_FORWARD 0 #define MOTOR_DIR_BACKWARD 1 /* =============== = SETUP = ===============*/ void setup() { Serial.begin (9600); // Se declaran los pines como salida // Pines para el motor 1 pinMode(MOTOR1_CTL1,OUTPUT); pinMode(MOTOR1_CTL2,OUTPUT); pinMode(MOTOR1_PWM,OUTPUT); // Pines para el motor 2 pinMode(MOTOR2_CTL1,OUTPUT); pinMode(MOTOR2_CTL2,OUTPUT); pinMode(MOTOR2_PWM,OUTPUT); } void setSpeed(char motor_num, char motor_speed) { if (motor_num == 1) // Si en el loop se indica el motor 1 { analogWrite(MOTOR1_PWM, motor_speed); // se activa el puente A que controla los motores 1 } else { analogWrite(MOTOR2_PWM, motor_speed); // se activa el puente B que controla los motores } } void motorStart(char motor_num, byte direction) { char pin_ctl1; // la variables pin_ctl1 como tipo texto, pin de control de los motores conector A del controlador char pin_ctl2; // la variables pin_ctl2 como tipo texto, pin de control de los motores conector B del controlador if (motor_num == 1) // motores 1 los que se encuentran a la derecha si se mira el coche desde atras. { pin_ctl1 = MOTOR1_CTL1; // se iguala el valor de pin de control al de la variable motor1 pin_ctl2 = MOTOR1_CTL2; // se iguala el valor de pin de control al de la variable motor2 } else {

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Robot rastreador con Arduino pin_ctl1 = MOTOR2_CTL1; // se iguala el valor de pin de control al de la variable motor1 pin_ctl2 = MOTOR2_CTL2; // se iguala el valor de pin de control al de la variable motor2 } /* ============= = Dirección = =============*/ switch (direction) { case MOTOR_DIR_FORWARD: // caso para que los motores avancen { digitalWrite(pin_ctl1,LOW); // conector A del controlador cable negro digitalWrite(pin_ctl2,HIGH); // conector B del controlador cable rojo } break ; case MOTOR_DIR_BACKWARD: // caso para que los motores retrocedan { digitalWrite(pin_ctl1,HIGH); // conector A del controlador cable negro digitalWrite(pin_ctl2,LOW); // conector B del controlador cable rojo } break ; } } /* =============== = LOOP = =============== */ void loop() { // Start motors! int cny1 = analogRead(A14); //Declaración de variable y asignación del valor leído de la entrada A14 int cny2 = analogRead (A0); //Declaración de variable y asignación del valor leído de la entrada A0 Serial.println(cny1); //Imprimir el dato de la variable cny1 Serial.println(cny2); //Imprimir el dato de la variable cny2 Serial.println("\n"); // Imprimir un salto de línea if (cny1>1005 && cny1<1025 && cny2>1005 && cny2<1025) // cny1 negro y cny2 negro { //AVANZA motorStart(1, MOTOR_DIR_FORWARD); // motores 1 avanza setSpeed(1, 100); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) motorStart(2, MOTOR_DIR_FORWARD); // motores 2 avanza setSpeed(2,100); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) } else if (cny1<1002 && cny1>970 && cny2<1025 && cny2>1005) // cny1 blanco cny2 negro { // Izquierda motorStart(1, MOTOR_DIR_FORWARD); // motores 1 avanza

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Robot rastreador con Arduino setSpeed(1, 140); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) motorStart(2, MOTOR_DIR_BACKWARD); // motores 2 retrocede setSpeed(2,140); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) } else if (cny2<1002 && cny2>970 && cny1<1025 && cny1>1005) // cny2 blanco y cny2 negro { // Derecha motorStart(1, MOTOR_DIR_BACKWARD); // motores 1 retrocede setSpeed(1, 140); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) motorStart(2, MOTOR_DIR_FORWARD); // motores 2 avanza setSpeed(2, 140); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) } else if (cny1<1002 && cny1>970 && cny2<1002 && cny2>970) // cny1 y cny2 blanco { // RETROCEDE motorStart(1, MOTOR_DIR_BACKWARD); // motores 1 retrocede setSpeed(1,50); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) motorStart(2, MOTOR_DIR_BACKWARD); // motores 2 retrocede setSpeed(2, 50); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) } }

Anexo 6 Salir del Mogollón /**************************************************************** * Modo salir del Mogollón * *****************************************************************/ #define MOTOR1_CTL1 8 // I1 // I1 Entrada lógica 1 del puente A #define MOTOR1_CTL2 9 // I2 // I2 Entrada lógica 2 del puente A #define MOTOR1_PWM 11 // EA // EA Activador del puente A #define MOTOR2_CTL1 6 // I3 // I3 Entrada lógica 1 del puente B #define MOTOR2_CTL2 7 // I4 // I4 Entrada lógica 2 del puente B #define MOTOR2_PWM 10 // EB // EB Activador del puente B #define MOTOR_DIR_FORWARD 0 #define MOTOR_DIR_BACKWARD 1 const int pingPin = 3; // definir constante para sensor ping /* =============== = SETUP = ===============*/ void setup() { Serial.begin (9600); // Se declaran los pines como salida // Pines para el motor 1

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Robot rastreador con Arduino pinMode(MOTOR1_CTL1,OUTPUT); pinMode(MOTOR1_CTL2,OUTPUT); pinMode(MOTOR1_PWM,OUTPUT); // Pines para el motor 2 pinMode(MOTOR2_CTL1,OUTPUT); pinMode(MOTOR2_CTL2,OUTPUT); pinMode(MOTOR2_PWM,OUTPUT); } void setSpeed(char motor_num, char motor_speed) { if (motor_num == 1) // Si en el loop se indica el motor 1 { analogWrite(MOTOR1_PWM, motor_speed); // se activa el puente A que controla los motores 1 } else { analogWrite(MOTOR2_PWM, motor_speed); // se activa el puente B que controla los motores } } void motorStart(char motor_num, byte direction) { char pin_ctl1; // la variables pin_ctl1 como tipo texto, pin de control de los motores conector A del controlador char pin_ctl2; // la variables pin_ctl2 como tipo texto, pin de control de los motores conector B del controlador if (motor_num == 1) // motores 1 los que se encuentran a la derecha si se mira el coche desde atras. { pin_ctl1 = MOTOR1_CTL1; // se iguala el valor de pin de control al de la variable motor1 pin_ctl2 = MOTOR1_CTL2; // se iguala el valor de pin de control al de la variable motor2 } else { pin_ctl1 = MOTOR2_CTL1; // se iguala el valor de pin de control al de la variable motor1 pin_ctl2 = MOTOR2_CTL2; // se iguala el valor de pin de control al de la variable motor2 } /* ============= = Dirección = =============*/ switch (direction) { case MOTOR_DIR_FORWARD: // caso para que los motores avancen { digitalWrite(pin_ctl1,LOW); // conector A del controlador cable negro digitalWrite(pin_ctl2,HIGH); // conector B del controlador cable rojo } break ; case MOTOR_DIR_BACKWARD: // caso para que los motores retrocedan

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Robot rastreador con Arduino { digitalWrite(pin_ctl1,HIGH); // conector A del controlador cable negro digitalWrite(pin_ctl2,LOW); // conector B del controlador cable rojo } break ; } } /* =============== = LOOP = =============== */ void loop() { // Start motors! int cny1 = analogRead(A14); //Declaración de variable y asignación del valor leído de la entrada A14 int cny2 = analogRead (A0); //Declaración de variable y asignación del valor leído de la entrada A0 int cny3 = analogRead (A13); //Declaración de variable y asignación del valor leído de la entrada A13 int cny4 = analogRead (A12); //Declaración de variable y asignación del valor leído de la entrada A12 long duration, cm; Serial.println(cny1); //Imprimir el dato de la variable cny1 Serial.println(cny2); //Imprimir el dato de la variable cny2 Serial.println(cny3); //Imprimir el dato de la variable cny3 Serial.println(cny4); //Imprimir el dato de la variable cny4 Serial.println("\n"); /* Activación sensor Ping y cambio de modo del pin de señal del sensor*/ pinMode(pingPin, OUTPUT); digitalWrite(pingPin, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(pingPin, HIGH); delayMicroseconds(5); digitalWrite(pingPin, LOW); pinMode(pingPin, INPUT); duration = pulseIn(pingPin, HIGH); cm = microsecondsToCentimeters(duration); // convertir tiempo en distacia Serial.print(cm); Serial.print("cm"); Serial.println();

// imprimir el valor de la variable cm // imprimir la letras cm

if (cm<13) // si se detecta un obstáculo a menos de 13 no se mueve { motorStart(1, MOTOR_DIR_BACKWARD);

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Robot rastreador con Arduino setSpeed(1,0); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) motorStart(2, MOTOR_DIR_BACKWARD); setSpeed(2, 0); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) } else // si no objeto { if (cny3 <1025 && cny3>990 && cny1<925 && cny1>815 && cny2<925 && cny2>815 && cny4<925 && cny4>815) //cny3 negro demás blanco { // girar derecha motorStart(1, MOTOR_DIR_FORWARD); // motores 1 avanza setSpeed(1, 140); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) motorStart(2, MOTOR_DIR_BACKWARD); // motores 2 retrocede setSpeed(2, 140); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) } else if (cny1>990 && cny1<1025 && cny2>990 && cny2<1025 && cny3<925 && cny3>815 && cny4<925 && cny4>815) // cny1 cny2 negro - cny3 cny4 blanco { // Gira motorStart(1, MOTOR_DIR_ FORWARD); // motores 1 avanza setSpeed(1, 140); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) motorStart(2, MOTOR_DIR_BACKWARD); // motores 2 retrocede setSpeed(2,140); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) } else if ( cny2<1025 && cny2>990 &&cny1<925 && cny1>815 && cny3<925 && cny3>815 && cny4<925 && cny4>815 ) // cny2 negro - cny1 cny3 cny4 blanco { // derecha motorStart(1, MOTOR_DIR_BACKWARD); // motores 1 retrocede setSpeed(1, 140); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) motorStart(2, MOTOR_DIR_FORWARD); // motores 2 avanza setSpeed(2, 140); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) } else if (cny1<1025 && cny1>990 && cny2<925 && cny2>815 && cny3<925 && cny3>815 && cny4<925 && cny4>815 ) // cny1 negro - cny2 cny3 cny4 blanco { // izuierda motorStart(1, MOTOR_DIR_FORWARD); // motores 1 avanza setSpeed(1, 200); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) motorStart(2, MOTOR_DIR_BACKWARD); // motores 2 retrocede setSpeed(2, 200); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) } else if (cny1<925 && cny1>815 && cny2<925 && cny2>815 && cny3<925 && cny3>815 && cny4<925 && cny4>815) // todos blanco { //avanza motorStart(1, MOTOR_DIR_FORWARD); // motores 1 avanza setSpeed(1,200); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) motorStart(2, MOTOR_DIR_FORWARD); // motores 2 avanza setSpeed(2, 200); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) }

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Robot rastreador con Arduino else if (cny4 <1025 && cny4>990 && cny1<925 && cny1>815 && cny2<925 && cny2>815 && cny3<925 && cny3>815) //cny4 negro - cny1 cny2 cny3 blanco { // derecha motorStart(1, MOTOR_DIR_BACKWARD); // motores 1 retrocede setSpeed(1, 200); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) motorStart(2, MOTOR_DIR_FORWARD); // motores 2 avanza setSpeed(2, 200); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) } else if (cny1<1025 && cny1>990 && cny3<1025 && cny3>990 && cny2<925 && cny2>815 && cny4<925 && cny4>815) // cny1 cny3 negro - cny2 cny4 blanco { // izuierda motorStart(1, MOTOR_DIR_FORWARD); // motores 1 avanza setSpeed(1, 200); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) motorStart(2, MOTOR_DIR_BACKWARD); // motores 2 retrocede setSpeed(2, 200); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) } else if (cny2<1025 && cny2>990 && cny4<1025 && cny4>990 && cny1<925 && cny1>815 && cny3<925 && cny3>815) // cny2 cny4 negro - cny1 cny3 blanco { // derecha motorStart(1, MOTOR_DIR_BACKWARD); // motores 1 avanza setSpeed(1, 200); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) motorStart(2, MOTOR_DIR_FORWARD); // motores 2 avanza setSpeed(2, 200); //setSpeed( nº motor, velocidad rpm) } } } long microsecondsToCentimeters(long microseconds) { return microseconds / 29 / 2; }

Anexo 7 Código Final. /**************************************************************** * Codigo final * *****************************************************************/ // declaración de variables #define MOTOR1_CTL1 8 // I1 Entrada lógica 1 del puente A #define MOTOR1_CTL2 9 // I2 Entrada lógica 2 del puente A #define MOTOR1_PWM 11 // EA EA Activador del puente A #define MOTOR2_CTL1 6 // I3 Entrada lógica 1 del puente B

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Robot rastreador con Arduino #define MOTOR2_CTL2 7 // I4 Entrada lógica 2 del puente B #define MOTOR2_PWM 10 // EB Activador del puente B #define MOTOR_DIR_FORWARD 0 #define MOTOR_DIR_BACKWARD 1 const int pingPin = 3; // declaración de variable y asignación del pin /* =============== = SETUP = ===============*/ void setup() { Serial.begin (9600); // velocidad de transmisión de los datos en baudios // Se declaran los pines como salida // Inicialización motor 1 pinMode(MOTOR1_CTL1,OUTPUT); pinMode(MOTOR1_CTL2,OUTPUT); pinMode(MOTOR1_PWM,OUTPUT); // Inicialización motor 2 pinMode(MOTOR2_CTL1,OUTPUT); // configurar el pin como salida pinMode(MOTOR2_CTL2,OUTPUT); // configurar el pin como salida pinMode(MOTOR2_PWM,OUTPUT); // configurar el pin como salida } void setSpeed(char motor_num, char motor_speed) { if (motor_num == 1) // Si en el loop se indica el motor 1 { analogWrite(MOTOR1_PWM, motor_speed); // se activa el puente A que controla los motores 1 } else { analogWrite(MOTOR2_PWM, motor_speed); // se activa el puente B que controla los motores } } void motorStart(char motor_num, byte direction) { char pin_ctl1; // la variables pin_ctl1 como tipo texto, pin de control de los motores conector A del controlador char pin_ctl2; // la variables pin_ctl2 como tipo texto, pin de control de los motores conector B del controlador if (motor_num == 1) // motores 1 los que se encuentran a la derecha si se mira el coche desde atrás. { pin_ctl1 = MOTOR1_CTL1; // se iguala el valor de pin de control al de la variable motor1 pin_ctl2 = MOTOR1_CTL2; // se iguala el valor de pin de control al de la variable motor2 }

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Robot rastreador con Arduino else { pin_ctl1 = MOTOR2_CTL1; // se iguala el valor de pin de control al de la variable motor1 pin_ctl2 = MOTOR2_CTL2; // se iguala el valor de pin de control al de la variable motor2 } /* ============= = Dirección = =============*/ switch (direction) { case MOTOR_DIR_FORWARD: // caso para que los motores avancen { digitalWrite(pin_ctl1,LOW); // conector A del controlador cable negro digitalWrite(pin_ctl2,HIGH); // conector B del controlador cable rojo } break ; case MOTOR_DIR_BACKWARD: // caso para que los motores retrocedan { digitalWrite(pin_ctl1,HIGH); // conector A del controlador cable negro digitalWrite(pin_ctl2,LOW); // conector B del controlador cable rojo } break ; } } /* =============== = LOOP = =============== */ void loop() { // declaración de una variable de tipo local. int cny1 = analogRead(A14); //Declaración de variable y asignación del valor leído de la entrada A14 int cny2 = analogRead (A0); //Declaración de variable y asignación del valor leído de la entrada A0 int cny3 = analogRead (A13); //Declaración de variable y asignación del valor leído de la entrada A13 int cny4 = analogRead (A12); //Declaración de variable y asignación del valor leído de la entrada A12 int inter = digitalRead (2); //Declaración de variable y asignación del valor leído de la entrada 2 para el interruptor long duration, cm; // declaración e inicialización tipo long (mas valores) para el sensor de distancia. Serial.println(cny1); //Imprimir el dato de la variable cny1 Serial.println(cny2); //Imprimir el dato de la variable cny1 Serial.println(cny3); //Imprimir el dato de la variable cny1 Serial.println(cny4); //Imprimir el dato de la variable cny1 Serial.println("\n"); // un salto entre los datos

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Robot rastreador con Arduino //activación funcionamiento del sensor ping pinMode(pingPin, OUTPUT); // se configura el modo de trabajo del pin como salida digitalWrite(pingPin, LOW); // se escribe en ese pin un valor bajo delayMicroseconds(2); // se espera 2 microsegundos digitalWrite(pingPin, HIGH); // se escribe un valor alto en el pin delayMicroseconds(5); // se espera 5 microsegundos digitalWrite(pingPin, LOW); //se escribe en el pin un valor bajo pinMode(pingPin, INPUT); // se configura el pin pingPin, ahora como una salida duration = pulseIn(pingPin, HIGH); //a la variable duration se le asigna el valor leído en pingPin cm = microsecondsToCentimeters(duration); // convertir tiempo en distancia Serial.print(cm); // imprimir dato en el monitor serial Serial.print("cm"); // imprimir en el monitor las letras cm Serial.println(inter); // imprimir dato del estado del interruptor

if (cm<13) // si la distancia de un obstáculo es menor a 13 cm { motorStart(1, MOTOR_DIR_BACKWARD); setSpeed(1,0); motorStart(2, MOTOR_DIR_BACKWARD); setSpeed(2, 0); } else // si la distancia a un objeto es mayor a 13 cm { if (digitalRead(2)==1) //Mogollón lee el estado del pulsado y si es un realiza este bucle . { if (cny3 <1025 && cny3>1005 && cny1<1002 && cny1>970 && cny2<1002 && cny2>970 && cny4<1002 && cny4>970) //cny3 negro demás blanco { // girar derecha motorStart(1, MOTOR_DIR_FORWARD); setSpeed(1, 140); motorStart(2, MOTOR_DIR_BACKWARD); setSpeed(2, 140); } else if (cny1>1005 && cny1<1025 && cny2>1005 && cny2<1025 && cny3<1002 && cny3>970 && cny4<1002 && cny4>970) // cny1 cny2 negro - cny3 cny4 blanco { // gira motorStart(1, MOTOR_DIR_BACKWARD); setSpeed(1, 140); motorStart(2, MOTOR_DIR_FORWARD); setSpeed(2,140); } else if ( cny2<1025 && cny2>1005 &&cny1<1002 && cny1>970 && cny3<1002 && cny3>970 && cny4<1002 && cny4>970 ) // cny2 negro - cny1 cny3 cny4 blanco { // derecha

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Robot rastreador con Arduino motorStart(1, MOTOR_DIR_BACKWARD); setSpeed(1,140); motorStart(2, MOTOR_DIR_FORWARD); setSpeed(2, 140);

} else if (cny1<1025 && cny1>1005 && cny2<1002 && cny2>970 && cny3<1002 && cny3>970 && cny4<1002 && cny4>970 ) // cny1 negro - cny2 cny3 cny4 blanco { // izuierda motorStart(1, MOTOR_DIR_FORWARD); setSpeed(1, 140); motorStart(2, MOTOR_DIR_BACKWARD); setSpeed(2, 140); } else if (cny1<1002 && cny1>970 && cny2<1002 && cny2>970 && cny3<1002 && cny3>970 && cny4<1002 && cny4>970) // todos blanco { //avanza motorStart(1, MOTOR_DIR_FORWARD); setSpeed(1,100); motorStart(2, MOTOR_DIR_FORWARD); setSpeed(2, 100); } else if (cny4 <1025 && cny4>1005 && cny1<1002 && cny1>970 && cny2<1002 && cny2>970 && cny3<1002 && cny3>970) //cny4 negro - cny1 cny2 cny3 blanco { // derecha motorStart(1, MOTOR_DIR_BACKWARD); setSpeed(1, 140); motorStart(2, MOTOR_DIR_FORWARD); setSpeed(2, 140); } else if (cny1<1025 && cny1>1005 && cny3<1025 && cny3>1002 && cny2<1002 && cny2>970 && cny4<1002 && cny4>970) // cny1 cny3 negro - cny2 cny4 blanco { // izuierda motorStart(1, MOTOR_DIR_FORWARD); setSpeed(1, 140); motorStart(2, MOTOR_DIR_BACKWARD); setSpeed(2, 140); } else if (cny2<1025 && cny2>1005 && cny4<1025 && cny4>1005 && cny1<1002 && cny1>970 && cny3<1002 && cny3>970) // cny2 cny4 negro - cny1 cny3 blanco { // derecha motorStart(1, MOTOR_DIR_BACKWARD); setSpeed(1, 140); motorStart(2, MOTOR_DIR_FORWARD); setSpeed(2, 140); }

}

else // si el estado del pulsador es 0 Sigue Línea. {

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Robot rastrador con Arduino version 1.0.pdf

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