Informe Robot Sumo

UNIVERSIDAD DE CUNDINAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICA, 2011

ROBOT SUMO CATEGORIA 3 KG: EL SUMO PONTIFICE Integrantes Gustavo Adolfo Morales Danilo Ruiz Quintero Cesar Augusto Sanabria Suaza

RESUMEN. El presente documento contiene los parámetros y características que se utilizaron para implementar el robot sumo, que es un sistema autónomo con el propósito de enfrentarse a otro robot sumo en una plataforma circular en donde se empujan entre si, para sacar al oponente de la plataforma. PALABRAS CLAVES: Sensores Ópticos, Robot Sumo, servomotores, Sensores ultrasónicos, control de velocidad de motor, torque.

1. INTRODUCCIÓN El robot sumo es una máquina diseñada y programada para enfrentarse al oponente por medio de sensores ultrasónicos o infrarrojos y mantenerse dentro de la plataforma mediante sensores reflectivos. El prototipo fue construido para la participación en el torneo de los robots sumo categoría 3kg con el fin de tener experiencia en sistemas autocontrolados que puedan efectuar diferentes tareas, en este caso en el de detectar objetos y mantenerse dentro de un espacio determinado.

2. MARCO TEORICO 2.2 ANTECEDENTES

Desde 1989 y en forma anual, se inició y se desarrolló en Japón una competencia nacional de robot sumo organizada por Fuji Soft. Lo curioso de este caso es que los armatostes metálicos debían emular a los tradicionales luchadores de sumo. En dos categorías, radio controlados y autónomos, los gladiadores de metal echaban chispas sobre la arena en su esfuerzo por tumbar a su rival. Es la competencia más importante del mundo en donde participan más de 3.000 robots de todo

Japón. Además, a partir de 1998, los robots sumo salen de gira al exterior para competir con sus pares extranjeros. En el año 2003 se inició la categoría de 10 kilos (peso del robot) pero a partir de la competencia número 19 (2007-2008) quedará eliminada por escasez de participantes. Ahora sólo queda la original que corresponde a los guerreros de 3 kilogramos. El escenario de lucha de los robot sumo es similar al tradicional, salvo por las dimensiones, los pequeños androides deben pelear dentro de un círculo de 154 centímetros de diámetro. La banda blanca, de 5 centímetros de ancho, que marca el perímetro y otras en el interior, son para que el tipo autónomo pueda ubicarse por medio de sus sensores. Antes de la gran competencia a nivel nacional, los aspirantes deben superar las eliminatorias por distrito. Los participantes compiten en dos categorías: general y estudiantes. En la categoría general puede competir cualquier persona y en cualquier parte del país, sin distinción en cuanto a su lugar de residencia. En cambio, los estudiantes deben hacerlo en su circunscripción (competencia regional) o representando a su escuela (competencia nacional). En la actualidad, muchas instituciones de educación superior latinoamericanas organizan los concursos de robots sumo para fomentar el progreso de la tecnología en los países en vía de desarrollo.

1


Instrumentación del robot y adecuación de los mismos

2.3 SENSOR OPTICO CNY70

2.1 MODULO ULTRASONICO SRF05

Figura 2. Sensor CNY70

Figura 1. Sensor ultrasónico.

Este módulo incorpora un nuevo modo de operación conectando el pin mode a GND. Por medio de este modo se permitirá emplear un único pin de entrada y salida que servirá para la orden de inicio o disparo para obtener la medida realizada. El modulo emplea 5 conexiones que se pueden realizar que son: +5Vcc que corresponde a la tensión positiva de alimentación, ECO que corresponde a la salida del pulso, Disparo que corresponde a la entrada de inicio de una nueva medida, Modo N.C. sin conexión y GND que corresponde a la tierra de alimentación. Este modulo electrónico transmite ondas ultrasónicas cuando se le aplica un pulso de disparo de 10 microsegundos, por medio de un transductor piezoeléctrico; después de que estas ondas llegan algún objeto, son rebotadas hacia a la capsula receptora del modulo que en su configuración debe recibir información de las ondas en un lapso de tiempo 100 microsegundos y 25 milisegundos para determinar distancias entre 1.7 cm y 431 cm. Esto permite determinar el espacio entre el módulo y el objeto a detectar.

Este dispositivo es un sensor de tipo reflectivo cuya función es captar líneas blancas y negras por medio de la reflexión de la luz. Esta compuesto de un diodo LED y un fototransistor como se muestra en la figura:

Figura 3. Vista de sensor CNY70

Su funcionamiento es el siguiente: cuando se pasa el medio reflectante, el emisor emite una luz que se refleja en el mismo, luego esta choca en la superficie logrando que la luz sea reconocida por el detector logrando transmitir una señal eléctrica al sistema electrónico con el cual se está trabajando para el accionamiento de un dispositivo actuador como un motor.

Figura 4. Funcionamiento del sensor

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UNIVERSIDAD DE CUNDINAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICA, 2011 Sus modos de conexión:

Figura 5. a) Conexión para detectar línea negra b) Conexión para detectar línea blanca

Resistencias implementadas: RD= 2 K Ω RT=100 Ω 2.4 SERVOMOTOR Este actuador es un motor DC cuya función es convertir la energía eléctrica en energía mecánica para el accionamiento de un mecanismo incorporado en el sistema. Su característica primordial es el desempeño en la velocidad a través de engranajes, mecanismos circulares y dentados por medio de un potenciómetro, lo cual en contraposición aumenta el torque del motor para mover objetos de determinado peso. Este dispositivo muestra una forma muy particular en su manipulación; en el caso de nosotros se utilizo el servomotor SG 5010. Ver anexo 1

Engranaje a eliminar

muesca para cortar

Figura 5. Estructura interna servomotor

Giro del servomotor El servomotor SG 5010 consta de 3 pines para su funcionamiento y cada uno esta determinado por un color especifico: 1. Cable rojo: VCC 5V 2. Cable café: ground 3. Cable naranja: señal de control El pin mas importante es el de señal de control ya que es el que habilita el sentido de giro del motor a través de un ciclo útil (PWM) y una frecuencia determinada. Frecuencia de operación: 300 Hz Sentido de giro izquierdo: ciclo útil<10 %

Adaptación a 360° continuos Primero que todo se deja el servo para que gire 360° continuamente; para ello se elimina un engranaje que esta por encima del potenciómetro el cual no es visible a simple vista, y se corta una muesca de otro engranaje.

Sentido de giro derecho: ciclo útil>80 %

3

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3 PARÁMETROS DE CONSTRUCCIÓN DEL ROBOT

Cable para protoboard. Batería 12V 5A para la alimentación del prototipo.

Los parámetros a tener en cuenta para la construcción del robot son el peso de la máquina que corresponde a 3 Kg y las dimensiones del mismo que son de 20cm x 20 cm para su implementación y puesta en marcha. 4

Todos estos materiales se emplearon para la construcción del prototipo de acuerdo a los parámetros que se establecieron para el diseño del mismo.

MATERIALES

Los materiales que se utilizaron construcción del prototipo son:                    

para

la

Láminas de acrilico. 6 Ruedas de goma. Láminas de aluminio para el cuerpo del robot. Laminas de baquela para la fabricación de circuitos impresos. Microcontrolador PIC 16F873A para el circuito de control. Regulador de voltaje LM7805 Regulador de voltaje LM7806 Sensor ultrasónico SRF05. 4 Sensor Óptico CNY70. Interruptor tipo contactos para el encendido del robot. 2 resistencias de 220 ohmios. 1 resistencia de 15k Potenciómetro de 1k. Resistencia de 100 ohmios. 6 diodos LED para la visualización de los estados del microcontrolador. LM358 configurado como comparador y acondicionador de señal para los sensores reflectivos.. 6 servomotores como actuadores para el movimiento de las ruedas del prototipo. Cristal de Cuarzo de 4 MHz para realizar la oscilación del microcontrolador. Diodos rectificadores. Potenciómetros 10 Kilo-ohmios para el ajuste de sensibilidad de los sensores reflectivos.

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COMPETENCIA  DESCRIPCIÓN DE LA CATEGORÍA

Dos robots auto controlados (programados) se sitúan en una plataforma circular elevada. Los robots tratan de evitar la caída o evitar ser expulsados por el bot oponente. El primer robot que toca fuera del ring pierde la ronda. El primer robot que gane dos rondas, gana el partido. Los Robots van compitiendo uno a uno durante todo el concurso. El robot que gana la mayoría de los partidos gana el concurso.  Pista:

Figura 6. Pista de competición

4

UNIVERSIDAD DE CUNDINAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICA, 2011 Todos los robots de la competencia tendrán unas dimensiones que puedan caber en un cuadrado de 20X20cm, tendrán que pesar como máximo 3150g, y no podrán tener cualquier arma nociva de ataque para otros robots. 6

b)

FUNCIONAMIENTO ROBOT

El robot que se diseño consta de 6 ruedas, las cuales son movidas por seis servomotores respectivamente, cuatro sensores cny70, puestos en la parte de adelante del prototipo y a los dos costados; los cuales tendrán la función de decir en que parte de la pista esta ubicado el robot y avisar cuando esta en el limite de la pista. Ademas consta de 2 sensores ultrasónico situados en la parte delantera y posterior del mismo que cumplen la función de detectar cualquier obstáculo cercano al robot. En el control del prototipo se escogió un pic 16f873a, que es el encargado de administrar todas las decisiones y controlar todas las variables que puedan afectar el desempeño del robot en la competencia.

a)

Figura 7. a)Prototipo del robot con sus respectivos sensores; b) Prototipo diseño real

Lógica de programación El principio de programación se basa en buscar algún obstáculo mediante una programación de giros del robot y detectar el objeto mediante los sensores ultrasónicos y dar marcha hasta detectar el límite de la pista (línea blanca); posteriormente vuelve a buscar. Para ello se hizo uso de PICC compiler para elaborar el programa del PIC: #include <16F873A.h> #fuses HS,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP #use delay(clock=4000000) #byte puerto_b = 06 #byte puerto_c = 07 #byte puerto_a = 05

atrás

void main() { float n, l; n=0; set_tris_a( 0xFF ); set_tris_b( 0xFF ); set_tris_c( 0xF0 ); SETUP_ADC_PORTS(NO_ANALOGS); 5

UNIVERSIDAD DE CUNDINAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICA, 2011 inicio: //while(input(pin_c5)==0) //{ puerto_c=0; //}

goto atras; } set_pwm1_duty(20); set_pwm2_duty(20); delay_ms(250);

while(n<5){ puerto_c=0; delay_ms(1000); n=n+1; } setup_ccp1(CCP_PWM); setup_ccp2(CCP_PWM); setup_timer_2(T2_DIV_BY_16, 206, 1); goto secuencia1;

} if(input(pin_c4)==0) { goto adelante; } if(input(pin_c7)==0) { goto atras; } adelante: while(puerto_b==15){ set_pwm1_duty(190); set_pwm2_duty(20); } } if(puerto_b!=15) { goto ubicar; }

secuencia1: while(puerto_b==15){ while(input(pin_c4) != 0 &&input(pin_c7) != 0) { if(puerto_b!=15) { goto ubicar; } if(input(pin_c4)==0) { goto adelante; } if(input(pin_c7)==0) { goto atras; } set_pwm1_duty(190); set_pwm2_duty(20); delay_ms(500); if(puerto_b!=15) { goto ubicar; } if(input(pin_c4)==0) { goto adelante; } if(input(pin_c7)==0) {

atras: while(puerto_b==15){ set_pwm1_duty(20); set_pwm2_duty(190); } if(puerto_b!=15) { goto ubicar; } secuencia2: while(puerto_b==15){ while(input(pin_c4) != 0&&input(pin_c7) != 0) { if(puerto_b!=15) { goto ubicar; } 6

UNIVERSIDAD DE CUNDINAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICA, 2011 if(input(pin_c4)==0) { goto adelante1; } if(input(pin_c7)==0) { goto atras1; } set_pwm1_duty(190); set_pwm2_duty(20); delay_ms(500); if(puerto_b!=15) { goto ubicar; } if(input(pin_c4)==0) { goto adelante1; } if(input(pin_c7)==0) { goto atras1; } set_pwm1_duty(190); set_pwm2_duty(190); delay_ms(250); } if(input(pin_c4)==0) { goto adelante1; } if(input(pin_c7)==0) { goto atras1; } adelante1: while(puerto_b==15){ set_pwm1_duty(190); set_pwm2_duty(20); } } if(puerto_b!=15) { goto ubicar; }

atras1: while(puerto_b==15){ set_pwm1_duty(20); set_pwm2_duty(190); } if(puerto_b!=15) { goto ubicar; }

ubicar: while(puerto_b!=15){ if(puerto_b==14) { set_pwm1_duty(20); set_pwm2_duty(190); delay_ms(500); set_pwm1_duty(20); set_pwm2_duty(20); delay_ms(250); l=0; } if(puerto_b==13) { set_pwm1_duty(190); set_pwm2_duty(190); l=1; } if(puerto_b==12) { set_pwm1_duty(190); set_pwm2_duty(190); l=1; } if(puerto_b==6) { set_pwm1_duty(20); set_pwm2_duty(20); l=0; } if(puerto_b==11) { set_pwm1_duty(190); set_pwm2_duty(20); 7

UNIVERSIDAD DE CUNDINAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICA, 2011 l=0;} if(puerto_b==4) { set_pwm1_duty(190); set_pwm2_duty(20); delay_ms(500); l=0;} if(puerto_b==7) { set_pwm1_duty(20); set_pwm2_duty(20); l=0; } } if(l==0){ goto secuencia1; } if(l==1){ goto secuencia2; }

7

El robot sumo funcionó bien durante la etapa de prueba pero en el día de la competencia se salió de la plataforma a causa de la luz solar que iluminaba el estadio, por lo que la solución fue mejorar la estructura con el fin de evitar luz en los sensores CNY 70 En la construcción y diseño de un robot, es muy importante tener en cuenta la versatilidad y fuerza del diseño, para poder un buen desempeño en la pista de juego. Para que el robot pueda identificar, reconocer y competir la programación es una de las cosas más relevantes que hay que tener en cuenta, es necesario hacer pruebas experimentales para ver las falencias que este podría tener en la pista, y poder corregirlas a tiempo.

}

C1 1n

R7

C2 1n

X1

10k

SW2

U1 CRYSTAL

9 10 2 3 4 5 6 7 1

OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT

RB0/INT RB1 RB2 RA0/AN0 RB3/PGM RA1/AN1 RB4 RA2/AN2/VREF-/CVREF RB5 RA3/AN3/VREF+ RB6/PGC RA4/T0CKI/C1OUT RB7/PGD RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI MCLR/Vpp/THV RC1/T1OSI/CCP2 RC2/CCP1 RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT

21 22 23 24 25 26 27 28

CONCLUSIONES Y RESULTADOS

SW3

SW-SPST

SW4

SW-SPST

SW5

SW-SPST SW-SPST

La sensorica cumple el papel de conectar al robot con el medio externo, si esta parte no está funcionando o no está diseñada correctamente es muy poco probable que el robot tenga su mejor desempeño en la competencia, hay que identificar que variables pueden afectar al robot desde la sensorica.

R2

11 12 13 14 15 16 17 18

10k

R3 10kR4

R5 10k

PIC16F873A

D1

D2

LED-BIBY

LED-BIBY

10k

A

B

SW1 SW-SPST

R1

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REFERENCIAS

10k

[1] HART. Daniel W. ELECTRONICA DE POTENCIA. Pearson Educación S.A. Madrid © 2001. Págs.203. Figura 8. Diagrama esquemático en Proteus basándose en la lógica de programacion

[2] RASHID Muhammad H., “Electrónica de Potencia, Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones”, Ed: México Prentice Hall, 3a ed., 2004, Págs. 336. [3] MOHAN, Ned. “Power Electronics: Converters, Applications and Design”, Ed: John Wiley and Sons Hall, 2da ed., 1995, Págs.802.

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UNIVERSIDAD DE CUNDINAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICA, 2011 ANEX0 1 Technical value servomotor SG 5010

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