Proyecto Seguidor de Linea Informe

Seguidor de Línea – Proyecto Final

Espe

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO -SEDE LATACUNGA-

INGENIERÍA MECATRÓNICA SISTEMAS DIGITALES

DATOS INFORMATIVOS INTEGRANTES: Cáceres Jacobo Jerez Paúl Vásquez Juan Sebastián NIVEL: VII “A” CARRERA: Ingeniería Mecatrónica MATERIA: Sistemas Digitales FECHA: 16 de Enero del 2013.

1


Espe

 TEMA

“CARRO SEGUIDOR DE LINEA NEGRA”  OBJETIVOS 

Objetivo Principal  Realizar un carro robot seguidor de línea negra mediante la aplicación y uso de compuertas lógicas combinacionales.



Objetivos Secundarios  Conocer el funcionamiento del seguidor de línea, así como los materiales a utilizar, sus características y funcionamiento.  Ensamblar el carro seguidor de línea y probarlo para así poder utilizarlo en la competencia del próximo año de la ESPE.

 MATERIALES Y EQUIPOS 

Regulación de voltaje  2 Pilas de 1.5 Voltios



Materiales para el uso de los sensores  2 resistencias de 220 Ω  2 resistencias de 4.7 KΩ  2 Sensores QRD 1114



Materiales para el control de los servomotores  2 Transistores NPN 2N2222

2

Seguidor de Línea – Proyecto Final 

Espe

Materiales para circuito lógico línea negra  Compuerta 74LS00  Compuerta 74LS07



Materiales para chasis del carro       

2 Micro servo motores Power HD – 1900A 1 Rueda Loca 1 Case o chasis 2 Llantas de caucho Placas de baquelita Silicona Adaptador de pila

 MARCO TEORICO Introducción.- La robótica es una de las aplicaciones más apasionantes de la electrónica. Un robot seguidor de línea se clasifica en el campo de la robótica móvil un grupo de la rama de robótica. La tarea fundamental de un robot móvil es el desplazamiento en un entorno conocido o desconocido, por tanto es necesario que posea tres funciones fundamentales, la locomoción (nivel físico), la percepción (nivel sensorial) y la decisión (nivel de control). 1 

Marco Teórico Parte Mecánica

Chasis.- El chasis del carro seguidor de línea es la estructura destinada a brindarnos la movilidad, para su construcción se debe elegir un material resistente (acrílico, madera, lámina metálica, etc.) que soporte el peso de la batería, el sistema de control, los motores y los sensores. El diseño del chasis determina el ancho, largo y alto del carro. 2

Figura # 01.- Chasis de un seguidor de línea 1 2

http://es.scribd.com/doc/77971439/Informe-Seguidor-de-Linea-con-compuertas-logicas http://www.cosasdemecatronica.com/noticias/robotica/53

3


Espe

Servomotor.- Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición. Un servomotor es un motor eléctrico que consta con la capacidad de ser controlado, tanto en velocidad como en posición. Los servos se utilizan frecuentemente en sistemas de radio control y en robótica, pero su uso no está limitado a estos. Es posible modificar un servomotor para obtener un motor de corriente continua que, si bien ya no tiene la capacidad de control del servo, conserva la fuerza, velocidad y baja inercia que caracteriza a estos dispositivos.

Figura # 02.- Imagen de un servomotor

Rueda Loca.- La dirección del carro en la curvas y en las rectas se encuentra guiada por una rueda loca, para nuestro caso la colocaremos en la parte delantera de nuestro chasis.

Figura # 03.- Rueda loca utilizado en el chasis del robot

Llantas.- Las llantas deben ser preferiblemente de caucho, garantizando buena adherencia a la pista. 3

Figura # 04.- Llantas de buena adherencia utilizados en el robot

3

http://es.scribd.com/doc/77971439/Informe-Seguidor-de-Linea-con-compuertas-logicas

4


Espe

Pilas.- Una pila eléctrica es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica por

un proceso químico transitorio, tras lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo. Se trata de un generador primario. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo negativo o ánodo y el otro es el polo positivo o cátodo. La estructura fundamental de una pila consiste en dos electrodos, metálicos en muchos casos, introducidos en una disolución conductora de la electricidad o electrolito. 4

Figura # 05.- Pila de 1.5 Voltios



Marco Teórico Parte Electrónica

Buffer de Amplificación 74LS07.- Se puede decir que la función buffer o igualdad es un tipo de razonamiento que contiene una sola premisa y una sola conclusión. Si la premisa existe, la conclusión también. Si la premisa no existe, la conclusión tampoco. Su ecuación es y = a. La salida s es 1 si y solo si la variable a toma el valor 1. El símbolo es el representado en la siguiente figura. La entrada se representa por una línea horizontal unida al punto medio del lado vertical. La salida es otra línea horizontal que parte del vértice orientado hacia la derecha.

Figura # 06.- Representación gráfica de un buffer 74LS07

Tabla de verdad de la función buffer.- Una función buffer se ha visto que responde a su salida “y” con un nivel bajo (L) siempre que a su entrada “a” se le aplique también un nivel bajo. La

4

http://es.wikipedia.org/wiki/Pila_(electricidad)

5

Espe


salida “y” toma un nivel alto cuando a la entrada se le aplica también un nivel alto (H). La tabla de verdad lógica resume todas las variables posibles según este cuadro. Supongamos que empleamos lógica positiva y que aplicamos una información (bit) a la entrada de esta función. La información que se obtendrá a la salida será:

Tabla #01.- Tabla de verdad de un buffer 74LS07

Esto quiere decir que al aplicar un bit 0, en lógica positiva, a la variable de entrada “a”, a su salida “y” se obtiene un bit 0 en lógica positiva, es decir, lo mismo. Si a la entrada se aplica un bit 1, en lógica positiva a la salida se obtiene un bit 1 en lógica positiva. Como 0 = 0 y también 1 = 1, se dice que en todo momento la información de salida es igual a la información de entrada y se puede escribir la siguiente fórmula:

Ecuación #01

El circuito integrado en tecnología TTL (lógica transistor transistor) que realiza la función buffer es el 7407.

Figura # 07.- Representación gráfica de un buffer 74LS07 internamente constituido

La inicial Vcc indica el positivo de la alimentación, en nuestro caso +5 V. La inicial GND corresponde a +0 V ó punto de masa general para todo circuito integrado. El buffer utilizado en nuestro proyecto es básicamente utilizado como un amplificador de corriente, pero entregando el mismo estado lógico que la entrada pero con cierta capacidad de corriente de salida. Características:  Convertir los niveles TTL a los niveles de tensión MOS  Alta capacidad de corriente  Driver para lámparas indicadoras y relés

6

Espe

Seguidor de Línea – Proyecto Final  Las entradas son totalmente compatibles con la mayoría de circuitos TTL5

Figura # 08.- Representación de un buffer 74LS07

Compuerta Lógica 74LS00 (NAND).- La puerta NAND o compuerta NAND es una puerta lógica digital que implementa la conjunción lógica negada -se comporta de acuerdo a la tabla de verdad mostrada a la derecha. Cuando todas sus entradas están en 1 (uno) o en ALTA, su salida está en 0 o en BAJA, mientras que cuando una sola de sus entradas o ambas están en 0 o en BAJA, su SALIDA va a estar en 1 o en ALTA. Se puede ver claramente que la salida X solamente es "0" (0 lógico, nivel bajo) cuando la entrada A como la entrada B están en "1". En otras palabras la salida X es igual a 0 cuando la entrada A y la entrada B son 1. 6 Esta situación se representa en álgebra booleana como: ̅̅̅̅̅̅̅

̅

̅ Ecuación #02

A continuación se muestra la tabla de verdad:

Tabla #02.- Tabla de verdad de una compuerta NAND

Transistor 2N2222.- También identificado como PN2222, es un transistor bipolar NPN de baja potencia de uso general.

5

https://sites.google.com/site/sistemasdemultiplexado/principios-de-electrnica-digital-y-puertas-lgicas/1-4circuitos-combinacionales-puertas-logicas 6 http://www.slideshare.net/darhagen/compuertas-logicas

7


Espe

Sirve tanto para aplicaciones de amplificación como de conmutación. Puede amplificar pequeñas corrientes a tensiones pequeñas o medias; por lo tanto, sólo puede tratar potencias bajas (no mayores de medio Watts). Puede trabajar a frecuencias medianamente altas. Por todas esas razones, es un transistor de uso general, frecuentemente utilizados en aplicaciones de radio por los constructores aficionados de radios. Las hojas de especificaciones señalan como valores máximos garantizados 500 miliamperios, 50 voltios de tensión de colector, y hasta 500 mili vatios de potencia. La frecuencia de transición es de 250 a 300 MHz, lo que permite utilizarlo en aplicaciones de radio de alta frecuencia (hasta 300 MHz). La beta (factor de amplificación, hFe) del transistor es de por lo menos 100; valores de 150 son típicos. 7

Figura # 09.- Representación gráfica de un transistor 2N2222



Marco Teórico Sensores

Sensores QRD 1114 .- Es un sensor infrarrojo 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. El detector consiste en un fototransistor como a continuación vemos en las imágenes:

Figura #10 .- Imagen del sensor QRD 1114 y Configuración interna

7

http://es.wikipedia.org/wiki/2N2222

8

Espe


Tiene cuatro pines de conexión. Dos de ellos se corresponden al ánodo y cátodo del emisor (diodo emisor infrarrojo), y las otras dos se corresponde al colector y el emisor del receptor (fototransistor). Los valores de las resistencias son típicamente RT=10KΩ para el receptor y RD=220Ω (pero este valor puede variar según sean los resultados obtenidos) para el emisor hablando de los dos sensores, VCC= 5 Volts.    

Pin 1: Colector Pin2: Emisor Pin3: Ánodo Pin4: Cátodo

Figura # 11

Figura # 12

Los sensores devuelven por la pata de salida correspondiente, según el montaje, un voltaje relacionado con la cantidad de rayo reflectado por el objeto. Para la figura #11, se leerá del emisor un ’1′ cuando se refleje luz y un ’0′ cuando no se refleje. Para la figura #12 los valores se leen del colector, y son los contrarios al montaje como la figura 11. 8 

Marco Teórico Pista

Definición robot seguidor de línea velocidad.- La competencia Seguidores de Líneas, consiste en la creación de un robot autónomo, capaz de seguir una línea negra en un fondo blanco en el menor tiempo posible.

8

http://electronicayrobotica.wordpress.com/2012/09/08/sensores-infrarrojos-qrd1114-y-cny70/

9


Espe

Recomendaciones generales.- Diseñar los sensores del robot, de manera que puedan ser fácilmente ajustables durante el desarrollo de la competencia, ya que las condiciones externas de iluminación pueden cambiar, así como otros factores que puedan influir sobre estos. REGLAMENTO DE LA COMPETICIÓN. Las reglas de la competición se enmarcan dentro de los siguientes aspectos: Reto.- La competencia Seguidores de línea, consiste en realizar el diseño y construcción de un robot móvil autónomo con la capacidad de recorrer una trayectoria marcada por una línea de color negro menor a 2cm (grosor de una cinta aislante estándar) en un fondo blanco en el menor tiempo posible. Las pistas serán totalmente cerradas sin presentar desvíos ni cruces con arcos circulares y otras curvas. Y podrán tener ángulos cerrados no menor de 30º.

Figura #13.- Ejemplo de diseño de una pista para un robot velocidad

El Robot.- No está permitida la utilización de robots comerciales. Dimensiones.- Las dimensiones no estarán limitadas. Peso.- El peso no estará limitado. Alimentación.- La tensión de alimentación siempre será autónoma y de bajo voltaje con un máximo de 24 VOLTS VCC. NO se permiten baterías de sustancias líquidas corrosivas, si GEL.  El robot debe ser completamente autónomo ( ningún tipo de control remoto RF/IR, bluetooth, Xbee ), auto contenido, no pudiendo estar estos conectados a ningún aparato externo como ordenadores o fuentes de alimentación, ni ningún otro dispositivo, tampoco se puede usar dispositivos que trabajen con combustible.

10


Espe

 La fuente de alimentación no podrá exceder de 24 Voltios  Puede usarse diferentes tipos de motores DC (MOTORES PAP, SERVOMOTORES, ETC), de CA.

EL CONCURSO Reglas del concurso a. El concurso constará de etapas clasificatorias de dos concursantes por etapa para lo cual se dará un sorteo previo con la presencia de la mayoría de los participantes para la elección de su contendiente. b. Se tendrá dos pistas similares para cada equipo. c. El equipo que culmine la pista en el menor tiempo posible pasara la siguiente etapa. d. El representante de cada equipo será quien active al robot. e. Los robots solo pueden ser activados luego del conteo realizado por uno de los jueces. De no cumplirse con esta regla se realizaran un nuevo conteo, de incurrirse con el incumplimiento de la regla nuevamente, el equipo será sancionado con el aumento de 20 segundos en el tiempo de recorrido. f. Los jueces son la única autoridad que toma la decisión de la correcta activación del robot. g. En el caso que ningún robot concluya la pista en su totalidad, tendrán una nueva oportunidad después de un lapso de 10 minutos, si nuevamente ninguno concluye la pista, los dos robots quedaran descalificados. h. Si se produce una situación de empate con tiempos similares, se disputará un nuevo recorrido, después de cinco minutos, en el cual ganador será aquel robot que consiga el menor tiempo posible. i. Si se prosigue con el empate después de haber disputado el recorrido extra será posible proclamar un vencedor en función del siguiente criterio: Diseño y originalidad. Los jueces calificarán los diferentes sistemas del robot, otorgando mayor puntuación a las soluciones no convencionales y a la utilización de piezas recicladas.

11


Espe

Fidelidad del recorrido en su trayectoria. La fidelidad de la trayectoria se evaluará según sean los movimientos como: vibración, cabeceo o intermitencia en los movimientos. A mayor desviación, menor calificación. j. Si en el trascurso de las rondas clasificatorias faltase un equipo para completar la siguiente ronda se tomara entre los equipos perdedores el que haya completado en el menor tiempo la pista en su totalidad. k. Los participantes no deben tocar el robot durante la competición sin el permiso del árbitro. l. Cada equipo deberá tener un distintivo que lo identifique. 9

 PROCEDIMIENTO 

Diseño de la tabla de verdad para nuestro seguidor de línea

Figura #14.-Diseño de la tabla de verdad para el funcionamiento de nuestros servomotores

Figura #15.- Simulación Software LOGICSIM de nuestra tabla de verdad 9

http://noticias.espe.edu.ec/robotica6concurso/

12


Espe

Diseño del chasis del robot seguidor de línea

Figura #16.- Ejemplo de diseño de una pista para un robot velocidad



Simulación del control de los motores

Figura #17.-Simulacion en Proteus del funcionamiento de los servomotores según tabla de verdad

13


Espe

Simulación del control de los sensores

Figura #17.-Simulación en Proteus de la conexión de los sensores QDR 1114



Simulación del circuito completo

Figura #18.-Simulación en Proteus del circuito completo de funcionamiento

14




Espe

Desarrollo de la placa en Ares de los sensores

Figura #19.-Desarrollo de la placa de los sensores en ARES



Desarrollo de la placa en Ares del circuito

Figura #20 .-Desarrollo de la placa del circuito en ARES

15


Espe

Ensamblaje del robot seguidor de línea

Figura #21.- Robot seguidor de línea ensamblado



Desarrollo de la pista de pruebas del robot seguidor

Figura #22.- Diseño de la pista del robot velocidad.

16


Espe

 ANALISIS DE RESULTADOS  Pruebas realizadas I. II.

Realizar primero el diseño de cada uno de los respectivos circuitos lógicos y así obtener las simulaciones respectivas por medio del software Proteus Probamos cada uno de los componentes electrónicos para ver si están en correcto funcionamiento, esto debido que no garantiza que porque algunos elementos sean nuevos no quiere decir que funcionen correctamente. Como en este seguidor de línea se utilizaron compuertas, se probó el circuito integrado y las compuertas que son las que activan a los motores por medio de nuestra tabla de verdad. Se realizó pruebas de continuidad de las dos placas correspondientes a los circuitos y a los sensores. Por último se realizó pruebas en la pista teniendo un correcto funcionamiento, a veces fallo cuando realizamos la pista con cambio de 0 y en curvas cerradas.

III.

IV. V.

 Tiempos realizados I.

En una vuelta entera nos dio que recorre en un tiempo total de 43 segundos, a la pista realizada por el equipo de trabajo.

II.

Cabe mencionar que se dieron muchas pruebas de tiempos establecidos, variando considerablemente cuando se utilizaban pilas nuevas, ya que después de un tiempo debido al gasto de voltaje y corriente, no nos daba el mismo rendimiento deseado que al inicio.

III.

Las variaciones de los tiempos realizados en la pista variaron desde 37 segundos hasta los 52 segundos siendo está considerada como la vuelta más rápida y la vuelta más lenta.

 Funcionamiento Para revisar el funcionamiento de nuestro robot seguidor de línea debes ingresar a la siguiente dirección de página web: http://www.youtube.com/watch?v=gAOnsYXErds&feature=youtu.be

17


Espe

 CONCLUSIONES o Se pudo lograr la consecución de un robot seguidor de línea, con la colaboración de los compañeros y los conocimientos aprendidos en la materia a lo largo del periodo académico. o Un carro seguidor de línea es el compacto de diferentes ramas, como son la parte mecánica, parte electrónica y la parte de la instrumentación, en la cual se aplican conocimientos de todas estas tecnologías y hacen que sea un sistema Mecatrónico completo, de mucha utilidad y aplicación práctica. o Es muy importante en el diseño y construcción de un robot seguidor de línea la parte mecánica y construcción del chasis ya que cada uno de sus elementos deben estar en una posición adecuada, para así optimizar recursos de espacio y en el caso de los sensores QRD 1114, su correcta localización nos permitirán que no se salga de la pista o en el caso de la línea negra.

 RECOMENDACIONES o Al momento de manejar voltajes tener mucho cuidado en la implementación de los circuitos electrónicos, tanto como de los sensores y demás elementos utilizados en el proyecto realizado, consultar su respectivo datasheet y saber los parámetros de funcionamiento de cada uno de los elementos.

o Realizar las placas de baquelita lo más pequeño posible y con mucha precaución debido q con esto optimizaremos recursos de espacio y nos favorecerá a nuestro diseño del chasis.

o Se utilizó solamente 3 voltios de fuente de alimentación debido que si poníamos 5 voltios o más de eso, en las pruebas realizadas encontramos que debido al voltaje el robot seguidor de línea iba muy rápido y los sensores no cumplían su correcto funcionamiento, no censando bien la línea negra y saliéndose de la misma, etc.

o Mantener nuestra área de trabajo limpio y seguro y tener los respectivos materiales a utilizarse, si es el caso con respaldo debido que al momento de soldar a la placa de

18


Espe

baquelita, hacerlo con mucho cuidado ya que pueden dañarse o quemarse por su mal manejo y nos traerá consecuencias en el funcionamiento del circuito.

 BIBLIOGRAFIA  http://es.scribd.com/doc/77971439/Informe-Seguidor-de-Linea-con-compuertaslogicas  http://www.cosasdemecatronica.com/noticias/robotica/53  http://es.wikipedia.org/wiki/Pila_(electricidad)  https://sites.google.com/site/sistemasdemultiplexado/principios-de-electrnicadigital-y-puertas-lgicas/1-4-circuitos-combinacionales-puertas-logicas  http://www.slideshare.net/darhagen/compuertas-logicas  http://es.wikipedia.org/wiki/2N2222  http://electronicayrobotica.wordpress.com/2012/09/08/sensores-infrarrojosqrd1114-y-cny70/  http://noticias.espe.edu.ec/robotica6concurso/

19


Espe

 ANEXOS 

Datasheet CI 7407

20


Espe

Datasheet QRD 1114

21


Espe

Datasheet Transistor 2N2222

22

Proyecto Seguidor de Linea Informe

Recommend Documents