Robot Movil

ESCUELA DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍAS APLICADAS INGENIERÍA MECATRÓNICA PROYECTO DE INVESTIGACIÓN TEMA: ROBOT MOVIL CONTROLADO POR RADIOFRECUENCIA, USANDO ARDUINO Y UN CONTROL DE TV AUTORES: GALARZA PALMA PABLO PAZMIÑO GARCÍA DIEGO VELA PIEDRAHITA DAVID Quito, Julio 2014

DECLARACIÓN

El equipo de investigación: Diego Pazmiño García, Pablo Galarza Palma, David Vela Piedrahita, declara bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que se ha investigado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.  A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Universidad Internacional del Ecuador, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por normativa institucional vigente.

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Pablo Galarza Palma

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Diego Pazmiño García

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David Vela Piedrahita 1

DECLARACIÓN

El equipo de investigación: Diego Pazmiño García, Pablo Galarza Palma, David Vela Piedrahita, declara bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que se ha investigado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.  A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Universidad Internacional del Ecuador, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por normativa institucional vigente.

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Pablo Galarza Palma

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Diego Pazmiño García

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David Vela Piedrahita 1

Índice General 1. Índice de Abreviaturas  A

Amperio(s)

c.a.

Corriente alterna

 A/D

Análogo a digital

B+ Bat.

Tensión positiva de la batería Batería

BT

Baja Tensión

BC

Bobina de Cierre

BD

Bobina de Disparo.

cg

Centro de gravedad

C

Capacitor lineal.

CKT

Circuito

C.c.

Corriente contínua.

DAC

Conversión analógica digital

Eij

Fuente de voltaje independiente.

Iij

Fuente de corriente independiente.

Neg N

Negativo. Neutro

NAN

Normalmente Abierto

OMan

Operación Manual

OEl

Operación Eléctrica.

P

Polo

PFus

Porta-Fusible

Pos.

Positivos

R

Resistencia

Rx

Resistencias lineales.

Osc

Oscilador

Vref

Tensión de referencia 2

2. Resumen Un robot  es una entidad virtual o mecánica artificial. En la práctica, esto es por lo general un sistema electromecánico que, por su apariencia o sus movimientos, ofrece la sensación de tener un propósito propio. La independencia creada en sus movimientos hace que sus acciones sean la razón de un estudio razonable y profundo en el área de la ciencia y tecnología. La palabra robot puede referirse tanto a mecanismos físicos como a sistemas virtuales de software, aunque suele aludirse a los segundos con el término de bot. No hay un consenso sobre qué máquinas pueden ser consideradas robots, pero sí existe un acuerdo general entre los expertos y el público sobre que los robots tienden a hacer parte o todo lo que sigue: moverse, hacer funcionar un brazo mecánico, sentir

y manipular

su

entorno

y

mostrar

un

comportamiento inteligente,

especialmente si ese comportamiento imita al de los humanos o a otros animales.  Actualmente podría considerarse considerars e que un robot es una computadora con la capacidad y el propósito de movimiento que en general es capaz de desarrollar múltiples tareas de manera flexible según su programación. En los últimos años la investigación sobre robots móviles  está adquiriendo gran desarrollo. Ello se debe, en parte, al abaratamiento del hardware necesario para su construcción, y en parte a la nueva concepción industrial de planta de fabricación flexible, que requiere la reconfiguración de la secuencia de acciones necesarias para una producción variada, lo que a su vez exige facilidad de desplazamiento de los materiales entre cualesquiera puntos de la factoría. El objetivo del presente trabajo es el de exponer el estudio de los robots móviles y la integración de los microcontroladores y la radiofrecuencia. El avance tecnológico y electrónico que se está implementando en los robots, obliga a las personas vinculadas a estos campos a tratar de crear nuevos controles que ayuden a optimizar el manejo de un robot. Palabras clave: Robot Móvil, Servomotor, Arduino, Robot Básico, Control Remoto, Ir. 3

3. Abstract  A robot is a virtual or mechanical artificial entity. In practice, this is usually an electromechanical system that, by its appearance or movements, gives the feeling of having their own purpose. The independence created in their movements makes their actions are the reason for a reasonable and thorough study in the area of science and technology. The word robot can refer to both physical mechanisms as a virtual software systems, but usually allude to the second term of the bot. There is no consensus on which machines can be considered robots, but there is general agreement among experts and the public on the robots tend to do some or all of the following: move around, operate a mechanical arm, sense and manipulate their environment and show intelligent behavior, especially behavior that mimics that of humans or other animals. Currently it could be considered a robot is a computer with the capability and intent of movement in general is capable of developing multiple tasks in a flexible manner according to its schedule. In recent years research on mobile robots is gaining development. This is due in part to the lowering of the hardware necessary for its construction, and in part to the new industrial design of flexible manufacturing plant, which requires the reconfiguration of the sequence of actions required for a varied production, which in turn requires ease of movement of the material between any points of the plant. The aim of this paper is to present the study of mobile robots and the integration of microcontrollers and radio frequency. Technological electronic advance that is being implemented in robots, forcing people in these fields to try to create new controls that help optimize the management of a robot. Keywords: Mobile Robot, Servo, Arduino, Robot Basic Remote Control, Ir

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4. INTRODUCCIÓN La Robótica es una tecnología, que surgió como tal aproximadamente hacia el año 1960, desde entonces han transcurrido los años y el interés que ha despertado es superior a cualquier previsión que en su nacimiento se pudiera formular, siguiendo un proceso paralelo a la introducción de los ordenadores en las actividades cotidianas de la vida del hombre, aunque si bien todavía los robots no han encontrado la vía de penetración en los hogares, pero sí son un elemento ya imprescindible en la mayoría de las industrias. Podemos contemplar la robótica como una ciencia que aunque se han conseguido grandes avances todavía ofrece un amplio campo para el desarrollo y la innovación y es precisamente este aspecto el que motiva a muchos investigadores y aficionados a los robots a seguir adelante planteando cada vez robots más evolucionados. La Robótica es una tecnología multidisciplinar, ya que hace uso de los recursos que le proporcionan otras ciencias afines, es así que para el proceso de diseño y construcción de un robot intervienen muchos campos como pueden ser: la Mecánica, la Electrónica, la Informática, la Automatización, etc Los aficionados a los robots también juegan un papel importante en el desarrollo de la robótica, ya que son estos los que partiendo de una afición firme y con sus particulares ideas, al cabo de un cierto tiempo, han podido desarrollar sus teorías y con ello crear un precedente o mejorar un aspecto que se tenía olvidado o no se había contado con él en un principio. El auge de la Robótica y la imperiosa necesidad de su implantación en numerosas instalaciones industriales, requiere el concurso de un buen número de especialistas y aficionados en la materia. No hay un consenso sobre qué máquinas pueden ser consideradas robots, pero sí existe un acuerdo general entre los expertos y el público sobre que los robots tienden a hacer parte o todo lo que sigue: moverse, hacer funcionar un brazo mecánico, sentir

y

manipular

su

entorno

y

mostrar

un

comportamiento inteligente,

especialmente si ese comportamiento imita al de los humanos o a otros animales.  Actualmente podría considerarse que un robot es una computadora con la capacidad 5

y el propósito de movimiento que en general es capaz de desarrollar múltiples tareas de manera flexible según su programación; así que podría diferenciarse de algún electrodoméstico específico En los últimos años la investigación sobre robots móviles  está adquiriendo gran desarrollo. Ello se debe, en parte, al abaratamiento del hardware necesario para su construcción, y en parte a la nueva concepción industrial de planta de fabricación flexible, que requiere la reconfiguración de la secuencia de acciones necesarias para una producción variada, lo que a su vez exige facilidad de desplazamiento de los materiales entre cualesquiera puntos de la factoría.

5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En la actualidad es muy fácil acceder a internet y mirar cómo se realiza de manera muy fácil distintos tipos de mecanismos, entre ellos mecanismos fáciles y complejos, robots de fabricación casera, como robots más avanzados y complejos. Además es realmente fácil comprar un robot con la apariencia de un juguete móvil Como estudiantes de una carrera que crece a pasos agigantados en cuanto a tecnología debemos empezar a tener conocimientos sobre la creación, funcionamiento y desarrollo lógico de máquinas inteligentes, partiendo de esto nos planteamos la construcción de un robot móvil, controlado por radiofrecuencia (ir), usando hardware Arduino. De esta manera obtendremos los conocimientos necesarios para la programación y uso de Arduino con módulos de radiofrecuencia que se integre a

sistemas

mecánicos y electrónicos básicos, que sirvan de base para la creación de proyectos más complejos.

6

5.1.

PROBLEMA.

Tomando en consideración los planteamientos realizados en torno al objeto de estudio este proyecto centra su problemática en la: Construcción de un robot móvil, controlado por radiofrecuencia (ir), usando hardware  Arduino y un control infrarrojo de Tv como medio de mando.

6. JUSTIFICACIÓN En el siguiente proyecto determinamos los conceptos generales y pasos a seguir para construir un robot móvil que va a ser controlado usando hardware Arduino y un control infrarrojo de Tv como medio de mando, La aplicación de una propuesta de construcción de un robot, hardware Arduino; que realice movimientos de un auto a control remoto, refleja en gran medida el deseo de alcanzar un mejoramiento continuo, que permita al alumno obtener por sí mismo conocimientos relevantes en varios campos, además de empezar a familiarizarse con el uso de Arduino, ya que el mundo actual avanza a pasos acelerados y necesita personas que innoven y creen nuevos objetos. La propuesta en desarrollo se inscribe en el campo de la electrónica y pretende contribuir al avance científico estudiantil para motivar la investigación y desarrollo de robots moviles en un principio, para luego en un futuro no muy distante perfeccionar la construcción de sistemas robóticos más complejos y de mayor utilidad para las personas. Ya que si se cumple a cabalidad lo esperado en el proyecto, se podrá entonces de esta manera a corto o mediano plazo, realizar un replanteo del proyecto con la ambición de la construcción de un sistema móvil controlado por radiofrecuencia de más complejidad y mayor utilidad.

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7. HIPÓTESIS Dentro de un espacio predeterminado, un robot móvil que va a ser controlado mediante hardware Arduino y un control infrarrojo de Tv, puede desplazarse desde un punto cualquiera denominado partida, a otro cualquiera denominado objetivo de llegada. El robot deberá avanzar a medida que la persona que manipule el control de Tv oprima los mandos programados para la locomoción del mismo. Al encontrar un obstáculo, el manipulador, deberá detener o girar el robot móvil y tomar otro camino para seguir su recorrido.

8. SISTEMATIZACIÓN Vamos a construir un robot móvil controlado mediante un control remoto de tv, basado en Arduino, cuya finalidad será moverse de acuerdo a los mandos establecidos en el control remoto. Nuestro robot constará de una plataforma en la que se fijarán dos servomotores de continua que moverán sendas ruedas para permitir el desplazamiento del dispositivo. Como receptor de información utilizaremos un sensor de infrarrojos.

Selección de plataforma En la actualidad existen muchas opciones de plataforma basadas en dos ruedas para proyectos robóticos. Su elección queda a gusto del consumidor, aunque, para el caso que nos ocupa, usaremos una plataforma de aluminio, en la cual podamos acomodar de manera ordenada las: baterías, ruedas, servomotores, el Arduino, el sensor de infrarrojo y el puente H.

Preparación de los servomotores DC Independientemente de la plataforma elegida, nuestro robot será desplazado por la acción de dos servomotores de corriente continua. El problema de este tipo de 8

montajes son los ruidos generados por los servomotores al girar, que podrían interferir con las señales en la tarjeta Arduino. Un modo de compensarlo es la adición de un condensador de 0,1µF entre los bornes de cada motor. Para el control de los servomotores se utilizará un circuito basado en un puente H, que tiene la particularidad de permitir seleccionar la velocidad de cada uno mediante sendas señales PWM y su dirección de giro a través de señales digitales destinadas a tal propósito.

Montaje del circuito Realizaremos el montaje mostrado en la figura basado en los siguientes componentes: 

Plataforma de tre ruedas y dos servomotores DC



Arduino UNO R3



Puente H basado en L298N



Cables de conexión



Soporte de baterías



4 baterías de 1.5 v



1 batería de 9v

9

El circuito de control de los servomotores (puente H) se alimentará directamente de los 6v proporcionados por las dos baterías de litio mientras que; el Arduino se alimentará de lo 9v proporcionados por la batería alcalina Los servomotores irán conectados directamente al circuito de control del motor en las tomas “MOTOR A” y “MOTOR B” respectivamente. Siendo el sentido de giro por

defecto para cada motor las polaridades señaladas. Por otra parte, las conexiones “ENA” y “ENB” permitir án el control de la velocidad de

cada motor mediante una señal PWM generada por nuestro Arduino desde los pines 5 y 6 respectivamente. Al respecto conviene comentar que los servomotores, para comenzar a moverse, necesitan un par mínimo que obligará a fijar el valor de la señal PWM por encima de ese umbral. El sentido de giro se determinará por los valores de los pares IN1-IN2 e IN3-IN4 respectivamente según la siguiente tabla:

IN1(IN3)

IN2(IN4)

ESTADO

LOW

LOW

detenido

HIGH

LOW

giro en sentido positivo

LOW

HIGH

giro en sentido negativo

HIGH

HIGH

detenido

Programación de Arduino Utilizaremos el código descrito en los anexos para controlar nuestro robot.

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Como se observa en el código, el sistema interpretara las direcciones provenientes del control de tv, para determinar si avanza, retrocede o, por el contrario, gira.

Realización de las pruebas y resultados Una vez realizado el montaje anterior e introducido el código en nuestro Arduino, se comprueba cómo el comportamiento del robot es muy aceptable. Cierto es que las limitaciones de velocidad al realizar giros p uede llevar a ciertos “atascos”, dependiendo del piso en el q se encuentre nuestro robot, pero como primera experiencia, está bastante bien.

9. OBJETIVOS 9.1.

OBJETIVO GENERAL.

Construir un robot móvil, controlado por radiofrecuencia (ir), mediante hardware  Arduino y un control infrarrojo de Tv como medio de mando.

9.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS.  Aprender sobre el correcto funcionamiento de este tipo de mecanismos. Diseñar el modelo físico y las partes electrónicas del robot. Construir el robot y probar su correcto funcionamiento. Construir el cuerpo físico, con aluminio para obtener una mayor estética y un mejor acabado

10. MARCO TEÓRICO 10.1 Conceptual 10.1.1 ROBÓTICA 10.1.2 Introducción a la Robótica

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La robótica es un concepto de dominio público, la mayor parte de la gente tiene una idea de lo que es la robótica, sabe sus aplicaciones y el potencial que tiene; sin embargo, no conocen el origen de la palabra robot, ni tienen idea del origen de las aplicaciones útiles de la robótica como ciencia. ¿Y qué es la robótica?, sencillamente la ciencia que estudia el diseño y la fabricación de robots, así como las piezas que los conforman: motores, brazos especializados o sensores, por ejemplo. Entonces un robot es "un manipulador multifuncional y reprogramable, diseñado para mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos especiales, mediante movimientos programados y variables que permiten llevar a cabo diversas tareas" o seres que realizan tareas repetitivas, tareas pesadas o difíciles de realizar por un ser humano.

10.1.3 Tipos de Robots La potencia del software en el controlador determina la utilidad y flexibilidad del robot dentro de las limitantes del diseño mecánico y la capacidad de los sensores. Los tipos de robots han sido clasificados de acuerdo a su generación, a su nivel de inteligencia, a su nivel de control y a su nivel de lenguaje de programación. Estas clasificaciones reflejan la potencia del software en el controlador, en particular y la sofisticada interacción de los sensores. La generación de un robot se determina por el orden histórico de desarrollos en la robótica, cinco generaciones son normalmente asignadas a los robots industriales. La tercera generación es utilizada en la industria, la cuarta se desarrolla en los laboratorios de investigación y la quinta generación es un gran sueño. A los robots en la actualidad se clasifican en tres grupos. 1) Nivel de inteligencia 2) Nivel de control 3) Nivel de lenguaje de programación

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 Arquitectura de los robots Existen diferentes tipos y clases de robots, entre ellos con forma humana, de animales, de plantas o incluso de elementos arquitectónicos pero todos se diferencian por sus capacidades y se clasifican en 4 formas: 1. Androides: robots con forma humana. Imitan el comportamiento de las personas, su utilidad en la actualidad es de solo experimentación. La principal limitante de este modelo es la implementación del equilibrio en el desplazamiento, pues es bípedo. 2. Móviles: se desplazan mediante una plataforma rodante (ruedas); estos robots aseguran el transporte de piezas de un punto a otro. 3. Zoomórficos: es un sistema de locomoción imitando a los animales. La aplicación de estos robots sirve, sobre todo, para el estudio de volcanes y exploración espacial. 4. Poliarticulados: mueven sus extremidades con pocos grados de libertad. Su principal utilidad es industrial, para desplazar elementos que requieren cuidados. En ésta última se puede clasificar según su morfología en: Robots angulares o antropomórficos, robots cilíndricos, robots esféricos o polares, robots tipo SCARA, robots paralelos, robots cartesianos, entre otros

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Robot móvil

Un robot móvil es una máquina automática que es capaz de movimiento en cualquier ambiente dado. Los robots móviles tienen la capacidad de moverse en su entorno y no se fijan a una ubicación física. En contraste, los robots industrialesf ijo por lo general consiste en un brazo articulado (manipulador de multi-ligado) y una pinza de montaje (o efector de extremo) que está unida a una superficie fija. Los robots móviles son un foco importante de la investigación actual y casi cada universidad importante que tenga uno o más laboratorios que se centran en la investigación de robots móviles. Los robots móviles se encuentran también en la industria y los servicios. Los robots domésticos son productos de consumo, incluyendo robots de entretenimiento y las que realizan ciertas tareas del hogar, como pasar la aspiradora o la jardinería

Este tipo de robots tienen un gran rango de aplicaciones generalmente no industriales, se pueden clasificar según el tipo de medio que usan para movilizarse así: Ruedas, Oruga, Patas, Otros Robots con ruedas

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Los vehículos de ruedas son, con mucho, los más populares por varias razones prácticas, son

más sencillos y más fáciles de construir, la carga que pueden

transportar es mayor que la que pueden soportar otros tipos de robots móviles  A esto se puede añadir el que se pueden utilizar vehículos de ruedas de radio control para usarlos como bases de robots

Desventajas del uso de ruedas en robot móviles. La principal desventaja de las ruedas es su empleo en terreno irregular, en el que se comportan bastante mal. Normalmente un vehículo de ruedas podrá sobrepasar un obstáculo que tenga una altura no superior al radio de sus ruedas

CONFIGURACIONES PARA ROBOTS MOVILES

15

16

17

Simulación La mayoría de proyectos que involucra la investigación con robots móviles cuentan con herramientas sofisticadas de simulación Mediante simulación se pueden probar diferentes algoritmos de control de alto y bajo nivel antes de implantarlos en el robot móvil

Navegación Se llama navegación al conjunto de métodos y técnicas usados para dirigir el curso de un robot móvil a medida que éste atraviesa su entorno. Se supone que se debe llegar a algún destino pedido, sin perderse y sin chocar ni con obstáculos fijos, ni con otros móviles que eventualmente puedan aparecer en el camino. Para efectuar navegación lo más común es disponer de un mapa, aunque no necesariamente. Mapa es cualquier tipo de representación del entorno en la memoria del robot. A partir de un mapa, se puede determinar un camino apropiado entre dos 18

puntos deseados, lo cual será más o menos complejo según haya sido la representación escogida. Por último, habrá que seguir ese camino. Veamos en primer lugar los tipos de mapas que se usan normalmente. Primeramente están los basados en información sensorial, con dos tipos: 

Mapas de marcas en el terreno  (landmarks ): son localizaciones particulares fácilmente identificables por el sistema sensorial del robot (cierta esquina, un grupo de objetos bien visibles o tubos de neón, etc.) que actúan como marcas relevantes (landmarks). Se representan como nodos de un grafo (que pueden tener características asociadas, para garantizar su identificación unívoca), los cuales se unen por los arcos que normalmente representan la accesibilidad (si existe arco entre dos nodos, el robot puede desplazarse directamente de uno a otro de los landmarks a los que los nodos representan). Estos arcos pueden también estar etiquetados con características del recorrido como distancia, dirección, tiempo de tránsito, etc.



Mapas de ocupación: se basan en representar el terreno como una retícula, regular o no, cada una de cuyas casillas contiene un valor útil para el robot, que suele ser la certitud de ocupación, es decir, qué grado de creencia tiene el robot sobre el estado de una determinada casilla, desde -1 (es seguro que está libre) hasta +1 (es seguro que está ocupada) pasando por 0 (no hay evidencia en ningún sentido). Estos mapas se pueden construir por métodos visuales, mediante la toma de imágenes por un par estéreo de cámaras (o una sola que va a bordo del robot y se sitúa en varias posiciones), a partir de las proyecciones de puntos límite de un objeto, como se ve en la siguiente figura:

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Construcción

visual

de

un

mapa

de

ocupación

Los mapas también se pueden clasificar de acuerdo a lo que almacenan: 

Mapas de espacio libre: al igual que en los mapas de marcas, la estructura de almacenamiento elegida es también el grafo, pero esta vez cada nodo representa un punto de parada donde el robot pueda detenerse para explorar el entorno mediante sus sensores. Los arcos son líneas rectas que el robot pueda recorrer entre estos puntos sin encontrar obstáculos; evidentemente, limitarán a los posibles obstáculos. Observa la figura:

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

Mapas de objetos: Como su nombre indica, lo que se almacena en ellos son los objetos (obstáculos) que el robot puede encontrar en su trayectoria, de varios modos; los más normales son considerar al objeto como un polígono, y almacenar su punto central y la extensión máxima en una serie de direcciones desde él; otro modo es caracterizarlo como una de entre un conjunto de figuras geométricas dadas, y dar su posición y la orientación de un eje propio de esa figura



Mapas compuestos: almacenan tanto información de objetos como de espacio libre. Una posibilidad es dividir el espacio en regiones arbitrarias, pero conocidas, e indicar en cada una de ellas si está totalmente libre, totalmente ocupada, o parcialmente ocupada. Otra alternativa es una retícula de puntos con un indicador de estado en cada punto, y una lista de a cuáles de los puntos adyacentes se puede acceder directamente; la retícula puede hacerse más o menos densa, en función del tamaño del robot.



Quadtrees : Dividen el espacio mediante una retícula, y proceden por

subdivisión recursiva de la misma, mientras la celda resultante sea subdividible, siendo el criterio el que no tenga toda ella el mismo carácter de ocupación. Una vez se tienen los mapas, el siguiente paso consiste en definir cómo un robot móvil es capaz de saber en qué punto del mapa se encuentra. Para ello, se puede recurrir a la información aportada por los dos tipos posibles de sensores: internos y

externos. Los principales procedimientos para la autolocalización (dead reckroning ) son: 

Odometría: a partir del conocimiento de la velocidad de las ruedas resulta posible conocer la velocidad instantánea del robot respecto a un sistema externo. Para ello se pueden instalar sensores de posición angular (normalmente, codificadores ópticos) en cada rueda. Conocido el vector velocidad, la posición en un instante puede obtenerse mediante integración.

21



Balizas: son marcas de fácil localización instaladas en lugares conocidos, que el robot es capaz de detectar con sus sensores, y respecto a las cuáles se sitúa. Pueden ser marcas visuales (tubos de neón, o bandas de colores), o emisores de infrarrojos, cada uno emitiendo una señal modulada con un código conocido. Estas señales pueden ser recogidas por una óptica apropiada y proyectadas sobre una cámara CCD o un array de fotodiodos, que sirve para determinar la dirección de la que proceden. Conociendo al menos dos de éstas direcciones (aunque pueden ser más) y las posiciones absolutas de las balizas es posible determinar por triangulación la posición del robot:

El problema ahora es, dados un punto inicial y un punto final (meta) especificados sobre el modelo de mapa propuesto, encontrar en dicho mapa un camino libre de colisión que el robot pueda seguir. Para hacerlo físicamente, comprobará continua o intermitentemente que se encuentra sobre los puntos del camino, usando alguna de las técnicas de autolocalización. A este proceso se le denomina planificación y

seguimiento de caminos. Los requerimientos que deberá cumplir un planificador de caminos son: 

Encontrar un camino que el robot pueda atravesar sin colisión.



Manejar la incertidumbre en la información sobre el entorno derivada de la imprecisión de los sensores.

22



Mantener el robot lo más lejos posible de los objetos, para que los sensores envíen menos datos y así se requiera menos proceso.



Encontrar el camino óptimo (el mejor entre los posibles) y seguirlo de un modo suave.

Veamos ahora los modos de planificar un camino: 

Por guiado: consiste en llevar al robot físicamente a una serie de lugares preestablecidos y almacenar las impresiones sensoriales que se reciben en cada uno de ellos, así como la dirección o direcciones de desplazamiento posterior hacia el/los siguiente(s) punto(s) importantes(s). Para alcanzar el punto deseado se pueden implantar lazos de realimentación que operen tomando directamente como entrada las señales sensoriales, y que generen señales de control para los actuadores, evitando el cálculo de la posición absoluta, no útil en este caso.



Automáticamente: Aquí entran en juego algoritmos que dependen fuertemente de la representación usada para el mapa. En mapas de tipo grafo, siendo los nodos posiciones de referencia a comprobar con los sensores, la planificación consiste en encontrar el camino de mínima distancia en el grafo. La distancia se define en función de los costes de cada arco, que pueden ser, bien distancias físicas, bien algún otro tipo de penalización asociada a ese desplazamiento (por ejemplo, debida a la estrechez de un pasillo que obliga a reducir la velocidad, etc.). En mapas que contienen los objetos, los planificadores tratan de encontrar caminos por el espacio libre lo más alejados posible de los objetos. Esto es bueno en pasillos estrechos, pero puede ser ineficiente en zonas anchas, por elegir caminos más largos. Observa la parte izquierda de la siguiente figura, en la que se elegiría el camino A antes que el B, pese a ser más largo.

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2. Tecnologías de construcción y conexión senso-motora Un robot móvil, como otros tipos de robot, puede considerarse esencialmente como un sistema (una colección de sensores, actuadores, y elementos computacionales) organizados de tal modo que exhiban una acción inteligente en respuesta aciertos estímulos. Tal sistema no tiene por qué ser complejo. De hecho, algunos de los robots móviles más sencillos responden al siguiente esquema. Están constituidos por dos motores que hacen girar sendas ruedas independientemente. No llevan procesador, todo su hardware consiste en los drivers de potencia de los motores, y en dos contadores programables que comienzan a contar al recibir una señal externa, y durante el tiempo que dure su cuenta, hasta un valor predefinido generan una señal que indica al motor que se mueva en sentido opuesto (B). El resto del tiempo cada motor se mueve hacia adelante (F). Los contadores están conectados a los sensores de choque S1 y S2, como muestra la siguiente figura:

24

 Al moverse mo verse ambos motores a la misma velocidad y en el mismo sentido (F) el robot avanza. Al chocar con un obstáculo, ambos motores invierten su sentido, y el robot retrocede. Pero el contador de uno de ellos está ajustado a un tiempo menor que el del otro, con lo cual al invertirse ambos giran en distinto sentido durante un instante, lo que hace que el robot gire sobre su propio eje, con lo que es posible que ya no apunte hacia el obstáculo. A continuación ambos motores vuelven a girar hacia adelante, y se continúa el avance en línea recta. Si el tiempo (ángulo) de giro no hubiese sido suficiente, el robot volvería a chocar con el obstáculo, y repetiría la misma maniobra. Observa el recuadro izquierdo de la siguiente figura:

Si, además, a uno de los motores se le hiciera girar un poco más lento en el sentido 25

B, tendríamos que el robot retrocedería describiendo un arco. Esto haría que siguiese aproximadamente las paredes, como se observa en el recuadro derecho de la figura anterior. En ese caso, el observador externo asignaría un propósito al robot, cuando en realidad el "programa" no lo establece explícitamente. De hecho, ni siquiera se puede decir que haya un programa en sentido tradicional: todo esto se puede implantar con circuitería analógica, aunque sea mejor hacerlo digitalmente, siempre que se conserve el espíritu de simplicidad. Este ejemplo sirve para ilustrar una conexión directa y de bajo nivel entre percepción y acción, pero esta no es la única manera. También se puede (usando sensores más sofisticados) tratar de localizar aspectos físicos externos conocidos por el mapa prealmacenado, realizar una planificación del camino por los medios antes vistos, y seguirlo usando landmakrs u odometría. Respecto a la tecnología usada, debemos referirnos a los sensores y a los actuadores. Entre los sensores que más habituales se encuentran: 

Fotoresistencias o fototransistores, que se usan para implementar fototaxias (seguimiento de fuentes de luz). Su salida se conecta a un conversor A/D, o a un simple comparador, dependiendo del uso que se quiera hacer (si importa el valor de la señal, o sólo si ésta es superior a un umbral).



Sensores de proximidad por infrarrojos : Son sensibles a radiación alrededor de los 880 nm. Existen detectores encapsulados que contienen emisor y receptor; modulan la emisión, y responden sólo a ese patrón de modulación, con lo que evitan interferencias de fuentes externas de infrarrojos. El hardware que necesitan es un oscilador (de cuarzo, o astable) para el emisor, y un conversor A/D o comparador para el receptor.



Sensores piroeléctricos: son resistencias variables con la temperatura. Se usan para seguir fuentes de calor.



Sensores de contacto por doblez: constan de un eje metálico con una capa de pintura conductora que varía su resistencia al doblarse. Se conectan a un conversor A/D. 26



Microinterruptores de choque (bumpers): se usan con una palanca que los activa al chocar el robot con algún obstáculo. Se conectan directamente a entradas digitales del microcontrolador del robot.



Sonares: El modelo más usado es el Polaroid TM. El hardware que usan es un contador, para saber el tiempo transcurrido entre la ida yla vuelta del impulso ultrasónico, y circuitos especiales para generar el pulso.



Codificadores ópticos: normalmente de tipo incremental, se instalan en todas o algunas de las ruedas, tanto en el eje de giro como en el de guiado. Como ya se vio, requieren un hardware específico para la cuenta de pulsos, aunque ésta se pueda hacer también por sofwtare, conectado las señales de cada canal a puertos de entrada, y manteniendo un proceso dedicado a monitorizarlos.



Giróscopos: son análogos a los usados en los sistemas de navegación inercial de los aviones, pero algo más simples. Son raramente usados por su precio. Existen versiones electrónicas baratas basadas en sensores de estado sólido que sólo miden la velocidad de giro, pero no la orientación absoluta.



Inclinómetros: se basan en un codificador óptico en posición vertical con un péndulo colgado de él, o bien en una gota de mercurio sobre un platillo horizontal con contactos repartidos regularmente alrededor de ella.



Brújulas: deberían dar la orientación absoluta usando el campo magnético terrestre. No son muy usadas, porque aunque en exteriores dan medidas aceptables, en interiores y sobre todo con campos magnéticos provocados por la circuitería o maquinaria circundante no son fiables.



Cámaras de TV: se suelen usar modelos en miniatura, de tipo CCD. Tienen los inconvenientes de requerir un hardware más complicado (una placa digital de imagen) y generar un volumen de información difícilmente tratable en tiempo real sin hardware específico.

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Navegación

de

robots

en

convoy

utilizando

visión

artificial

En cuanto a los actuadores, se suelen usar siempre motores eléctricos de CC, por su facilidad de control. Se conectan a engranajes reductores para disminuir la velocidad y aumentar la potencia. Si la corriente que necesitan no es muy alta (robots pequeños no muy pesados con dos motores pueden consumir de 0.5 a 2 A por motor), existen reguladores encapsulados que pueden proporcionarla, los cuales se controlan por modulación en anchura de pulso (PWM). Los lazos de realimentación para el control de las ruedas se suelen realizar por software, que va leyendo los registros asociados a los codificadores, y envía una señal digital que luego se convierte en analógica y activa los dispositivos de potencia. El control es, por supuesto, siempre discreto. Los sistemas de locomoción son variados. El modelo más común consiste en usar dos

ruedas

motrices

independientes con

sus

ejes

alineados

perpendicularmente a la dirección de avance. La forma del robot suele ser compacta, mejor circular, para ganar maniobrabilidad.

28

La alimentación es un punto muy problemático. Hasta ahora, las baterías que podían dar suficiente corriente eran muy pesadas; hoy día existen modelos recargables de Ni-Cd más ligeros.

Arduino  Arduino es

una

plataforma

de hardware

libre,  basada

en

una placa con

un microcontrolador y un entorno de desarrollo,  diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares. El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos de entrada/salida. 

Los

microcontroladores

más

usados

son

el Atmega168, Atmega328, Atmega1280, ATmega8 por su sencillez y bajo coste que permiten el desarrollo de múltiples diseños. Por otro lado el software consiste en un entorno

de

desarrollo

que

implementa

el lenguaje

de

programación

Processing/Wiring y el cargador de arranque que es ejecutado en la placa.

Esquema de conexiones Entradas y salidas Poniendo de ejemplo al módulo Diecimila, éste consta de 14 entradas digitales configurables como entradas y/o salidas que operan a 5 voltios. Cada contacto puede proporcionar o recibir como máximo 40 mA. Los contactos 3, 5, 6, 8, 10 y 11 pueden proporcionar una salida PWM (Pulse Width Modulation). Si se conecta cualquier cosa a los contactos 0 y 1, eso interferirá con la comunicación USB. Diecimila también tiene 6 entradas analógicas que proporcionan una resolución de 10 bits. Por defecto, aceptan de 0 hasta 5 voltios, aunque es posible cambiar el nivel más alto, utilizando el contacto Aref y algún código de bajo nivel.

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Arduino Uno  Arduino Uno es una placa electronica basada en el microprocesador Atmega328 (datasheet). Cuenta con 14 pines digitales de entrada / salida (de los cuales 6 pueden ser utilizados como salidas PWM), 6 entradas analógicas, un resonador cerámico 16 MHz, una conexión USB, un conector de alimentación, un header ICSP, y un botón de reinicio. Contiene todo lo necesario para apoyar el microcontrolador; basta con conectarlo a un ordenador con un cable USB, o alimentarla con un adaptador o la batería para empezar de CA a CC. El Uno se diferencia de todas las placas anteriores en que no utiliza el chip controlador de USB a serial FTDI. En lugar de ello, se cuenta con el Atmega16U2 (Atmega8U2 hasta la versión R2) programado como convertidor USB a serie. Revisión 2 de la junta Uno tiene una resistencia tirando de la línea 8U2 HWB a tierra, por lo que es más fácil de poner en modo DFU. Revisión 3 de la placa tiene las siguientes características nuevas: 1.0 pinout: añadido pines SDA y SCL cerca al pin AREF y otros dos nuevos pernos colocados cerca del pin RESET, el IOREF que permiten a los escudos para adaptarse al voltaje suministrado desde la pizarra. En el futuro, los escudos serán compatibles tanto con el tablero que utiliza el AVR, que funciona con 5V y con el  Arduino Debido que opera con 3.3V. El segundo es un pin no está conectado, que se reserva para usos futuros. Circuito de rearme fuerte.  ATmega 16U2 sustituir el 8U2. "Uno" significa uno en italiano y es nombrado para conmemorar el próximo lanzamiento de Arduino 1.0. El Uno y la versión 1.0 será la versión de referencia de  Arduino, moviéndose hacia adelante. El Uno es el último de una serie de placas 30

 Arduino USB y el modelo de referencia para la plataforma Arduino; para una comparación con las versiones anteriores, consulte el índice de la placa Arduino.

Resumen  ATmega328 Microcontroladores Voltaje de funcionamiento 5V Voltaje de entrada (recomendado) 7-12V Voltaje de Entrada (límites) 6-20V Digital I / O Pins 14 (de los cuales 6 utiliza para salidas PWM) Pines de entrada analógica 6 Corriente continua para las E / S Pin 40 mA Corriente de la CC para Pin 3.3V 50 mA Memoria Flash 32 KB (ATmega328) de los cuales 0,5 KB utilizado por el gestor de arranque SRAM 2 KB (ATmega328) EEPROM 1 KB (ATmega328) Velocidad de reloj 16 MHz

Potencia El Arduino Uno puede ser alimentado a través de la conexión USB o con una fuente de alimentación externa. La fuente de alimentación se selecciona automáticamente.

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Externa (no USB) de potencia puede venir con un adaptador de AC-DC (paredverruga) o la batería. El adaptador se puede conectar al conectar un centro positivo enchufe de 2,1 mm en el conector de alimentación de la placa. Conduce de una batería se pueden insertar en los encabezados pin GND y Vin del conector de alimentación. La tarjeta puede funcionar con un suministro externo de 6 a 20 voltios. Si se proporcionan menos de 7V, no obstante, el pin de 5V puede suministrar menos de cinco voltios y la junta puede ser inestable. Si se utiliza más de 12V, el regulador de voltaje se puede sobrecalentar y dañar la placa. El rango recomendado es de 7 a 12 voltios. Los pines de alimentación son como sigue: VIN. El voltaje de entrada de la placa Arduino cuando se trata de utilizar una fuente de alimentación externa (por oposición a 5 voltios de la conexión USB o de otra fuente de alimentación regulada). Usted puede suministrar tensión a través de este pin, o, si el suministro de tensión a través de la toma de poder, acceder a ella a través de este pin. 5V.This pin como salida una 5V regulado por el regulador en el tablero. El tablero puede ser alimentado ya sea desde el conector de alimentación de CC (7 - 12), el conector USB (5V) o el pasador de VIN del tablero (7-12V). El suministro de tensión a través de los 5V o 3.3V pins no pasa por el regulador, y puede dañar su tablero. No aconsejamos ella. 3V3. Un suministro de 3,3 voltios generados por el regulador a bordo. El drenaje actual máximo es de 50 mA. GND. Pins de tierra. IOREF. Este pin de la placa Arduino proporciona la referencia de tensión con la que opera el microcontrolador. Un escudo configurado puede leer el voltaje pin IOREF y 32

seleccione la fuente de alimentación adecuada o permitir que los traductores de tensión en las salidas para trabajar con los 5V o 3.3V.

Memoria El ATmega328 tiene 32 KB (con 0,5 KB utilizado por el gestor de arranque). También dispone de 2 KB de SRAM y 1 KB de EEPROM (que puede ser leído y escrito con la librería EEPROM).

ENTRADA Y SALIDA Cada uno de los 14 pines digitales en el Uno se puede utilizar como una entrada o salida, usando (funciones) pinMode (), digitalWrite (), y digitalRead. Operan a 5 voltios. Cada pin puede proporcionar o recibir un máximo de 40 mA y tiene una resistencia de pull-up (desconectado por defecto) de 20-50 kOhms. Además, algunos pernos han especializado funciones.

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Módulo puente H L298 2Amp. Para 2 servomotores

El término “ Puente-H” se deriva de la representación gráfica típica del circuito.

Un Puente-H, se construye con interruptores (mecánicos o de estado sólido), uno en cada “rama lateral” o brazo ascendente y descendente y en la barra central, se

encuentran las salidas para el motor, es la forma que se representa dentro de un circuito esquemático simplificado.

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Cuando los interruptores S1-S4 (según la figura) están cerrados (S2-S3 estarán abiertos), el motor será atravesado por la tensión en una dirección, a la que girará el motor. Ahora bien, si abrimos S1-S4 y cerramos S2-S3 (en este orden) dicha tensión se habrá invertido y la operación, invertirá el sentido de giro del motor. Está claro.

Siguiendo la nomenclatura anterior, los interruptores (de una misma rama) S1-S3, nunca deberán ser cerrados al mismo tiempo, esto causaría un cortocircuito en la fuente de tensión de entrada. Lo mismo, ocurre con los interruptores S2-S4. Esta condición, se conoce con el término ingles “shoot -through”, algo así, como, "paso

a través". Si los interruptores S1, S2, S3 y S4 están abiertos, el motor estará libre, en cambio si el motor está girando y queremos frenarlo o pararlo, la tensión inducida (fcem) que se genera con la inercia, se debe derivar hacia un sistema llamado de frenado dinámico que veremos más adelante. En general, los cuatro elementos de conmutación se puede activar y desactivar de forma independiente, aunque hay algunas restricciones evidentes.

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Independientemente de con que construyamos el puente-H, existen unas pocas combinaciones, no permitidas como ya se ha descrito, el resto de combinaciones, se pueden utilizar para lograr distintos resultados. De todos los estados posibles de los interruptores, sólo los 5 primeros estados de la siguiente tabla, son los que nos interesan, el resto no están permitidos.

PUENTE-H CON BJT. El puente-H construido con transistores bipolares (BJT) son la opción rápida, son robustos, fáciles de diseñar, y controlar. La baja potencia que soportan y su muy baja eficiencia son sus mayores limitaciones. El circuito puente-H, realizado con transistores bipolares, nos puede ser útil en muchos casos. Dependiendo de la potencia de los transistores, aunque también se utilizan transistores darlington como los TIP, por ejemplo. Aún así, su gran problema es la potencia y calor, por este motivo el puente-H, se aplica con frecuencia en los motores de juguetería, pequeños robots y pequeñas aplicaciones. El siguiente, es un ejemplo de puenteH con pares de transistores NPN y PNP.

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De este circuito, nos interesa resaltar la parte correspondiente al puente-H y sus drivers para elegir la dirección de giro del motor M. Podemos destacar la forma de manejar los pares de transistores de ambas ramas, mediante un inversor para cada rama del puente-H.

EL L293 Y EL L298  Actualmente son muchas la aplicaciones, donde el motor es de baja-mediana potencia, en dichas ocasiones, se utiliza el conocido puente-H con el circuito integrado L293 (la versión L293D incorpora los diodos de protección), y para mayor potencia se aconseja el uso del L298. Este dispositivo lo he utilizado en algunas ocasiones en: el control de  motores de corriente continua,  así como en motores bipolares,  donde se aplica sin entrar a fondo en el puente-H. En cuanto al L298, es un integrado con dos puentes H que maneja hasta 2A, que integra dos etapas (A, B) de salida de potencia. La etapa de potencia de salida es una configuración en puente y sus salidas pueden conducir una carga inductiva en modo común o diferencial, dependiendo del estado de las entradas. Para más detalles, vea hojas del fabricante.

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La corriente que fluye a través de la carga que sale desde el puente en el sentido salida: una resistencia externa RSA(1) o/y RSB (15), a masa, permiten detectar la intensidad de esta corriente, mediante un circuito adecuado, se pueden mejorar las prestaciones. Cada puente está accionado por medio de cuatro puertas de entrada, las cuales son: In1; In2; ENA e In3; In4; ENB. Cuando la entrada EN es alta, las entradas In definen el estado del puente. Un estado bajo, de la entrada EN (enhable), inhibe el puente. Todas las entradas son compatibles TTL.

La figura anterior, muestra el esquema de un control bidireccional de motor de CC, para el cual, sólo se necesita un puente. El puente externo de diodos D1 a D4, se hace con cuatro elementos de recuperación rápida (trr ≤ 200

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nanosegundos) que deben ser elegidos de una Vf tan baja como sea posible, en el peor de los casos, de la corriente de carga. Un condensador cerámico, por lo general de 100 nF, debe proveerse entre ambas tensiones Vs ; Vss, y tierra, lo más cerca posible a estos pines y GND. Cuando el gran condensador de la fuente de alimentación, está demasiado lejos del IC, un segundo condensador más pequeño debe ser provisto cerca del L298. Estos integrados, son buenos para tareas simples, no solo debe considerarse la corriente continua, sino también los picos que se presentan cuando el motor arranca y o cuando esta bloqueado. A veces esta corriente, puede ser de hasta 4 veces o más. El performance, de estos integrados es algo limitado. En caso de usar PWM, verificar que, la frecuencia de la PWM sea adecuada para este integrado. Una forma muy eficiente de controlar un puente-H, consiste en utilizar la regulación por ancho de pulso o PWM. Como ya sabemos, una señal PWM, es una señal cuadrada con un ancho de pulso variable. El ancho de los pulsos del generador, varía del 5% al 95%, lo que se conoce como, ciclo de trabajo ( Duty

Cycle). Mediante una resistencia variable, la tensión es controlada, adecuando al ancho del pulso.

MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO O PWM. Si por ejemplo, intentamos mover un motor de corriente continua de 12V, a la mitad de su régimen normal, no es buena idea, aunque sea lo primero que se nos ocurra. Aplicarle la mitad de la tensión de régimen, 6V para lograrlo, en ese caso no sería capaz de mover el eje, como sería de esperar. Esto, sólo produciría una perdida de energía mediante calor por la corriente que atraviesa el motor, sin llegar a moverlo, debido a la inercia y la probable carga aplicada el motor.

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En cambio, que ocurre, si aplicamos toda la tensión nominal 12V por un sólo instante y la cortamos, repetidas veces, posiblemente al principio el motor intente moverse, venciendo la inercia y con suerte acabare girando con un régimen inferior al normal. Por tanto, si aplicamos muchos impulsos por segundo, de forma reiterada, el motor comenzará a girar y por la propia inercia del sistema aplicado a su eje, se mantendría en marcha el motor. Este es el principio que sigue el método PWM, para su funcionamiento. Al conectar y desconectar de manera controlada y durante tiempos ajustables la alimentación, para de este modo, lograr variar la velocidad, sin perder capacidad de tracción, o fuerza. Esta situación se pone especialmente de relieve en aquellas aplicaciones en las que se requiere de una operación continuada a bajas velocidades y actuando con un par alto sobre la carga, ya que en estas condiciones, la fcem del motor es muy baja (baja velocidad de giro) y la corriente de armadura es muy alta (alto par), con lo que la potencia puesta en juego es muy alta. Sólo para actualizar conocimientos. Recordemos que la modulación por ancho de pulso o PWM, es una técnica ampliamente utilizada en circuitos electrónicos de potencia y consiste en controlar la relación entre el Tiempo de  (T), también conocido como Ciclo útil (o Duty E n c e n d i d o  (ton) y el periodo  Cycle) de una onda cuadrada sin alterar su frecuencia.

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Fototransistor

Sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. La luz incide sobre la región de base, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el transistor al estado de conducción. El fototransistor es más sensible que el fotodiodo por el efecto de ganancia propio del transistor. Un fototransistor es igual a un transistor común, con la diferencia que el primero puede trabajar de 2 formas: 1. Como transistor normal con la corriente de base Ib (modo común). 2. Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente de base. Ip (modo de iluminación). 3. Puede utilizarse de las dos en formas simultáneamente, aunque el fototransistor se utiliza principalmente con el pin de la base sin conectar. En el mercado se encuentran fototransistores tanto con conexión de base como sin ella y tanto en cápsulas plásticas como metálicas (TO-72, TO-5) provistas de una lente. Se han utilizado en lectores de cinta y tarjetas perforadas, lápices ópticos, etc. Para comunicaciones con fibra óptica se prefiere usar detectores con fotodiodos p-i-n. También se pueden utilizar en la detección de objetos cercanos cuando forman parte de un sensor de proximidad.

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Se utilizan ampliamente encapsulados conjuntamente con un  LED,  formando interruptores ópticos (opto-switch), que detectan la interrupción del haz de luz por un objeto. Existen en dos versiones: de transmisión y de reflexión. Para obtener un circuito equivalente de un fototransistor, basta agregar a un transistor común un fotodiodo, conectando en el colector del transistor el cátodo del fotodiodo y el ánodo a la base.

CONTROL REMOTO

Un control remoto o mando a distancia  es un dispositivo electrónico usado para realizar una operación remota (o telemando) sobre una máquina. El término se emplea generalmente para referirse al control remoto (llamado por lo general simplemente "el control" o, en el sur de Europa, "el mando") para el televisor u

otro

tipo

de aparato

electrónico

casero, 

como DVD, Hi-

Fi, computadoras,  y para encender y apagar un interruptor,  la alarma, o abrir la puerta del estacionamiento. Los controles remotos para esos aparatos son normalmente pequeños objetos (fácilmente manipulables con una mano) con una matriz de botones para ajustar los distintos valores, como por ejemplo, el  canal de televisión,  el número de canción y el volumen.  De hecho, en la mayoría de dispositivos modernos el control contiene todas las funciones de control, mientras que el propio aparato controlado sólo dispone de los controles más primarios. La mayoría de estos controles remotos se comunican con sus respectivos aparatos vía señales de infrarrojo (IR) y sólo unos pocos utilizan señales de radio.  En los vehículos modernos las clásicas llaves incorporan ahora controles remotos con 42

diversas

funciones.

Su

fuente

de

energía

suele

ser

pequeñas pilas de

tipo AA, AAA o de botón.

Tecnología

El espectro de emisión de un típico mando es cercano al infrarrojo. La mayoría de mandos a distancia para aparatos domésticos utilizan  diodos de emisión cercana a infrarrojo para emitir un rayo de luz que alcance el dispositivo. Esta luz es invisible para el ojo humano, pero transporta señales que pueden ser detectadas por el aparato. Un mando a distancia de un sólo canal permite enviar una señal portadora,  usada para accionar una determinada función. Para controles remoto multicanales, se necesitan procedimientos más sofisticados; uno de ellos consiste en  modular la señal portadora con señales de diferente frecuencia. Después de la demodulación de la señal recibida, se aplican los filtros de frecuencia apropiados para separar las señales respectivas. Hoy en día, se suelen usar  métodos digitales. Por lo general un mando a distancia esta compuesto por: 

Una carcasa.



Una plaqueta donde se encuentran las conexiones para diferentes funciones.



Una fuente de alimentación, generalmente dos baterías de 1,5 voltios.



Botones, cada uno con una función distinta.

43

Funcionamiento Los botones tienen en su parte posterior un material que conduce la electricidad. Cuando se presiona el botón, este material hace contacto con la plaqueta y cierra el circuito que corresponde al botón. Un pequeño circuito integrado reconoce la señal y determina qué botón fue presionado; con base a esa información envía una señal al resonador de cuarzo (cristal); éste la devuelve con una frecuencia determinada. Ese impulso es transmitido a un LED  que lo envía convertido en radiación infrarroja. El receptor (por ejemplo, un televisor) puede reconocer el botón pulsado midiendo la frecuencia de la radiación.

SERVOMOTORES El servo es un pequeño dispositivo que contiene en su interior: de un pequeño motor con un reductor de velocidad y multiplicador de fuerza, y de un circuito que controla el grado de giro del eje de salida del servo; cuyo recorrido en la mayoría de ellos es de 180º, pero puede ser fácilmente modificado para tener un recorrido libre de 360º y actuar así como un motor. En la parte externa tiene tres cables que se describen a continuación: el rojo es de alimentación de voltaje (+5V), el negro es de tierra (GND), y el cable blanco, a veces amarillo, es el cable por el cuál se controla la posición en que se debe situar el servomotor.

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 Además dentro del servomotor existe una tarjeta controladora que le indica a un pequeño motor de corriente directa, cuántas vueltas debe girar para acomodar la

flecha (engrane exterior) en la posición deseada, y una resistencia variable (potenciómetro) que está sujeta a la flecha, la cual indica hacia donde está rotada en todo momento; con lo que la tarjeta controladora determina hacia dónde mover al motor.

FUNCIONAMIENTO DEL SERVO Para realizar el control de posición de un servomotor se requiere una señal que consiste en una serie de pulsos, siendo la duración del pulso la que indica el ángulo de giro del servo, por lo que cada servomotor tiene sus márgenes de operación que corresponden al ancho del pulso ya sea máximo o mínimo. Los tiempos más generales de duración del pulso es de 0.5 ms a 2.5 ms, que corresponden a la posición de ambos extremos del servo, por lo que el tiempo de 1,5 ms indica la posición central, y los otros tiempos de duración del pulso lo dejan en posiciones intermedias. Estos tiempos de duración del pulso suelen ser los recomendados, sin embargo es posible emplear pulsos menores de 0.5 ms o mayores de 2.5 ms, lo que permite conseguir giros con ángulos mayores de 180°, pero si se sobrepasan los 45

límites de giro del servo, éste comenzará a emitir un zumbido, indicando que se debe cambiar el tiempo de duración del pulso. El intervalo de tiempo entre pulsos no es crítico, por lo que pueden ser distintos entre uno y otro pulso, pero se suelen emplear tiempos entre 10 ms y 30 ms. Si el intervalo entre pulsos es inferior al mínimo puede interferir con la temporización interna del servo, causando un zumbido y la vibración del engrane de salida. En cambio si el intervalo es mayor que el máximo el servo pasará a estado dormido entre pulsos, esto provoca que el servo se mueva con intervalos pequeños. Es importante destacar que para que un servo se mantenga en la misma posición durante un cierto tiempo, es necesario enviarle continuamente el pulso correspondiente, de este modo si existe alguna fuerza que le obligue a abandonar esta posición intentará resistirse, pero si se deja de enviar pulsos (o el intervalo entre pulsos es mayor del máximo) entonces el servo perderá fuerza y dejará de intentar mantener su posición; de modo que cualquier fuerza externa podría desplazarlo.

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Por último, los servomotores en valores de frecuencia responden adecuadamente a pulsos desde 50 Hz hasta aproximadamente 100 Hz, pero una vez escogida una frecuencia de operación se debe procurar mantener la misma frecuencia todo el tiempo.

GENERACIÓN DE PULSOS (PWM) Para cada tipo de servo que se desee controlar se deberá realizar una prueba preliminar, para encontrar exactamente el período y la duración de los pulsos que mejor le funcionen, para lo cual se hace uso de un osciloscopio y un generador de señales que facilita mucho las cosas,.

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DETALLES OPERATIVOS IMPORTANTES CUANDO SE TRABAJA CON SERVOMOTORES  A continuación se indican algunos detalles operativos importantes cuando se trabaja con servomotores. Hay que tener mucha atención con las TIERRAS, por lo tanto la tierra (Cable negro) del servo tiene que ir conectada a la tierra de su fuente de alimentación, y del elemento con el que se esté controlando; ya sea un microcontrolador o una computadora. · Si se usa cables demasiado largos para controlar los servos, es probable que se tenga ruido (tartamudeo) en los servos, esto ocurre porque mientras más largo es el cable resulta más vulnerable al ruido electromagnético (efecto antena) e incluso puede ser perturbado por señales de otros servos. Esto se soluciona utilizando cable blindado (coaxial) aterrizando el blindaje. · No hay que cargar demasiado peso a los servos, porque en operación normal NO se debe calentar, pero si se calienta es que esta sosteniendo más peso del que está en capacidad de hacerlo; pudiendo sufrir un daño irreversible. Entonces si el servo tiene que soportar mucho peso, se debe rediseñar el brazo de palanca o colocar resortes (o ligas) para ayudarle a sostener el peso. Además se debe recordar que básicamente un servo es para mover algo; no para cargarlo. · Los servos envejecen con el uso, por lo que si se los trata bien pueden durar funcionando por mucho tiempo, pero otros se hacen tartamudos incorregibles después de haberlos hecho trabajar en forma forzada durante 85 horas aproximadamente. Si el servo comienza a tartamudear y se está seguro que la causa no es ninguna de las anteriores, todavía se puede tratar de recalibrarlo; esto significa cambiar el intervalo de tiempo entre los pulsos de control hasta encontrar el nuevo pulso más óptimo, otra opción es desarmarlo y limpiar el potenciómetro que tienen dentro con la utilización de algún spray limpiador. Si todo falla y el servo definitivamente ya no quiere funcionar bien, se puede aprovechar el motor con la caja de engranes, y a veces se puede aprovechar incluso parte de la electrónica de control de su tarjeta para convertirlo en un motor bidireccional. 48

10.2 Campos de aplicación Los robots moviles están encontrando un gran número de aplicaciones en los laboratorios de investigación. Llevan a cabo con efectividad muchas tareas y son utilizados en una diversidad de aplicaciones, en los salones de clases como material didáctico, como exploradores espaciales, etc. A continuación indicamos los campos donde se están aplicando.

10.2.1 Educación Los programas educacionales utilizan la simulación de control de robots móviles, como un medio de enseñanza, que permite a los estudiantes desarrollar habilidades y actitudes nuevas.

10.2.2 Espacio Con el fin de continuar con los estudios en el espacio los científicos se han visto en la necesidad de recurrir a los robots móviles exploradores, los cuales llevarán a bordo complejos instrumentos y cámaras muy sofisticadas para la exploración de otros planetas.

10.2.3 Laboratorios Los robots moviles están encontrando un gran número de aplicaciones en los laboratorios, llevan a cabo con efectividad tareas de observación y monitoreo con interface de los instrumentos de medición y control. En ésta etapa de su desarrollo los robots moviles son utilizados para realizar procedimientos manuales o automatizados.

10.2.4 Militar Las actividades encaminadas a la desactivación humanitaria de minas antipersonales requiere la utilización de sistemas robotizados móviles eficientes, que incrementen la velocidad de detección y alejen al operario del campo minado por razones de seguridad. Para tales aplicaciones se requieren robots móviles eficientes, detectar obstáculos en la trayectoria del detector de minas antipersonales. Pero también se usan con fines más maquiavélicos, puesto que se los usa en la construcción de sistemas móviles teledirigidos, como en el caso de la construcción de tanques de guerra no tripulados, y sistemas móviles de tiroteo. 49

10.4. Otras Definiciones 10.4.1. CIRCUITO. Un circuito es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes, tales como resistencias, inductores, condensadores, fuentes, interruptores y semiconducto res) que contiene al menos una trayectoria cerrada. Los circuitos que contienen solo fuentes, componentes lineales (resistores, condensadores, inductores) y elementos de distribución lineales (líneas de transmisión o cables) pueden analizarse por métodos algebraicos para determinar su comportamiento en corriente directa o en corriente alterna. Un circuito que tiene componentes electrónicos es denominado un circuito electrónico. Estas redes son generalmente no lineales y requieren diseños y herramientas de análisis mucho más complejos.

10.4.2. PARTES DE UN CIRCUITO

10.4.2.1.

Componente: Un dispositivo con dos o más terminales en el que puede

fluir interiormente una carga. En la figura 1 se ven 9 componentes entre resistores y fuentes.

10.4.2.2.

Nodo: Punto de un circuito donde concurren más de dos conductores.

 A, B, C, D, E son nodos. Nótese que C no es considerado como un nuevo nodo, puesto que se puede considerar como un mismo nodo en A, ya que entre ellos no existe diferencia de potencial o tener tensión 0 (VA - VC = 0). 50

10.4.2.3.

Rama:  Conjunto de todas las ramas comprendidos entre dos nodos

consecutivos. En la figura 1 se hallan siete ramales: AB por la fuente, BC por R1, AD,  AE, BD, BE y DE. Obviamente, por un ramal sólo puede circular una corriente.

10.4.2.4. Malla: Cualquier camino cerrado en un circuito eléctrico. 10.4.2.5.

Fuente:  Componente que se encarga de transformar algún tipo de

energía en energía eléctrica. En el circuito de la figura 1 hay tres fuentes: una de intensidad, I, y dos de tensión, E1 y E2.

10.4.2.6.

Conductor:  Comúnmente llamado cable; es un hilo de resistencia

despreciable (idealmente cero) que une los elementos para formar el circuito.

10.4.3.

DIODO.

Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña. Debido a este comportamiento, se les suele denominar  rectificadores,  ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una  corriente alterna en  corriente continua.  Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest.

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10.4.4.

LED RGB

Un LED RGB es en realidad tres LED en una bombilla. La carcasa contiene diferentes LED de color rojo, azul y verde que comparten un cátodo común, o polo negativo. El brillo de cada color se determina por su tensión de entrada. Mediante la combinación de los tres colores en diferentes cantidades, puedes convertir el LED de cualquier color que desees. Este circuito muestra el uso de un LED RGB mediante el uso de un potenciómetro para controlar el voltaje que va a cada color.

10.4.5.

ACRILICO

Dentro de los plásticos de ingeniería podemos encontrarlo como polimetilmetacrilato, también conocido por sus siglas PMMA. La placa de acrílico se obtiene de la polimerización del  metacrilato de metilo y la presentación más frecuente que se encuentra en la industria del plástico es en gránulos ('pellas' en castellano; 'pellets' en inglés) o en placas. Los gránulos son para el proceso de inyección o extrusión y las placas para termoformado o para mecanizado. Compite en cuanto a aplicaciones con otros plásticos como el  policarbonato (PC) o el poliestireno (PS), pero el acrílico se destaca frente a otros plásticos transparentes en cuanto a resistencia a la intemperie, transparencia y resistencia al rayado. Por estas cualidades es utilizado en la industria del automóvil como el faro del coche, iluminación, cosméticos, espectáculos, construcción y óptica, entre muchas otras. En el mundo de la medicina se utiliza la resina de polimetilmetacrilato para la fabricación de prótesis óseas y dentales y como aditivo en polvo en la formulación de muchas de 52

las pastillas que podemos tomar por vía oral. En este caso actúa como retardante a la acción del medicamento para que esta sea progresiva. En gránulos el acrílico es un material higroscópico,  razón por la cual es necesario secarlo antes de procesarlo.

10.4.6.

INTERRUPTOR

Un interruptor eléctrico es en su acepción más básica un dispositivo que permite desviar o interrumpir el curso de una corriente eléctrica. En el mundo moderno sus tipos y aplicaciones son innumerables, van desde un simple interruptor que apaga o enciende una bombilla, hasta un complicado selector de transferencia automático de múltiples capas, controlado por computadora. Su expresión más sencilla consiste en dos contactos de metal inoxidable y el actuante. Los contactos, normalmente separados, se unen mediante un actuante para permitir que la corriente circule. El actuante es la parte móvil que en una de sus posiciones hace presión sobre los contactos para mantenerlos unidos. . 53

10.4.7.

CONDENSADOR O CAPACITOR

Un condensador (en inglés, capacitor ,1 2 nombre

por

el

cual

se

le

conoce

frecuentemente en el ámbito de la  electrónica y otras ramas de la física aplicada), es un

dispositivo pasivo, 

utilizado

en electricidad y electrónica, 

capaz

de

almacenar energía sustentando un  campo eléctrico.  Está formado por un par de superficies conductoras,  generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las  líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío.  Las placas, sometidas a una diferencia de potencial,  adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.  Aunque desde el punto de vista físico un condensador no almacena carga ni corriente eléctrica,  sino simplemente energía mecánica latente; al ser introducido en un circuito se comporta en la práctica como un elemento "capaz" de almacenar la energía eléctrica que recibe durante el periodo de carga, la misma energía que cede después durante el periodo de descarga.

54

Para este circuito hemos usado un Capacitor electrolítico (Radial) de aluminio, de 100 uF (micro Faradios) a 25 Volts, con corriente de fuga y factor de disipación bajos, rango de temperatura de +85 a -40° Celsius y tolerancia de ±20%, dimensiones de 6 x 12 mm.

10.4.8.

CIRCUITO INTEGRADO

Un circuito integrado (CI), también conocido como chip o microchip, es una pastilla pequeña de material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica.  El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre la pastilla y un circuito impreso. Existen al menos tres tipos de circuitos integrados: Circuitos monolíticos: Están fabricados en un solo  monocristal,  habitualmente de silicio, pero también existen en germanio, arseniuro de galio, silicio-germanio, etc. Circuitos híbridos de capa fina: Son muy similares a los circuitos monolíticos, pero, además, contienen componentes difíciles de fabricar con tecnología monolítica. Muchos conversores y  conversores D/A se fabricaron en tecnología híbrida hasta que los progresos en la tecnología permitieron fabricar  resistores precisos. Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan bastante de los circuitos monolíticos. De hecho suelen contener circuitos monolíticos sin cápsula,  transistores, diodos, etc, sobre un sustrato dieléctrico, interconectados con pistas conductoras. Los resistores se depositan por  serigrafía y se ajustan haciéndoles cortes con láser.  Todo ello se encapsula, en cápsulas plásticas o metálicas, dependiendo de la disipación de energía calórica requerida. En muchos casos, la cápsula no está "moldeada", sino que simplemente se cubre el circuito con una resina  epoxi para protegerlo. En el mercado se encuentran circuitos híbridos para aplicaciones en módulos de 55

radio frecuencia (RF),fuentes de alimentación, circuitos de encendido para automóvil, etc.

Para construir nuestro robot usamos un: LM386 (también conocido como JRC386) que es un circuito integrado que consiste en un amplificador que requiere bajo voltaje, tanto en la entrada de audio como en la alimentación. Es frecuentemente usado en amplificadores para computadoras (parlantes), radios, amplificadores de guitarra, etc. Suministrando 9 voltios en la patita 8 se puede obtener 0,5 vatios de potencia y solo un 0,2% de distorsión.1 El TDA2822 comparte varias características de este integrado, funciona en stereo y es usado también en la misma clase de aparatos electrónicos.

10.4.9.

TRANSISTOR

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para producir una señal de salida en respuesta a otra señal de entrada.  1 Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador.  El término «transistor» es la contracción

en

inglés de transfer

resistor («resistencia de

transferencia»).

 Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores cuarzo, computadoras, lámparas

de

audio

y

video, relojes

fluorescentes, tomógrafos, teléfonos

de

celulares,

entre otros.

56

 Aluminio

Se trata de un metal no ferromagnético.  Es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales.1 En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas). Como metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de  bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrólisis.  Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en  ingeniería de materiales,  tales como su baja densidad(2.700 kg/m3)

y

su

alta

resistencia

a

la corrosión.

Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia 57

mecánica (hasta los 690 MPa). Es buen conductor de la electricidad y del calor, se mecaniza con facilidad y es muy barato. Por todo ello es desde mediados del  siglo XX2 el metal que más se utiliza después del  acero. Fue aislado por primera vez en 1825 por el físico danés H. C. Oersted.  El principal inconveniente para su obtención reside en la elevada cantidad de  energía eléctrica que requiere su producción. Este problema se compensa por su bajo coste de reciclado, su extendida vida útil y la estabilidad de su precio.

Características

Características físicas El aluminio es un elemento muy abundante en la naturaleza, sólo aventajado por el oxígeno. Se trata de un metal ligero, con una densidad de 2700 kg/m3, y con un bajo punto de fusión (660 °C). Su color es blanco y refleja bien la radiación electromagnética del espectro visible y el térmico. Es buen conductor eléctrico (entre 35 y 38 m/(Ω mm2)) y térmico (80 a 230 W/(m·K)).

Características mecánicas Es un material blando (Escala de Mohs: 2-3-4) y maleable. En estado puro tiene un límite de resistencia en tracción de 160-200 N/mm2(160-200 MPa). Todo ello le hace adecuado para la fabricación de cables eléctricos y láminas delgadas, pero no como elemento estructural. Para mejorar estas propiedades se alea con otros metales, lo que permite realizar sobre él operaciones de fundición y forja, así como la extrusión del material. También de esta forma se utiliza como soldadura. 58

Características químicas

La capa de valencia del aluminio está poblada por tres electrones, por lo que su estado normal de oxidación es III. Esto hace que reaccione con el oxígeno de la atmósfera formando con rapidez una fina capa gris mate de  alúmina Al2O3, que recubre el material, aislándolo de ulteriores corrosiones. Esta capa puede disolverse con ácido cítrico.  A pesar de ello es tan estable que se usa con frecuencia para extraer otros metales de sus óxidos. Por lo demás, el aluminio se disuelve en ácidos y bases. Reacciona con facilidad con el ácido clorhídrico y el hidróxido sódico.

Aplicaciones y usos La utilización industrial del aluminio ha hecho de este metal uno de los más importantes, tanto en cantidad como en variedad de usos, siendo hoy un material polivalente que se aplica en ámbitos económicos muy diversos y que resulta estratégico en situaciones de conflicto. Hoy en día, tan sólo superado por el hierro/acero. El aluminio se usa en forma pura, aleado con otros metales o en compuestos no metálicos. En estado puro se aprovechan sus propiedades ópticas para fabricar espejos domésticos e industriales, como pueden ser los de los telescopios reflectores.  Su uso más popular, sin embargo, es como papel aluminio,  que consiste en láminas de material con un espesor tan pequeño que

59

resulta fácilmente maleable y apto por tanto para embalaje alimentario. También se usa en la fabricación de latas y tetrabriks. Por sus propiedades eléctricas es un buen conductor, capaz de competir en coste y prestaciones con el cobre tradicional. Dado que, a igual longitud y masa, el conductor de aluminio tiene poco menos conductividad, resulta un componente útil para utilidades donde el exceso de peso es importante. Es el caso de la  aeronáutica y de los tendidos eléctricos donde el menor peso implica en un caso menos gasto de combustible y mayor autonomía, y en el otro la posibilidad de separar las torres de alta tensión.7  Además de eso, aleado con otros metales, se utiliza para la creación de estructuras portantes en la arquitectura y para fabricar piezas industriales de todo tipo de vehículos y calderería.  También está presente en enseres domésticos tales como utensilios de cocina y herramientas. Se utiliza asimismo en la  soldadura aluminotérmica y como combustible químico y explosivo por su alta reactividad. Como presenta un buen comportamiento a bajas temperaturas, se utiliza para fabricar contenedores criogénicos. Cuanto mas puro, será mas liviano y en algunas piezas de aviación, tendrá una alta resistencia gracias al oxígeno que lo compone. Es conocido como "Aluminio oxigenado o Aero Aluminio".

10.2. Metodológico La metodología en general

que se utiliza en este proyecto contempla

una

investigación documental utiliza procedimientos lógicos y mentales de toda investigación, análisis, síntesis, deducción e inducción. Esta es una investigación que se realiza en forma ordenada y con objetivos precisos, con la finalidad de ser base para la construcción de conocimientos. Algunos de los instrumentos facilitaran la recopilación de información y la realización de cualquier estrategia de interés para la dirección del programa. Las etapas de preparación y desarrollo del estudio lo 60

haremos poniendo en práctica los siguientes métodos, procedimientos e instrumentos de trabajo, descritos a continuación:

Tipo de Investigación El estudio que abordaremos para esta investigación es de tipo descriptivo  porque este nos permite identificar las características del tema de la investigación así como descubrir y comprobar las hipótesis y las relaciones entre las variables de la investigación, además podemos estudiar los hechos y fenómenos de esta investigación en el momento que se realiza el estudio del problema, a la vez también presenta elementos de una investigación longitudinal  ya que se realiza a través del tiempo, de manera que interesan los resultados de un fenómeno o situación dada después de un determinado período.

Método de Investigación El método que utilizaremos para esta investigación es la unión del análisis, ya que estos son los procesos en los que el investigador: primero debe ir de las causas a los efectos, de los hechos a las leyes generales que los rigen, de las ideas menos generales a las más generales. La estrategia de la investigación se centra en una investigación de tipo investigativo documental puesto que la obtención de los datos y su análisis provienen de materiales impresos y registros de otros tipos que incluyen la Internet. Y de una investigación experimental, que se basa en la manipulación física de la estructura y parte electrónica del robot.

61

Fuentes y técnicas de recopilación de datos Fuentes Secundarias: 

Información escrita que ha sido recopilada y transcrita: textos, documentos, folletos, internet.

Fuentes Primarias: 

Información oral o escrita que será recopilada directamente en la investigación a través de relatos transmitidos por los participantes involucrados.

Para la obtención de información requerida en el estudio se aplicarán herramientas de investigación que permitan alcanzar los objetivos planteados, especificando las siguientes: a) Consultas de documentación. Ya sea de fuentes bibliográficas físicas o de internet b) Experimentación: Se realizara este proceso a través de manejo físico de materiales en este caso los circuitos y estructura a hacer funcionar.

11. MARCO LÓGICO OPERACIONALIZACION DE VARIABLES. VARIABLES

DEFINICIÓN

DIMENSION INDICADORES

INSTRUME

CONCEPTUAL

ES

NTOS

62

Un robot

móvil es Directa:

máquina

CONSTRUCCIO

automática

N

DE

ROBOT

una

UN es capaz MOVIL movimiento

DE ALUMINIO

Diseño

que

en Investigació

de Construcció aluminio de la n del estructura del en n

cualquier

sistema

robot.

ambiente dado.

Mecánico y Electronico

Contruccion

del

de un robot robot.

Desarrollo

movil

experimenta Diseño del circuito l electrónico usando Hardware Arduino

Indirecta: Un  Aprender

sobre hexápodo es un n

el funcionamiento vehículo de

Arduino

Módulos

robot Construcció

y mecánico de camina

radiofrecuencia

seis

Uso de la placa Investigació

del electrónica

sistema

 Arduino

que Mecánico y basada sobre Electronico

n UNO, en

la

información

Desarrollo

patas. de un robot obtenida.

experimenta

movil

l Obtención

de

información técnica acerca de módulos infrarrojos 63

12. CONCLUSIONES  

Al estudiar los orígenes, características y prototipos de robots moviles, conocemos que, se ha descubierto una nueva área de investigación en robótica, siendo esta el diseño de módulos a partir de los cuales se pueden construir robots muy diferentes.



Al dotar de movimiento a un robot con ruedas, se debe tener en cuenta su posición y velocidad, pero ante todo asegurar que el robot permanezca en equilibrio el momento de desplazarse.



El robot obtuvo buenos resultados, en la cuanto a la puesta en marcha, como en la evasión de pequeños obstáculos; sin embargo, tiene ciertas limitaciones en cuanto a su velocidad, y diseño.



Algo muy importante es la gran atracción que produce el robot hacia las personas especialmente los niños. Lo cual denota que la parte física y funcional, del robot resulta agradable a un público cualesquiera.



Si se usa cables demasiado largos para controlar servos, es probable que se tenga ruido (tartamudeo) en los servos, esto ocurre porque mientras más largo es el cable resulta más vulnerable al ruido electromagnético.



Al colocar la tarjeta Arduino en la estructura, se observa ciertos movimientos de esta, en cuanto a la velocidad del robot. 64

13. RECOMENDACIONES 

Las baterías del robot deberán estar completamente cargadas, especialmente aquellas que alimentan el Arduino, pues así se tendrá la potencia necesaria para la óptima operación del robot y la tarjeta rduino no se reiniciara constantemente.



Poner todas las protecciones para evitar cortocircuitos cuando se trabaja con baterías, porque estos cortocircuitos pueden causar calentamiento en las baterías, produciendo disminución en su vida útil, dañarlas definitivamente, o en el peor de los casos explotar y causar daño al operario.



Si el servo tiene que soportar mucho peso, se debe rediseñar el brazo de palanca o colocar resortes (o ligas) para ayudarle a sostener el peso. Además se debe recordar que básicamente un servo es para mover algo; no para cargarlo.



Montar la tarjeta Arduino de manera segura, en la estructura del robot para evitar que se caiga y genere daños.



No hay que cargar demasiado peso a los servos, porque en operación normal

NO se debe calentar, pero si se calienta es que está sosteniendo más peso del que está en capacidad de hacerlo; pudiendo sufrir un daño irreversible. 

Si el servo comienza a tartamudear, todavía se puede tratar de recalibrarlo; esto significa cambiar el intervalo de tiempo entre los pulsos de control hasta encontrar el nuevo pulso más óptimo.

65

14. BIBLIOGRAFÍA

[1] John J. Craig “ Robótica ” Editorial Pearson, 3era Edición 2009

[2] M. W. Spong, S. Hutchinson, M. Vidyasagar, Robot “Modeling and Control”  Editorial Wiley, 1era Edición Noviembre 2005 [3] Robert L. Boylestad y Louis Nashelsky. Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. Pearson ed. 2010

[4] William H. Hayt, Jr, Jack E. Kemmerly y Steven M. Durbin.  Análisis de circuitos en ingeniería. Sexta edición; editorial Mc Graw Hill.

http://dspace.universia.net/bitstream/2024/1071/1/circuitos-y-dispositivoselectronicos.pdf http://www.pmarquezsistelca.hostzi.com/ifraredmodule.pdf  http://www.educa.madrid.org/web/ies.alpajes.aranjuez/Web_robotica/tiposrobots.htm http://www.tarry.de/index_us.html/robotmoviles. http://arduino.cc/es/Tutorial/Sketch http://arduino.cc/es/Tutorial/DigitalPins http://arduino.cc/es/Tutorial/AnalogInputPins http://arduino.cc/es/Tutorial/Memory http://arduino.cc/es/Tutorial/Variables http://es.wikipedia.org/wiki/Control_remoto http://es.wikipedia.org/wiki/Puente_H_(electr%C3%B3nica) http://dspace.universia.net/bitstream/servomotor/dc/arduino http://dspace.universia.net/bitstream/arduinoinicio-uno-tutorial//

66

15. ANEXOS. Planos: Mecánicos

Planos Electrónicos.

67

68

Manual Puesta en marcha Puesta en marcha del robot móvil. 1. Colocar las pilas y batería, a nuestro robot, así mismo al control de tv. 2. Poner el switch en modo “on”

3. Oprimir el botón rojo, de encendido del control de tv, para encender nuestro robot. De esta manera inicia el manejo de nuestro robot 4. Una vez realizado los movimientos requeridos, parar el robot. 5. Oprimir nuevamente el botón rojo de encendido para apagar el sistema.

Manual Operativo 1. Oprimir el botón rojo (mute), para encender los leds delanteros. 2. Oprimir el botón verde, para apagar los leds delanteros. 3. Oprimir el botón amarillo, para encender los leds traseros. 4. Oprimir el botón gris, para apagar los leds traseros. 5. Oprimir el botón gris arriba (up), para mover hacia adelante el robot 6. Oprimir el botón gris abajo (down), para mover hacia atrás el robot. 7. Oprimir el botón gris derecho (right), para mover hacia la derecha el robot. 69

8. Oprimir el botón gris izquierdo (left), para mover hacia la izquierda el robot 9. Oprimir nuevamente el botón rojo de encendido para parar el sistema, en caso de choque inminente.

Manual de Mantenimiento. Para un mayor control del robot se le dará un mantenimiento preventivo, a todas los partes que intervienen directamente en la locomoción del robot, ya sean mecánicos, electrónicos, etc. 1. Quitar con cuidado la parte estética del robot 2. Quitar las baterías. 3. Observar si hay algún cable suelto o desoldado. 4. Limpiar las partes con una brocha antiestática. 5. Verificar el correcto funcionamiento de nuestro robot. 6. Colocar nuevamente las baterías. 7. Colocar nuevamente parte estetica.

Código Fuente

#include

int RECV_PIN = 11; int BUTTON_PIN = 12;

70

int STATUS_PIN = 13;

int A = 4; int B = 5; int C = 6; int D = 7;

int LED_R = 8; int LED_B = 9;

IRrecv irrecv(RECV_PIN); IRsend irsend;

decode_results results;

void setup() { Serial.begin(9600); irrecv.enableIRIn(); // Start the receiver  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT);  pinMode(STATUS_PIN, OUTPUT);

 pinMode(A, OUTPUT); 71

 pinMode(B, OUTPUT);  pinMode(C, OUTPUT);  pinMode(D, OUTPUT);

 pinMode(LED_R, OUTPUT);  pinMode(LED_B, OUTPUT); }

// Storage for the recorded code int codeType = -1; // The type of code unsigned long codeValue; // The code value if not raw unsigned int rawCodes[RAWBUF]; // The durations if raw int codeLen; // The length of the code int toggle = 0; // The RC5/6 toggle state

// Stores the code for later playback // Most of this code is just logging void storeCode(decode_results *results) { codeType = results->decode_type; int count = results->rawlen; if (codeType == UNKNOWN) { Serial.println("Received unknown code, saving as raw"); codeLen = results->rawlen - 1; 72

// To store raw codes: // Drop first value (gap) // Convert from ticks to microseconds // Tweak marks shorter, and spaces longer to cancel out IR receiver distortion for (int i = 1; i <= codeLen; i++) { if (i % 2) { // Mark rawCodes[i - 1] = results->rawbuf[i]*USECPERTICK - MARK_EXCESS; Serial.print(" m"); } else { // Space rawCodes[i - 1] = results->rawbuf[i]*USECPERTICK + MARK_EXCESS; Serial.print(" s"); } Serial.print(rawCodes[i - 1], DEC); } Serial.println(""); } else { if (codeType == NEC) { Serial.print("Received NEC: "); if (results->value == REPEAT) { 73

// Don't record a NEC repeat value as that's useless. Serial.println("repeat; ignoring."); return; } } else if (codeType == SONY) { Serial.print("Received SONY: "); } else if (codeType == RC5) { Serial.print("Received RC5: "); } else if (codeType == RC6) { Serial.print("Received RC6: "); } else { Serial.print("Unexpected codeType "); Serial.print(codeType, DEC); Serial.println(""); } Serial.println(results->value, HEX); codeValue = results->value; codeLen = results->bits; Serial.print(">>"); 74

Serial.print(codeValue,DEC); //Serial.print("%d",codeValue); Serial.print(">>"); Serial.println(codeLen); if(codeValue==948321266){ digitalWrite(A, LOW); digitalWrite(B, HIGH); digitalWrite(C, LOW); digitalWrite(D, HIGH); } if(codeValue==948321274){ digitalWrite(A, HIGH); digitalWrite(B, LOW); digitalWrite(C, HIGH); digitalWrite(D, LOW); } if(codeValue==948321218){ digitalWrite(A, LOW); digitalWrite(B, HIGH); digitalWrite(C, HIGH); digitalWrite(D, LOW); } if(codeValue==948321226){ digitalWrite(A, HIGH); 75

digitalWrite(B, LOW); digitalWrite(C, LOW); digitalWrite(D, HIGH); } if(codeValue==948321234){ digitalWrite(A, LOW); digitalWrite(B, LOW); digitalWrite(C, LOW); digitalWrite(D, LOW); digitalWrite(LED_R, LOW); digitalWrite(LED_B, LOW); } if(codeValue==948321242){ digitalWrite(LED_R, HIGH); } if(codeValue==948321254){ digitalWrite(LED_R, LOW); } if(codeValue==948321270){ digitalWrite(LED_B, HIGH); } if(codeValue==948321268){ digitalWrite(LED_B, LOW); 76

} } }

void sendCode(int repeat) { if (codeType == NEC) { if (repeat) { irsend.sendNEC(REPEAT, codeLen); Serial.println("Sent NEC repeat"); } else { irsend.sendNEC(codeValue, codeLen); Serial.print("Sent NEC "); Serial.println(codeValue, HEX); } } else if (codeType == SONY) { irsend.sendSony(codeValue, codeLen); Serial.print("Sent Sony "); Serial.println(codeValue, HEX); } else if (codeType == RC5 || codeType == RC6) { if (!repeat) { 77

// Flip the toggle bit for a new button press toggle = 1 - toggle; } // Put the toggle bit into the code to send codeValue = codeValue & ~(1 << (codeLen - 1)); codeValue = codeValue | (toggle << (codeLen - 1)); if (codeType == RC5) { Serial.print("Sent RC5 "); Serial.println(codeValue, HEX); irsend.sendRC5(codeValue, codeLen); } else { irsend.sendRC6(codeValue, codeLen); Serial.print("Sent RC6 "); Serial.println(codeValue, HEX); } } else if (codeType == UNKNOWN /* i.e. raw */) { // Assume 38 KHz irsend.sendRaw(rawCodes, codeLen, 38); Serial.println("Sent raw"); } } 78

int lastButtonState;

void loop() {

int buttonState = digitalRead(BUTTON_PIN); if (lastButtonState == HIGH && buttonState == LOW) { Serial.println("Released"); irrecv.enableIRIn(); }

if (buttonState) { Serial.println("Pressed, sending"); digitalWrite(STATUS_PIN, HIGH); sendCode(lastButtonState == buttonState); digitalWrite(STATUS_PIN, LOW); delay(50); } else if (irrecv.decode(&results)) { digitalWrite(STATUS_PIN, HIGH); storeCode(&results); irrecv.resume(); // resume receiver digitalWrite(STATUS_PIN, LOW); 79

} lastButtonState = buttonState;

}

Fotos.

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