UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLOGICA DE LIMA SUR
PROYECTO DE INVESTIGACION
CARRERA CARRER A
: Ingeniería Ingenierí a Electrónica Electrón ica y Telec!"nic Telec!"nicacine# acine#
PRO$ESOR
: RUI% SAAVEDRA SAAVEDRA &OSE LUIS
TITULO
: PROYECTO MICROMOUSE
ALUMNO
: LLALLA'UI LLALL A'UI ALVITES ALVITES &ESUS &IMMY 'UAMAN( MALLMA ERASMO TUCO RO&AS GIAN
LIMA SUR)PER*
INTRODUCCIÓN El Micro mouse es un pequeño robot autónomo construido Para resoler un laberinto! El primer re"istro del problema #Ratón ersus laberinto$ puede ser encontrado en %&'(! Este )ue presentado por Cloude *+annon, quien constru-ó la Primera m.quina para resoler un laberinto! /a competencia de Micro mouse comen0ó en los 1(2s 314, en donde los robots )ueron puestos a prueba en comparación al desempeño de otros Robots! El ratón es construido para resoler autónomamente un /aberinto con el ob5etio de lle"ar al centro de 6ste, partiendo Desde una de las esquinas del laberinto! 7 tra6s de sus 7l"oritmos de pro"ramación - con8i"uración, el Micromouse debe ser capa0 de almacenar en memoria el laberinto, su posición dentro de este, "rabar su recorrido por el mismo Optimi0ar la ruta en el tiempo para resolerlo! El Micromouse es un robot móil que inte"ra las Necesidades - caracter9sticas mec.nicas de una plata8orma Móil :elocidad, "iro sincroni0ado, entre otras;, la capacidad *ensorial para el reconocimiento del entorno - la +abilidad de Interactuar con 6ste por medio de in8ormación di"itali0ada Codi8icada! El robot usa esa caracter9sticas para cumplir con el Ob5etio de solucionar un laberinto! El Micromouse es un desarrollo t9pico del .rea de robótica Con requerimientos din.micos :elocidad, "iros, entre otros;, *u diseño que inclu-e t6cnicas de construcción para el
ue las tendencias de construcción se"uidas por los Competidores de todo el mundo +an sido las si"uientes? @ El c+asis anc+o - la altura ba5a, para "aranti0ar un
Centro de "raedad ba5o - una ma-or estabilidad en las Curas! @ /lantas en pares de cada lado, con el 8in de aumentar el 7"arre! @ /lantasdecon
impreso :PC; para obtener los alores m.Bimos - m9nimos dimensionales, -a que 6ste es el c+asis del Micromouse, lo"rando de8inir espacios disponibles para posicionar los elementos mec.nicos, - tambi6n imponiendo las limitaciones en el diseño 8inal! )inalmente es cr9tico crear el modelo C7D FD del diseño del PC, para acoplar todos los elementos - "aranti0ar que enca5an correctamente - no +a-an elementos que se solapen o inter8ieran en su 8uncionamiento! Cuando se diseña - se Constru-e un nueo robot para ser implementado, se +ace necesario utili0ar un 8rame=or que permita eBplotar de 8orma Controlada las 8uncionalidades para las que la planta 89sica 8ue creada! EBisten mAltiples e5emplos de plata8ormas robóticas con +ard=are - so8t=are desarrollado por equipos de traba5o! I! *E/ECCIÓN DE COMPONENTE* En "eneral se requiere un con5unto de elementos m9nimo necesario para construir un Micromouse "en6rico! Pensando en esto, se presenta una lista de elementos que se deben ir *eleccionando de acuerdo a las necesidades de la plata8orma! MOTORE* 7! Motores motores coreless, que por su alto desempeño *e esco"ieron poco tamaño suelen usarse en aeromodelismo! Estos motores son los M(H!' :)i"! %; de alta elocidad, ba5o torque, con una tensión de traba5o de F!', que se a5usta a las tensiones t9picas de la electrónica de control! ! /lantas
//7NT7* Debido a la ló"ica de 8uncionamiento del Micromouse en la )ase de carrera, en donde el despla0amiento sin desli0amiento Es crucial, se eli"ió la "oma como material de las llantas, dado
*u alto coe8iciente de 8ricción! ENKR7N7QE* C! En"rana5es /os en"rana5es se eli"ieron conenientemente para crear una transmisión directa entre el motor - llanta, en donde el *e"undo tiene una 8orma tal que puede soportar car"a radial *erir de e5e de la llanta! 7mbos en"rana5es :)i"uras F - ; se Eli"ieron del mismo módulo, para ase"urar su 8uncionamiento en con5unto, - con las dimensiones m.s aproBimadas a las normali0adas, pues por el reducido tamaño no es 8.cil un Proceso de 8abricación eBacto!
D!
ateria
7TERI7 Dado que toda la electrónica se diseñó para 8uncionar a F,F por 8acilidad - compatibilidad, la elección inmediata )ueron las bater9as de Pol9mero de /itio o /iPo :)i"! ';, -a que Tienen una alta relación capacidad de car"a a peso! Pueden
alimentar la electrónica - los motores sin problemas, -a que Una Anica celda puede suministrar F,1 a %(((m7+! REKU/7DORE* E! Re"uladores Para conertir la 8uente de alimentación en una tensión
constante de F,F con la menos cantidad de ruidos, picos, Ca9das, se optó por una 8uente s=itc+eada! /a opción *eleccionada 8ue el TP*G%F que puede mantener la tensión Deseada, aun si la 8uente es ariable, siempre que 6sta supere la tensión que se est. re"ulando, - adem.s es capa0 de "enerar Una señal de alerta si esto no se cumple 3F4! DRIER DE MOTOR )! Drier de Motor Para posibilitar al microcontrolador dar órdenes a los Motores, es necesario un drier que proporcione la potencia de /as señales! El drier que se usó 8ue el DRJJF que tiene *alida dual, lo que indica que un solo drier puede controlar los Dos motores al tiempo, adem.s tiene l9mites de se"uridad a % 7mperio, que no deber.n ser superados a menos que +a-a un Daño o problema de 8uncionamiento 34! MICROCONTRO/7DOR *e eli"ió K! Microcontrolador el microcontrolador TMC%GFKPM, que es un CorteBHM de FGits, el m.s alto de su "ama! *e eli"ió -a que para la solución del laberinto, - el control de alta elocidad, Requieren de c.lculos comple5os! Esta "ama de Microcontroladores tienen la capacidad de +acer Multiplicaciones en un ciclo de relo5, soporta el uso de nAmeros Decimales o de punto 8lotante, - poseen módulos de +ard=are Especiali0ados - mu- Atiles para esta aplicación, como el >EI o Módulo de encoder de cuadratura!
*EN*ORE* DE PROIMID7D
! DI*ESO
CONCEPTU7/ 7 medida que +an ido aan0ando las ersiones del concurso Micromouse, - se ido per8eccionando las plata8ormas, tambi6n se +a ido centrali0ando el diseño conceptual de las mismas! asados en los anteriores participantes, en el conocimiento Propio, - en la eBpectatia de 8uncionamiento, el diseño Conceptual utili0ado para el desarrollo de esta plata8orma se Describe a continuación! I! DI*ESO E/ECTRÓNICO En primera medida est. el diseño esquem.tico, en el cual se Consideran todos los elementos electrónicos necesarios, as9 Como los puntos de coneBión para todos los dem.s elementos >ue interienen - que no +acen parte de la tar5eta de control! /a Parte mec.nica se ciñe a los espacios que se +a-an dispuesto en /a etapa anterior!
)i"! J! Diseño esquem.tico! Posteriormente se desarrolla el PC, en el que es de suma Importancia la distribución de elementos, - la preisión de los Espacios que se usar.n para los elementos mec.nicos, puertos De coneBión, alimentación, - cualquier otro elemento que se a-a a usar
II! DI*ESO MECNICO Dentro de la bAsqueda por optimi0ar el espacio se Consideraron m.s de un diseño - di8erentes distribuciones de /os componentes mec.nicos! Por lo que se desarrolló en arias etapas que lue"o se ensamblaron para al modelo 8inal de la Plata8orma! 7!*I*TEM7 DE 7TR7CCION 7! de Tracción En *istema el desarrollo del sistema de tracción, en el que est. Inolucrado el encoder que retroalimenta el mecanismo se optó Por solucionar primero el acople entre la llanta - el encoder, Mediante uno de los en"rana5es seleccionados, de manera que /a medición de posición de la llanta sea directa! /a solución 8ue Usar el e5e del encoder como soporte del en"rane, - a su e0 Como soporte de la llanta!
)i"! %(! Ensamble /lantaHEn"raneHEncoder! Posteriormente se acopló el motor, por medio de una pie0a Pl.stica que lo su5eta a la distancia eBacta dada por la distancia Entre centros de en"rana5es, - que al mismo tiempo acopla todo El sistema a la tar5eta de control! )i"! %%! *istema de tracción ensamblado! Una distribución recurrente entre los modelos istos, es la de acoplar directamente las llantas al e5e de los encoders, Mientras el motor trasmite potencia mediante en"rana5es a un /ado de la llanta! El concepto es mu- sencillo, pero lo"rar 75ustar los espacios, los en"rana5es, las relaciones entre dientes que se a5uste a los elementos disponibles en el mercado es Realmente complicado - requiere de probar de manera iterada Di8erentes opciones +asta encontrar el a5uste m.s adecuado! /a con8i"uración que 8inalmente se aceptó e implemento en Este desarrollo, se puede obserar en la )i"ura %%!
III! *O)T7RE 7/KORITMO* El so8t=are del micromouse se puede diidir en G nieles? el control de moimiento - el al"oritmo de resolución del /aberinto! El primer niel se encar"a del control de posición Mientras el se"undo se preocupa por decidir a qu6 celda debe ir El micromouse! Estos nieles interactAan entre s9 eni.ndose In8ormación sobre el laberinto - sobre la posición que se quiere 7lcan0ar! 7; MOIMIENTO 7! Moimiento El control de moimiento es el encar"ado de moer el Micromouse de una posición a otra aan0ando en l9nea recta o Kirando sobre su propio e5e mientras "aranti0a una orientación una distancia respecto a las paredes del laberinto! Este Controlador se mantiene actio todo el tiempo - es Retroalimentado por los sensores in8rarro5o, el "iroscopio - los Encoders de los motores! Con la in8ormación obtenida de los sensores en cada instante se calculan los anc+os de pulso Correspondientes a las señales de control de los motores - se con8i"uran dic+os anc+os de pulso en el módulo PM del Microcontrolador! ; DETECCION DE O*T7CU/O* Con8orme ! Detección el micromouse de obst.culos aan0a, el control de moimiento *abe cuanta distancia - .n"ulo le 8alta para lle"ar a la posición >ue se le indicó - aproec+a esta in8ormación para saber si est. en una celda del laberinto o en otra, lue"o combina esta In8ormación con la de los sensores in8rarro5os para noti8icar al 7l"oritmo de resolución del laberinto sobre el cambio de celda, NAmero - posición de los muros que rodean la celda en la que *e encuentra! C; CONTRO/DE KIRO 77NCE C! control Control de de Kiro aance en el control de la cantidad El "iro -consiste 7n"ular que es deseada para el si"uiente aance del Micromouse, debido a que el "iro se reali0a lue"o de terminar Un aance - antes de proceder al si"uiente! El control de "iro Toma la medida del "iroscopio que al inicio del recorrido es (V De "iro - el moimiento coordinado de los motores para ubicar 7n"ularmente el micromouse en el espacio GD! D; 7/KORITMO DE RE*O/UCION
D! 7l"oritmo resolución posee una m.quina de estados Este niel deldecontrolador 8initos con la que sabe si est. en la etapa de eBploración del /aberinto, o si est. en la etapa de carrera! 7dem.s diide la Etapa de eBploración en dos partes, lle"ar a la salida - re"resar 7l inicio del laberinto, esto es necesario para el 8uncionamiento Del al"oritmo de bAsqueda del camino - para que al re"resar al Comien0o intente pasar por celdas que no +a-an sido EBploradas, con el 8in de encontrar otros caminos que podr9an *er m.s cortos que el que se encontró inicialmente! *e utili0ó el al"oritmo )lood8ill :inundación; para la eBploración, el cual calcula las distancias de cada celda a la )uente de la inundación! /a idea es inundar desde la salida del /aberinto o desde la celda donde se encuentra el micromouse de Tal manera que al completar la inundación se puede +allar un Camino simplemente con pasar a la celda ecina que ten"a una Distancia menor, - que no est6 aislada de 6sta por un muro! Tras reali0ar la inundación se presentar.n arios caminos! Durante la etapa eBploración no +a- su8iciente in8ormación Para esco"er un camino as9 que se esco"e arbitrariamente! 7l uit.ndole car"a al microcontrolador - permiti6ndole dedicarse 7l control de moimiento! El diseño 8inal se muestra en las si"uientes 8i"uras donde -a se encuentran acopladas cada una de las 8ases que Comprendieron el diseño!
