Avance del Proyecto “Seguidor de Línea con Control difuso” Parte 2

Avance del Proyecto “Seguidor de Línea con Control difuso” Parte 2

Fundación Universitaria Los Libertadores - Facultad de Ingeniería

Robótica – Ing. Nelson Eduardo Lozano Espinoza

A. Coy @libertadores.edu.co> - J. Reina <jlreinah@libertadores.edu.co> - C. Poveda <cfpovedac@libertadores.edu.co> - Y. Hamon <yfhamons@libertadores.edu.co> - C. Caicedo <cdcaicedos@libertadores.edu.co> - D. Álzate <daalzateg@libertadores.edu.co>

Resumen   —   En el presente informe se dará a conocer un avance de la propuesta del proyecto a desarrollar, esta viene  acompañada de un algoritmo de control basado en lógica difusa, que permite el control de movimiento de un seguidor de línea, es necesario la utilización de algún programa o software (Matlab), en este caso contara como código base, con el cual se especifiquen las reglas a desarrollar y se identifiquen las variables de dominio de las mismas, por consiguiente, se utilizó la plataforma de Arduino para el control del seguidor de línea ya en específico, cabe resaltar, que la lógica difusa es una buena alternativa para el desarrollo de controladores basado en inteligencia artificial y la experticia del proceso a controlar.

Índice de términos — Algoritmo de Control Difuso, conmutación y control del motor, seguidor de línea, Matlab, Arduino.

Abstract — This report will present an advance of the project proposal to be developed, this is accompanied by a control algorithm based on fuzzy logic, which allows the control of movement of a line follower, it is necessary to use a program or software (Matlab), in this case it will count as a base code, with which the rules to be developed will be specified and the domain variables will be identified, therefore, the Arduino platform was used to control the line follower and specifically, it should be noted that fuzzy logic is a good alternative for the development of controllers based on artificial intelligence and the expertise of the process to be controlled.

Index terms – Fuzzy Control Algorithm, switching and control of the motor, line follower, Matlab, Arduino.

1. INTRODUCCIÓN

Los robots seguidores de línea son un tipo de robots móvil de navegación guiada, que se encarga de seguir una trayectoria planeada sobre una superficie. Abarcan un gran campo de aplicaciones, en la industria se les denomina vehículo guiado automatizado y su función principal está relacionada con el transporte de mercancías dentro de la misma empresa.

Desde su punto de vista matemático un robot móvil tipo tracción diferencial, se puede clasificar como un robot no holonómicos, en que su movimiento se produce por dos desplazamientos, y el vehículo solo posee dos grados de libertad, por los que el análisis cinemático, dinámico y de control son más complejos.

El presente estudio trata en la construcción de un robot móvil seguidor de línea con algoritmo de control basado en lógica difusa, que da respuesta a la problemática del control basado en un modelo matemático definido por la cinemática del mismo.

De acuerdo a lo anterior los objetivos establecidos para esta práctica son los siguientes:

• Controlar la posición de un motor en un programa o software, (en este caso Matlab), para el algoritmo o código a utilizar, evidenciando las variables entrada (velocidad, iluminación y posición), y a su vez, para las variables de salida.

• Visualizar a través de este programa, el movimiento y/o control del seguidor de línea por lógica difusa, establecido por unos parámetros o reglas a cumplir, que en este caso nos permitirán observar las variaciones de los sistemas (conjuntos difusos).

• Diseñar y construir un seguidor de línea, capaz de interactuar con las reglas establecidas por el control difuso, sin margen de error y cumpliendo con los parámetros requeridos.

1. MARCO TEORICO

1. Seguidores de línea

Estos tipos de robots se caracterizan porque son capaces de seguir un camino trazado por una línea. Esta línea normalmente es de un color que contrasta con el color del resto del suelo, es decir, si la línea es negra, el suelo será blanco, y viceversa. Debido a su facilidad de implementación, estos robots son los que normalmente se utilizan para introducirse en la robótica, y se les suele llamar el “Hello World” de los robots, siguiendo la analogía con el “Hello World” típico de los lenguajes de programación.

[pic 3]

Fig. 1. Seguidor de línea recorriendo un circuito.

La gran virtud de esta configuración es que se puede realizar de múltiples maneras, y, por tanto, pueden ser tan complicados como la persona que los realice quiera. Es decir, se pueden diseñar robots que funcionen con electrónica analógica y digital, utilizando lógica combinacional o amplificadores operacionales, hasta utilizar un microprocesador de última generación. Usualmente estos diseños suelen utilizar microprocesadores de 8 o 16 bits.

Al ser tan fáciles de montar, existen multitud de competiciones que fomentan el desarrollo y mejora de los robots, añadiendo dificultades diversas que hagan que se tenga que diseñar un robot lo más versátil y veloz posible. Estas competiciones suelen tener niveles de dificultad, como, por ejemplo:

• Líneas discontinuas.
• Bifurcaciones y cortes del camino.
• Subidas y bajadas.
• Falsos caminos.

1. Controladores difusos

El control difuso, pude ser expresado mejor como un control basado en la experiencia que interpreta el sentido común, en lugar de números o ecuaciones. Las variables de procesos no se miden en sentido común, sino en números por consiguiente se hace necesario una adaptación previa antes de introducir el estado de la variable del controlador esta etapa se denomina fusificación, como puede observarse en la fig 2.

[pic 4]

Fig. 2. Lazo de un controlador difuso.

La etapa de Fusificación se encarga de transformar la variable de entrada a conjuntos difusos con un grado de membresías dentro de las distintas expresiones posibles, para ello busca una correspondencia entre el estado de la variable de entrada, y las funciones de pertenencias definidas por el experto. Determinados los estados de las variables de entradas sus expresiones lingüísticas se pueden establecer las bases del conocimiento mediante métodos de expertos que permiten definir reglas tales como si…entonces (IF-THEN).

Se define unas series de relaciones que interpreta el sentido común, y permite generar una acción de control definida por el experto, que debe ser aplicada a la planta. Luego la acción de control debe ser traducida a un valor real o número (Defusificación).

III.      MODELO DE CONTROL

El diseño del modelo de control propuesto para el seguidor de línea, se basa en lógica difusa, teniendo en cuenta que este tipo de lógica permite flexibilidad sobre los datos que se presentan en los procesos de control, haciendo de esto una ventaja sobre la lógica clásica.

Por consiguiente, en el programa se introducirán variables de entrada, variables de salida, así mismo, reglas y análisis de los resultados obtenidos (en software como Matlab y Arduino).

Con esto los conjuntos difusos serian valores lingüísticos que se nombran a las diferentes clasificaciones que se consideran en una variable, en este caso, la variable Promedio, la cual se divide en: bajo, medio y alto (para el caso de la velocidad y aceleración); estos conjuntos se consideran para la variable de frecuencia y las variables de salida también.

Por otro lado, para el análisis del modelo de control, se desarrollarán unos apartados o etiquetas, donde se establezcan puntos de error, o delimitantes de intersección del sistema para una mejor optimización (relación entre aceleración y el control de la iluminación).

IV.     MATERIALES A IMPLEMENTAR

Uno de los objetivos primordiales de esta propuesta de proyecto es presentar el diseño y base de construcción del seguidor de línea con control difuso; pero ya como muestra de avance se dará un detalle mas exacto de los materiales.

A continuación, se presentan los materiales base a utilizar:

• Servomotor de Posición.
• Sensor CNY70:
• Modulo sensor de luz o fotocelda:
• Modulo puente H:
• Chasis Carro-Dirección
• Bombillitos led´s.
• Jumpers para conexiones.

V.     PROCEDIMIENTO

Para el control de carro se realizará por un control Mandani, ya que este permite un control más fácil e intuitivo cuando se trata de muchas entradas que son parecidas y diferentes salidas que también son parecidas. AL contrario del control Takagi Sugeno su uso es imposible en la práctica cuando no podemos trabajar con conjuntos de datos discretos para lograr el diseño de las funciones lineales.

Se realizará un control Mandani para ello primero se organizará los conjuntos para cada entrada (cada entrada es cada sensor CNY70 y Sensor Modulo Fotocelda).

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