MAESTRÍA EN INGENIERÍA DE AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL INDUSTRIAL”

DISEÑO DE PROGRAMACIÓN Y CONSTRUCCIÓN DE UN

ROBOT MÓVIL AUTÓNOMO ESQUIVA OBSTACULOS

Docente: Phd. C. Jorge Rodrigo Encinas Pórcel

Presentado por: Ing. Diego Edgar Abasto Cáceres

     Ing. Rodrigo German Alvarez Herrera

COCHABAMBA – BOLIVIA

Septiembre, 2017

TABLA DE CONTENIDOS

1.        Introducción. -        3

2.        Antecedentes. –        4

3.        Objetivos. –        5

3.1.        Objetivo general. -        5

3.2.        Objetivos específicos. –        5

4.        Construcción y montaje del robot. –        5

4.1.        Diseño Físico. –        5

4.2.        Arduino. –        6

4.3.        Driver L293D. –        8

4.3.1.        Diagrama de conexión. –        9

4.4.        Sensor Ultrasónico. –        10

4.4.1.        Sensor Ultrasónico HC-SR04. –        11

4.4.2.        Diagrama de conexión. –        12

4.5.        Motorreductor con caja reductora. –        12

5.        Programación del Arduino. –        15

6.        Conclusiones. –        17

7.        Recomendaciones. –        18

1. Introducción. -

Este proyecto consiste en la programación y construcción de un pequeño robot móvil autónomo con la aplicación de la plataforma electrónica Arduino. A lo largo del proyecto explicaremos los diferentes requisitos tanto de software como de hardware necesarios para la realización del proyecto, el diseño mismo del robot, las herramientas utilizadas, el desarrollo de la programación y el hardware y las pruebas realizadas para el perfecto funcionamiento del robot.

El robot que vamos a construir es un pequeño robot móvil que evita los obstáculos. A través del uso de sensor ultrasónico, detectará la distancia a los objetos que tiene frente a sí. En medida que el robot se acerque a un determinado obstáculo el robot ira disminuyendo la velocidad de desplazamiento, cuando se encuentre a menos de 20 cm. del obstáculo, se mandará una señal a los motores para que se detengan, hagan girar al robot y así evitar el obstáculo.

1. Antecedentes. –

En este proyecto vamos a centrarnos en uno de los rasgos que deben poseer estos robots móviles para poder realizar su trabajo eficientemente, la evasión de obstáculos.

Hay tareas, como la exploración o recolección en terrenos agrestes, o campos en los que se está trabajando, como la automatización de vehículos, en los que la evasión de obstáculos puede ser determinante.

Figura 1. Robot Detector de Metales

[pic 3]

Fuente: https://www.dreamstime.com/stock-photos-multipurpose-robot-image26854243

1. Objetivos. –

1. Objetivo general. -

Diseño de programación y construcción de un robot autónomo esquiva obstáculos.

1. Objetivos específicos. –

• Diseñar un circuito electrónico para controlar la velocidad de dos motorreductores, utilizando el driver L293D.
• Diseñar un circuito electrónico para calcular y controlar la distancia de proximidad, usando un sensor ultrasónico.
• Programar el Arduino para evitar el choque del robot autónomo con cualquier obstáculo, controlando la distancia de proximidad, la velocidad de ambos motorreductores para el desplazamiento, y el giro del robot evitando el choque.

1. Construcción y montaje del robot. –

1. Diseño Físico. –

Para construir el pequeño robot móvil lo primero que tenemos que tener en cuenta es el diseño de un chasis en el que podamos instalar todos los componentes necesarios para su funcionamiento.

Los componentes necesarios para la construcción del robot son dos motorreductores, dos ruedas bidireccionales (conectadas a los motorreductores, por lo tanto no influyen en el diseño del chasis), una rueda omnidireccional, una base para baterías, una placa con el microcontrolador y un sensor ultrasónico delantero.

La distribución de las piezas en el chasis es la siguiente:

• Los servomotores se instalarán en la parte lateral del chasis.
• El sensor ultrasónico irá ubicado en la parte frontal externa.
• La rueda omnidireccional se añadirá en la parte frontal interna.
• El Arduino y las baterías se instalarán en la base principal del chasis.

Para este proyecto se realizó la compra de un Kit de montaje de un chasis, está hecho de acrílico y acompaña una película adhesiva para protección contra arañazos. Ambos motores DC poseen caja de reducción (1:48) y se conectan independientemente en cada rueda, sobrando así una rueda boba (universal) para dar soporte al Chasis.

Fuente: Propia[pic 4][pic 5]

1. Arduino. –

Arduino es una plataforma de prototipos electrónica de código abierto (open-source) basada en hardware y software flexibles y fáciles de usar. Está pensado para artistas, diseñadores, como hobby y para cualquiera interesado en crear objetos o entornos interactivos.

Esta placa contiene el cerebro del robot, el microcontrolador ATMega328 de 32 Kb donde se carga el programa, y también los pines de conexión necesarios para conectar el resto de componentes a él.

La placa Arduino Uno R3 es una placa electrónica basada en el microcontrolador Atmega328 y que tiene su módulo USB mejorado. Dispone de 14 entradas/salidas digitales y 6 de estas pueden utilizarse para salidas PWM. Además, dispone de 6 entradas analógicas, un oscilador de 16MHz, una conexión USB, un conector de alimentación, un cabezal ICSP y un pulsador para el reset. Para empezar a utilizar la placa sólo es necesario conectarla al PC a través de un cable USB, o alimentarla con un adaptador de corriente AC/DC. También, para empezar, puede alimentarse sencillamente con una batería. Una de las características principales del Arduino UNO es que no utiliza el convertidor USB-serial FTDI. Por el contrario, ofrece el microcontrolador Atmega16U2 programado como convertidor USB-serial.        

Fuente: http://saber.patagoniatec.com/arduino-uno-r3-2-arduino-argentina-ptec/[pic 6][pic 7]

1. Driver L293D. –

El L293D (cuádruple medios puentes H) es un circuito integrado de un gran valor cuando necesitamos controlar motores de corriente continua o bipolares de pasos. Capaz de conducir corrientes bidireccionales de hasta 600 [mA] y con tensiones que van desde los 4.5 [Volts] hasta los 36 [Volts].

Tiene la disponibilidad de poder utilizar dos tensiones diferentes, una para la alimentación del Circuito Integrado del pin +5 [Volts] de Arduino y utilizar una batería auxiliar para la alimentación del motor o motores. Este circuito integrado dispone de la posibilidad de controlar dos motores a la vez, con capacidad de inversión de giro y regulación de voltaje.

Figura 4. Esquema del Circuito Integrado L293D para controlar dos motores[pic 8]

Fuente: https://ardubasic.wordpress.com/2014/05/23/control-de-motores-de-cc-con-l293d/

1. Diagrama de conexión. –

En la siguiente figura se observa el diagrama de conexionado con el Arduino:

Fuente: https://arduino.stackexchange.com/questions/18842/how-to-connect-an-l293d-and-an-mpu6050-to-run-together[pic 9][pic 10]

1. Sensor Ultrasónico. –

Los sensores ultrasónicos miden la distancia mediante el uso de ondas ultrasónicas.

El cabezal emite una onda ultrasónica y recibe la onda reflejada que retorna desde el objeto. Los sensores ultrasónicos miden la distancia al objeto contando el tiempo entre la emisión y la recepción.

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