Evaluación final seminario 224

7/29/2019 Evaluacin final seminario 224

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CONSTRUCCIN E IMPLEMENTACIN DE UN ROBOT SEGUIDOR DE LNEAUTILIZANDO SISTEMAS EMBEBIDOS

PEDRO ELAS MUOZ SOLARTECdigo: 76319730 CEAD Popayn

Ingeniera Electrnica Octavo Semestre

JAIME ALBERTO PREZCdigo: CEAD Popayn

Zootecnia Octavo Semestre

HELDER ZAHIR HENRQUEZCdigo: 77033478 CEAD Valledupar

Administracin de Empresas Octavo Semestre

DICIEMBRE 2012


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1. INFORMACIN GENERAL DEL PROYECTO

Ttulo: CONSTRUCCIN E IMPLEMENTACIN DE UN ROBOT SEGUIDORDE LNEA UTILIZANDO SISTEMAS EMBEBIDOS

Investigador Principal: PEDRO ELIAS MUOZ SOLARTECorreo electrnico:[email protected]: 3008535617Direccin de correspondencia: Calle 12 # 11-36Nombre del Grupo de Investigacin: 224

Total de Investigadores: 5

Investigadores quecomponen el grupo

Direccin electrnica Celular

1.Pedro Elas Muoz

2.Jaime Alberto Prez3.Helder Zahir Henrquez

[email protected]

[email protected]@hotmail.com

3008535617

3008227558

Escuela y Programa Acadmico en el que presta servicios el tutor quepuede dirigir y/o asesorar el proyectoECBTI CEAD JAGLnea de Investigacin: AplicadaSeccional: CEAD CCESDireccin: Telfono: Fax:Lugar de Ejecucin del Proyecto:Ciudad: Popayn Departamento: Cauca

Duracin del Proyecto (en meses):Tipo de Proyecto: marque con una XInvestigacinFormativa

InvestigacinAplicada XInvestigacinBsica

Desarrollo TecnolgicoDesarrollo productivo o empresarial

Tipo de Financiacin Solicitada:Valor solicitado a :Valor Contrapartida:Valor total del Proyecto:Descriptores / Palabras claves: Sistemas embebidos, control,

microcontrolador, lenguaje C, sensores, actuadores.Pares colaborativos: Nombres completos, direcciones electrnicas,telfono/de hasta 3 tutores o expertos externos a la universidad y que estnen capacidad de colaborar con el proyectos.1. DIANA M CARDONA ROMN [email protected]. ERIKA MARA SANDOVAL VALERO [email protected]. SALOMN GMEZ [email protected]
mailto:[email protected]:[email protected]


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2. RESUMEN DEL PROYECTO (Espaol e Ingles )

ResumenEn este trabajo se presentan los pasos bsicos para el diseo,construccin e implementacin de un robot seguidor de lnea utilizandosistemas embebidos. Se examinan conceptos como Estructura mecnica,

transmisiones, actuadores, sistema sensorial, diseo electrnico yprogramacin del microcontrolador utilizando lenguaje C. Estos conceptosfueron aplicados al diseo, construccin e implementacin de un robot seguidorde lnea negra programado utilizando el microcontrolador PIC18F4550 deMicrochip. El diseo, construccin e implementacin del robot seguidor delnea requiere tener conocimiento de las diferentes morfologas de robots. Lamorfologa involucra varios aspectos que son muy importantes como son laestructura mecnica la cual debe ser rgida y liviana con fin de que los motoresno tengan que hacer mucho esfuerzo y por ende el consumo de potencia sea loms bajo posible. El sistema sensorial de un robot seguidor de lnea estconformado por sensores infrarrojos. Para acondicionar las seales de los

sensores se puede hacer analgicamente o digitalmente por medio de unconversor anlogo a digital. El sistema de control para los motores se hacemediante la tcnica de modulacin por ancho de pulso (PWM). La cual permitemanipular el ciclo til de trabajo de los motores que accionan las llantasdelanteras del sistema robtico.El objetivo de esta propuesta de investigacin es la de construir un robotseguidor de lnea capaz de seguir una ruta especifica de la lnea negra demanera autnoma sin tener que estar conectado a una Computadora ni recibirinstrucciones va microondas.Para la construccin del robot se tuvieron en cuenta tres modelos:A. Modelo Fsico: Comprende la estructura fsica bsica del robot donde van a

ir soportadas las unidades motoras (Motores de corriente continua). Laestructura de un robot seguidor de lnea puede ser elaborada de una lmina deacrlico, aluminio, madera o de plstico, que se pueden conseguir fcilmente yque son materiales que poseen la caracterstica de ser bastante livianos. Parael diseo de este modelo se ha utilizado una estructura en forma de tringuloen cuya parte delantera van a ir los dos motores que se encargaran de darle elmovimiento a las dos llantas delanteras del robot. Tambin se colocara unarueda de acompaamiento de libre giro para ayudar a la traccin del sistema.B. Modelo Sensorial: Est compuesto por el conjunto de sensores (Sensorptico reflexivo CNY70) y del principio de funcionamiento bsico que nospermita su manipulacin. La percepcin de este robot es de tipo visual. Su

captacin visual consiste en diferenciar entre dos colores. Para este caso, lalnea de color negro sobre una superficie blanca.C. Modelo de Control: El circuito de control es el que proporciona las sealeshacia los actuadores (motores) dependiendo de las seales obtenidas en lossensores, las cuales son evaluadas de acuerdo al programa grabado en el PIC.El resultado final ser la construccin e implementacin del sistema robticomvil autnomo capaz de seguir una trayectoria de color negro.


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Abstract. In this paper, the basic steps for the design, construction andimplementation of a line follower robot using embedded systems. Concepts areexamined as mechanical structure, transmissions, actuators, sensory system,electronic design and microcontroller programming using C language these

concepts were applied to the design, construction and implementation of a blackline follower robot programmed using the Microchip PIC18F4550 microcontroller.The design, construction and implementation of line follower robot needs to beaware of the different morphologies of robots. The morphology involves severalaspects that are very important as are the mechanical structure which must be rigidand light to ensure that the engines do not have to make much effort and thus thepower consumption is as low as possible. The sensory system of a line followerrobot consists of infrared sensors. To condition the sensor signals can be doneanalogically or digitally through an analog to digital converter. The control systemfor engines made by the technique of pulse width modulation (PWM). Which allowsyou to manipulate the life of your work the motors driving the front wheels of the

robotic system.The objective of this research proposal is to build a line follower robot able to followa specific route of the black line independently without having to be connected to acomputer or receive instructions via microwave.For the construction of the robot is taken into account three models, each of whichcomprises a step in the design, construction and deployment of the robotic system.These stages are:A. Physical Model: Includes basic physical structure of the robot will be supportedwhere motor units (DC motors). The structure of a robot line follower can be madeof a sheet of acrylic, aluminum, wood or plastic, which are readily available andwhich are materials that have the characteristic of being sufficiently lightweight. For

the design of this model has been used a triangle-shaped structure in front ofwhich will go the two engines that were in charge of giving motion to the two frontwheels of the robot. Also placed a free wheel accompanying rotation to aid tractionsystem.B. Sensory Model: It consists of the set of sensors (CNY70 Reflective OpticalSensor) and the basic operating principle that allows us to handle. The perceptionof the robot's visual type. His visual feedback is to differentiate between two colors.For this case, the black line on a white surface.C. Model of Control: The control circuit which provides the signals to theactuators (motors) depending on the signals obtained in the sensors, which areassessed according to the program recorded on the PIC.

The end result will be the construction and implementation of autonomous mobilerobotic system able to follow a path of black.


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3 DESCRIPCIN DEL PROYECTO

3.1 Planteamiento de la pregunta o problema de investigacin.

Es necesaria la implementacin de un robot en invernaderos para laslabores de campo y utilizacin en los diferentes cultivos y laboreo?

La utilizacin de dicho sistema disminuye la exposicin de los operarios, tantocon productos agroqumicos como con la maquinaria agrcola motores ydems herramientas de us en las labores de dicha unidad de trabajo, de estamanera disminuye el riesgo de los operarios en los temas como saludocupacional.

Marco Terico (Estado del Arte).

La robtica mvil ha evolucionado con los ltimos avances tecnolgicos, loque ha llevado al desarrollo de mltiples aplicaciones en diversas reas, pero

aunque este desarrollo ha alcanzado un alto nivel en la actualidad, nos

encontramos aun esperando la llegada de la revolucin social de la robtica,

donde los robots se convertirn en un elemento ms de la casa, los negocios y

la sociedad en general. Los robots actuales son en su mayora demasiado

costosos y con funciones muy especializadas, por lo que los estudios actuales

se enfocan en hacer que estos sean ms generales y mucho ms

econmicos, a fin de que sean accesibles a todas las personas que necesiten

resolver un problema en sus tareas diarias.

Debido a los avances tecnolgicos actuales, se construyen muchos prototipos

de esta clase de robots, sobre todo en centros educativos donde se convocan

a olimpiadas que generalmente son premiadas o galardonadas lo que

estimula e incentiva a los alumnos a investigar, disear y construir esta clase

de robots. El sector industrial no es el nico que se ha beneficiado con la

aparicin de los robots, ya que reas como la medicina, la aviacin, la

agricultura, el sector militar y la industria area espacial tambin se han

beneficiado. Un ejemplo de esto lo constituye el robot mvil Sojournerel cual

fue diseado para desplazarse en todo tipo de terreno y cuyo tarea principal

fue la de recorrer la superficie de Marte el 5 de julio del ao de 1997.


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Existen muchas clases, para los cuales se han venido adelantando muchos

estudios e investigaciones al respecto, es el caso de los robots industriales los

cuales cuentan con herramientas computacionales que permiten facilitar su

diseo e implementacin, tambin se encuentran los robots tipo humanoidecon los que se pretende alcanzar una rplica lo ms exacta posible del ser

humano, esta tipo de robots se encuentran en un proceso continuo de

investigacin.

Vale la pena mencionar otros tipos como los robots inteligentes y los robots de

servicio que tambin se encuentran en procesos de investigacin.

Esta propuesta de investigacin se centra en el estudio de robots mviles conruedas, especialmente los microrobots, llamado as por su pequeo tamao.

Los pequeos robots mviles o microrobots son generalmente utilizados para

realizar tareas de forma rpida y precisa, as como para simular las

actividades de los seres humanos y animales. La caracterstica fundamental

de esta clase de robots es la movilidad, propiedad que le permite realizar

ciertas tareas de manera muy eficiente en lugares donde otros tipos de robots

se les dificultaran en gran medida, adems pueden ser programados para

trabajar en equipo junto a otros robots de su misma clase. Por las

caractersticas antes mencionadas los robots mviles son tiles para realizar

tareas que son peligrosas para los seres humanos, como es el caso de los

robots mviles que se envan a Marte, o los utilizados para la limpieza de las

plantas nucleares.

Una de las acciones que han hecho posible que los robots mviles sean

conocidos, son las olimpiadas de robtica que se realizan a nivel local einternacional, lo que ha despertado el inters y la investigacin en este campo

de infinidad de personas que desean incursionar en l, dejando volar su

imaginacin con diseos innovadores. Los robots mviles son generalmente

de pequeo tamao con un bajo grado de control (el control utilizado en este


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tipo de robots se usa para regular la velocidad de las ruedas motrices, donde

se puede intuir que el grado de control no es muy alto en comparacin con el

nivel de control utilizado en los robots industriales). Los robots mviles sin

embargo pueden adquirir un alto grado de complejidad cuando las tareas quele son asignadas son de carcter cooperativo.

Todo lo anteriormente mencionado ha incentivado el desarrollo de nuevas e

innovadoras investigaciones, que luego pasan a formar parte de una larga lista

de informacin en Internet donde los investigadores se pueden retroalimentar

para poder realizar futuras investigaciones o para desarrollar nuevos

prototipos de robots.

Las distintas funcionalidades de los robots mviles estn determinadas por el

programa que se ejecuta en el cerebro del sistema o microcontrolador. Este

tipo de sistemas son un claro ejemplo de los sistemas embebidos donde se

estructuran tres niveles fundamentales como son: El sistema operativo, la

plataforma de desarrollo y las aplicaciones especficas.

Para que un robot mvil pueda realizar autnomamente tareas de manera

eficiente debe estar involucrado un excelente diseo mecnico y una

programacin de alta calidad. La precisin en sus movimientos est

determinada por su sistema mecnico, mientras que la autonoma y la

inteligencia son residentes en el programa que se encuentra alojado en el

microcontrolador del sistema mvil.

La influencia de los robots ha sido tan grande que ahora podemos hablar de

un mercado de robots en constante crecimiento. Son cada vez ms losproductos robticos que llegan al mercado de la tecnologa, con una variedad

elementos tecnolgicos que da a da hace de este mercado un mercado ms

competitivo, sin embargo el mercado de los robots mviles es an inmaduro y

todava no est del todo abierto a todo tipo de pblico, esto de se debe en


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gran medida a la falta de difusin de la temtica y la falta de capacitacin e

igualmente a que an no ha alcanzado el grado de autonoma y fiabilidad

suficientes para lograr una evolucin futura de este mercado.

El crecimiento de la autonoma de este tipo de sistemas abrir la puerta anuevas aplicaciones comerciales de robots, como por ejemplo los robots de

servicio y entretenimiento. Pero la autonoma es difcil, y requerir de mucho

tiempo, y del desarrollo de mltiples aplicaciones robticas que impliquen

arduas jornadas de investigacin. En general el campo de las aplicaciones de

los robots mviles se encuentra en una etapa de crecimiento y desarrollo

donde sern fundamentales los futuros trabajos de investigacin.

3.2 Objetivos.

Objetivo General:

El objetivo general de esta propuesta de investigacin es la de construir un

robot seguidor de lnea capaz de seguir una ruta especifica de la lnea negra

de manera autnoma sin tener que estar conectado a una Computadora ni

recibir instrucciones va microondas.

Objetivos especficos.

Incrementar y auto alimentar la formacin de nuevas tecnologas, que servirn

para abrir campos en el conocimiento y para la experimentacin de ms y

mejores tecnologas, capaces de desarrollar labores de campo que hasta el

momento son muy peligrosas para los seres humanos.

Dar una solucin a problemas prcticos sobre todo en ambientes donde se ve

involucrada la seguridad de los seres humanos.


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3.3 Metodologa Propuesta (mximo 3000 palabras):

En la metodologa adoptada, vamos a clasificar la construccin del robot en

seis fases, cada una de los cuales comprende una etapa en el diseo:

1) Fase de implementacin de la estructura Fsica: En esta faseconstruiremos la estructura mecnica del robot mvil para lo cual

emplearemos una estructura triangular de acrlico de 5mm de espesor que

servir de base, dos ruedas conectadas a dos motores con sistema reductor

de velocidad y una rueda libre.

2) Fase de implementacin del sistema sensorial: En esta fase

disearemos el sistema de adquisicin de datos del robot mediante la

implementacin de una lnea de seis sensores fotoelctricos CNY70 para locual realizaremos pruebas de calibracin de los mismos con el fin de que

queden a punto para la deteccin.

3) Fase de implementacin del sistema de Control: En esta fase nos

enfocaremos en el desarrollo del programa del microcontrolador para lo cual

utilizaremos el lenguaje C por ser un lenguaje de alto nivel y para lo cual

usaremos el software CCS. Despus de terminar la programacin de

microcontrolador, simularemos el funcionamiento de nuestro programa con el

software de simulacin Proteus 7.8.

4) Fase de diseo del PCB del sistema: En esta fase disearemos un

esquemtico de la tarjeta de circuito impreso o PCB que es una de las etapas

finales para la implementacin del sistema, para posteriormente transferirlo

en una placa de baquelita, creando la tarjeta de circuito impreso de la tarjeta

principal del sistema donde sern ubicados todos los componentes elctricos

y electrnicos del sistema. Para esta fase se utilizara el software ARES que

es un complemento del software proteus.5) Fase de ensamble del Robot: En esta fase ensamblaremos los sistemas

sensorico y de control del robot a la estructura fsica. Posteriormente

comprobaremos el correcto funcionamiento de los circuitos usando un

Multmetro digital.


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6) Fase de pruebas del Sistema: Finalmente despus de ensamblar el

sistema robtico mvil le realizaremos las pruebas necesarias al sistema

ensamblado observando su comportamiento y las posibles correcciones del

sistema para dejarlo cien por ciento funcional.

3.4 Cronograma de Actividades: Relacin de actividades a realizar en funcin

del tiempo (meses), en el periodo de ejecucin del proyecto.

DESCRIPCIONDE LA

ACTIVIDAD

MES1 MES2 MES3 MES4 MES5 MES6 MES7 RESPONSABLES

Anlisis delProblema,

RecoleccindeInformacin.

Grupo deInvestigacin.

Fase deimplementacin de laestructuraFsica


Fase deimplementacin del

sistemasensorial


Fase deimplementacin delsistema deControl


Fase dediseo delPCB delsistema


Fase deensambledel Robot


Fase depruebas delSistema



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4 RESULTADOS / PRODUCTOS ESPERADOS Y POTENCIALES

BENEFICIARIOS

4.1 Relacionados con la generacin de conocimiento y/o nuevos desarrollos

tecnolgicos: En la sistematizacin del funcionamiento automtico de losinvernaderos se ha progresado lo suficiente de tal manera que ahora es

posible para un robot realizar mltiples tareas repetitivas con gran precisin.

Su uso en el caso de la agricultura, concretamente en los invernaderos, la

produccin abre posibilidades productivas con gran proyeccin. Un robot

mvil puede ser utilizado para medir y controlar variables con el propsito

de proporcionar condiciones ptimas para el crecimiento y desarrollo de las

plantas.

5 PRESUPUESTOPresupuesto Componentes Electrnicos.

CANTIDAD DISPOSITIVO PRECIO/UNIDAD(S/.)

PRECIO(S/.)

4 Inversores Trigger Schmitt 40106 2.00 4.001 PIC 18F4550 13.50 13.506 Sensores CNY70 9.00 36.001 Cristal de 20 MHz 2.00 2.00

1 LM7805 3.50 2.001 Condensador de 1000uF/25v 1.00 1.001 Condensador de 100/16v 0.80 0.801 Condensador de 100nF 0.20 0.202 Condensadores de 15pF 0.20 0.402 Switch 1.50 3.001 Diodo 1N4007 0.20 0.204 Diodo 1N4148 0.20 0.801 Pulsador normalmente abierto 0.50 0.504 Resistencias de 18k 0.10 0.404 Resistencias de 220 0.10 0.40

2 Resistencias de 4.7k 0.10 0.201 Resistencia de 10k 0.10 0.101 Juego de Jumpers 1.70 1.701 Frasco de Oxido Frrico 3.50 3.501 Placa de Baquelita para

impresin de circuitos2.00 2.00

TOTAL 75.2


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(S/.Dlares)6. BIBLIOGRAFIA

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