INFORME PROYECTO FINAL - FASE 1
Proyecto Final Latinbot “Robot seguidor de línea”
INFORME PROYECTO FINAL - FASE 1 - “PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DEL ROBOT SEGUIDOR DE LÍNEA”
Sebastian Alzate Tamayo 202010088 -3744
Julián Ernesto Puyo Mora 201744406-3744
Christian Alexander Ospina Rendón 202041675-3744
Karold Juliana Muñoz Fernández 202042010-3744
Universidad del Valle
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Septiembre 2020
Introducción
Que es de la ciencia, en la actualidad, sin los grupos de investigación; o, qué es de los megaproyectos en la Ingeniería sin la acción multidisciplinaria. El trabajo en equipo, el compendio de aportes y debates, es lo que ha empujado nuestra sociedad a los avances en la tecnología y muchas áreas.
En el curso de Introducción a la Ingeniería Electrónica, en nuestro proyecto final, aplicaremos la serie de conocimientos básicos que aprendimos a lo largo de él mismo, construyendo un robot seguidor de línea. El robot será dirigido por un microcontrolador programado por nosotros. En nuestro proyecto esperamos poder explorar el ambiente práctico de nuestra carrera, buscando la eficiencia y buena operación del robot en su estado final. Para ello implementaremos nuestra participación en nuestras áreas de competencia, aprovechando nuestra diversidad en la aplicación de nuestros conocimientos.
Objetivo
Diseñar e implementar un robot seguidor de línea teniendo en cuenta las especificaciones y restricciones dadas por el torneo Latinbot.
Información preliminar
En este proyecto los estudiantes deben construir un robot móvil capaz de moverse siguiendo una línea de color negro previamente demarcada sobre el piso. Los estudiantes deben crear una pista para probar el funcionamiento del robot. El robot debe cumplir las especificaciones de tamaño y peso del concurso Latinbot para esta categoría. Las principales especificaciones son:
“Las dimensiones máximas de los Robots deberán ser de 20cm de largo x 20cm de ancho, con un límite en altura de 15cm. En cualquier caso, deben ser completamente autónomos, es decir, no podrán disponer de ningún tipo de conexión o comunicación con el exterior. Tampoco se podrá operar directamente sobre ellos una vez comenzada la prueba. El robot debe contar con un interruptor que el representante presionará en el momento en que el juez de la orden de inicio de la carrera.”
Figura 1. Robot seguidor de línea, imagen tomada de dynamoelectronics.com.
- Marco teórico
Robot
Un robot es una máquina programable capaz de realizar varias funciones o tareas complejas, manipular objetos y realizar automáticamente operaciones, incluyendo diferentes tipos de movimientos, en respuesta a su entorno.
Para diseñar y construir robots es necesario combinar conocimientos de mecánica, electricidad, electrónica, informática y automática, lo que ha dado lugar a una nueva disciplina llamada robótica. Los robots se pueden clasificar, según su aplicación, en:
Robots industriales
Robots móviles
Androides
Zoomorfos
Robots espaciales
Figura 2. La robótica, imagen tomada de gobiernodecanarias.com
Sensores
Los sensores le permiten al robot a manejarse con cierta inteligencia al interactuar con el medio. Son componentes que detectan o perciben ciertos fenómenos o situaciones. Estos sensores pretenden en cierta forma imitar los sentidos que tienen los seres vivos.
Motores o actuadores
El actuador es la fuente que me va a general el movimiento en el robot, una de las más usadas y la que vamos a utilizar en el proyecto será un motor eléctrico.
Un motor es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica rotacional que se utiliza para darle movimiento a ruedas y otros medios de locomoción.
En robótica se utilizan motores de CC (corriente continua), servomotores y motores paso a paso.
Desarrollo
Para el desarrollo del robot seguidor de línea primeramente se buscó información esencial para la construcción de dicho objeto, después se tuvo en cuenta las restricciones que daban el torneo latinbot como las medidas o dimensiones que obligatoriamente tenía que tener las estructura o el diseño del robot, el siguiente paso fue buscar todos los componentes o subsistemas que van a integrar el sistema en general que sería el robot, y por último se realizó la cotización en una página Web que fue Didácticas electrónicas.
Lista de materiales
Funcionamiento de los elementos
Arduino uno
El funcionamiento que va a tener el Arduino uno en el proyecto es fundamental ya que el me va a realizar todos los comandos o el código que voy a hacer para realizar el movimiento del robot seguidor de línea, el me va a recibir la señales de entradas que serían los sensores y por medio de codigo voy a general unas instrucciones para los actuadores que serian mis salidas dependiendo del código que haga para realizar bien la función de seguidor de línea.
Características
Voltaje de alimentación: 7 a 12V
Microcontrolador
Con cristal oscilador y memoria flash
Contiene entradas y salidas análogas y digitales (incluye salidas PWM)
Con conector USB tipo B
Cable USB tipo B
Figura 3. Arduino uno, imagen tomada de didacticaselecetronicas.com
Estructura base para el robot
La estructura base para el robot también es muy fundamental ya que en ella se van a encontrar todos los materiales que van a componer el robot como lo son las ruedas, el arduino uno, el módulo de puente H, los sensores y por último la pila. La función principal de la estructura es soportar todos estos materiales, generando una superficie o chasis de un tamaño anteriormente especificado.
Características
Motores reductores o actuadores
El actuador es la fuente que me va a general el movimiento en el robot, una de las más usadas y la que vamos a utilizar en el proyecto será un motor eléctrico. Se escogió este tipo de motor ya que tiene una capacidad baja de voltaje que es 3V con los que se pueden manejar de fácil manera con una pila estándar, este tipo de motor es muy utilizado ya que es de bajo costo, tiene pocas revoluciones por minuto que son 110 RPM, por lo que para un robot seguidor de línea este motor es ideal ya que al tener un bajo RPM, es fácil de controlar cuando el robot se encuentre frente a un circuito de línea.
Características
Voltaje de alimentación: 7 a 12V
Microcontrolador Atmega328p
Con cristal oscilador y memoria flash
Contiene entradas y salidas análogas y digitales (incluye salidas PWM)
Con conector USB tipo B
Figura 4. Motorreductor, imagen tomada de didacticaselecetronicas.com
Sensor infrarrojo
El sensor infrarrojo es el que me va a mandar los datos digitales que va a recibir el arduino para que por medio de codigo me realice la función que debe de tener un robot seguidor de línea, los sensores infrarrojos me van a detectar si hay o no una interferencia entre ellos que en este caso seria la linea negra que será la pista, detectando esto el sensor manda valores digitales que va a recibir el arduino convirtiendo esto en valores de salida para el control de los motores con el controlador puente H L298N.
Características
Método de detección: reflectivo
Sensor IR TCRT5000
Rango de distancia: 1mm ~ 25mm
Salida Digital
Con comparador de voltaje LM393
Voltaje de funcionamiento: 3.3V~5V
Dimensiones: 3.2cm x 1.4cm
Figura 5. Sensor seguidor de línea, imagen tomada de didacticaselectronicas.com
Controlador puente H L298N
Con el puente H, lo que va a realizar es el cambio de dirección de los actuadores que en este caso serían los motores por medio de código, el arduino me va a controlar mandando datos digitales al módulo por medio de lo que reciben los sensores infrarrojos, por lo que el puente H me va a servir para el direccionamiento.
Figura 6. Controlador puente H L-298n, imagen tomada de didacticaselecetronicas.com
Batería
La batería cumple una función esencial ya que es la que me va a alimentar todos los componentes del robot, es la que me va a distribuir el voltaje y la corriente que consuman los elementos del circuito. Se van a usar dos fuentes para nuestro robot, una pila alcalina de 9v para alimentar el arduino de manera independiente y otra pila 2A con valores de 3.7V conectadas en serie para lograr un voltaje de 7.4V con un amperaje de 2 mAh. Se hizo de esta manera ya que al trabajar con dos fuentes independientes para estos circuitos, se tiene mejor alimentación ya que al no tener tantos circuitos conectados con una sola pila, nos va a consumir una corriente muy grande con la que se pueden descargar dicha pila en unos cuantos minutos. Las baterías utilizadas son las siguientes:
Batería para alimentar el arduino
Características
Capacidad: 9V Nominales
No recargable
Figura 8. Pila alkalina tronex, imagen tomada de didacticaselectronicas.com
Batería para alimentar los demás componentes
Características
Tipo de batería: AA ICR14500
Voltaje que entrega: 3.7V
Composición: Li-Ion ICR
Capacidad: 2400mAh
Corriente máxima constante de carga: 750mAh
Corriente máxima constante de descarga: 2400mAh
Número de ciclos de carga: mínimo 500 ciclos
Temperatura de carga: 0°C ~ 45°C
Temperatura de descarga: - 20°C ~ 60°C
Dimensiones: AA / 14.3mm X 50mm
Figura 9. Batería Lipo, imagen tomada de didacticaselectronicas.com
Ruedas
Las ruedas cumplen un papel importante ya que es la que va a general el movimiento uniforme, son las que van a utilizar el movimiento que genera los motores y van a utilizar este esfuerzo y obtener un movimiento rotativo a partir del esfuerzo generado por el motor, también va a reducir el esfuerzo necesario para realizar el movimiento del robot.
Características
Diámetro exterior:65mm
Anchura de la rueda: 26mm
Eje:6mm
Figura 9. Rueda plástica con rin amarillo, imagen tomada de didacticaselecetronicas.com
Cotización
Planos y estructuras
Especificaciones
Estructura física del robot seguidor de línea
Plano electromecánico
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