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Timestamp: 2018-11-15 15:13:11+00:00

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Uploaded by Bernard Surita Placencia
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Taller 1 Robótica
QX SISTEMA MODULAR ESPA¥OL
historia san marcos joel
Conclusion Rectificador
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Exposicion Electro 2
Inductancia y Condensador
Drone Explorador (1)
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TALLER-PROFE-RUIZ-MICROMOUSE (2).docx
UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLOGICA DE LIMA
CARRERA : Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones
PROFESOR : RUIZ SAAVEDRA JOSE LUIS
TITULO : PROYECTO MICROMOUSE
ALUMNO : LLALLAHUI ALVITES JESUS JIMMY
HUAMANÍ MALLMA ERASMO
TUCO ROJAS GIAN
entre otras). Su diseño que incluye técnicas de construcción para el Hardware y software e implementar métodos para interpretar e Interactuar con su entorno. El Micromouse es un robot móvil que integra las Necesidades y características mecánicas de una plataforma Móvil (velocidad. A través de sus Algoritmos de programación y configuración. Pensando en la posibilidad de Facilitar la construcción de plataformas como el Micromouse Para promover la generación de desarrollo de conocimiento en el área de la robótica. Este Fue presentado por Cloude Shannon. el Micromouse debe ser capaz de almacenar en memoria el laberinto. se recopiló el conocimiento de cómo construir este tipo de vehículos. LIMA SUR-PERÚ INTRODUCCIÓN El Micro mouse es un pequeño robot autónomo construido Para resolver un laberinto. quien construyó la Primera máquina para resolver un laberinto. grabar su recorrido por el mismo y Optimizar la ruta en el tiempo para resolverlo. La competencia de Micro mouse comenzó en los 70’s [7]. giro sincronizado. II. El robot usa esa características para cumplir con el Objetivo de solucionar un laberinto. El primer registro del problema “Ratón versus laberinto” puede ser encontrado en 1950. en donde los robots Fueron puestos a prueba en comparación al desempeño de otros Robots. El Micromouse es un desarrollo típico del área de robótica Con requerimientos dinámicos (velocidad. Por lo Que las tendencias de construcción seguidas por los Competidores de todo el mundo han sido las siguientes: • El chasis ancho y la altura baja. partiendo Desde una de las esquinas del laberinto. la capacidad Sensorial para el reconocimiento del entorno y la habilidad de Interactuar con éste por medio de información digitalizada y Codificada. que Se desplaza en un ambiente caracterizado por una pista Estrecha y donde el tiempo de recorrido es calificado. su posición dentro de este. El ratón es construido para resolver autónomamente un Laberinto con el objetivo de llegar al centro de éste. giros. CARACTERISTICAS DEL MICROMOUSE El Micromouse en una plataforma autónoma e inteligente. entre otros). para garantizar un . [1].
Y el tamaño. por lo que el diseño asistido por computadora es de gran utilidad para observar todas las posibles configuraciones y las fallas que puedan surgir durante la implementación y sean corregidas en las etapas de diseño conceptual y de detalle. ensamblándolos de la forma más compacta. La principal limitación son las dimensiones del robot que están establecidas por el laberinto [5]. o totalmente • Motores que Escobillas eléctricos. para garantizar acelerómetros. • Sensores Siempre han de sidoproximidad.. reduciendo el espacio no utilizado. • La gama Control es la de de 32microcontroladores bits. de preferencia populares Instalando por separado el emisor y el receptor. MÉTODO DE CONSTRUCCIÓN Al iniciar la implementación del Micromouse. son preferidos los sin escobillas los motores (brushless) o los pasocon a Paso (steppers). el peso. pequeños con resolución posibles. Es importante tener muy en cuenta el diseño del circuito . III. • En general. Al mismo tiempo. el objetivo es mantener el tamaño de los elementos al mínimo. con el fin de aumentar el Agarre.Centro de gravedad bajo y una mayor estabilidad en las Curvas. liberar espacio para acomodar otros componentes. • Sensores como Magnéticas. donde los másinfrarrojos. • Encoders Menor a 1 grado ópticos por para pulso. los ópticos. usar como reduciendo así chasis el pesolay misma placa dede la complejidad circuito la Plataforma.no y conectados por transmisión ya sea al eje de motor o al De las llantas. y/o90 brújulas y 180 Grados. recubrimiento de goma. de las series más Cortex-Mx. se debe tener en cuenta en Primer lugar la relación de tamaño respecto al espacio permitido por el laberinto. de la selección de los componentes mecánicos. usada donde para el Los favoritos son los Cortex-M4 ya que soportan punto Flotante • Es común Impreso. se usan 4 o más sensores ópticos en una Plataforma. girosgiroscopios exactos a 45. o Sensores ópticos integrados. Sin embargo en los últimos años han Cobrado popularidad los motores sin armadura (Coreless). • Llantasdecon Hechas goma.cada lo máseje. • Llantas en pares de cada lado. además de la Programación de los componentes electrónicos. • Baterías Y buscandode lalitio mejor de relación dos o más celdas entre de alto desempeño. la potencia.
Cuando se diseña y se Construye un nuevo robot para ser implementado.5v. Finalmente es crítico crear el modelo CAD 3D del diseño del PCB. Estos motores son los MK06-4. para acoplar todos los elementos y garantizar que encajan correctamente y no hayan elementos que se solapen o interfieran en su funcionamiento. MOTORES A. escogieron Se Motores motores coreless. se presenta una lista de elementos que se deben ir Seleccionando de acuerdo a las necesidades de la plataforma. logrando definir espacios disponibles para posicionar los elementos mecánicos.impreso (PCB) para obtener los valores máximos y mínimos dimensionales. que por su alto desempeño y poco tamaño suelen usarse en aeromodelismo.5 (Fig. 1) de alta velocidad. B. SELECCIÓN DE COMPONENTES En general se requiere un conjunto de elementos mínimo necesario para construir un Micromouse genérico. con una tensión de trabajo de 3. que se ajusta a las tensiones típicas de la electrónica de control. y también imponiendo las limitaciones en el diseño final. bajo torque. Pensando en esto. Existen múltiples ejemplos de plataformas robóticas con hardware y software desarrollado por equipos de trabajo. ya que éste es el chasis del Micromouse. Llantas . IV. se hace necesario utilizar un framework que permita explotar de forma Controlada las funcionalidades para las que la planta física fue creada.
dado Su alto coeficiente de fricción. 5). en donde el desplazamiento sin deslizamiento Es crucial. Pueden . ENGRANAJES C. en donde el Segundo tiene una forma tal que puede soportar carga radial y Servir de eje de la llanta. la elección inmediata Fueron las baterías de Polímero de Litio o LiPo (Fig. ya que Tienen una alta relación capacidad de carga a peso.3v por facilidad y compatibilidad. Bateria BATERIA Dado que toda la electrónica se diseñó para funcionar a 3. para asegurar su funcionamiento en conjunto.LLANTAS Debido a la lógica de funcionamiento del Micromouse en la Fase de carrera. Ambos engranajes (Figuras 3 y 4) se Eligieron del mismo módulo. y con las dimensiones más aproximadas a las normalizadas. pues por el reducido tamaño no es fácil un Proceso de fabricación exacto. Engranajes Los engranajes se eligieron convenientemente para crear una transmisión directa entre el motor y llanta. se eligió la goma como material de las llantas. D.
La opción Seleccionada fue el TPS62163 que puede mantener la tensión Deseada. aun si la fuente es variable. picos. Reguladores Para convertir la fuente de alimentación en una tensión constante de 3. Driver Para de Motor posibilitar al microcontrolador dar órdenes a los Motores. Esta gama de Microcontroladores tienen la capacidad de hacer Multiplicaciones en un ciclo de reloj. DRIVER DE MOTOR F. Microcontrolador el microcontrolador TM4C123G6PM. REGULADORES E. y además es capaz de generar Una señal de alerta si esto no se cumple [3].alimentar la electrónica y los motores sin problemas. que no deberán ser superados a menos que haya un Daño o problema de funcionamiento [4]. el más alto de su gama. y poseen módulos de hardware Especializados y muy útiles para esta aplicación. se optó por una fuente switcheada. Se eligió ya que para la solución del laberinto. es necesario un driver que proporcione la potencia de Las señales. MICROCONTROLADOR Se eligió G. El driver que se usó fue el DRV8836 que tiene Salida dual. . siempre que ésta supere la tensión que se está regulando. que es un Cortex-M4 de 32Bits. ya que Una única celda puede suministrar 3. y el control de alta velocidad. lo que indica que un solo driver puede controlar los Dos motores al tiempo. como el QEI o Módulo de encoder de cuadratura. además tiene límites de seguridad a 1 Amperio. soporta el uso de números Decimales o de punto flotante. Requieren de cálculos complejos.7v a 1000mAh.3v con la menos cantidad de ruidos. y Caídas.
la lista De opciones se redujo a un solo tipo de encoder: el encoder de Cuadratura y dos fabricantes. Este encoder tieNe una resolución de 400 pulsos por vuelta. Por esta razón se Eligieron los sensores VCNL4010. compensa el error debido a la luz ambiente. Hay diferentes tipos de encoders. GIROSCOPIO I. Dadas las características Dimensionales de los micro mouses y los laberintos. y un diámetro de 7 milímetros. En cuanto a tecnologías. Lo primero debido a que le reduce la carga de Cálculos al microprocesador. Además su pequeño tamaño es muy Conveniente. o 0.SENSORES DE PROXIMIDAD H. se eligió un sensor con Procesamiento de señal embebido y que fuera compatible con El protocolo IIC. ya que permite que la plataforma avance en línea recta y gire en ángulos Específicos. cada una con Rangos de medida diferente. y facilita su ubicación en la plataforma. teniendo en cuenta la limitación de tamaño y la Exigencia de resolución (al menos un pulso por grado). que de manera embebida Realiza la medición de distancia por medición de reflexión Pulsos de luz.9 grados por pulso.Este Giroscopio sensor muy importante en carrera. ENCONDERS J. Sensores Hay de proximidad varias técnicas de medir proximidad. . la más Apropiada es la de reflexión de luz infrarroja. quien lo cataloga en la gama de “Ultra Miniatura Size Encoder” o encoders ultra pequeños. Encoders Los encoders permiten controlar el movimiento de los Motores y el avance de la plataforma. y lo segundo a que este protocolo Es el más recomendado para el uso de sensores. y los trasmite por Comunicación IIC. El seleccionado fue el encoder 7S fabricado por NEMICON. filtra los resultados para reducir el ruido.
puertos De conexión. en el conocimiento Propio. también se ha ido centralizando el diseño conceptual de las mismas. en el cual se Consideran todos los elementos electrónicos necesarios. 8. así Como los puntos de conexión para todos los demás elementos Que intervienen y que no hacen parte de la tarjeta de control. La Parte mecánica se ciñe a los espacios que se hayan dispuesto en La etapa anterior. Diseño esquemático. Fig. en el que es de suma Importancia la distribución de elementos.V. y en la expectativa de funcionamiento. Posteriormente se desarrolla el PCB. DISEÑO CONCEPTUAL A medida que han ido avanzando las versiones del concurso Micromouse. alimentación. VI. y se ido perfeccionando las plataformas. Basados en los anteriores participantes. y cualquier otro elemento que se Vaya a usar . y la previsión de los Espacios que se usarán para los elementos mecánicos. el diseño Conceptual utilizado para el desarrollo de esta plataforma se Describe a continuación. DISEÑO ELECTRÓNICO En primera medida está el diseño esquemático.
11. 10.SISTEMA DE ATRACCION A. Sistema En de Tracción el desarrollo del sistema de tracción. DISEÑO MECÁNICO Dentro de la búsqueda por optimizar el espacio se Consideraron más de un diseño y diferentes distribuciones de Los componentes mecánicos.VII. y que al mismo tiempo acopla todo El sistema a la tarjeta de control. y a su vez Como soporte de la llanta. pero lograr Ajustar los espacios. Mientras el motor trasmite potencia mediante engranajes a un Lado de la llanta. es la de acoplar directamente las llantas al eje de los encoders. por medio de una pieza Plástica que lo sujeta a la distancia exacta dada por la distancia Entre centros de engranajes. A. de manera que La medición de posición de la llanta sea directa. los engranajes. La configuración que finalmente se aceptó e implemento en Este desarrollo. Fig. en el que está Involucrado el encoder que retroalimenta el mecanismo se optó Por solucionar primero el acople entre la llanta y el encoder. Una distribución recurrente entre los modelos vistos. La solución fue Usar el eje del encoder como soporte del engrane. las relaciones entre dientes Y que se ajuste a los elementos disponibles en el mercado es Realmente complicado y requiere de probar de manera iterada Diferentes opciones hasta encontrar el ajuste más adecuado. . Ensamble Llanta-Engrane-Encoder. Sistema de tracción ensamblado. se puede observar en la Figura 11. El concepto es muy sencillo. Fig. Posteriormente se acopló el motor. Por lo que se desarrolló en varias etapas que luego se ensamblaron para al modelo final de la Plataforma. Mediante uno de los engranajes seleccionados.
El control de giro Toma la medida del giroscopio que al inicio del recorrido es 0° De giro y el movimiento coordinado de los motores para ubicar Angularmente el micromouse en el espacio 2D. SOFTWARE Y ALGORITMOS El software del micromouse se puede dividir en 2 niveles: el control de movimiento y el algoritmo de resolución del Laberinto. Detección el micromouse de obstáculos avanza. D) ALGORITMO DE RESOLUCION .VIII. Con la información obtenida de los sensores en cada instante se calculan los anchos de pulso Correspondientes a las señales de control de los motores y se configuran dichos anchos de pulso en el módulo PWM del Microcontrolador. B) DETECCION DE OBSTACULOS Conforme B. control El Movimiento de movimiento es el encargado de mover el Micromouse de una posición a otra avanzando en línea recta o Girando sobre su propio eje mientras garantiza una orientación Y una distancia respecto a las paredes del laberinto. control El Control de de Giro giro yconsiste avance en el control de la cantidad Angular que es deseada para el siguiente avance del Micromouse. luego combina esta Información con la de los sensores infrarrojos para notificar al Algoritmo de resolución del laberinto sobre el cambio de celda. A) MOVIMIENTO A. Número y posición de los muros que rodean la celda en la que Se encuentra. debido a que el giro se realiza luego de terminar Un avance y antes de proceder al siguiente. el giroscopio y los Encoders de los motores. El primer nivel se encarga del control de posición Mientras el segundo se preocupa por decidir a qué celda debe ir El micromouse. C) CONTROLDE GIRO Y AVANCE C. Este Controlador se mantiene activo todo el tiempo y es Retroalimentado por los sensores infrarrojo. Estos niveles interactúan entre sí enviándose Información sobre el laberinto y sobre la posición que se quiere Alcanzar. el control de movimiento Sabe cuanta distancia y ángulo le falta para llegar a la posición Que se le indicó y aprovecha esta información para saber si está en una celda del laberinto o en otra.
y que no esté aislada de ésta por un muro. o si está en la etapa de carrera. Además divide la Etapa de exploración en dos partes. Al Hacer esto también se reduce el tiempo de ejecución. El diseño final se muestra en las siguientes figuras donde ya se encuentran acopladas cada una de las fases que Comprendieron el diseño. llegar a la salida y regresar Al inicio del laberinto. Tras realizar la inundación se presentarán varios caminos. dándole así la oportunidad al algoritmo de selección de Ejecutarse sin que afecte el control del micromouse. La idea es inundar desde la salida del Laberinto o desde la celda donde se encuentra el micromouse de Tal manera que al completar la inundación se puede hallar un Camino simplemente con pasar a la celda vecina que tenga una Distancia menor. el cual calcula las distancias de cada celda a la Fuente de la inundación.D. se mantiene el camino escogido Quitándole carga al microcontrolador y permitiéndole dedicarse Al control de movimiento. con el fin de encontrar otros caminos que podrían Ser más cortos que el que se encontró inicialmente. esto es necesario para el funcionamiento Del algoritmo de búsqueda del camino y para que al regresar al Comienzo intente pasar por celdas que no hayan sido Exploradas. Una vez se termina la etapa de exploración y se ha regresado al Comienzo del laberinto se puede buscar el mejor camino con la Información conocida dejando quieto el micromouse por un Tiempo. Se utilizó el algoritmo Floodfill (inundación) para la exploración. Algoritmo Este nivel deldecontrolador resolución posee una máquina de estados finitos con la que sabe si está en la etapa de exploración del Laberinto. . Durante la etapa exploración no hay suficiente información Para escoger un camino así que se escoge arbitrariamente. Luego. durante la etapa de carrera.
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