tutorial: robot seguidor de linea

Transcripción

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA
ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR DE ALCOY
“TUTORIAL: ROBOT SEGUIDOR DE LINEA”
AUTOR:
José Ríos Úbeda
DIRIGIDO POR:
Jaime Masiá Vañó
Alcoy, 2 de Mayo de 2014
Tutorial: Robot seguidor de línea
Escuela Politécnica Superior Alcoy
CONTENIDO DEL TUTORIAL
1. OBJETIVO DEL TUTORIAL ...............................................................................................3
2. MICROCONTROLADOR ARDUINO ..................................................................................4
3. ELEMENTOS NECESARIOS ..............................................................................................5
3.1 Listado componentes por nombre, cantidad y precio ....................................5
3.2 Listado componentes en imágenes .................................................................6
4. CONTRUCCIÓN Y DISEÑO. ............................................................................................7
4.1 Placa circuito impreso ......................................................................................7
4.2 Montaje sobre PCB ..........................................................................................7
PASO 1:Puentes y resistencias .......................................................7
PASO 2: Pulsadores de tacto ..........................................................9
PASO 3: Indicadores leds................................................................9
PASO 4: Bornes dobles y condensador ........................................10
PASO 5: Tiras de pines..................................................................11
PASO 6: Micromotores corriente continua ..................................11
PASO 7: Sensor óptico ..................................................................12
PASO 8: Rueda loca ......................................................................13
PASO 9: Conector JST ...................................................................13
PASO 10: Arduino motor shield ...................................................14
PASO 11: Arduino Uno Rev3 ........................................................15
PASO 12: Cableado .......................................................................15
PASO 13: Batería ..........................................................................16
5. TEST Y PROGRAMACIÓN ...............................................................................................2
6. ANEXOS ..........................................................................................................................2
6.1 Anexo 1:Fotolito ..............................................................................................7
6.2 Anexo 2: Asignación entradas y salidas ...........................................................7
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1. OBJETIVO DEL TUTORIAL
En este tutorial intentaremos lograr que construyas un robot seguidor de línea
controlado por un microcontrolador Arduino.
VIDEO FUNCIONAMIENTO ROBOT
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2. MICROCONTROLADOR ARDUINO
Para el funcionamiento del robot seguidor de línea se utilizara un microcontrolador
programable arduino, además de un controlador que nos permitirá manejar los dos
motores.
Arduino es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos basada en
software y hardware flexibles y fáciles de usar. Se creó para artistas, diseñadores, aficionados y
cualquiera interesado en crear entornos u objetos interactivos. http://www.arduino.cc/es/
Este es el microcontrolador elegido para el robot, se detalla a continuación:
duino.es
Arduino Uno Rev3 es una placa electrónica basada en el microprocesador Atmega328
(datasheet). Lleva 14 entradas/salidas digitales y 6 de estas pueden utilizarse para
salidas PWM. Además lleva 6 entradas analógicas, un oscilador de 16MHz, una
conexión USB, un conector de alimentación, un header ICSP y un pulsador para el
reset. La placa lleva todo lo necesario para soportar el microprocesador. (Figura 1.1)
w.arduino.es
Arduino Motor Shield se basa en el L298 (datasheet), que es un controlador de puente
completo dual diseñado para manejar cargas inductivas como relés, solenoides, DC y
motores paso a paso. Te permite conducir dos motores de corriente continua con tu
placa Arduino, el control de la velocidad y la dirección de cada uno de forma
independiente. También se puede medir el consumo de corriente de cada motor, entre
otras características. (Figura 1.2)
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3. ELEMENTOS NECESARIOS
Para empezar te mostramos un listado de todos los materiales que necesitas, aparte
de esto te hará falta herramientas básicas como: destornilladores, alicates, soldador,
estaño…y muchas ganas de empezar. (Tabla 3.1)
3.1. LISTADO COMPONENTES POR NOMBRE, CANTIDAD Y PRECIO
Se detallan todos los componentes necesarios para el montaje, puedes acceder al
vínculo de internet del elemento situándote encima del nombre (Ctrl + clic).
ELEMENTO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
NOMBRE
CANTIDAD Referencia
Arduino Uno Rev 3
1
Arduino Motor Shield
1
Micromotor de corriente continua
2
Soporte para micromotor (par)
1
Ruedas pequeñas 32x7mm (par)
1
Rueda loca pequeña 9.52mm
1
Array de sensores reflectantes QTR-8A
1
Batería Rhino 750mAh 7.4v 20C
1
Tira de pines cabecera hembra 40 vías 1
1
fila paso 2.54mm
Tira de pines cabecera macho 40 vías 1 fila
1
paso 2.54mm
Tira de pines cabecera hembra 8 vías
3
Tira de pines cabecera hembra 6 vías
1
Conector JST
1
Pulsadores tacto
3
Bornes dobles para PCB
4
Condensador 100nf (no electrolítico)
1
Resistencia 4k7
2
Resistencia 390
1
Resistencia 330
2
Resistencia 10k
3
Led verde
1
Led rojo
1
Cable telefónico
1
Interruptor
Tabla 3.1 Listado componentes. Fuente: Elaboración propia
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3.2. LISTADO COMPONENTES EN IMÁGENES
Además incorporamos una tabla con imágenes que nos servirá para identificar todos
los elementos necesarios para nuestro robot seguidor de línea.
Nº 3
Nº 4
Nº 5
Nº 6
Nº 7
Nº 8
Nº 9
Nº 10
Nº 11
Nº 12
Nº 13
Nº 14
Nº 15
Nº 17,18,19,20
Nº 16
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Nº 23
Nº 24
Nº 21.22
Tabla 3.2 Listado componentes. Fuente: Elaboración propia
4. CONSTRUCCION Y DISEÑO
4.1 PLACA CIRCUITO IMPRESO
En este caso el chasis del robot es la misma placa PCB, se ha realizado así para
minimizar el peso del robot y hacer que la potencia de los motores se aproveche de la
mejor manera. Adicionalmente es uno de los principales componentes del robot, ya
hemos realizado el diseño y te lo presentamos para que te guíes, por supuesto lo
puedes modificar y darle a tu robot una forma única. Puedes fabricar esta placa
manualmente o mandarla fabricar según sea tu experiencia. (Figura 4.1)
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Figura 4.1 Placa PCB original
Puedes ver el fotolito más adelante, el cual puedes imprimir para crear tu propia placa
por insolación. (Anexo 1)
4.2 MONTAJE SOBRE PCB
Cuando ya tengas la placa lista debes ahora soldar todos los componentes, para ello te
explicaremos paso a paso la mejor manera para hacerlo.
PASO 1: PUENTES Y RESITENCIAS
En primer lugar separamos los 4 trozos de placa que nos servirán como separador del
soporte del micromotor que más adelante explicamos su montaje. (Figuras 4.2 y 4.3)
Figura 4.2 Separadores
Figura 4.3 Separador
Empezaremos soldando los componentes más pequeños, resistencias y puentes tal
como indica la imagen. (Figuras 4.4 y 4.5)
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Puente 3
Puente 1
Puente 2
Puente 4
Figura 4.4 Montaje puentes
Resistencia 390Ω
2 Resistencias 330Ω
Resistencia 4k7Ω
Resistencia 4k7Ω
3 Resistencias 10kΩ
Figura 4.5 Montaje resistencias
PASO 2: PULSADORES DE TACTO
Seguidamente insertaremos los 3 pulsadores en la esquina inferior tal como indican las
imágenes. (Figuras 4.6 y 4.7)
Cada pulsador tendrá una asignación (P1, P2 y P3) se muestra en la tabla de
asignaciones que más adelante proporcionamos. (Anexo 2)
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P2
P3
Figura 4.6 Pulsadores
P1
Figura 4.7 Pulsadores
PASO 3: INDICADORES LEDS
A continuación procederemos a soldar los leds rojo y verde en la misma área de los
pulsadores. (Figura 4.8)
Tener en cuenta la polaridad de los leds, para orientaros mejor saber que la pista más
próxima al borde de la PCB es alimentación positiva (+) y la negativa (-) conecta con las
resistencias de 330Ω. (Figura 4.9)
Cátodo Ánodo +
Figura 4.8 Leds
Figura 4.9 Leds
PASO 4: BORNES DOBLES Y CONDENSADOR
En el siguiente paso insertaremos los bornes dobles, 4 en su totalidad, divididos en dos
partes: 1 borne en la parte inferior de la placa (Figura 4.10) y 3 bornes en la parte
superior (Figura 4.11)
También aprovechamos y soldamos el condensador de 100nf, como no es electrolítico
no tendremos en cuenta su polaridad. (Figura 4.11)
10 | P á g i n a
Condensador
Figura 4.10 Bornes
Figura 4.11 Bornes
Paramos en este punto, y observamos con esta vista aérea de nuestra placa PCB, que
no nos hayamos obviado ningún paso y todos los componentes estén correctamente
en su ubicación. (Figura 4.12)
Figura 4.12 Vista PCB
PASO 5: TIRAS DE PINES
Seguimos con el siguiente paso en el cual insertaremos y soldaremos cuidadosamente
las tiras de pines de cabecera compuestas por 8 pines y 6 pines. (Figuras 4.13 y 4.14)
1 Tira 6 pines
11 | P á g i n a
3 Tiras 8 pines
Figura 4.13 Tira de pines inferior
Figura 4.14 Tira de pines superior
PASO 6: MICROMOTORES CORRIENTE CONTINUA
A continuación recuperamos los separadores para los motores que nos servirán para
separar la distancia correcta la PCB del suelo, para que los componentes inferiores no
tengan contacto alguno con el suelo. (Figuras 4.2 y 4.3)
De tal manera colocamos 2 separadores juntos en la posición del motor, y
atornillaremos el motor tal como indican las imágenes. (Figuras 4.15 y 4.16)
Por ultimo soldaremos la alimentación del micromotor con 2 cables (rojo y negro) en
su correspondiente ubicación en la PCB, e insertaremos las ruedas compatibles en el
eje del motor. (Figura 4.16)
Figura 4.15 Separadores ruedas
Figura 4.16 Micromotor y rueda
Realizaremos la misma operación para la otra rueda.
PASO 7: SENSOR OPTICO
Seguimos dando forma a nuestro robot seguidor de línea, en este paso montaremos el
sensor óptico.
12 | P á g i n a
Para ello primero cambiaremos la disposición de los pines de la tira para obtener
mayor longitud en los pines. (Figura 4.17). Cortaremos la tira para obtener una nueva
tira de 11 pines. (Figura 4.18)
Figura 4.17 Alicates y tira de pines
Figura 4.18 Micromotor y rueda
Soldaremos la tira de pines en el morro del robot, tal que los pines sobresalgan por la
parte inferior de la PCB. (Figura 4.19).
Figura 4.19 Tira de pines soldada
Figura 4.20 Tira de pines cortada
Cortaremos de nuevo otra tira de pines, pero en este caso la tira de pines hembra para
obtener una nueva tira de 11 pines como la anterior. (Figura 4.20)
Soldaremos dicha tira de pines al sensor óptico, la soldadura se realizara por la parte
inferior del sensor por donde se encuentran los fotosensores. (Figura 4.21)
Por último y con las dos partes terminadas, ensamblaremos el sensor óptico con la PCB
del robot, tal que debe quedar centrada en el morro del robot. (Figura 4.22)
13 | P á g i n a
Figura 4.21 Soldando tira a sensor
Figura 4.22 Morro del robot
PASO 8: RUEDA LOCA
Para finalizar el morro del robot seguidor de línea, necesitaremos dotarle de
movimiento libre en el morro, para ello instalaremos una rueda loca.
Su conexión es sencilla, la atornillaremos en los orificios ya preparados para ella.
(Figuras 4.23 y 4.24)
Figura 4.23 Rueda loca
Figura 4.24 Instalación rueda loca
PASO 9: CONECTOR JST
No nos olvidemos de conectar el conector JST en el borne correspondiente, cuidando
la polaridad tal como indicamos. (Figura 4.25)
Figura 4.25 Conexión conector JST
14 | P á g i n a
Con la mayoría de los pasos ya finalizados, aramos de nuevo este punto, y observamos
con esta vista aérea de nuestra placa PCB, que no nos hayamos obviado ningún paso y
todos los componentes estén correctamente en su ubicación. (Figura 4.26)
Figura 4.26 Vista aérea robot seguidor de línea
PASO 10: ARDUINO MOTOR SHIELD
Vamos a instalar el controlador en la parte superior de la PCB, guiarse de la posición
por las imágenes, se puede observar que 2 pines del controlador no estarán
conectados con la PCB es porque no se van a utilizar. (Figuras 4.27 y 4.28)
Figura 4.27 Instalación controlador
Figura 4.28 Instalación controlador
15 | P á g i n a
PASO 11: ARDUINO UNO REV3
Por otra parte la instalación del Arduino Uno se realizara por la parte inferior de la PCB,
de tal modo que la placa controladora y el arduino quedaran conectados entre sí. La
posición del Arduino es la que se muestra en las imágenes. (Figuras 4.29 y 4.30)
Figura 4.29 Instalación Arduino
Figura 4.30 Instalación Arduino
PASO 12: CABLEADO
Se realizara la conexión del borne del controlador con los bornes que conectan a los
micromotores además del borne de alimentación. (Figuras 4.31 y 4.32)
Figura 4.31 Conexionado cables
Figura 4.32 Conexionado cables
La conexión del cableado se realizara de la siguiente manera. (Figura 4.33)
Figura 4.33 Esquema conexionado
16 | P á g i n a
PASO 13: BATERIA
Como último paso conectaremos la batería al conector JST y la esconderemos debajo
del controlador ya que existe un hueco suficiente para ello. (Figuras 4.34 y 4.35)
Figura 4.34 Conexión batería
Figura 4.35 Batería conectada
ASPECTO FINAL ROBOT SEGUIDOR DE LINEA
Figura 4.36 Vista superior
Figura 4.37 Vista inferior
Figura 4.38 Vista lateral 1
Figura 4.39 Vista lateral 2
17 | P á g i n a
5. TEST Y PROGRAMACIÓN
Para iniciar la comunicación con nuestro Arduino Uno, deberemos seguir los pasos que
nos sugieren en la web: http://arduino.cc/en/Guide/Windows#toc1
Ya tenemos nuestro robot seguidor de línea terminado y listo para empezar a trabajar.
Antes de empezar a programar el arduino recomendamos realizar un programa tipo
test que nos ayudará a comprobar que todos los elementos funcionan correctamente
además de sernos útil en posibles averías futuras.
El programa que proponemos está basado en LabView y es el siguiente:
18 | P á g i n a
6. ANEXOS
6.1 FOTOLITO
6.2 ANEXO 2 (ASIGNACIONES ENTRADAS Y SALIDAS)7
ENTRADAS ANALÓGICAS
PIN
A0
A1
A2
A3
A4
A5
PIN
13
12
11
10
9
8
7
6
3
2
0
DESCRIPCION (DER-IZQ)
2º Sensor óptico
3º Sensor óptico
4º Sensor óptico
5º Sensor óptico
6º Sensor óptico
7º Sensor óptico
ENTRADAS / SALIDAS DIGITALES
E/S
Salida
Salida
Salida
Entrada
Salida
Salida
Salida
Salida
Salida
Entrada
Entrada
DESCRIPCION
Dirección motor B
Dirección motor A
Velocidad motor B (PWM)
Pulsador 1
Freno motor A
Freno motor B
Led rojo
Led verde
Velocidad motor A (PWM)
Pulsador 2
Pulsador 3
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