1Universidad Nacional Experimental de la Fuerza Armada.
Archundia, Barrientos, Medina. P.R.S.LN.A.
(PROYECTO ROBOT SEGUIDOR DE LINEA NEGRA ACKERMAN Archundia,
Hugo., Barrientos, Tony, y Medina, Edward.{login1,login2,
}@xxx.yy.zz
Universidad Nacional Experimental de la Fuerza ArmadaResumenEste
proyecto consisti en realizar un robot seguidor de lnea negra tipo
mvil en configuracin ackerman mediante el microcontrolador arduino
(es una plataforma de hardware libre); sensores infrarrojos auto
rflex, acoplamiento de un motor DC con caja reductora para darle
movilidad y otro motor DC para darle el direccionamiento al robot.
El microcontrolador fue programado en lenguaje C mediante el
compilador de arduino. Un robot seguidor de lnea est conformado por
tres partes fundamentales: los ojos, cerebro, y los pies. 1 Los
ojos: observar la lnea, que se hara obteniendo el contraste negro
que produce la lnea con respecto al entorno blanco, utilizando una
serie de sensores infrarrojos.
2 El cerebro, este va a decidir qu camino tomar segn los datos
que le suministren los ojos, en este apartado se utiliza un arduino
para decidir el rumbo: derecha, izquierda, adelante y las
estrategias de correccin para no perder la lnea.
3 Los pies: est diseado bajo el modelo robot ackerman el cual
consiste en que la traccin o movimiento se la va dar el motor
trasero, y al direccin se la va otorgar el motor delantero.
I. INTRODUCCIN
El siguiente paper tiene como objetivo primordial informar
acerca de realizacin del proyecto robot seguidor de lnea negra,
primero se empez por la parte mecnica del robot, para ello se
recurri o se eligi el diseo tipo robot ackerman. Luego se arm la
circuitera para los sensores infrarrojos, como no se pudo conseguir
los CNY70, se utiliz un emisor led infrarrojo y un receptor
fotodiodo de 5mm, al circuito se le implemento una circuitera con
un transistor 2N3904 (NPN). Luego sensor detecta la presencia de
color negro con la circuitera, ya antes mencionada con el
transistor, donde el sensor cuando Sensa (color de la pista en
blanco) se mantiene apagado un led indicador, y cuando no sensa
(color de la pista en negro) el led indicador se mantiene
encendido. Despus la seal se va a una compuerta
inversora-disparador Smith Trigger que se le acoplo ya que el
circuito que detecta la presencia o no del color negro en su salida
arroja Cero voltios cuando no sensa es decir detecta el color negro
o 3.8 Voltios cuando sensa detecta la presencia del color blanco y
como el microcontrolador detecta 0 o 1 lgico(esto implica que el
cero es cero voltios y el 1 lgico son 5 voltios ) cuando hace la
lectura de un sensor, luego el microcontrolador decide si el robot
va hacia la izquierda, hacia el centro o hacia la derecha
dependiendo de la trayectoria de la lnea negra. Despus las seales
que salen del microcontrolador van al integrado L293B que es el
driver de los motores, es decir dependiendo de la seal digital que
envi el arduino al motor trasero mediante el integrado L293B va a
funcionar o no el motor trasero, y el motor delantero va a girar en
un sentido otro. Los robots son:
dispositivos capaces de moverse de modo flexible, anlogo al que
poseen los organismos vivos, con o sin funciones intelectuales, lo
que permite la realizacin de operaciones en respuesta a rdenes
Recibidas por humanos.[1]Un robot es un dispositivo con un
determinado Grado de movilidad, que puede realizar un conjunto de
tareas en forma independiente y que
Se adapta al mundo en el que opera.[2]Un robot es un dispositivo
o equipo capaz de moverse de modo flexible parecido o semejante al
que poseen los organismos, con o sin funciones intelectuales, lo
que permite la realizacin de operaciones o actividades en respuesta
a rdenes recibidas por humanos. La robtica es una ciencia
multidisciplinaria que ha contribuido a los xitos conseguidos hoy
en da por la humanidad, esta ciencia engloba electrnica, mecnica,
mecnica e informtica. II. Explicacin del diseo mecnico del Robot
modelo Ackerman y requisitos de los motores Se utiliz un carro de
juguete a control remoto al cual se le desacoplaron o se le
quitaron las placas electrnicas que controlaban al carro mediante
control remoto, y solamente se dej la estructura con los motores
tanto delantero como trasero con sus respectivas cajas reductoras y
cables de conexin de los motores. La caja reductora del motor
trasero es ms grande que la caja reductora del motor delantero. La
funcin de la caja reductora es evitar un arranque brusco del motor
es decir sea se produzca un arranque suave del motor y adems
reducir la velocidad en forma eficiente y segura. El motor trasero
se va encargar del desplazamiento o traccin del carro, el motor
delantero se va encargar de darle la direccin al carro para que
doble o gire hacia la izquierda o derecha el robot. Para que el
motor trasero tenga una cierta velocidad de arranque se necesita
que se le suministre una corriente de 1 Amp y se estabiliza en 500
mAmper. Para que el motor delantero tenga una cierta velocidad de
arranque se necesita que se le suministre una corriente de 600 mAmp
y se estabiliza en 400 mAmp.III. explicacin del circuito de los
sensores infrarrojos EL transistor est en modo de conmutacin, en el
momento que a la base llega corriente esta conmuta y hace unin
entre el colector y la base haciendo que el LED INDICADOR encienda
y se obtenga un voltaje en la seal de salida (3,8V). Esto implica
que cuando sensor infrarrojo detecta el color blanco (sensa) se
mantiene apagado el led y la seal de salida es de 0V, cuando el
sensor infrarrojo detecta el negro (no sensa), se mantiene
encendido el led y se obtiene un voltaje en la salida de 3,8V. Es
importante aclarar que cuando se detecta el color blanco el haz de
luz infrarroja rebota sobre la superficie de color blanco y manda
la seal hacia el receptor infrarrojo entonces se dice que el sensor
sensa, en cambio cuando detecta el color negro, el haz de luz
infrarrojo lo absorbe la lnea negra y no rebota en el receptor
infrarrojo se dice el sensor no sensa. Se utiliz como transistor el
3904 ya que este transistor es NPN y tiene o est compuesto por una
base, un emisor y un colector: Base: Se encuentra precedida por una
resistencia de 1K a 1/2W recomendada por el fabricante para que
llegue la corriente adecuada a la base y esta pueda ser
excitada.
Emisor: Se conecta a 0V
Colector: Se encuentra precedido por un LED INDICADOR con su
respectiva resistencia y est conectada a 5V.
Figura 1IV. ACONDICIONAMIENTO DE SEALComo el microcontrolador
arduino tiene ms pines digitales que analgicos y como se pretende
utilizar los pines digitales del arduino para acondicionar la seal
a digital se le acoplo a cada sensor una compuerta not Schmitt
Trigger. Los sensores infrarrojos no proporcionan seales digitales
puras y es necesario conformar dicha seal antes de aplicarla al
microcontrolador arduino. Una forma sencilla de conformar una seal
en digital es mediante puertas Trigger Schmitt. Como es ms fcil de
conseguir en el mercado el integrado 40106 se utiliz dicho
integrado. Este dispositivo contiene 6 inversores Trigger Schmitt
encapsulados segn se indica en la figura 2.
V. lgica para hacer la lectura de los sensores y crear el
programa en arduinoLgica para la programacin del
microcontrolador
Cuadro 1
Sensor Lnea Negra MotorDireccin
Izquierda Centro Derecho Trasero
MTDelantero
MDCarro
111
Apagado Apagado Reversa
110SRIR Curva izquierda
011SRSRCurva
Derecha
101SRApagado Adelante
El presente cuadro 1 no es una tabla de la verdad, pero indica
las combinaciones en que se van activar los motores en un sentido u
otro o si se mantienen apagados los motores, en esta tabla el 1
significa que no censa la lnea negra y el 0 significa que censa la
lnea negra. Caso 1: Esto implica que cuando los tres sensores
(Izquierda, centro, derecha) no detectan la presencia de lnea
negra, el motor trasero del carro que se encarga de la traccin van
girar en sentido inverso a las manecillas del reloj y el motor de
direccin va estar apagado. Caso 2: Cuando el sensor de la derecha
detecta un 0, y el del centro detecta un 1, y el de la izquierda
detecta un 1, el motor trasero que se encarga de la traccin va
girar en sentido a las manecillas del reloj, y el motor delantero
que se encarga de la direccin va girar en sentido a las manecillas
del reloj para que gire o doble hacia la derecha. Caso 3: cuando el
sensor de la derecha detecta un 1 y el del centro detecta un 1 y el
de la izquierda detecta un 0, el motor trasero va girar en sentido
a las manecillas del reloj y el motor delantero que se encarga de
la direccin va girar en sentido inverso a las manecillas del reloj
para que gire o doble hacia la izquierda. Caso 4: cuando el sensor
de la derecha detecta un 1, y el del centro detecta un cero y el de
la izquierda detecta un 1, el motor trasero va girar en sentido a
las manecillas del reloj y el motor delantero que encarga de la
direccin se va mantener apagado.#define PinEIzq 3 // Entrada
izquierda #define PinECen 4//Entrada del centro #define PinEDer 5
//Entrada Derecha #define PinSMTSR 6//Salida del motor trasero
SR#define PinSMDIR 7// Salida del motor delantero IR #define
PinSMDSR 8// salida del motor de delantero SRvoid setup()
{
pinMode(PinEIzq,INPUT);
pinMode(PinECen,INPUT);
pinMode(PinEDer,INPUT);
pinMode(PinSMTSR,OUTPUT);
pinMode(PinSMDIR,OUTPUT);
pinMode(PinSMDSR,OUTPUT);
}
void loop()
{
while(true)
{// Condiciones
if((digitalRead(PinEIzq)==HIGH)&&(digitalRead(PinECen)==HIGH)&&(digitalRead(PinEDer)==HIGH))
{
digitalWrite(PinSMTSR,LOW);
digitalWrite(PinSMDIR,LOW);
digitalWrite(PinSMDSR,LOW);
delayMicroseconds(100);
}
if((digitalRead(PinEIzq)==HIGH)&&(digitalRead(PinECen)==HIGH)&&(digitalRead(PinEDer)==LOW))
{
digitalWrite(PinSMTSR,HIGH);
digitalWrite(PinSMDIR,HIGH);
digitalWrite(PinSMDSR,LOW);
delayMicroseconds(100);
}
if((digitalRead(PinEIzq)==LOW)&&(digitalRead(PinECen)==HIGH)&&(digitalRead(PinEDer)==HIGH))
{
digitalWrite(PinSMTSR,HIGH);
digitalWrite(PinSMDIR,LOW);
digitalWrite(PinSMDSR,HIGH);
delayMicroseconds(100);
}
if((digitalRead(PinEIzq)==HIGH)&&(digitalRead(PinECen)==LOW)&&(digitalRead(PinEDer)==HIGH))
{
digitalWrite(PinSMTSR,HIGH);
digitalWrite(PinSMDIR,LOW);
digitalWrite(PinSMDSR,LOW);
delayMicroseconds(100);
}
}
}VI. EXPLICACION DE COMO VAN LAS CONEXIONES DEL ARDUINO AL
DIRIVER DE MOTOR L293B
Figura 3 La figura 3 representa el driver o controlador de
motores l293b que internamente tiene un puente h que controla tanto
al motor trasero como delantero del carro seguidor de lnea. Las
salidas del arduino pin 7 y 8 que corresponde al motor delantero
van conectadas al pin del integrado L293B 2 y 7 que representa las
entradas a cuales se inserta una seal de excitacin para que
funcione el motor delantero en un sentido(sentido a las manecilla
del reloj) u otro sentido(sentido inverso a las manecillas del
reloj) . En el integrado L293B a las salidas del motor hay que
colocar unos diodos ya que sirve de proteccin y evitan que se
destruya el puente cuando se est realizando la conmutacin de los
transistores que tiene internamente este puente H. El L293B es un
driver de 4 canales capaz de proporcionar una corriente de salida
de hasta 1A por canal. Cada canal es controlado por seales de
entrada compatibles TTL y cada pareja de canales dispone de una
seal de habilitacin que desconecta las salidas de los mismos.
Dispone de una patilla para la alimentacin de las cargas que se
estn Controlando, de forma que dicha alimentacin es independiente
de la lgica de control.Se tiene que el pin el pin 8 Vs=V supply o V
de la alimentacin de la carga, y el pin 16 s Vss= Logic Supply
Voltage que representa la lgica Tensin de alimentacin. Si se
conecta solamente Vss el motor tiene un arranque lento, a cambio si
se conecta el pin 16 y el pin 8 a positivo el motor tiene un
arranque mucho ms rpido. El pin 6 del arduino programado salida se
conecta al pin 15 del L293B para que se excite y permita el
arranque del motor en un solo sentido. Estas ltimas imgenes
representan el carro seguidor de lnea que se realiz con casi todas
las etapas que se acoplaron para que funcionara la etapa que le
otorgaba inteligencia al robot seguidor de lnea no fue
fotografiada, que es el acoplamiento del arduino.
