UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA

ELECTRNICA

Microelectronica en RF

4to Avance

Grupo: 6 Profesor

Ing. Vctor Hugo Rivera Chvez

Alumnos:

Arenas Caceres Jeremy Slather 20110831

Saavedra Pari Martin Joe 20103301

SierraKon, Luis Martin 20091289

2015

INDICE 1. INTRODUCCION .................................................................................................. 3

1.1 Antecedentes. .................................................................................................... 3

1.2 Robots mviles. ................................................................................................. 3

2. DESCRIPCION DE PROYECTO ........................................................................ 5

Diagrama de bloques del sistema mvil recolector teleoperado .................................. 5

3. Electrnica del sistema ........................................................................................... 6

3.1.1 PC ............................................................................................................... 6

3.2 Hardware del vehculo. .................................................................................... 6

3.2.1 Mecnica del vehculo. ............................................................................. 6

3.2.2 Electrnica del robot mvil. ....................................................................... 7

4. DISEO DE LAS PCBs ....................................................................................... 14

A) Control del mvil. .......................................................................................... 14

B) Driver de motores. ......................................................................................... 15

ANEXOS ........................................................................................................................ 16

A) Mdulo Xbee Pro ........................................................................................... 16

B) Diagrama de pines de PIC 18 F4550 ............................................................ 17

1. INTRODUCCION 1.1 Antecedentes.

Tradicionalmente las aplicaciones de la robtica estaban ligadas a los sectores

manufactureros ms desarrollados para la produccin masiva, por ejemplo: industria del

automvil, transformaciones metlicas, industria qumica, etc. aunque en la ltima

dcada el peso de la industria manufacturera ha disminuido.

A principios de los aos sesenta se introducen en la industria, de modo significativo, los

robots manipuladores como un elemento ms del proceso productivo. Esta proliferacin,

motivada por la amplia gama de posibilidades que ofreca, suscit el inters de los

investigadores para lograr manipuladores ms rpidos, precisos y fciles de programar.

La consecuencia directa de este avance origin un nuevo paso en la automatizacin

industrial, que flexibiliz la produccin con el nacimiento de la nocin de clula de

fabricacin robotizada.

Los trabajos desarrollados por los robots manipuladores consistan frecuentemente en

tareas repetitivas, como la alimentacin de las distintas mquinas componentes de la

clula de fabricacin robotizada. Ello exiga ubicarlas en el interior de un rea accesible

para el manipulador, caracterizada por la mxima extensin de sus articulaciones, lo cual

podra resultar imposible a medida que la clula sufra progresivas ampliaciones. Una

solucin a este problema se logra al desarrollar un vehculo mvil sobre rieles para

proporcionar un transporte eficaz de los materiales entre las distintas zonas de la cadena

de produccin. De esta forma, aparecen en los aos ochenta los primeros vehculos

guiados automticamente (AGVs). Una mejora con respecto a su concepcin inicial estriba en la sustitucin de los rieles como referencia de guiado en la navegacin por

cables enterrados, reducindose, con ello, los costes de instalacin.

La posibilidad de estructurar el entorno industrial permite la navegacin de vehculos con

una capacidad sensorial y de razonamiento mnimas. De este modo, la tarea se ordena en

una secuencia de acciones en la que a su trmino el vehculo supone que ha alcanzado el

objetivo para el que est programado. Ante cualquier cambio inesperado en el rea de

trabajo que afecte el desarrollo normal de la navegacin, el sistema de navegacin del

vehculo se encontrar imposibilitado para ejecutar acciones alternativas que le permitan

reanudar su labor. Sin embargo, por sus potenciales aplicaciones fuera del mbito

industrial, donde resulta costoso o imposible estructurar el entorno, se les dot, en la

bsqueda de un vehculo de propsito general apto para desenvolverse en cualquier clase

de ambiente, de un mayor grado de inteligencia y percepcin. As en los aos noventa

surgen el robot mvil. Una definicin correcta de robot mvil plantea la capacidad de

movimiento sobre entornos no estructurados, de los que se posee un conocimiento

incierto, mediante la interpretacin de la informacin suministrada a travs de sus

sensores y del estado actual del vehculo.

1.2 Robots mviles.

Robots autnomos y teleoperados.

De acuerdo a su grado de autonoma los robots pueden clasificarse en teleoperados, de

funcionamiento repetitivo y autnomo o inteligentes.

En los robots teleoperados la tarea de percepcin del entorno, planificacin y

manipulacin compleja con realizadas por humanos. Los sistemas evolucionados

suministran al operador realimentacin sensorial del entorno (imgenes, distancias, etc.)

Estos robots son interesantes para trabajos en una localizacin remota (acceso a lugares

contaminados o peligrosos).

Las mayores dificultades radicas en el procesamiento numrico y precisin y, sobre todo,

en el acoplamiento entre el hombre y mquina. En algunas aplicaciones el retraso de

transmisin de informacin juega un papel importante. La investigacin actual se dirige a

hacer recaer en el operador las tareas de toma de decisiones, para ello requiere

informacin sensorial, experiencia y habilidad.

Los robots de funcionamiento repetitivo son los que ms se emplean en la produccin

industrial. Trabajan en tareas invariables, con una limitada percepcin del entorno. Son

precisos y relativamente rpidos, incrementan la productividad ahorrando al hombre

trabajos repetitivos.

Los robots autnomos e inteligentes son los ms evolucionados desde el punto de vista

de procesamiento de informacin. Son mquinas capaces de percibir, modelar el entorno,

planificar y actuar para alcanzar objetivos sin la intervencin de supervisores humanos.

Puede trabajar en entornos dinmico, realizando acciones de contingencia variadas en

dicho entorno.

2. DESCRIPCION DE PROYECTO

Este proyecto es diseado con el objetivo de recoger objetos y almacenarlos mediante un

telemando; lo caracterstico es recolectar objetos pequeos y sensibles. Para ello es necesario

de una estructura que no emita ninguna compresin sobre el objeto.

A continuacin se muestra el diagrama de bloques del sistema.

Diagrama de bloques del sistema mvil recolector teleoperado

El sistema consta de dos partes: un telemando y el robot mvil, ambas partes constan de un

microcontrolador PIC.

Mando.

El control del vehculo se har por medio de un computador. Este posee un mdulo RF, este

ltimo para la transmisin de los datos de control. Con este se transmitir los datos de control

del movimiento del mvil y el sistema de recoleccin.

Robot mvil.

En este tenemos un microcontrolador PIC, circuitos de potencia para el control de motores

(drivers), motores (PAP, DC), modulo RF, fuente de alimentacin, batera.

Vehiculo

3. Electrnica del sistema

3.1.1 PC El control se hara por medio de una interface grfica en Guide de MatLab. Para esto es

necesario un mdulo Xbee y un conversor RS232

a) Mdulo Xbee

En este circuito se muestra la alimentacin del mdulo de 3.3 V y a la entrada de

datos del mdulo un divisor de tensin, esto debido a que la tensin de salida del

PIC es de 5 V y del mdulo es de 3.3V.

3.2 Hardware del vehculo.

3.2.1 Mecnica del vehculo. Nuestro sistema usa dos ruedas locas (omnidireccionales) y dos ruedas de traccin

convencionales, todo esto para el desplazamiento del mvil. Por cada rueda de traccin

hay un motor DC con su caja de reduccin para aumentar la fuerza de los motores.

Para coger el objeto se usa dos brazos (pala) que cogen a una caja contenedora. El giro

de los brazos se da mediante un servomotor. Sobre los brazos se ubica dos engranes y

una faja para la rotacin de la caja contenedora, con esto se logra hacer el objeto por

cada libre.

La caja contenedora usa un pequeo motor DC, con algunos engranes, para abrir y

cerrar la compuerta.

Para desplazar el objeto hacia la caja se dispone de un desplazador capaz de mover el

objeto deseado hacia la caja contenedora. Este utiliza un motor PAP con su caja de

engranes.

3.2.2 Electrnica del robot mvil. El robot mvil consta de distintos partes. A continuacin se muestra el circuito de cada

una.

a) Fuente de alimentacin.

El transmisor es semejante a la conformacin del receptor, este usa una fuente de

alimentacin que tiene dos tensiones de salida: 5 Voltios y 3.3 Voltios. Pero,

esta fuente regula la tensin de una batera de 9 Voltios.

Salida de 5Voltios

Salida de 3.3 Voltios

Anlisis matemtico del

regulador de 3.3 V

De acuerdo al datasheet del LM317:

(

)

de acuerdo al datasheet esta alrededor de los 100 A. Entonces, en funcion a nuestro circuito (figura de simulacion) y aproximando a cero a , tenemos:

(

)

RV3 es la resistencia a la cual se regula el potencimetro Por tanto, para que la salida sea 3.3 Voltios ( ).

(

)

b) Circuito de control.

Simulacin.

c) Driver de motores.

Anlisis matemtico

El circuito es un puente H, el cual proporciona la corriente que necesitan los motores

(DC y paso a paso) adems de dar el sentido de giro de los mismos, por lo que se

analizara la corriente que genera el circuito al motor (representado por la resistencia

R7).

Para que el motor giro en un determinado sentido con la suficiente corriente, se tiene

que activar el PIN1 o el PIN2 (pines provenientes del PIC), pero no ambos a la vez. La

simetra del circuito permite analizar solo un lado PIN1 dado que se obtendr lo mismo

del otro pero con la corriente del motor en sentido contrario.

Consideracin

Solo un lado puede ser activado PIN1 o PIN2, debido a que al estar activados Q1, Q2,

Q3 y Q4 la corriente pasara directamente por los transistores pero sin pasar por el

motor.

La ganancia de todos los transistores es mayor de 200

En este caso para el anlisis activaremos el PIN1, en este caso el voltaje es del PIC

(5V=Vdd) y alimentacin del driver 12V=V., por lo que al no activar el PIN2 no existe

corriente de base y no se activan los transistores Q2, Q3 y Q5, y el circuito queda de la

siguiente manera.

Para la recta de carga tenemos

Ahora tomamos la rama de Q3

Reemplazando valore para la recta de carga tenemos

En la rama del PIN1

Con para un 2N2222, obtenemos el punto en el que trabaja el transistor

En transistor Q6 trabaja en la aproximadamente en la mitad de la recta de carga

La corriente de colector del transistor Q4 es la que circula por el motor y es

Pero la corriente es muy elevada por lo que el transistor esta es saturacin, por ende la

corriente mxima es la que se tiene en la recta de carga

Esta es la misma corriente que circula por el motor, se concluye que los transistores

estn en saturacin. La resistencia R5 ayuda a limitar la corriente en el motor, se tienen

dos valores de 47 y 22 ohm, debido a que los motores con los que se trabajan con

limitada corriente.

Para R5=47ohm

Para R5=22ohm

Simulacin Comprobaremos los valores de corriente y voltaje en el motor

Tenemos valores 4.07V y 2.38V en simulacin, similares a los obtenidos en el anlisis

de 4.236V y 2.436V, al ser este el voltaje en los terminales del motor la corriente

tambin se mantendr.

d) Mdulo Xbee En la siguiente imagen se muestra la alimentacin y conexin del Mdulo.

e) Sensor

Su uso es para determinar el fin de carrera. Su aplicacin est en la caja

contenedora, el movimiento de la compuerta mediante el motor DC es limitado

por este sensor.

Circuito.

Simulacin.

Para el fin de carrera se utiliza los leds IR que a medida que se acercan se tiene

un voltaje en el receptor, el led emisor se mueve con la puerta esto significa que

los leds deben estar alineados, de esta forma se tendr un voltaje en el receptor,

el cual se medira con el PIC y de ser el adecuado este indicara que la puerta esta

abierta o cerrada, facilitando el fin de carrera.

4. DISEO DE LAS PCBs

A) Control del mvil.

B) Driver de motores.

ANEXOS A) Mdulo Xbee Pro

XBee Pro 60mW U.FL Connection - Series 1 (802.15.4)

Caractersticas.

3.3V @ 215mA

250kbps Max data rate

60mW output (+18dBm)

1 mile (1500m) range

Fully FCC certified

6 10-bit ADC input pins

8 digital IO pins

128-bit encryption

Local or over-air configuration

AT or API command set

External Antenna Required

B) Diagrama de pines de PIC 18 F4550