diseño de un vehículo de navegación autónoma

8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma

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1. CARATULA

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUDAMERICANO

SEXTO ELECTRÓNICA

TEMA

“DISEÑO DE UN VEHÍCULO DE NAVEGACIÓN AUTÓNOMA”

AUTORES

Argotty Jaramillo Sergio Fernando

Herrera Azanza Andrés Joselito

Torres Jiménez Carlos Mauricio

DIRECTORES DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

Ing. César Cristian Carrión Aguirre.

Ing. Nixon a!id "illa!icencio Sarango

Loja, ! "# E$#%o "#& '1(


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. TEMA

“DISEÑO DE UN VEHÍCULO DE NAVEGACIÓN AUTÓNOMA”


3/51

). INTRODUCCIÓN

#a electrónica $retende ser una %erramienta e&icaz en la sociedad 'ue cada d(a re'uiere de

m)s tecnolog(a $ara su e!olución en la industria* cuyas necesidades son a+astecidas $or muc%asa$licaciones desarrolladas con conce$tos electrónicos* $rocesos de control* automatización y

ro+ótica* siendo esto lo 'ue $ermite generar sistemas de control inteligentes. Con el desarrollo

del sistema $ro$uesto se $retende demostrar la im$ortancia de la a$licación de sensores*

actuadores y comunicación inal)m+rica* as( como los +ene&icios 'ue éstos a$ortan a las

di&erentes artes y disci$linas de la electrónica.

,l desarrollo del $resente $royecto tiene como &inalidad $rinci$al* la o+tención de

conocimientos acerca de la im$lementación* desarrollo y control inal)m+rico del $rototi$o

e!asor de o+st)culos* como ayuda $rioritaria dentro del desarrollo de los conocimientos* ya 'ue

la ro+ótica encierra muc%os temas y di&erentes cam$os de a$licaciones* entre ellos la tecnolog(a

industrial.

-or otra $arte* +rinda la o$ortunidad $ara la a$licación de conocimientos ad'uiridos* no sólo a

lo largo de la carrera de ,lectrónica* tam+ién de a'uellos a$ortados $or nuestros educadores* y

as( este $roducto $ueda ser una alternati!a !ia+le $ara la gestión de $royectos a gran escala. -ara

el desarrollo e im$lementación de este ti$o de ro+ot se %izo necesaria la realización del diseo e

im$lementación de un modelo did)ctico 'ue $ermita a los estudiantes $racticar y ex$erimentar

con los conocimientos ad'uiridos en las aulas del ITSS.


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*. ÍNDICE DE CONTENIDOS

1. CARATULA++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++1

. TEMA+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

). INTRODUCCIÓN+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++)

*. ÍNDICE DE CONTENIDOS+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++*

. ÍNDICE DE -IGURAS+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

(. ÍNDICE DE TALAS+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++/

/. ANTECEDENTES+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++0

0. PROLEMTICA+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++!

!. 2USTI-ICACIÓN+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++11

1'. O2ETIVOS+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++1)

1'.1. O2ETIVO GENERAL++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++1)

1'.. O2ETIVOS ESPECÍ-ICOS+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++1*

11. MARCO TEÓRICO+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++1*

11.1. ROÓTICA++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 1*//././. #eyes de la ro+ótica0000000000000000000000000000000000000000000000/1

11.. CLASI-ICACIÓN DE LOS ROOTS++++++++++++++++++++++++++++++++++1

//.2./. Seg3n su cronolog(a40000000000000000000000000000000000000000000000/5

//.2.2. Seg3n su estructura00000000000000000000000000000000000000000000000/6

//.2.7. A$licaciones de la ro+ótica000000000000000000000000000000000000000002/

11.). Mo3o%#4 E&563%76o4.++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

//.7./. Funcionamiento4000000000000000000000000000000000000000000000000022

//.7.2. Caracter(stica.00000000000000000000000000000000000000000000000000022

11.*. P8#$3# H.++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++)

//.8./. Caracter(sticas.0000000000000000000000000000000000000000000000000027

11.. Mo"8&o &8#3oo39 96:'++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++*


5/51

11.(. A%"87$o.+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ *

11./. S#$4o% U&3%a4;$76o.++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

11.0. A


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. ÍNDICE DE -IGURAS

Figura /.:o+ots mani$uladores...................................................................................................../5

Figura 2. :o+ots de a$rendiza?es.................................................................................................../>

Figura 7. :o+ots sensorizados......................................................................................................./>

Figura 8. :o+ots inteligentes........................................................................................................./6

Figura 1. :o+ots $oli@articulados................................................................................................../

Figura 5. :o+ots mó!iles.............................................................................................................../

Figura >. :o+ot androide...............................................................................................................2B

Figura 6. :o+ot zoomór&ico...........................................................................................................2B

Figura . :o+ots %(+ridos..............................................................................................................2/

Figura /B. Motor dc.......................................................................................................................22Figura //.-uente H........................................................................................................................27

Figura /2. Modulo ;luetoot% HC@B5.............................................................................................28

Figura /7. Arduino uno..................................................................................................................28

Figura /8. Sensor ultrasónico........................................................................................................21

Figura /1. ;lo'ues de e!entos.......................................................................................................2>

Figura /5. ;lo'ues de ex$resiones y &unciones.............................................................................2>

Figura />. ;lo'ues de &unciones de texto......................................................................................26

Figura /6. ;lo'ues de &unciones de n3meros................................................................................26

Figura /. ;lo'ues de control........................................................................................................2

Figura 2B. iagrama de +lo'ues comunicación Inal)m+rica........................................................7/

Figura 2/. iagrama de +lo'ues del $rototi$o..............................................................................72

Figura 22. Conexión del sensor ultrasónico a la -laca Arduino =no............................................78

Figura 27. -rue+as en -roto+oard de los sensores HC@S:B8........................................................71

Figura 28. Materiales.....................................................................................................................71

Figura 21. =+icación de motores...................................................................................................75

Figura 25. Conexión de los com$onentes......................................................................................75

Figura 2>. =+icación de los sensores ultrasónicos........................................................................75

Figura 26. Control Inal)m+rico.....................................................................................................7>

Figura 2. iagrama de +lo'ues del $rototi$o ,!asor..................................................................76


7/51

Figura 7B. Simulación del $uente H..............................................................................................7

Figura 7/. Simulación en -C;......................................................................................................7

Figura 72. "ista en 7 del circuito................................................................................................8B

Figura 77. "ista en 7 conexiones del circuito.............................................................................8B

Figura 78. A$licación Android terminado.....................................................................................8/

Figura 71. -rogramación de la a$licación.....................................................................................8/

Figura 75. A$licación lista $ara usarse..........................................................................................82

Figura 7>. -lanc%ado del circuto...................................................................................................8

Figura 76. -er&oración de la $laca.................................................................................................8

Figura 7. Soldado de los com$onentes........................................................................................1B


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(. ÍNDICE DE TALAS

Ta+la /. Caracter(sticas de Arduino00000000000000000000000000000000000000000000000028

Ta+la 2. i&erentes ti$os de sensores0000000000000000000000000000000000000000000000077

Ta+la 2. :es$onsa+les0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000082

Ta+la 7. -artici$antes0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000082

Ta+la 8. Cronograma de e?ecución del $royecto.0000000000000000000000000000000000000088

Ta+la 1. -resu$uesto del $royecto000000000000000000000000000000000000000000000000081


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/. ANTECEDENTES

=n sistema de na!egación autónomo consiste en un !e%(culo auto@$iloteado 'ue no re'uiere

un o$erador $ara na!egar y lle!ar a ca+o sus tareas. ,l o+?eti!o de un !e%(culo autónomo es

tener autocontrol y una %eur(stica de toma de decisiones instalado dentro de ella* lo 'ue $ermite

'ue se mue!a de &orma autom)tica en el entorno corres$ondiente* as( como $ara lle!ar a ca+o las

tareas re'ueridas. :am(rezDCortés J.M.* 2B//E

Algunas de las )reas en las 'ue los !e%(culos autónomos se %an utilizado con éxito son

ex$loradores es$aciales* la siem+ra de arroz y !e%(culos agr(colas* la conducción autónoma $ara

las zonas ur+anas la seguridad y !igilancia* tam+ién la ex$loración de cual'uier lugar en el 'ue

la !ida %umana $uede estar en riesgo* como una mina con gases tóxicos o durante un desastre

causado $or una $lanta nuclear. Hay toda una !ariedad de !e%(culos autónomos $resentes* con

una extensa clasi&icación y categor(as de$endiendo de sus distinti!os.

,n ,cuador el desarrollo de la ro+ótica se %a +asado en el diseo y la im$lementación de

ro+ots en &unción del medio* es decir de ti$o terrestres como !e%(culos seguidores de l(neas de

colores* con detección de o+st)culos* detección de colores* ro+ots articulados* mani$uladores

industriales* tam+ién de ti$o aéreo* acu)tico e %(+rido y en &unción del control del mo!imiento

como son los ro+ots autómatas. #os di&erentes diseos e im$lementaciones 'ue %an !enido

desarroll)ndose* son usados %oy en d(a $ara realizar tareas donde el ser %umano no $uede

inter!enir.

Algunas de las caracter(sticas descritas en la literatura son4 ni!el de autonom(a* los métodos

de ad'uisición de datos* métodos de localizaciones* las tareas de acierto* las técnicas de

des$lazamiento* los métodos de control* y as( sucesi!amente. ,n este $royecto se 'uiere resaltar

y dar a conocer el tema $ro$uesto* de a%( la im$ortancia de tener una idea +ien clara de lo 'ue se

desea alcanzar y lograr.


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0. PROLEMTICA

,l estudio* $r)ctica y desarrollo de $royectos de ro+ótica con ca$acidad de e!adir o+st)culos

en la actualidad no se %a realizado en el ITSS* ya 'ue ning3n $royecto del la+oratorio de

,lectrónica tiene la destreza de mo!ilizarse li+remente sin c%ocar. ,n la actualidad* los ro+ots

comerciales e industriales son a+undantemente utilizados* y realizan tareas de &orma ca+al* se los

utiliza en tra+a?os demasiado sucios* $eligrosos o tediosos $ara los %umanos. #os ro+ots son muy

utilizados en $lantas de manu&actura* monta?e y em+ala?e* en trans$orte* en ex$loraciones en la

Tierra y en el es$acio* cirug(a* armamento* in!estigación en la+oratorios y en la reducción en

masa de +ienes industriales o de consumo.

,n la in!estigación realizada en el #a+oratorio de ,lectrónica* %ay $rototi$os mó!iles como

carritos seguidores de l(nea* un carrito controlado mediante una a$licación ;luetoot%* carro

ex$lorador con inter&az de #a+"I,* %ex)$odos* 'ue no tienen la ca$acidad de mo!erse

li+remente sin c%ocar* estos $rototi$os solo $ueden mo!ilizarse mediante un sistema de control*

lo cual es una limitante en el mo!imiento de estos ro+ots.

Se encuentran !arios &actores reales 'ue in&luyen en el desarrollo de este $rototi$o y en el

crecimiento de esta rama de la electrónica a ni!el de la institución educati!a* 'ue $or &alta de

interés* $roducción y conocimiento de esta rama de la tecnolog(a se %ace la ad'uisición de estos

$rototi$os 'ue resultan en algunos casos costososG otra causa es el $oco interés de los estudiantesdel ITSS ante la &alta de $royectos similares 'ue sir!an como $rototi$os +ase a ser me?orados

utilizando nue!os dis$ositi!os y accesorios 'ue se comercializan en el mercado.


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#os ro+ots mó!iles %an $asado de ser sim$les $rototi$os a con!ertirse en %erramientas de

entretenimiento y tra+a?o* se $ueden usar a modo ex$lorador con c)maras &otogr)&icas* como

método de entretenimiento gracias a los controles autom)ticos del $rototi$o inter&az de ?uegoE* y

$ara realizar tareas di&(ciles o im$osi+les de realizar $or los %umanos* etc. Hay di&erentes causas

$or las 'ue los ro+ots mó!iles se %an con!ertido en $iezas cla!e $ara di&erentes usos* con un

&uerte crecimiento de los usuarios* los ro+ots mó!iles re$resentan un atracti!o dis$ositi!o $ara

ex$loración* son muc%os los usuarios 'ue %acen uso de este ti$o de $rototi$os mó!ilesG adem)s

los $rototi$os mó!iles &uncionan muy +ien en terrenos di&icultosos y $eligrosos $ara la

ex$loración %umana.

,n este $royecto se desarrollar) un ro+ot 'ue tenga la ca$acidad de e!adir o+st)culos* y se

es$era 'ue este $royecto sea did)ctico $ara 'ue tanto el alumnado como docentes tengan acceso

a este ti$o de a$licación de la ro+ótica. Adem)s el $rototi$o $odr) ser controlado desde un

telé&ono $ro!isto de una a$licación Android $re!iamente $rogramada en +ase a las caracter(sticas

de &uncionamiento del ro+ot.


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!. 2USTI-ICACIÓN

,n los 3ltimos meses dentro de la escuela de ,lectrónica del ITSS se %a im$ulsado el

desarrollo de ro+ots $ara distintas a$licaciones* gracias a las so+resalientes $artici$acioneslogradas en distintos e!entos realizados a ni!el local y nacional* lo cual re$resenta una

moti!ación $ara seguir in!estigando nue!as tecnolog(as y dis$ositi!os 'ue $ermitan la

im$lementación de $rototi$os con caracter(sticas de rendimiento y desem$eo interesantes. #a

existencia de la tecnolog(a satis&ace necesidades y o$timiza recursos* como la mano de o+ra en

tra+a?os 'ue sencillamente no se los $uede realizar con o+reros* sino con im$lementos mec)nicos

e inteligentes en +ase a tecnolog(a.

#a &inalidad es sintetizar las !irtudes de la tecnolog(a en un $rototi$o* $or esta razón se

im$lementa el sistema autom)tico de e!adir o+st)culos y el de control de un !e%(culo de

na!egación autónoma * as( satis&acer algunas de las necesidades* y en un &uturo se $ueda tra+a?ar

en un $royecto a gran escala* &a!oreciendo su desem$eo e in!olucrando la ro+ótica como un

medio indis$ensa+le en el me?oramiento de $rototi$os de esta naturaleza* 'ue los nue!os y

actuales estudiantes $uedan $racticar o crear nue!os $royectos +asados en la monogra&(a y ayuda

'ue ésta in!estigación $ueda o&recer.

Al $royecto de in!estigación se le aco$laran dis$ositi!os como4 motores* ruedas* Arduino*

modulo ;luetoot% y tam+ién se utiliza una a$licación Android en un dis$ositi!o mó!il* el cual !a

a $ro$orcionar el control del $rototi$o desde una distancia de %asta /2m* $ara la comunicación se

em$lea un módulo ;luetoot% 'ue estar) en el $rototi$o con?unto con un Arduino $ara $rocesar

los di&erentes datos en!iados desde el dis$ositi!o mó!il.


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,l desarrollo del $resente $royecto tiene como &inalidad $rinci$al* la o+tención de

conocimientos acerca de la im$lementación y desarrollo del $rototi$o e!asor de o+st)culos*

como ayuda $rioritaria dentro del desarrollo de los conocimientos* ya 'ue la ro+ótica encierra

muc%os temas y di&erentes cam$os de a$licaciones* entre ellos la tecnolog(a industrial.

Se $ro$orciona una %erramienta $ara +rindar comodidad y ra$idez en el control remoto*

$restando un ser!icio a &a!or del me?oramiento de calidad* y !inculados con los a!ances

tecnológicos con un costo moderado. #os estudiantes y docentes del ITSS tendr)n la li+ertad de

realizar un estudio m)s extenso del $rototi$o* en&ocado en la tecnolog(a de la ro+ótica.

#a $resente in!estigación es muy rele!ante $ara nuestros estudios académicos* $or ende esta

in!estigación es un re'uisito &undamental $ara o+tener las notas corres$ondientes a las materias

de #i+re 9$ción II* Micro$rocesadores* Sistemas igitales II de la carrera de ,lectrónica del

ITSS* lo 'ue conlle!a a una am$lia in!estigación y un +uen a$rendiza?e so+re las nue!as

tecnolog(as 'ue !an e!olucionando d(a a d(a.


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1'. O2ETIVOS

1'.1. O2ETIVO GENERAL

isear e Im$lementar un !e%(culo e!asor de o+st)culos* con ca$acidad

de control inal)m+rico desde un dis$ositi!o mó!il con $lata&orma

Android* em$leando una inter&az gr)&ica diseada en A$$ In!entor.

1'.. O2ETIVOS ESPECÍ-ICOS

esarrollar un sistema de control mediante Arduino 'ue $ermita reci+ir

las seales de los sensores ultrasónicos* $ara mediante el algoritmo

im$lementado es'ui!ar los o+st)culos en la trayectoria.

esarrollar una a$licación en A$$ In!entor $ara la $lata&orma Android*

'ue $ermita en!iar datos seriales en &orma inal)m+rica %acia el

$rototi$o* $ara 'ue as( este $uede ser tele@o$erado.

Aadir un módulo ;luetoot% a la $laca Arduino =no* $ara reci+ir

in&ormación inal)m+rica desde un dis$ositi!o mó!il.

Im$lementar un algoritmo $ara realizar la comunicación ;luetoot%

entre el $rototi$o y el dis$ositi!o mó!il* $ara as( controlarlo

inal)m+ricamente.

otar al $rototi$o de la ca$acidad de mo!erse %acia adelante* iz'uierda*

derec%a y %acia atr)s* o+teniendo un total de cuatro e?es de control.


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11. MARCO TEÓRICO

11.1.ROÓTICA

Con&orme %a transcurrido la %istoria* el %om+re se %a sentido atra(do $or m)'uinas y

dis$ositi!os com$etentes de co$iar la mo!ilidad y los o&icios de los seres !i!os. #a ro+ótica es

uno de los cam$os m)s im$ortantes de la tecnolog(a 'ue se consagra al diseo* edi&icación y

mani$ulación de los ro+ots* en otras $ala+ras m)'uinas 'ue imitan $rinci$almente la din)mica de

un ser %umano.

#a ex$resión ro+ótica &ue acuada $or Isaac Asimo!* concretando a la ciencia 'ue estudia los

ro+ots* de a'u( creó las tres leyes de la ro+ótica 'ue &ueron introducidas en sus no!elas de

ciencia &icción a &inales de la década de los cuarenta. "élez Soledis$a* 2B/8E

11.1.1. L#?#4 "# &a %o@;376a

-rimera #ey4 =n ro+ot no $uede %acer dao a un ser %umano o*$or inacción* $ermitir 'ue

un ser %umano su&ra dao.

Segunda #ey4 =n ro+ot de+e o+edecer las órdenes dadas $or los seres %umanos* exce$to

cuando éstas entren en con&licto con la -rimera #ey.

Tercera #ey4 =n ro+ot de+e $roteger su $ro$ia integridad* siem$re y cuando esto no

im$ida el cum$limiento de la -rimera #ey y Segunda #ey.

"élez Soledis$a* 2B/8E

,sta $untuación de las leyes de la ro+ótica es la &orma con!encional en la 'ue los seres

%umanos de las %istorias de &icción las mani&iestanG su &orma real ser(a la de una sucesión de

órdenes seme?antes y muc%o m)s com$le?as en el cere+ro del ro+ot. "élez Soledis$a* 2B/8E


16/51

Hay 'ue re&lexionar 'ue este legado de leyes 'ue asumieron su origen en las %istorias de

&icción* %an sido a$ro+ados $or la comunidad cient(&ica con!irtiéndose as( en las 7 leyes de la

ro+ótica* mediante la cual se an%ela noti&icar 'ue los ro+ots en un &uturo $or su $ro$io instintito

no !ayan a lastimar a ning3n ser %umano. "élez Soledis$a* 2B/8E

11.. CLASI-ICACIÓN DE LOS ROOTS

#os ro+ots se $ueden clasi&icar seg3n su cronolog(a y su estructura.

11..1. S#B$ 48 6%o$o&oa

11..1.1. P%7#%a G#$#%a67;$

Ma$7


17/51

11..1.. S#8$"a G#$#%a67;$

Ro@o34 "# A


18/51

,n la Figura 7 se muestra como son estos autómatas.

Figura 7. Robots sensorizadosFuente4 "élez Soledis$a* 2B/8E

11..1.*. C8a%3a G#$#%a67;$

Ro@o34 I$3#&7#$3#4

Muc%o m)s so&isticados* estos en!(an la in&ormación ca$tada al controlador y la analizan

mediante estrategias com$le?as de control. Se adecuan y a$renden de su entorno utilizando

conocimiento di&uso* redes neuronales y otros métodos de an)lisis y o+tención de datos.

,n la Figura 8 se muestra como son estos autómatas.

Figura 4. :o+ots inteligentes

Fuente4 "élez Soledis$a* 2B/8E


19/51

11... S#B$ 48 #43%8638%a

11...1. Po&7:a%3768&a"o4

Armados $ara mo!er sus elementos terminales en un determinado es$acio de tra+a?o seg3n

uno o m)s sistemas de coordenadas y con un n3mero limitado de grados de li+ertad.

,n la Figura 1 se muestra como son estos autómatas

Figura 5. :o+ots $oli@articulados

Fuente4"élez Soledis$a* 2B/8E

11.... M;=7

Son ro+ots con gran ca$acidad de des$lazamiento* +asada en carros o $lata&ormas y dotado de

un sistema locomotor de ti$o rodante.


Figura 6. Robots móviles

Fuente4 "élez Soledis$a* 2B/8E


20/51

11...). A$"%o7"#4

Son ro+ots 'ue intentan re$roducir total o $arcialmente la &orma y el com$ortamiento

cinem)tico del ser %umano. Actualmente los androides son toda!(a dis$ositi!os muy $oco

e!olucionados y sin utilidad $r)ctica* y destinados* &undamentalmente* al estudio y

ex$erimentación.

,n la Figura > se muestra como son estos autómatas

Figura 7. :o+ot androide


11...*. oo;%76o4

Son caracterizados $rinci$almente $or sus sistemas de locomoción 'ue imitan a los di!ersosseres !i!os.


Figura 8. :o+ot zoomór&ico



21/51

11.... H@%7"o4

Corres$onden a a'uellos de di&(cil clasi&icación cuya estructura se sit3a en com+inación con

alguna de las anteriores ya ex$uestas* +ien sea $or con?unción o $or yuxta$osición.

,n la Figura se muestra como son estos autómatas

Figura 9. :o+ots %(+ridos


11..). A


22/51

11.).Mo3o%#4 E&563%76o4.

Figura 10. Motor dc

Fuente4


23/51

=n arte&acto de corriente continua se di!ide en dos $artes* el rotor y el estator. ,l estator

+rinda so$orte al motor* tiene un ori&icio en la $arte central %a+itualmente de &orma cil(ndrica. ,n

el estator se localizan los $olos 'ue $ueden ser de imanes $ermanentes o de!anados con %ilo de

co+re so+re un n3cleo* al 'ue llega corriente eléctrica $or medio de dos esco+illas


24/51

11..Mo"8&o &8#3oo39 96:'

Figura 12. Modulo ;luetoot% HC@B5

Fuente4 :u+en* 2B/8E

,l módulo de ;luetoot% HC@B5 o&rece me?ores caracter(sticas* ya 'ue es un módulo

Maestro@,scla!o* 'uiere decir 'ue a m)s de reci+ir enlaces desde una C9M-=TA9:A o

Ta+let* tam+ién es ca$az de crear conexiones %acia otros módulos ;luetoot%. ,sto nos $ermite

$or e?em$lo* conectar dos módulos de ;luetoot% y constituir una conexión $unto a $unto $ara

trans&erir datos entre dos microcontroladores o terminales. :u+en* 2B/8E

11.(.A%"87$o.

Figura 1. Arduino uno

Fuente4N* 2BBE

Arduino es una $lata&orma de %ardLare li+re* +asada en una $laca con un microcontrolador*

creada $ara $ro$orcionar el uso de la electrónica en $royectos m3lti$les. Arduino tiene un

microcontrolador de la marca Atmel y con toda la circuiter(a de so$orte. Arduino =N9 es la

3ltima !ersión de la $laca con un microcontrolador Atmega en &ormato I-. :u+en* 2B/8E


25/51

!abla 1. "ara#ter$sti#as de %rduino

11./.S#$4o% U&3%a4;$76o.

Figura 14. Sensor ultrasónico

Fuente4 Sanc%ez Torres* 2B/8E

,l sensor ultrasónico tra+a?a +a?o un $rinci$io de emitir sonidos a altas &recuencias sonidos

'ue no $ueden ser reci+idos $or el o(do %umanoE. Cuando esas ondas c%ocan con un o+?eto

re+otan y !ia?an de !uelta al sensor* de este modo el sensor $uede calcular la distancia a la 'ue se

localiza el o+?eto. Sanc%ez Torres* 2B/8E

e+ido a sus caracter(sticas* $odemos encontrar sensores de ultrasonidos en a$licaciones

como4

• Medición de ni!el D en tan'ues 'ue contienen di&erentes $roductos en &orma l('uida@.

• Control de colisiones en sistemas de a$arcamiento.

• Control de $osición en cam$os como ro+ótica* industria del $l)stico* etc.

• Control de llenado de tan'ues.

Sanc%ez Torres* 2B/8E

Microcontrolador Atmega 726-@-=

"olta?e de o$eración 1!

"olta?e de entrada recomendadoE >! D /2!

"olta?e de entrada limiteE 5! D 2B!

-ines $ara entrada D salida digital /8 5 $ueden utilizarse como salida de -ME-ines de entrada analógica 5

Corriente continua $or $in I9 8B mA

Corriente continua en el $in 7.7! 1B mA

Memoria Flas% 72 ; B.1 ; ocu$ados $or el +ootloaderE

S:AM 2 ;

,,-:9M 2 ;

Frecuencia de relo? /5 MHz

-uerto de entrada =S;


26/51

#as $rinci$ales !enta?as de estos sensores son4

• No necesitan contacto &(sico $ara $oder detectar o+?etos.

• ;uena relación calidad@$recio• ,n com$aración con otras tecnolog(as* los dis$ositi!os +asados en ultrasonidos son

com$actos y li!ianos.

Sanc%ez Torres* 2B/8E

11.0.A


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Funciones de texto4 ,n ocasiones es 3til utilizar &unciones $ara mani$ular cadenas de texto.

,stos +lo'ues son de color marrón y siem$re !an unidos a los $ar)metros 'ue nosotros

indi'uemos Figura />.

Figura 17. ;lo'ues de &unciones de texto

Fuente4 MIT A$$ In!entor 2* 2B/BE

Funciones de n3meros4 ,n la Figura /6 en el caso del tratamiento de n3meros y el uso de

&unciones matem)ticas* son de un color !erde claro y siem$re est)n unidas a los $ar)metros 'ue

indi'uemos.

Figura 18. ;lo'ues de &unciones de n3meros

Fuemte4 MIT A$$ In!entor 2* 2B/BE


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,structuras de control4 ,n la Figura / existen $iezas $ara re&le?ar condiciones de nuestra a$$

y &unciones m)s +)sicas del sistema como $or e?em$lo cerrar la a$licación. Son de color amarillo

y $ueden englo+ar el resto de &unciones.

Figura 19. ;lo'ues de control

Fuente4 MIT A$$ In!entor 2* 2B/BE

,sto son los ti$os de +lo'ues m)s im$ortantes. -ara sa+er m)s so+re este tema aquí est) ladocumentación o&icial.

http://appinventor.mit.edu/explore/understanding-blocks.htmlhttp://appinventor.mit.edu/explore/understanding-blocks.html


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1. METODOLOGÍA

#a in!estigación cient(&ica es la +3s'ueda intencionada de conocimientos o de

soluciones a $ro+lemas de car)cter cient(&icoG el método cient(&ico indica el camino 'ue se %a de

transitar en esa indagación y las técnicas $recisan la manera de recórrelo. ,l $royecto $ro$uesto

es de di&erentes ti$os de in!estigación* documental o cient(&ica* inducti!o y ex$erimental.

Se utiliza el Método Cient(&ico 'ue consiste en la organización racional y +ien calculada

de los recursos dis$oni+les y de los $rocedimientos m)s adecuados $ara alcanzar determinado

o+?eti!o de la manera m)s segura* económica y e&iciente. Cu)l es ese métodoP

Se utiliza el método inducti!o ya 'ue a $artir de las in!estigaciones 'ue se realicen so+re la

im$lementación de un sistema de control DE UN VEHÍCULO DE NAVEGACIÓN

AUTÓNOMA utilizando Arduino* con comunicación* el so&tLare A$$@In!entor* se concluir)

con certeza las me?oras y el a$orte 'ue tendr) en la carrera de tecnolog(a en electrónica $ara el

desarrollo de $royectos similares.

-or 3ltimo se a$lica el método ex$erimental* ya 'ue se mani$ularon datos directos y se

crearon condiciones $rogramadas* como simulación de conocimientos* y $rue+as de los sensores

ultrasónicos. Antes de %a+er $rogramado el Arduino se de&inió un $lan de $rue+as $ara someter y

corregir el $royecto y $oder esta+lecer los mecanismos de control $ara conocer las relaciones

causa@e&ecto del $rototi$o.

#a ro+ótica se $ro$one entre sus o+?eti!os* dar solución o $lantear soluciones a los $ro+lemas

en general* se o$tó como modalidad $ara el tra+a?o de &in de siclo del $resente $royecto* $uesto

'ue como resultado se crear) el $rototi$o mec)nico 'ue $ermita 'ue el !e%iculó $ueda na!egar

de &orma autónoma en su$er&icies esta+les.


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1). PROPUESTA DE ACCIÓN O DESARROLLO

1).1. DESARROLLO DEL PROTOTIPO

-ara el desarrollo de la $lata&orma donde !an a ir u+icados los com$onentes electrónicos*

llantas* motores* rueda loca* módulo ;luetoot%* Arduino* a$licación Android y sensores se $ensó

en el siguiente diseo FigQ.E* donde se o+ser!a la dis$osición de los sensores en la $arte &rontal

y laterales* los motores y las llantas en la $arte trasera.

,n la Figura 2B se $resenta un diagrama de +lo'ues del e'ui$o de los com$onentes

electrónicos im$lementados* $ara la comunicación inal)m+rica desde el telé&ono mó!il al

$rototi$o* el diseo de un !e%(culo de na!egación autónoma* cada +lo'ue corres$onde a un

módulo* 'ue no es m)s 'ue un con?unto de elementos con una &uncionalidad en $articular.

Figura 20. iagrama de +lo'ues comunicación inal)m+rica

,n la Figura 2/ se $resenta un diagrama resumido en +lo'ues del e'ui$o del e'ui$o

electrónico im$lementado* $ara el diseo de un !e%(culo de na!egación autónoma* cada +lo'ue

corres$onde a un módulo* 'ue no es m)s 'ue un con?unto de elementos con una &uncionalidad en

$articular.


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Figura 21. iagrama de +lo'ues del $rototi$o

Fuente4 Se+antian* 2B/8E

#a $arte $rinci$al del $rototi$o como se !e en la &igura /E* es la $laca del Arduino =no 'ue

est) en la eta$a de control. A la eta$a de entrada corres$onden todos los sensores ultrasónicos

HC@S:B8 'ue %acen $osi+le la ins$ección de los o+st)culos &rente al $rototi$o. #a eta$a de

salida es la &orma de cómo se !a im$lementar los distintos com$onentes electrónicos 'ue

necesita el $rototi$o $ara realizar su $rinci$al &unción la cual es ser* un !e%(culo de na!egación

autónoma.

1).. ETAPA DE ENTRADA

,n esta eta$a %a+lamos so+re todos los sensores 'ue nos $ermiten conocer la in&ormación de

donde se encuentran los o+st)culos* la elección del detector de $resencia de !e%(culos a usar*

de$ende de la &acilidad de instalación* la e&iciencia en la detección* el entorno en el cual !a a ser instalado* el ti$o de o+st)culo* y el costo del detector en la siguiente ta+la $odemos o+ser!ar una

!ariedad de sensores.


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!abla 2. i&erentes ti$os de sensores

SENSOR CARACTERISTICA

Sensor de =ltrasonido

#os detectores de ultrasonido emiten ondas

de sonido $er$endicularmente so+re lacarretera. #os sensores de ultrasonido

tienen una &recuencia mayor 'ue la

m)xima audi+le $or el o(do %umano* son

detectores muy sensi+les a la tem$eratura y

al !iento* $ero a su &a!or tienen 'ue son

muy &)ciles de instalar.

Tu+o $iezoeléctrico

Se +asa en el %ec%o de 'ue al reci+ir una

$resión un material $iezoeléctrico como el

cuarzo o el titanio de +arioE* y de&ormarse

&(sicamente* genera una seal eléctrica. Seinstalan en la !(a de circulación.

Sensor in&rarro?o

,l sistema detector consta de un emisor y

un rece$tor in&rarro?o* colocados a ciertas

distancia entre s(* de manera tal 'ue la

inter$osición de alg3n cuer$o en el

trayecto entre am+os elementos $roduzca

la desa$arición de la seal reci+ida*

acti!)ndose la corres$ondiente seal de

detección.

#azos de inducción

Cuando un !e%(culo $asa a tra!és del

cam$o* act3a como conductor* cam+iando

la inductancia del lazo. =n lazo de

inducción* es un lazo de alam+re 'ue

conduce.

,l sensor ultrasónico es un módulo 'ue incor$ora un $ar de transductores de ultrasonido 'ue

se utiliza de manera con?unta $ara determinar la distancia del sensor con un o+?eto colocado

&rente de este.


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li+rer(a $ara sensores ultrasónicos. ,ntonces $or las $restaciones ya ex$uesta se llegó a la

conclusión de utilizar el sensor ultrasónico HC@S:B8 descrito en el marco conce$tual* con sus

$restaciones es un dis$ositi!o ó$timo $ara el $royecto.

P%8#@a4 "# 8$67o$a7#$3o "#& S#$4o% HC:SR'*

-ara un me?or entendimiento de las ca$acidades 'ue tiene la $laca Arduino =no $or sensores

de ultrasonidos 'ue $resenta este $royecto* es necesaria la com$rensión de la &orma de tra+a?ar

de los sensores de ultrasonido. O en $articular el modelo utilizado* los HC@S:B8.

,l módulo HC@S:B8 emite un ultrasonido con una &recuencia de 8B Hz en el instante B* $osteriormente es re&le?ada $or alg3n o+?eto* y el sensor reci+e la onda 'ue es con!ertida en

im$ulsos eléctricos. ,ste $eriodo de tiem$o es llamado #(#le period . O el &a+ricante indica 'ue

esta emisión es aconse?a+le 'ue se $roduzca en inter!alos menores de 1B ms.

A continuación en la Figura 22 se muestra el es'uema de conexión del sensor ultrasónico a la

-laca Arduino =no.

Figura 22. Conexión del sensor ultrasónico a la -laca Arduino =no



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,n la Figura 27 !emos las $rue+as en -roto+oard de los sensores HC@S:B8 se %a colocado /

sensor ultrasónico de distancia como se muestra en la &igura* so+re la $laca de Arduino =no $ara

&acilitar la realización de $rue+as.

Figura 2. -rue+as en -roto+oard de los sensores HC@S:B8

1.1. ETAPA DE SALIDA

-ara el desarrollo de la $lata&orma donde !an a ir u+icados los com$onentes electrónicos*

llantas* motores* rueda loca* módulo ;luetoot%* Arduino y sensores se $ensó en el siguiente

diseo a continuación donde se o+ser!a la dis$osición de los sensores en la $arte &rontal y

laterales* los motores y las llantas en la $arte trasera.

,n la Figura 28 se muestran los di&erentes com$onentes 'ue se utilizaran $ara el $rototi$o

mó!il.


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Figura 24. Materiales

,n la Figura 21 se $rocede a u+icar los motores de una &orma im$ortante $ara 'ue este no

in&luya en una $arte negati!a con la mo!ilización del $rototi$o.

Figura 25. =+icación de motores.

,n la Figura 25 se $rocedió a conectar los di&erentes com$onentes 'ue se utilizaron $ara el

&uncionamiento del $rototi$o.

Figura 26. Conexión de los com$onentes

,n la Figura 2> se u+icaran los sensores ultrasónicos estratégicamente $ara una mayor

$recisión de lo 'ue se 'uieres alcanzar.


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Figura 27. =+icación de los sensores ultrasónicos

1.. DIAGRAMA DE LO>UES

,n la Figura 26 se muestra en iagrama de ;lo'ues de conexión Inal)m+rica al $rototi$o y

su &uncionamiento de lo 'ue se 'uieres %acer manualmente desde el telé&ono mó!il.


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Figura 28. Control Inal)m+rico

,n la Figura 2 se muestra en iagrama de ;lo'ues del &uncionamiento del carrito e!asor de

o+st)culos* de 'ue en caso 'ue no se eli?a la &unción de control manual $or medio inal)m+rico

este &uncione autom)ticamente.


39/51

Figura 29. iagrama de +lo'ues del $rototi$o ,!asor


1.). SIMULACIONES


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Figura 0. Simulación del $uente H

Figura 1. Simulación en -C;


41/51

Figura 2. "ista en 7 del circuito

Figura . "ista en 7 conexiones del circuito


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Figura 4. A$licación Android terminado

Figura 5. -rogramación de la a$licación


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Figura 6. A$licación lista $ara usarse.

1*. RESPONSALES Y PARTICIPANTES

!abla . :es$onsa+les

RESPONSALEESNOMRES MATERIAIng. Cesar Carrión Sistemas igitales II

Ing. Nixon "illa!icencio Micro$rocesadores* #i+re 9$ción II

!abla 4. -artici$antes

PARTICIPANTESNOMRES COMPLETOS CICLO

Argotty Jaramillo Sergio Fernando Sexto

Herrera Azanza Andrés Joselito Sexto

Torres Jiménez Carlos Mauricio Sexto


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1. CRONOGRAMA

Ta+la 1. Cronograma de e?ecución del $royecto.

N J M E R O

TIEMPO

ACTIVIDADES

OCTURE NOVIEMRE DICIEMRE ENERO

S e m a n a /

S e m a n a 2

S e m a n a 7

S e m a n a 8

S e m a n a /

S e m a n a 2

S e m a n a 7

S e m a n a 8

S e m a n a /

S e m a n a 2

S e m a n a 7

S e m a n a 8

S e m a n a /

S e m a n a 2

S e m a n a 7

S e m a n a 8

/2@/B@2B/1 R />@B8@/1B8@//@2B/1 R B5@//@2B/1 //@/2@2B/1 R /7@/2@2B/1 //@B/@2B/5 R 2@B/@2B/1

1 -resentacion del tema del $royecto X X

,ntrega de a!ances X X X

) Justi&icación* Antecedentes X

* 9+?eti!o general y es$esi&icos X X X

Marco Teórico X X X

( Metodolog(a X X X

/Construcción de lineamientos

alternati!os $ara en&rentar el o+?eto de

estudio.

X

0Simulación de los circuitos y

ela+oración de la $laca electrónicaX X X X X

!

,nsam+la?e de los circuitos $ara el

$rototi$o X X X

1' Normas técnicas $resentación del

in&ormeX X X X X X

11 Culminación del -royecto X X

1 -resentación del -royecto X


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1(. PRESUPUESTO

!abla 6. -resu$uesto del $royecto

NOMRE CANTIDAD K:esistencia 2B 2.BBCarrito 7B.BB

;luetoot% / /2.BB

#,s 5 B.B

Ca$acitores 5 2.1BMotores llantas 2 28.BB

Ser!omotor / /6.BB

;ater(as 6 5.BB

Arduino =no / 71.BB;orneras 1 2.BB

Ca+le /B.BB,stao 5.BB

Sensores =ltrasónicos 7 /6.BB

-uente H 2 6.BB;a'uelita / 2.1B

TOTAL 1/(.!'


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1/. CONCLUSIONES


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10. RECOMENDACIONES


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1!. ILIOGRA-ÍA

NC. /B de Marzo de 2BBE. %pp )oviles. 9+tenido de %tt$4RRa$$mo!iles.netR'ue@es@el@a$$@

in!entor@$ara@'ue@sir!eR

N. de Julio de 2BBE. !raba*ando %rduino. 9+tenido de %tt$s4RRLLL.google.com.ecRurlPsatKrct?K'KesrcsKsourceLe+Kcd/K!edBa%=,Lia1a200$UA%"I&1AH

CUA


50/51

,n la Figura 27 se $rocede al $lanc%ado de las $istas del circuito.

Figura 7. -lanc%ado del circuto

,n la Figura 28 se $rocede a $er&orar la $laca.

Figura 8. -er&oración de la $laca

,n la Figura 21 se $rocede a soldar los di&erentes com$onentes del circuito.


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Figura 9. Soldado de los com$onentes

diseño de un vehículo de navegación autónoma

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