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ADESIGN

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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN ROBOT SEGUIDOR DE LÍNEA

CONTROLADO POR EL PIC16F84A

RESUMEN

En este documento se presenta la metodología seguida para el diseño y construcción de un robot móvil seguidor de una línea negra con fondo blanco.

Se utilizaron dos motores de corriente directa. El móvil tiene sensores infrarrojos CNY70 montados en la parte delantera. El robot es controlado mediante el PIC16F84A, la programación se realizó en lenguaje c utilizando el software MPLAB IDE v8.91 y el programa se grabó en el microcontrolador usando el software IC-Prog 1.05D y un programador PIC-500.

Se realizó un circuito electrónico propio. El cual se imprimió en placa, la que contiene la parte sensorial (sensores CNY70 y un acondicionador de señal LM358) y tambien contiene el control y la potencia (PIC16F84A y driver LM293B).

El funcionamiento general del robot es adecuado, sin embargo, se puede optimizar su funcionamiento cambiando algunos aspectos de su programación o utilizando materiales más ligeros en su estructura para reducir efectos inerciales.

1. INTRODUCCIÓN

Hoy en día la Robótica Móvil se ha convertido en un tema de gran interés, con grandes adelantos debido a una gran cantidad de proyectos que se han desarrollado en todo el mundo. Como resultado de esto, se han logrado conseguir robots móviles con amplia interacción con el medio, lo cual ha abierto una inmensa gama de aplicaciones como la toma muestras, análisis del medio, detección de gases, fugas, envío de señales de audio y video y viceversa, etc., todo ello de forma remota para evitar el riesgo humano.

Nuestro país no es la excepción, existen ya algunas Universidades que desarrollan proyectos e incluso concursos relacionados con diferentes modalidades de robots móviles. En la CAP de Ingeniería Mecatrónica los autores están interesados en el desarrollo de sistemas móviles con fines de investigación y docencia para promover entre la Comunidad Universitaria el desarrollo de eventos competitivos. De esta manera se pretende generar conocimiento en este campo a mediano plazo, para producir tecnologías dirigidas al mejoramiento del desempeño de la

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conducción autónoma de vehículos, con la finalidad de utilizarlos para automatización de procesos o en ambientes peligrosos o de difícil acceso.

En este trabajo se presenta el diseño y construcción de un robot seguidor de línea negra, que es una de las aplicaciones más didácticas de los robots móviles. El documento presenta la metodología seguida para el desarrollo del proyecto, la cual consiste a grandes rasgos en el diseño de la estructura física del robot, el análisis cinemático y dinámico de la misma, el diseño del circuito electrónico y su implementación en placa impresa, la programación del control y grabado en un PIC16F84A, el ensamble de todos los componentes y la puesta en marcha del robot.

MARCO TEORICO:

L293D

El integrado L293D incluye 4 circuitos par manejar cargas de potencia media, en especial pequeños motores y cargas inductivas, con la capacidad de controlar corriente hasta 600mA en cada circuito y una tensión entre 4.5v a 36v.

Los circuitos individuales se pueden usar de manera independiente para controlar cargas de todo tipo y en el caso de ser motores, manejar un único sentido de giro .Cualquiera de estos 4 circuitos sirve para configurar la mitad del puente H.

El integrado permite formar 2 puentes H complejos, con los que se puede realizar el manejo de dos motores. El manejo será bidireccional con frenado rápido y con posibilidad de implementar fácilmente control de velocidad.

Alimentación, patillas 4, 5, 8, 12,13 y 16. Patillas 4,5,12 y 13 Todas ellas conectadas a masa (GND), poco que explicar. Patilla 8 Entrada de alimentación de motores (Vm). Patilla 16 Entrada de alimentación del propio L293D (Ve).

Puente H nº1, patillas 1,2,3,6 y 7. Patilla 1 (EN1) [enable1], si recibe un 1 lógico (5V aprox) habilita las salidas out1 y out2, caso contrario ambas patillas quedarían bloqueadas. Patillas 2 y 3 (in1 y out1), si in1 recibe un 1 lógico, la patilla out1 se comportará como suministradora de alimentación de motores (Vm) y en caso de recibir un 0 lógico se comportará como masa (GND).

Patillas 6 y 7 (in2 y out2), comportamiento idéntico a in1 y out1.

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Puente nº2, patillas 9, 10, 11,14 y 15.

¿Que es JP1 y para qué sirve?... bien, JP1 es un puente o jumper, al cerrarlo con un conector específicamente fabricado para ello ambas puntas hacen contacto por lo que en nuestro circuito todas las pistas de alimentación están unidas lo que significa que tanto los motores como el propio L293D funcionan con la misma alimentación. En caso de quitar

dicho conector las puntas dejan de hacer contacto por lo que ahora tenemos la posibilidad de alimentar motores con una tensión diferente de la que alimenta el L293D.

MOTOR DC

A la hora de elegir un motor para aplicaciones de microbótica, debemos tener en cuenta que existen varios factores como son la velocidad, el par, el frenado, la inercia y el modo de control.

Si lo que queremos es utilizar un motor de corriente continua, existen varias posibilidades en el mercado.

CNY70

El Sensor Óptico reflexivo con salida a Transistor

DESCRIPCIÓN:

El CNY70 es un sensor óptico reflexivo que tiene una construcción compacta dónde el emisor de luz y el receptor se colocan en la misma dirección para detectar la presencia de un objeto utilizando la reflexión del infrarrojo sobre el objeto. La longitud de onda de trabajo es 950nm. El detector consiste en un fototransistor.

Como ya hemos visto el CNY70 tiene cuatro pines de conexión que se corresponden con el emisor, colector del transistor y al ánodo y cátodo del diodo emisor, en la figura de las vistas donde se indica “Área Marcada”, se muestra la

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inscripción con letras blancas del fabricante. Se pueden utilizar cualquiera de los siguientes montajes para su utilización que permiten obtener a la salida un nivel alto o un nivel bajo respectivamente cuando están activados por la reflexión del haz infrarrojo.

APLICACIONES:

Escáner optoelectrónico y detector de movimiento de objetos es decir, sensor de índice, lectura de discos codificados etc., (codificador optoelectrónico montado como sensor de cambio de marcha).

PIC16F84

El PIC16F84 es un microcontrolador a 8 bits de la familia PIC perteneciente

a la Gama Media (según la clasificación dada a los microcontroladores por la

misma empresa fabricante) Microchip.

ESTRUCTURA

Se trata de uno de los

microcontroladores más populares del

mercado actual, ideal para

principiantes, debido a su arquitectura

de 8 bits, 18 pines, y un conjunto de

instrucciones RISC muy amigable para

memorizar y fácil de entender,

internamente consta de:

Memoria Flash de programa (1K x 14 bits).

Memoria EEPROM de datos (64 x 8 bits).

Memoria RAM (68 registros x 8 bits).

Un temporizador/contador (timer de 8 bits).

Un divisor de frecuencia.

Varios puertos de entrada-salida (13 pines en dos puertos, 5 pines el

puerto A y 8 pines el puerto B).

OTRAS CARACTERÍSTICAS SON:

Manejo de interrupciones (de 4 fuentes).

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Perro guardián (watchdog).

Bajo consumo.

Frecuencia de reloj externa máxima 10MHz. (Hasta 20MHz en nuevas

versiones). La frecuencia de reloj interna es un cuarto de la externa, lo

que significa que con un reloj de 20Mhz, el reloj interno sería de 5Mhz y

así pues se ejecutan 5 Millones de Instrucciones por Segundo (5 MIPS)

No posee conversores analógicos-digital ni digital-analógicos.

Pipe-line de 2 etapas, 1 para búsqueda de instrucción y otra para la

ejecución de la instrucción (los saltos ocupan un ciclo más).

Repertorio de instrucciones reducido (RISC), con tan solo 30

instrucciones distintas.

4 tipos distintos de instrucciones, orientadas a byte, orientadas a bit,

operación entre registros, de salto.

USOS

En los últimos años se ha popularizado el uso de este microcontrolador

debido a su bajo costo y tamaño. Se ha usado en numerosas aplicaciones,

que van desde los automóviles a decodificadores de televisión. Es muy

popular su uso por los aficionados a la robótica y electrónica.

Puede ser programado tanto en lenguaje ensamblador como en Basic y

principalmente en C, para el que existen numerosos compiladores. Cuando

se utilizan los compiladores Basic, es posible desarrollar útiles aplicaciones

en tiempo récord, especialmente dirigidas al campo doméstico y

educacional.

JUSTIFICACION.

Lograr familiarizarse con la materia y los temas vistos en clase con las

demás técnicas aprendidas para así lograr comprender y saber utilizar

físicamente circuitos, compuertas, resistencias, protoboard etc.

Una de sus aplicaciones más importantes, es para la transportación de

materias en empresas maquiladoras, industria de manufactura. Lo que

hacen es que ponen un robot para que lleve cosas de un lugar a otro,

siguiendo una línea. La línea comúnmente es representada por un cable

energizado, y el robot lo que hace es detectar el campo electromagnético

emitido por la corriente que circula en el cable, y así va siguiendo el cable (o

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la línea). Cuando deja de detectar un campo electromagnético, el robot se

detiene.

En nuestro proyecto (Seguidor de línea) queremos resaltar y dar a conocer

lo que hemos planteado hacia el futuro, de ahí la importancia de realizar

nuestro proyecto es de tener una idea bien clara de lo que deseamos

alcanzar con un gran parámetro de ítems que nos hemos trazado y que son

muy fundamentales para el desarrollo del mismo. También partimos de una

idea muy importante que nos hemos proyectado al realizar este proyecto

que es el pensamiento de desarrollar un calendario dentro del cual se va

encontrar actividades programada con anticipación con el fin de llevar una

labor bien organizada, para lograr una mejor visión profesional y que nos

sirva como base para desarrollar idea dentro de nuestro ámbito laboral.

2. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA FÍSICA

En la actualidad existe una gran cantidad de proyectos de desarrollo de

robots seguidores de línea, sin embargo, la mayoría de la literatura

encontrada presenta el modo de conducción diferencial, es decir, se utilizan

dos motores independientes que hacen la función de tracción y dirección al

mismo tiempo [1,2,3,4,5].

4. DISEÑO DEL CIRCUITO ELECTRÓNICO

En la figura 3

se presenta el

diseño propio

del circuito

electrónico,

que incluye la

etapa sensorial

mediante la

instalación de

dos sensores

CNY70, la

etapa de

control

mediante el microcontrolador PIC16F84A y la etapa de potencia mediante

los dos motores de corriente directa. La construcción del circuito impreso

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fue basada en el circuito electrónico de la figura 3. Sin embargo, se optó por

dividir en dos partes el circuito impreso, con la finalidad de reducir el

espacio ocupado por el mismo. La primera parte del circuito posee la

instalación de los dos sensores CNY70, el circuito integrado LM358 y dos

diodos LEDs indicadores de señal; este circuito constituye la etapa sensorial.

En la figura 4 se presenta este circuito impreso.

PROGRAMA DEL MICROCONTROLADOR

Para realizar el control del

robot móvil se utilizó el

microcontrolador PIC16F84A,

la programación se realizó en

lenguaje ensamblador

utilizando el software MPLAB

IDE v7.60 y el programa se

grabó en el microcontrolador

usando el software IC-Prog

1.05D y un programador PIC-

500. En la figura 7 se observa

una parte del programa

implementado para el control

del robot movil.

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