Micro Sumo 3f415a
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ROBOT MICROSUMO
Contenido INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 2 OBJETIVOS .................................................................................................. 2 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................... 2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................................ 2
DEMOSTRACIÓN DE COMPONENTES .............................................................. 2 Arduino baby orangután: ......................................................................................... 2 SENSOR QRT-1: ...................................................................................................... 3 MOTORES 30:1: ....................................................................................................... 4 SENSOR SHARP: ..................................................................................................... 4 BATERIA: ................................................................................................................ 5 LLANTA DE ALTA ADERENCIA: ................................................................................ 5
EXPLICACIÓN DE COMPONENTES .................................................................. 6 MEDICIONES Y CALCULOS ............................................................................. 6 ESQUEMA GENERAL DE CONEXIONES .............................................................7 ESQUEMA DE CONTROL .................................................................................7 ESQUEMA DE CONTRUCCIÓN DEL CHASIS ..................................................... 12 ESQUEMA DE ENSAMBLADO ........................................................................ 12 PROGRAMACIÓN ......................................................................................... 13 RESULTADOS .............................................................................................. 16 ANEXOS ..................................................................................................... 17 CONCLUSIÓN .............................................................................................. 19 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 20
Robot Microsumo
1
INTRODUCCIÓN Este proyecto va enfocado en el diseño, construcción y programación de un robot microsumo. Un robot mi microsumo pertenece a la categoría de los robots sumo con un tamaño reducido (5x5x5cm) el cual debe ser cumplido para competir en el concurso nacional de robótica. Los componentes, diseño y lógica que sigue el robot al combatir estan especificadas en el presente documento
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Diseñar, elaborar y programar un prototipo de robot Microsumo de acuerdo a las especificaciones y medidas de los reglamentos del CER (Concurso Ecuatoriano de Robótica), documentando paso a paso el proceso de diseño, elaboración y ensamblaje del prototipo, ayudando a que personas sin conocimiento en el tema entiendan su funcionamiento y con ello puedan mejorar o reparar el prototipo si la situación lo requiere.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Elaborar un diseño de robot micro sumo de acuerdo a un reglamenta dado por el CER (tamaño 5x5x5cm). Escoger los elementos acordes al diseño ya elaborado, para obtener el mejor rendimiento posible. Realizar el ensamblaje del prototipo, comprobando el funcionamiento de cada componente. Programar el robot con una estrategia de búsqueda y ataque explicada en el flujograma.
DEMOSTRACIÓN DE COMPONENTES Arduino baby orangután: El Pro Micro es similar al arduino Mini Pro excepto con un ATMEGA32U4 a bordo. Este chip hace la gran diferencia ya que además puede ser utilizado como dispositivo de interfaz humana. El transceptor USB dentro del 32U4 nos permite añadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo. Esta pequeña tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se está familiarizado con: 4 canales de 10-bit ADC, 5 pines PWM, 12 DIO, así como hardware conexiones serie Rx y Tx. Funcionando a 16 MHz y 5 V. Este pequeño microcontrolador puede ir en cualquier lugar. Hay un regulador de tensión a bordo para que pueda aceptar una tensión de hasta 12V.
UNIVERSIDAD ESTATAL PENÍNSULA DE SANTA ELENA Baquerizo Keyfer;Salinas Franklin
Contenido INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 2 OBJETIVOS .................................................................................................. 2 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................... 2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................................ 2
DEMOSTRACIÓN DE COMPONENTES .............................................................. 2 Arduino baby orangután: ......................................................................................... 2 SENSOR QRT-1: ...................................................................................................... 3 MOTORES 30:1: ....................................................................................................... 4 SENSOR SHARP: ..................................................................................................... 4 BATERIA: ................................................................................................................ 5 LLANTA DE ALTA ADERENCIA: ................................................................................ 5
EXPLICACIÓN DE COMPONENTES .................................................................. 6 MEDICIONES Y CALCULOS ............................................................................. 6 ESQUEMA GENERAL DE CONEXIONES .............................................................7 ESQUEMA DE CONTROL .................................................................................7 ESQUEMA DE CONTRUCCIÓN DEL CHASIS ..................................................... 12 ESQUEMA DE ENSAMBLADO ........................................................................ 12 PROGRAMACIÓN ......................................................................................... 13 RESULTADOS .............................................................................................. 16 ANEXOS ..................................................................................................... 17 CONCLUSIÓN .............................................................................................. 19 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 20
Robot Microsumo
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Dimensiones totales de la unidad: 1.2 "x 0.7" Voltaje de entrada: 5-13.5 V (máximo absoluto de 15 V) dos puertos de motor bidireccionales pueden entregar ~ 1 A continuo (3 A pico) por canal Microcontrolador AVM Atmel ATmega48 programable de 20 MHz (4 KB flash, 512 bytes SRAM, 256 bytes EEPROM) o Atmel ATmega328P AVR microcontrolador (32 KB flash, 2 KB RAM, 1 KB EEPROM) 18 líneas de E / S de , 16 de las cuales se pueden usar para E / S digitales y 8 de las cuales se pueden usar como canales de entrada analógica 1 de LED Potenciómetro de atado a ADC7 Resonador externo de 20 MHz
SENSOR QRT-1: El sensor de reflectancia Pololu QTR-1A lleva un solo par infrarrojo de LED y fototransistor. El fototransistor está conectado a una resistencia pull-up para formar un divisor de voltaje que produce una salida de voltaje analógica entre 0 V y VIN (que normalmente es de 5 V) en función del IR reflejado. Una tensión de salida más baja es una indicación de una mayor reflexión. Para un sensor similar con una salida compatible con E/S .
Dimensiones: 0.3 "x 0.5" x 0.1 "(sin los pasadores de cabecera opcionales instalados) Voltaje de funcionamiento: 5.0 V Corriente de suministro: 17 mA Formato de salida: voltaje analógico Rango de voltaje de salida: 0 al voltaje suministrado Distancia de detección óptima: 0.125 "(3 mm) Distancia de detección máxima recomendada: 0.25 "(6 mm) Peso sin pines de cabecera: 0.008 oz (0.2 g)
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MOTORES 30:1: Motor DC Micro Metal de corriente continua con reductora diseñado y fabricado por Pololu para uso en robótica. Nuestros Motores para Robótica son de alta calidad, de dimensiones reducidas y con una reductora metálica que reduce las revoluciones y aumenta la fuerza (torque).
Dimensiones: (24 x 10 x 12 mm) Ratio de la reductora: 50:1 Diámetro del eje: 3mm (con ranura de bloqueo) Voltaje nominal: 6Vcc (puede funcionar entre 3 a 9Vcc) Consumo sin carga: 40mA (Max: 360mA) Torque: 0,4 kg-cm (max) Peso: 100 gramos
SENSOR SHARP: Este pequeño sensor de distancia digital detecta objetos a una distancia de entre 0,5 y 15 cm (0,2 ″ y 6 ″). Con su rápido tiempo de respuesta, pequeño tamaño, bajo consumo de corriente y corta distancia de detección mínima, este sensor es una buena opción para la detección de objetos cercanos y sin o, y su PCB compacto de portador facilita la integración en proyectos.
Voltaje de funcionamiento: 2.7 V a 6.2 V Consumo medio de corriente: 5 mA (típico) Tipo de salida: señal digital (baja cuando se detecta un objeto, alta de lo contrario) Período de actualización de estado estacionario: 2,56 ms típico (3,77 ms máximo) Tamaño sin pasadores de cabecera: 21,6 mm × 8,9 mm × 10,4 mm (0,85 ″ x 0,35 ″ x 0,41 ″) Peso sin pines de cabecera: 1.5 g (0.05 oz)
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BATERIA: BATERIAS LITIO POLIMERO TURNIGY NANO-TECH, Se eligió esta batería por el voltaje que suministras en dimensiones reducidas. En este tipo de robots los tamaños de los componentes son muy importantes.
Capacidad: 300mAh Voltaje: 2S1P / 2 / celulares 7.4V Descarga: 35C Constante / 70C Burst Peso: 17 g (incluyendo el enchufe y el caso) Dimensiones: 44 x 12 x 17 mm Balance de enchufe: JST-XH
LLANTA DE ALTA ADERENCIA: La rueda de robot de caucho Solarbotics RW2i tiene un cubo de aluminio anodizado negro con un neumático de caucho de silicona generosamente grueso para una máxima tracción (ideal para robots mini-sumo o robots de seguimiento rápido de líneas que necesitan tracción cuando se doblan esquinas). Esta rueda cuenta con un tornillo de fijación interno oculto debajo del neumático. Esto ahorra un espacio valioso al diseñar robots para competiciones con limitaciones de tamaño. Para un producto similar con un tornillo de fijación externo.
Diámetro de la goma: 28 mm Ancho: 12.7 mm Peso: 12 gramo
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EXPLICACIÓN DE COMPONENTES Arduino baby orangután: El robot micro-sumo es un robot autómata es decir pelea de acuerdo a una lógica de programación para esto se necesita un controlador, esta es la función del arduino controlar los periféricos de entradas y salidas, se escogió este modelo ya que tiene los pines suficientes para las conexiones y tiene un tamaño reducido contando a su vez con un driver d motores, pudiendo alimentar 2 motores en un mismo controlador lo que hace perfecto este modelo para la construcción de un prototipo compacto. SENSOR QRT-1: este sensor consta de un diodo infrarrojo y un foto-transistor, teniendo en su interior un sistema emisor-receptor. Es usado para detectar el color sobre el cual se encuentre el robot (negro o blanco), con esto evitaremos que salga del área de combate. El cual constara de 2 de estos sensores y serán conectados a una entrada digital del controlador (Arduino). Sensor sharp: es un sensor muy utilizado, su función en el robot es detectar si el enemigo está frente a él, para avanzar y sacarlo del dojo. En este caso usamos solo uno en la parte frontal por cuestiones de espacios ya que es necesario tener el suficiente para los demás componentes, su salida es d tipo analógica por esta razón se conecta a una entrada d este mismo tipo en el microcontrolador. Motores 30:1: Le dan movilidad y la fuerza necesaria para poder sacar del dojo al contrincante de nuestro robot. Son conectados directamente al controlador (baby orangután) ya que este puede datarnos hasta una corriente de 1ª con su driver d motores interno siendo suficiente para su funcionamiento, para ello debemos tomar encuneta la polaridad de los motores. Batería: Alimentara todo el sistema del robot se conecta directamente el controlador (Arduino) que cuenta con un regulador de voltaje para poder alimentar los demás componentes evitando el riesgo de daño por exceso de voltaje, ese componente debe ser elegido teniendo en cuenta el consumo de cada uno de los periféricos ya que de esto depende el tiempo de buen funcionamiento. Llantas: En este caso son necesarias llantas de alta adherencia y a su vez de un tamaño compacto ya que este es un factor importante en este tipo de robots, se logró conseguir unas llantas de dimensiones reducidas y adherentes al suele del dojo, pero no son las ideales, cabe recalcar que cumplen perfectamente con su función.
MEDICIONES Y CALCULOS Tiempo de duración de la batería
1 arduino baby orangután: 150mA 2 motores 30:1 :300mA 1 infrarrojo Sharp: 12mA 2 sensores QRT-1A: 10mA
Batería del robot 7,4 V a 300mA/H
TOTAL consumo=782mA 300mA 782mA x=
300𝑚𝐴(60𝑚𝑖𝑛) 782𝑚𝐴
60min x min = 23,018𝑚𝑖𝑛
Duración aproximada de la batería 23,018min
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ESQUEMA GENERAL DE CONEXIONES
ESQUEMA DE CONTROL
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Inicio
Distancia, frente, pul = 0, atrás, band = 1, est = 0 no pul = 1
Fin si no
band = 1 si
band = 0 ti = ta = millis ()
no
ti – ta < 300 si ta = millis () arranque ()
no est = 0 si ti = ta = millis ()
ti = ta = millis () no
no ti – ta < 250
ti – ta < 600 sí si ta = millis () busqueda1 ()
ta = millis () busqueda2 ()
est= 1
est = 0
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Arranque
Distancia, frente, pul = 0, atrás, band = 1, est = 0
no
Frente = 1
retroceder
sí
no Distancia <= 14 && atrás = 1
sí
atacar sí
no Distancia > 14 && atrás = 1
Distancia <= 14 && atrás = 0
girar
sí
avanzar
no avanzar
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Robot Microsumo
Busqueda1
Distancia, frente, pul = 0, atrás, band = 1, est = 0
no
Frente = 1
retroceder
sí
no Distancia <= 14 && atrás = 1
sí
atacar sí
no Distancia > 14 && atrás = 1
Distancia <= 14 && atrás = 0
girar
sí
avanzar
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buscar
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Busqueda2
Distancia, frente, pul = 0, atrás, band = 1, est = 0
no
Frente = 1
retroceder
sí
no Distancia <= 14 && atrás = 1
sí
atacar sí
no Distancia > 14 && atrás = 1
Distancia <= 14 && atrás = 0
girar
sí
Avanzar rápido
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avanzar
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ESQUEMA DE CONTRUCCIÓN DEL CHASIS Diseño de estructura la principal Vista superior
8x5
8x5
Vista lateral
Vista delantera
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ESQUEMA DE ENSAMBLADO
Diseño final del robot microsumo
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PROGRAMACIÓN El siguiente código de programación es compatible con el software ARDUINO IDE #include
OrangutanMotors motors;
//Librería de motores para Arduino Orangután //Declaración de usos del driver d motores
//PULSADOR const int BOTON = 12; int val = 0; int state = 0; int old_val = 0;
// Pin asignado para leer el estado de botón // val se emplea para almacenar el estado del botón // 0 LED apagado, mientras que 1 encendido // almacena el antiguo valor de val
//SHARP int sensorc = A3; float lectura; int distancia;
//Pin asignado para leer estado del sensor sharp //Almacena el valor en V dado por el sensor sharp //Almacena la conversión de V a cm
//QTR1 int sensfrente = A0; int sensatras = 2; int frente = 0; int atras = 0;
//Pin asignado al sensor QTR de la parte frontal //Pin asignado al sensor QTR de la parte trasera //Almacena el valor obtenido por sensor frontal //Almacena el valor obtenido por el sensor trasero
//BANDERAS int dela= 1;
//Funciona como bandera para cumplir el delay de 5 seg
//millis unsigned long tiempoact= 0; unsigned long tiempoant = 0; int periodo = 600; int est = 0;
//Almacena el conteo de milisegundos en tiempo actual //Almacena el conteo de milisegundos en un tiempo dado //Valor del periodo en milisegundos que tendrá el giro //Almacena el estado en el que estará el robot
//led int led1 = 13;
//Pin asignado para el led de aviso
void setup() { pinMode(BOTON,INPUT); pinMode (sensorc, INPUT); pinMode (sensfrente, INPUT); pinMode (sensatras, INPUT); pinMode (led1, OUTPUT); } void loop() { val= digitalRead(BOTON); if ((val == HIGH) && (old_val == LOW)) { state=1-state; } old_val = val; if (state==1) { If (dela == 1) { dela=0; delay (5000);
//Declaramos los pines antes asignados como entradas //y salinas
//Lectura digital del estado del botón //Condición q cambia de estado el botón
// valor del antiguo estado //Condición de estado de botón para empezar el //funcionamiento //Condición para activar 1 vez el tiempo de espera //Antes del arranque //Cambiamos de esta la bandera //Tiempo de espera en milisegundos antes del inicio
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digitalWrite(led1,HIGH); tiempoact = tiempoant = millis(); while(tiempoact - tiempoant < 300) { tiempoact = millis (); sensor_sharp (); qtrfrente (); qtratras (); arranque (); } }
//Enciende el led después de los 5 seg //Toma el tiempo actual de funcionamiento //Repite el ciclo hasta que se cumpla la //condición //Actualiza tiempo actual en la variable //Funcion de lectura de sharp //Función de lectura QTR de frente //Función de lectura QTR de atrás //Función de arranque
//ESTADOS if(est == 0) { tiempoact = tiempoant = millis(); while(tiempoact - tiempoant < periodo ) { tiempoact = millis(); sensor_sharp(); qtrfrente(); qtratras(); busqueda(); } est=1; } else { tiempoact = tiempoant = millis (); while(tiempoact - tiempoant < 250) { tiempoact = millis (); sensor_sharp(); qtrfrente(); qtratras(); busqueda2(); } est = 0; } } else { dela=1; digitalWrite(led1,LOW); stop(); }
//Condición de estado para ejecutar una acción // Toma tiempo actual de funcionamiento //Repite el ciclo hasta que se cumpla la //condición //Actualiza tiempo actual en la variable //Función de lectura de sharp //Función de lectura sensor QTR de frente //Función de lectura sensor QTR de atrás //Función de busqueda1 //Cambia la estada actual a 1
//Toma el tiempo actual de funcionamiento //Repite el ciclo hasta que se cumpla la //condición //Actualiza tiempo actual en la variable //Función de lectura de sharp //Lectura de lectura sensor QTR de frente //Lectura de lectura sensor QTR de atrás //Función de busqueda2 //Cambio a variable de estado
//Cambia el valor de la bandera de delay //Apaga el led de aviso //función de parar los motores
} void sensor_sharp () //Calcula la distancia de acuerdo a la lectura del censo sharp { lectura = analogRead(sensorc)*0.0048828125; // value from sensor * (5/1024) distancia = 13*pow (lectura, -1); // worked out from datasheet graph } void stop() { motors.setSpeeds(0,0); }
//Para los motores
void atacar() {
//Avanza con velocidad
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motors.setSpeeds(75,100); } void qtrfrente() { frente = digitalRead(sensfrente); }
//Lee el estado del sensor QTR frontal
void qtratras() { atras = digitalRead(sensatras); }
// Lee el estado del sensor QTR de atrás
void busqueda() //Estrategia de búsqueda { if(frente == 1) { if ((distancia <= 14) and (atras == 1)) { atacar(); } else if((distancia <= 14) and (atras == 0)) { motors.setM1Speed(-75); motors.setM2Speed(75); } else if((distancia > 14) and (atras == 1)) { motors.setM1Speed(-60); motors.setM2Speed(60); } else { motors.setSpeeds(100,100); } } else { motors.setSpeeds(-120,-100); } } void busqueda2() //Estrategia de busqueda2 { if(frente == 1) { if ((distancia <= 14) and (atras == 1)) { atacar(); } else if((distancia <= 14) and (atras == 0)) { motors.setM1Speed(-75); motors.setM2Speed(75); } else if((distancia > 14) and (atras == 1)) { motors.setSpeeds(40,50); } else
//Busca mientras este dentro //condición de encontrar oponente
//condición de giro al borde del dojo
//condición de giro de búsqueda
//Avance por estar al borde del dojo
//Retroceso para no salir
//Busca mientras este dentro //condición de encontrar oponente
//condición de giro al borde del dojo
//condición de avance de búsqueda
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//Avance por estar al borde del dojo
//Retroceso para no salir
} void arranque() //Estrategia de arranque { if(frente == 1) //Busca mientras este dentro { if ((distancia <= 14) and (atras == 1)) //condición de encontrar oponente { atacar(); } else if((distancia <= 14) and (atras == 0)) //condición de giro al borde del dojo { motors.setM1Speed(-75); motors.setM2Speed(75); } else if((distancia > 14) and (atras == 1)) //condición de avance de búsqueda { motors.setSpeeds(50,60); } Else { motors.setSpeeds(100,100); //Avance por estar al borde del dojo } } else { motors.setSpeeds(-120,-100); //Retroceso para no salir } }
RESULTADOS El presente proyecto se enfoca en la elaboración de un robot de tipo micro sumo con las características de combate ya estipuladas en el reglamento del CER, cabe mencionar que si no se cumplen estas el robot no entraría en su categoría y no podría concursar. Como se puede observar en las fotos, el ensamblado puede ser una dificultad por su compacto tamaño, al no tener las llantas al mismo nivel el robot tendrá un lado de giro preferencial ya que si intentamos hacer la búsqueda por la dirección opuesta no logrará detectar a su oponente. Esto se muestra como una desventaja del diseño que al no contar con las piezas indicadas fue la mejor implementación que se pudo hacer logrando buenos resultas al momento de combates. Este prototipo será mejorado posteriormente para lograr una detección más veloz y eficaz.
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ANEXOS
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CONCLUSIÓN La construcción de un robot Micro sumo no ha servido como método de aprendizaje en diferentes ramas de la ciencia tales como la Mecatrónica y Robótica; A la vez Proporcionándonos entretenimiento para poder ocupar parte de nuestro tiempo de forma productiva y prudente, este proyecto nos ha ayudado a colaborar mucho mejor en el trabajo en equipo y superación personal.
BIBLIOGRAFÍA CI: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/22432/STMICROELECTRONICS/L293D.html ARDUINO BABY ORANGUTAN: https://www.pololu.com/product/1220/resources?fbclid=IwAR0WJw53JlBmgReIlVOlKvghcDa5 TJgtfScsz9U7ciDulpG66xDhRTL_rsA MOTORES: http://tienda.bricogeek.com/motores/115-motor-micro-metal-dc-con-reductora-50-1.html SENSORES QTR-1: https://www.pololu.com/product/959?fbclid=IwAR0YOVytUYuTUvKEHo7lvO795uPQCZnAbkpE wU7YhYoCLS9V8nYKpE3oFt8 SHARP: https://www.pololu.com/product/2465?fbclid=IwAR3ly4gtRL7fXbg7qyVbPrX1N8WKWd_oddL qQBkrNkr3Eg0gx82TEvoQcrI LLANTAS: https://www.pololu.com/product/1127?fbclid=IwAR2BYQNINO4Huu_vqKaLmNLqJNPWtWD9 QAvwc0SpTEX5XK3aXAVmPHxYryA
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Contenido INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 2 OBJETIVOS .................................................................................................. 2 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................... 2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................................ 2
DEMOSTRACIÓN DE COMPONENTES .............................................................. 2 Arduino baby orangután: ......................................................................................... 2 SENSOR QRT-1: ...................................................................................................... 3 MOTORES 30:1: ....................................................................................................... 4 SENSOR SHARP: ..................................................................................................... 4 BATERIA: ................................................................................................................ 5 LLANTA DE ALTA ADERENCIA: ................................................................................ 5
EXPLICACIÓN DE COMPONENTES .................................................................. 6 MEDICIONES Y CALCULOS ............................................................................. 6 ESQUEMA GENERAL DE CONEXIONES .............................................................7 ESQUEMA DE CONTROL .................................................................................7 ESQUEMA DE CONTRUCCIÓN DEL CHASIS ..................................................... 12 ESQUEMA DE ENSAMBLADO ........................................................................ 12 PROGRAMACIÓN ......................................................................................... 13 RESULTADOS .............................................................................................. 16 ANEXOS ..................................................................................................... 17 CONCLUSIÓN .............................................................................................. 19 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 20
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INTRODUCCIÓN Este proyecto va enfocado en el diseño, construcción y programación de un robot microsumo. Un robot mi microsumo pertenece a la categoría de los robots sumo con un tamaño reducido (5x5x5cm) el cual debe ser cumplido para competir en el concurso nacional de robótica. Los componentes, diseño y lógica que sigue el robot al combatir estan especificadas en el presente documento
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Diseñar, elaborar y programar un prototipo de robot Microsumo de acuerdo a las especificaciones y medidas de los reglamentos del CER (Concurso Ecuatoriano de Robótica), documentando paso a paso el proceso de diseño, elaboración y ensamblaje del prototipo, ayudando a que personas sin conocimiento en el tema entiendan su funcionamiento y con ello puedan mejorar o reparar el prototipo si la situación lo requiere.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Elaborar un diseño de robot micro sumo de acuerdo a un reglamenta dado por el CER (tamaño 5x5x5cm). Escoger los elementos acordes al diseño ya elaborado, para obtener el mejor rendimiento posible. Realizar el ensamblaje del prototipo, comprobando el funcionamiento de cada componente. Programar el robot con una estrategia de búsqueda y ataque explicada en el flujograma.
DEMOSTRACIÓN DE COMPONENTES Arduino baby orangután: El Pro Micro es similar al arduino Mini Pro excepto con un ATMEGA32U4 a bordo. Este chip hace la gran diferencia ya que además puede ser utilizado como dispositivo de interfaz humana. El transceptor USB dentro del 32U4 nos permite añadir conectividad USB a bordo y acabar con voluminosos interfaz USB externo. Esta pequeña tarjeta hace todas las funciones Arduino con las que se está familiarizado con: 4 canales de 10-bit ADC, 5 pines PWM, 12 DIO, así como hardware conexiones serie Rx y Tx. Funcionando a 16 MHz y 5 V. Este pequeño microcontrolador puede ir en cualquier lugar. Hay un regulador de tensión a bordo para que pueda aceptar una tensión de hasta 12V.
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Contenido INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 2 OBJETIVOS .................................................................................................. 2 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................... 2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................................ 2
DEMOSTRACIÓN DE COMPONENTES .............................................................. 2 Arduino baby orangután: ......................................................................................... 2 SENSOR QRT-1: ...................................................................................................... 3 MOTORES 30:1: ....................................................................................................... 4 SENSOR SHARP: ..................................................................................................... 4 BATERIA: ................................................................................................................ 5 LLANTA DE ALTA ADERENCIA: ................................................................................ 5
EXPLICACIÓN DE COMPONENTES .................................................................. 6 MEDICIONES Y CALCULOS ............................................................................. 6 ESQUEMA GENERAL DE CONEXIONES .............................................................7 ESQUEMA DE CONTROL .................................................................................7 ESQUEMA DE CONTRUCCIÓN DEL CHASIS ..................................................... 12 ESQUEMA DE ENSAMBLADO ........................................................................ 12 PROGRAMACIÓN ......................................................................................... 13 RESULTADOS .............................................................................................. 16 ANEXOS ..................................................................................................... 17 CONCLUSIÓN .............................................................................................. 19 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 20
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Dimensiones totales de la unidad: 1.2 "x 0.7" Voltaje de entrada: 5-13.5 V (máximo absoluto de 15 V) dos puertos de motor bidireccionales pueden entregar ~ 1 A continuo (3 A pico) por canal Microcontrolador AVM Atmel ATmega48 programable de 20 MHz (4 KB flash, 512 bytes SRAM, 256 bytes EEPROM) o Atmel ATmega328P AVR microcontrolador (32 KB flash, 2 KB RAM, 1 KB EEPROM) 18 líneas de E / S de , 16 de las cuales se pueden usar para E / S digitales y 8 de las cuales se pueden usar como canales de entrada analógica 1 de LED Potenciómetro de atado a ADC7 Resonador externo de 20 MHz
SENSOR QRT-1: El sensor de reflectancia Pololu QTR-1A lleva un solo par infrarrojo de LED y fototransistor. El fototransistor está conectado a una resistencia pull-up para formar un divisor de voltaje que produce una salida de voltaje analógica entre 0 V y VIN (que normalmente es de 5 V) en función del IR reflejado. Una tensión de salida más baja es una indicación de una mayor reflexión. Para un sensor similar con una salida compatible con E/S .
Dimensiones: 0.3 "x 0.5" x 0.1 "(sin los pasadores de cabecera opcionales instalados) Voltaje de funcionamiento: 5.0 V Corriente de suministro: 17 mA Formato de salida: voltaje analógico Rango de voltaje de salida: 0 al voltaje suministrado Distancia de detección óptima: 0.125 "(3 mm) Distancia de detección máxima recomendada: 0.25 "(6 mm) Peso sin pines de cabecera: 0.008 oz (0.2 g)
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MOTORES 30:1: Motor DC Micro Metal de corriente continua con reductora diseñado y fabricado por Pololu para uso en robótica. Nuestros Motores para Robótica son de alta calidad, de dimensiones reducidas y con una reductora metálica que reduce las revoluciones y aumenta la fuerza (torque).
Dimensiones: (24 x 10 x 12 mm) Ratio de la reductora: 50:1 Diámetro del eje: 3mm (con ranura de bloqueo) Voltaje nominal: 6Vcc (puede funcionar entre 3 a 9Vcc) Consumo sin carga: 40mA (Max: 360mA) Torque: 0,4 kg-cm (max) Peso: 100 gramos
SENSOR SHARP: Este pequeño sensor de distancia digital detecta objetos a una distancia de entre 0,5 y 15 cm (0,2 ″ y 6 ″). Con su rápido tiempo de respuesta, pequeño tamaño, bajo consumo de corriente y corta distancia de detección mínima, este sensor es una buena opción para la detección de objetos cercanos y sin o, y su PCB compacto de portador facilita la integración en proyectos.
Voltaje de funcionamiento: 2.7 V a 6.2 V Consumo medio de corriente: 5 mA (típico) Tipo de salida: señal digital (baja cuando se detecta un objeto, alta de lo contrario) Período de actualización de estado estacionario: 2,56 ms típico (3,77 ms máximo) Tamaño sin pasadores de cabecera: 21,6 mm × 8,9 mm × 10,4 mm (0,85 ″ x 0,35 ″ x 0,41 ″) Peso sin pines de cabecera: 1.5 g (0.05 oz)
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BATERIA: BATERIAS LITIO POLIMERO TURNIGY NANO-TECH, Se eligió esta batería por el voltaje que suministras en dimensiones reducidas. En este tipo de robots los tamaños de los componentes son muy importantes.
Capacidad: 300mAh Voltaje: 2S1P / 2 / celulares 7.4V Descarga: 35C Constante / 70C Burst Peso: 17 g (incluyendo el enchufe y el caso) Dimensiones: 44 x 12 x 17 mm Balance de enchufe: JST-XH
LLANTA DE ALTA ADERENCIA: La rueda de robot de caucho Solarbotics RW2i tiene un cubo de aluminio anodizado negro con un neumático de caucho de silicona generosamente grueso para una máxima tracción (ideal para robots mini-sumo o robots de seguimiento rápido de líneas que necesitan tracción cuando se doblan esquinas). Esta rueda cuenta con un tornillo de fijación interno oculto debajo del neumático. Esto ahorra un espacio valioso al diseñar robots para competiciones con limitaciones de tamaño. Para un producto similar con un tornillo de fijación externo.
Diámetro de la goma: 28 mm Ancho: 12.7 mm Peso: 12 gramo
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EXPLICACIÓN DE COMPONENTES Arduino baby orangután: El robot micro-sumo es un robot autómata es decir pelea de acuerdo a una lógica de programación para esto se necesita un controlador, esta es la función del arduino controlar los periféricos de entradas y salidas, se escogió este modelo ya que tiene los pines suficientes para las conexiones y tiene un tamaño reducido contando a su vez con un driver d motores, pudiendo alimentar 2 motores en un mismo controlador lo que hace perfecto este modelo para la construcción de un prototipo compacto. SENSOR QRT-1: este sensor consta de un diodo infrarrojo y un foto-transistor, teniendo en su interior un sistema emisor-receptor. Es usado para detectar el color sobre el cual se encuentre el robot (negro o blanco), con esto evitaremos que salga del área de combate. El cual constara de 2 de estos sensores y serán conectados a una entrada digital del controlador (Arduino). Sensor sharp: es un sensor muy utilizado, su función en el robot es detectar si el enemigo está frente a él, para avanzar y sacarlo del dojo. En este caso usamos solo uno en la parte frontal por cuestiones de espacios ya que es necesario tener el suficiente para los demás componentes, su salida es d tipo analógica por esta razón se conecta a una entrada d este mismo tipo en el microcontrolador. Motores 30:1: Le dan movilidad y la fuerza necesaria para poder sacar del dojo al contrincante de nuestro robot. Son conectados directamente al controlador (baby orangután) ya que este puede datarnos hasta una corriente de 1ª con su driver d motores interno siendo suficiente para su funcionamiento, para ello debemos tomar encuneta la polaridad de los motores. Batería: Alimentara todo el sistema del robot se conecta directamente el controlador (Arduino) que cuenta con un regulador de voltaje para poder alimentar los demás componentes evitando el riesgo de daño por exceso de voltaje, ese componente debe ser elegido teniendo en cuenta el consumo de cada uno de los periféricos ya que de esto depende el tiempo de buen funcionamiento. Llantas: En este caso son necesarias llantas de alta adherencia y a su vez de un tamaño compacto ya que este es un factor importante en este tipo de robots, se logró conseguir unas llantas de dimensiones reducidas y adherentes al suele del dojo, pero no son las ideales, cabe recalcar que cumplen perfectamente con su función.
MEDICIONES Y CALCULOS Tiempo de duración de la batería
1 arduino baby orangután: 150mA 2 motores 30:1 :300mA 1 infrarrojo Sharp: 12mA 2 sensores QRT-1A: 10mA
Batería del robot 7,4 V a 300mA/H
TOTAL consumo=782mA 300mA 782mA x=
300𝑚𝐴(60𝑚𝑖𝑛) 782𝑚𝐴
60min x min = 23,018𝑚𝑖𝑛
Duración aproximada de la batería 23,018min
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ESQUEMA GENERAL DE CONEXIONES
ESQUEMA DE CONTROL
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Inicio
Distancia, frente, pul = 0, atrás, band = 1, est = 0 no pul = 1
Fin si no
band = 1 si
band = 0 ti = ta = millis ()
no
ti – ta < 300 si ta = millis () arranque ()
no est = 0 si ti = ta = millis ()
ti = ta = millis () no
no ti – ta < 250
ti – ta < 600 sí si ta = millis () busqueda1 ()
ta = millis () busqueda2 ()
est= 1
est = 0
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Robot Microsumo
Arranque
Distancia, frente, pul = 0, atrás, band = 1, est = 0
no
Frente = 1
retroceder
sí
no Distancia <= 14 && atrás = 1
sí
atacar sí
no Distancia > 14 && atrás = 1
Distancia <= 14 && atrás = 0
girar
sí
avanzar
no avanzar
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Robot Microsumo
Busqueda1
Distancia, frente, pul = 0, atrás, band = 1, est = 0
no
Frente = 1
retroceder
sí
no Distancia <= 14 && atrás = 1
sí
atacar sí
no Distancia > 14 && atrás = 1
Distancia <= 14 && atrás = 0
girar
sí
avanzar
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buscar
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Robot Microsumo
Busqueda2
Distancia, frente, pul = 0, atrás, band = 1, est = 0
no
Frente = 1
retroceder
sí
no Distancia <= 14 && atrás = 1
sí
atacar sí
no Distancia > 14 && atrás = 1
Distancia <= 14 && atrás = 0
girar
sí
Avanzar rápido
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avanzar
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ESQUEMA DE CONTRUCCIÓN DEL CHASIS Diseño de estructura la principal Vista superior
8x5
8x5
Vista lateral
Vista delantera
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ESQUEMA DE ENSAMBLADO
Diseño final del robot microsumo
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PROGRAMACIÓN El siguiente código de programación es compatible con el software ARDUINO IDE #include
//Librería de motores para Arduino Orangután //Declaración de usos del driver d motores
//PULSADOR const int BOTON = 12; int val = 0; int state = 0; int old_val = 0;
// Pin asignado para leer el estado de botón // val se emplea para almacenar el estado del botón // 0 LED apagado, mientras que 1 encendido // almacena el antiguo valor de val
//SHARP int sensorc = A3; float lectura; int distancia;
//Pin asignado para leer estado del sensor sharp //Almacena el valor en V dado por el sensor sharp //Almacena la conversión de V a cm
//QTR1 int sensfrente = A0; int sensatras = 2; int frente = 0; int atras = 0;
//Pin asignado al sensor QTR de la parte frontal //Pin asignado al sensor QTR de la parte trasera //Almacena el valor obtenido por sensor frontal //Almacena el valor obtenido por el sensor trasero
//BANDERAS int dela= 1;
//Funciona como bandera para cumplir el delay de 5 seg
//millis unsigned long tiempoact= 0; unsigned long tiempoant = 0; int periodo = 600; int est = 0;
//Almacena el conteo de milisegundos en tiempo actual //Almacena el conteo de milisegundos en un tiempo dado //Valor del periodo en milisegundos que tendrá el giro //Almacena el estado en el que estará el robot
//led int led1 = 13;
//Pin asignado para el led de aviso
void setup() { pinMode(BOTON,INPUT); pinMode (sensorc, INPUT); pinMode (sensfrente, INPUT); pinMode (sensatras, INPUT); pinMode (led1, OUTPUT); } void loop() { val= digitalRead(BOTON); if ((val == HIGH) && (old_val == LOW)) { state=1-state; } old_val = val; if (state==1) { If (dela == 1) { dela=0; delay (5000);
//Declaramos los pines antes asignados como entradas //y salinas
//Lectura digital del estado del botón //Condición q cambia de estado el botón
// valor del antiguo estado //Condición de estado de botón para empezar el //funcionamiento //Condición para activar 1 vez el tiempo de espera //Antes del arranque //Cambiamos de esta la bandera //Tiempo de espera en milisegundos antes del inicio
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digitalWrite(led1,HIGH); tiempoact = tiempoant = millis(); while(tiempoact - tiempoant < 300) { tiempoact = millis (); sensor_sharp (); qtrfrente (); qtratras (); arranque (); } }
//Enciende el led después de los 5 seg //Toma el tiempo actual de funcionamiento //Repite el ciclo hasta que se cumpla la //condición //Actualiza tiempo actual en la variable //Funcion de lectura de sharp //Función de lectura QTR de frente //Función de lectura QTR de atrás //Función de arranque
//ESTADOS if(est == 0) { tiempoact = tiempoant = millis(); while(tiempoact - tiempoant < periodo ) { tiempoact = millis(); sensor_sharp(); qtrfrente(); qtratras(); busqueda(); } est=1; } else { tiempoact = tiempoant = millis (); while(tiempoact - tiempoant < 250) { tiempoact = millis (); sensor_sharp(); qtrfrente(); qtratras(); busqueda2(); } est = 0; } } else { dela=1; digitalWrite(led1,LOW); stop(); }
//Condición de estado para ejecutar una acción // Toma tiempo actual de funcionamiento //Repite el ciclo hasta que se cumpla la //condición //Actualiza tiempo actual en la variable //Función de lectura de sharp //Función de lectura sensor QTR de frente //Función de lectura sensor QTR de atrás //Función de busqueda1 //Cambia la estada actual a 1
//Toma el tiempo actual de funcionamiento //Repite el ciclo hasta que se cumpla la //condición //Actualiza tiempo actual en la variable //Función de lectura de sharp //Lectura de lectura sensor QTR de frente //Lectura de lectura sensor QTR de atrás //Función de busqueda2 //Cambio a variable de estado
//Cambia el valor de la bandera de delay //Apaga el led de aviso //función de parar los motores
} void sensor_sharp () //Calcula la distancia de acuerdo a la lectura del censo sharp { lectura = analogRead(sensorc)*0.0048828125; // value from sensor * (5/1024) distancia = 13*pow (lectura, -1); // worked out from datasheet graph } void stop() { motors.setSpeeds(0,0); }
//Para los motores
void atacar() {
//Avanza con velocidad
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motors.setSpeeds(75,100); } void qtrfrente() { frente = digitalRead(sensfrente); }
//Lee el estado del sensor QTR frontal
void qtratras() { atras = digitalRead(sensatras); }
// Lee el estado del sensor QTR de atrás
void busqueda() //Estrategia de búsqueda { if(frente == 1) { if ((distancia <= 14) and (atras == 1)) { atacar(); } else if((distancia <= 14) and (atras == 0)) { motors.setM1Speed(-75); motors.setM2Speed(75); } else if((distancia > 14) and (atras == 1)) { motors.setM1Speed(-60); motors.setM2Speed(60); } else { motors.setSpeeds(100,100); } } else { motors.setSpeeds(-120,-100); } } void busqueda2() //Estrategia de busqueda2 { if(frente == 1) { if ((distancia <= 14) and (atras == 1)) { atacar(); } else if((distancia <= 14) and (atras == 0)) { motors.setM1Speed(-75); motors.setM2Speed(75); } else if((distancia > 14) and (atras == 1)) { motors.setSpeeds(40,50); } else
//Busca mientras este dentro //condición de encontrar oponente
//condición de giro al borde del dojo
//condición de giro de búsqueda
//Avance por estar al borde del dojo
//Retroceso para no salir
//Busca mientras este dentro //condición de encontrar oponente
//condición de giro al borde del dojo
//condición de avance de búsqueda
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Robot Microsumo { motors.setSpeeds(100,100); } } else { motors.setSpeeds(-120,-100); }
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//Avance por estar al borde del dojo
//Retroceso para no salir
} void arranque() //Estrategia de arranque { if(frente == 1) //Busca mientras este dentro { if ((distancia <= 14) and (atras == 1)) //condición de encontrar oponente { atacar(); } else if((distancia <= 14) and (atras == 0)) //condición de giro al borde del dojo { motors.setM1Speed(-75); motors.setM2Speed(75); } else if((distancia > 14) and (atras == 1)) //condición de avance de búsqueda { motors.setSpeeds(50,60); } Else { motors.setSpeeds(100,100); //Avance por estar al borde del dojo } } else { motors.setSpeeds(-120,-100); //Retroceso para no salir } }
RESULTADOS El presente proyecto se enfoca en la elaboración de un robot de tipo micro sumo con las características de combate ya estipuladas en el reglamento del CER, cabe mencionar que si no se cumplen estas el robot no entraría en su categoría y no podría concursar. Como se puede observar en las fotos, el ensamblado puede ser una dificultad por su compacto tamaño, al no tener las llantas al mismo nivel el robot tendrá un lado de giro preferencial ya que si intentamos hacer la búsqueda por la dirección opuesta no logrará detectar a su oponente. Esto se muestra como una desventaja del diseño que al no contar con las piezas indicadas fue la mejor implementación que se pudo hacer logrando buenos resultas al momento de combates. Este prototipo será mejorado posteriormente para lograr una detección más veloz y eficaz.
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ANEXOS
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CONCLUSIÓN La construcción de un robot Micro sumo no ha servido como método de aprendizaje en diferentes ramas de la ciencia tales como la Mecatrónica y Robótica; A la vez Proporcionándonos entretenimiento para poder ocupar parte de nuestro tiempo de forma productiva y prudente, este proyecto nos ha ayudado a colaborar mucho mejor en el trabajo en equipo y superación personal.
BIBLIOGRAFÍA CI: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/22432/STMICROELECTRONICS/L293D.html ARDUINO BABY ORANGUTAN: https://www.pololu.com/product/1220/resources?fbclid=IwAR0WJw53JlBmgReIlVOlKvghcDa5 TJgtfScsz9U7ciDulpG66xDhRTL_rsA MOTORES: http://tienda.bricogeek.com/motores/115-motor-micro-metal-dc-con-reductora-50-1.html SENSORES QTR-1: https://www.pololu.com/product/959?fbclid=IwAR0YOVytUYuTUvKEHo7lvO795uPQCZnAbkpE wU7YhYoCLS9V8nYKpE3oFt8 SHARP: https://www.pololu.com/product/2465?fbclid=IwAR3ly4gtRL7fXbg7qyVbPrX1N8WKWd_oddL qQBkrNkr3Eg0gx82TEvoQcrI LLANTAS: https://www.pololu.com/product/1127?fbclid=IwAR2BYQNINO4Huu_vqKaLmNLqJNPWtWD9 QAvwc0SpTEX5XK3aXAVmPHxYryA
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