DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN ROBOT TELEMANIPULADO PUESTO A PRUEBA EN EL CER2005

1. DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN ROBOT TELEMANIPULADO PUESTO A PRUEBA EN EL CER2005

2. INTRODUCCIÓN • Descripción • Objetivos • Análisis de costos • Resumen del proyecto

3. Descripción • CAMPEONATO ECUATORIANO DE ROBOTS 2005Primer evento organizado en Guayaquil por ESPOL, Centro de Visión Robótica, y IEEE-Rama Estudiantil en la Plaza Rodolfo Baquerizo para el agosto 19-21 • Las Categorías : Robot bailarín, Robot seguidor de línea, Prueba de creatividad, Fútbol Robótico Simulado (Simurosot), Fútbol Robótico Real (Mirosot), Categoría libre y Batalla de Robots

4. Descripción BATALLA DE ROBOTS: En esta categoría los participantes tienen la posibilidad de construir robots que se enfrenten entre sí en un campo de batalla, dotados con armas que ayuden a neutralizar, atacar o a defenderse del oponente. Estos robots, que son controlados ya sea de manera remota o autónoma y son movidos por baterías

5. Objetivos generales • Despertar el interés de los estudiantes para que éstos participen de una forma más activa en trabajos de investigación y desarrollo en áreas tales como la robótica. • Adoptar el método de “aprender jugando”. Esto se debe a que los estudiantes se verán involucrados en un trabajo práctico y teórico. • Adicionalmente, con el proyecto se promueve el intercambio de experiencias y conocimientos entre los investigadores de la ESPOL e investigadores de otras partes del mundo

6. Objetivos personales • Analizar y experimentar con el módulo de transmisión para conocer bien sus funciones y las señales que manejan. • Diseñar e implementar el circuito de módulo de control general, capaz de recibir, procesar la información y generar señales digitales y PWM que permitan el movimiento del robot a través de los motores DC. • Diseñar e implementar la parte mecánica del robot. • Participar periódicamente en los campeonatos de batalla de robots. Por ejemplo CER2006

7. Análisis de costos

8. Resumen del proyecto • En el capítulo 1 se realiza un estudio de bases teóricas en la cual se detalla cada una de los elementos que son utilizados para la implementación o ensamblaje del robot. • En el capítulo 2 se trata sobre los dispositivos involucrados en el sistema de comunicación. • En el capítulo 3 se presenta el módulo de control. El circuito de control digital y electrónico

9. Resumen del proyecto • El capítulo 4 propone el diseño del módulo de potencia que son las baterías. • En el capítulo 5 se indica el funcionamiento de los motores • Por último las conclusiones, recomendaciones y futuros trabajos.

10. PRESENTACIÓN DEL PROYECTO • MODULOS DE TRANSMISION • MODULOS DE CONTROL • MODULOS DE POTENCIA • MOTORES ELECTRICOS • CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES Y FUTUROS TRABAJOS

11. MODULOS DE TRANSMISIONEl Transmisor T4YF • Posee 4 canales independientes están distribuidos en forma vertical, horizontal y tiene su propio batería recargable de suministro cuyo voltaje de alimentación es 9.6 voltios DC a 600mAh y tiene cristal de 72.950 Mhz. • También posee una antena vertical expandidle metálica de 1 metro y 4 interruptores de que permiten cambiar el sentido de giro de los servomotores sin necesidad de desconectarlo y cambiar de polaridad.

12. MODULOS DE TRANSMISIONEl Receptor R127DF • El Receptor tiene capacidad para recibir 7 señales de FM que vienen del transmisor, es decir tiene 7 canales, pero en este caso solo se utilizaría 4 canales provenientes del transmisor T4YF y los 3 canales quedarían libres • También pose una antena flexible de 1mts y un cristal de la misma banda de frecuencia que el transmisor T4YF.

13. Datos Experimentales 1 Con la palanquita de control en la posición superior

14. Datos Experimentales 2 Con la palanquita de control en la posición central.

15. Datos Experimentales 3 Con la palanquita de control en la posición inferior.

16. MODULO DE CONTROL • constituye el punto central de operaciones del mismo • Este módulo es el encargado recibir señales provenientes del transmisor y enviar dichas señales que son procesadas por el Microcontrolador y amplificadas por los OpAmps hacia los motores. • Dos submódulos han sido necesarios para su implementación: Control digital y Control electrónico.

17. MODULO DE CONTROL • Control digital esta encargado de recibir señales PPM y transformar en señales PWM y señales digitales • Control electrónico es encargado de amplificar las señales de control digital y enviar señales a los motores a través del puente H.

18. MODULOS DE CONTROL Duración y división del pulso PPM Centro Bajada Subida

19. MODULO DE CONTROLDiagrama de bloques

20. MODULOS DE CONTROLDiagrama de flujo para la programación del PIC

21. MODULO DE CONTROLEl esquemático general real

22. MODULO DE CONTROLSimulación de la parte digital

23. MODULO DE CONTROLCircuito Real

24. MODULOS DE CONTROLCircuito equivalente para simulaciones

25. MODULOS DE CONTROLResultados de las simulaciones RV1 en posición superior

26. MODULOS DE CONTROLResultados de las simulaciones Simulación de amplificación de PWM1a (Generador de Pulsos): la salida de Opamp y la salida de AND

27. MODULOS DE CONTROLResultados de las simulaciones Simulación de amplificación de PWM1b (Tierra): la salida de OPAMP y la salida de AND

28. MODULOS DE CONTROLResultados de las simulaciones Simulación electrónica del puente H: grafico superior indica el terminal izquierdo del motor y el gráfico inferior indica el terminal derecho del motor

29. MODULOS DE CONTROLResultados de las simulaciones RV1 en posición central

30. MODULOS DE CONTROLResultados de las simulaciones Simulación de amplificación de PWM1a (Tierra): la salida de OPAMP y la salida de AND

31. MODULOS DE CONTROLResultados de las simulaciones Simulación de amplificación de PWM1b (Tierra): la salida de OPAMP y la salida de AND

32. MODULOS DE CONTROLResultados de las simulaciones Simulación electrónica del puente H: grafico superior indica el terminal izquierdo del motor y el gráfico inferior indica el terminal derecho del motor

33. MODULOS DE CONTROLResultados de las simulaciones RV1 en posición inferior

34. MODULOS DE CONTROLResultados de las simulaciones Figura 3.10b Simulación de amplificación de PWM1a (Tierra): la salida de OPAMP y la salida de AND

35. MODULOS DE CONTROLResultados de las simulaciones Simulación de amplificación de PWM1b (Generador de Pulsos): la salida de OPAMP y la salida de AND

36. MODULOS DE CONTROLResultados de las simulaciones Simulación electrónica del puente H: grafico superior indica el terminal izquierdo del motor y el gráfico inferior indica el terminal derecho del motor

37. MODULOS DE CONTROLResultados Experimentales En el PIC 16F876 se ha podido ver los siguientes resultados

38. MODULOS DE CONTROLResultados Experimentales • En cuantos a la señal de PWM1 o PWM2 es capturado en el osciloscopio (pin12 y pin13 del PIC)

39. MODULOS DE CONTROLResultados Experimentales En la salida del CD4081BE observado en el Osciloscopio

40. MODULOS DE POTENCIA • La manera como se distribuye la energía con los demás módulos. • el diseño del sistema regulador de voltaje. • Para la implementación del proyecto se ha utilizado baterías recargables de gel y de ácido para los motores y para el alimentación del módulo de control. Pero para el transmisor se ha utilizado batería recargable de Ni-cad independientemente

41. MODULOS DE POTENCIA Diagrama de bloques del módulo de potencia

42. MODULOS DE POTENCIA La batería que se ha utilizado para el transmisor es de tipo NI-Cad, puede proveer hasta 600mAh y 9.6V

43. MODULOS DE POTENCIA La batería de gel sellada no derramable es normalmente usado en las alarmas domiciliarias, para que la memoria no se borre, ni que el circuito se resetee, por lo general son más grandes que Ni-Cad y son de mayor voltaje y amperaje. Una de las ventaja que tiene la batería es que se puede usar en cíclicamente con 14.4 a 15 Voltios y uso temporal con voltaje de recarga de 13.5 a 13.8 Voltios

44. MODULOS DE POTENCIA Esquemático de Regulación de Voltaje KIA7805

45. MODULOS DE POTENCIAResultados experimentales Con el Regulador KIA7805

46. MOTORES ELECTRICOS • El sentido de giro y la velocidad de los motores dependen de la polaridad en sus terminales y el tiempo de encendido y apagado llamado “los pulsos electrónicos” • Existen los integrados controladores de motores DC como por ejemplo el L293 y L298 que permiten el manejo de motores DC de baja potencia • Los motores están conectados mediante puentes H para su manipulación. • Dependiendo del tipo de señal que reciba en cada gates de los MOSFET determina la dirección y la velocidad.

47. MOTORES ELECTRICOS Tabla de Propiedades físicas del robot

48. MOTORES ELECTRICOS Cálculos teóricos basados en las especificaciones del motor Torque = ( 1 / 2 ) * Us * m * g * Ro Torque =( 1 / 2 ) ( 0.7 ) (51,03 Kg ) ( 9.8 m/seg2 ) (0.001 m) Torque = 175 N-m Potencia = V * I Potencia1 = 12 Volt * 1.85 Amp Potencia1 = 22.2 W (sin carga) Potencia2 = 12 Volt * 5.2 Amp Potencia2 = 62.4W (con carga)

49. MOTORES ELECTRICOSDatos experimentales Diferentes corrientes medidos en el motor

50. MOTORES ELECTRICOSDatos experimentales Velocidad mínima y sentido de giro horario