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ROBOT SEGUIDOR DE LINEA
Resumen Los robots seguidores de linea son apasionantes, ya que son una puerta de entrada a la robótica, y además permiten a la persona que los realiza tener la libertad de poderlo diseñar utilizando una variada gama de tecnología. En este proyecto se intentará mejorar el sistema de detección de un seguidor de líneas, pasando de los sensores de infrarrojos a un shield. Para ello y, en primer lugar, se analizarán los distintos tipos de robots seguidores de línea, que tecnologías típicas utilizan, y las mejoras que se pueden aplicar. Posteriormente se detallarán las decisiones que se han tomado en este proyecto, qué tecnologías se quieren utilizar, cómo se van a utilizar y qué problemas se han tenido al implementarlas. Seguiremos con el desarrollo específico del robot detallando: en qué punto se encontraba en cada fase, qué se hizo para intentar solucionar los problemas, y cómo quedo la electrónica asociada. Este punto nos llevará al montaje final del robot. Por último, se analizará el funcionamiento del robot, en particular cómo afronta los retos y toma las decisiones a partir de los estímulos de entrada que recibe, y las mejoras al diseño introducidas de cara a mejorar su rendimiento. JUSTIFICATIVO La razón que nos indujo a llevar a cabo el presente trabajo, es la no existencia de un material didáctico en la unidad educativa, es decir un robot seguidor línea para la generación actual y conocer los elementos y programación principal del robot seguidor de línea, así mismo para conocer el funcionamiento del robot. Conociendo esta información las personas vinculadas con la problemática damos a conocer a los lectores este aporte de un material didáctico, esperando que tenga utilidad en la solución de algunas dificultades en las actividades académicas de los estudiantes y/o de las futuras generaciones de la Unidad Educativa Técnico Humanístico “Eufrasio Ibáñez Rivero”
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En el mundo de la robótica, cuando hablamos de un robot seguidor de línea se piensa en un dispositivo que, utilizando unos fotodiodos, va siguiendo una línea negra sobre un fondo blanco. La reacción de estos fotodiodos es muy rápida y, por tanto, si se dispone de un buen dispositivo de control, el robot se mueve rápidamente por el mapa siguiendo ágilmente la línea. Este tipo de robots son muy populares y se pueden realizar verdaderas maravillas utilizando pocos recursos. Partiendo de esta premisa, ¿qué pasaría si se utilizasen más sensores? Teóricamente, cuántos más sensores se colocarán antes se detectaría la posición del mismo respecto a la línea. Así, la reacción sería mucho más suave y los movimientos más fluidos. La pregunta que nos podemos plantear ahora es: ¿cómo añadir más sensores posibilitando a un robot de tamaño reducido un procesado eficiente? Este proyecto surge a partir de la pregunta de qué pasaría si se sustituyen los típicos fotodiodos y se colocaran otro tipo que no hiciera que el tamaño y procesado del robot crecieran. La respuesta más obvia sería cambiar los sensores por una cámara CCD. Este tipo de dispositivos nos proporcionaran una información muy parecida a la que nos proporciona el fotodiodo, pero además nos proporciona información adicional, como la intensidad del color que se ha detectado, el tipo del color, etc. MARCO TEORICO Sensor KY- 033 Un sensor es un dispositivo que está capacitado para detectar acciones o estímulos externos y responder en consecuencia. Estos aparatos pueden transformar las magnitudes físicas o químicas en magnitudes eléctricas. Los sensores, en definitiva, son artefactos que permiten obtener información del entorno e interactuar con ella. Así como los seres humanos apelan a su sistema sensorial para dicha tarea, las máquinas y los robots requieren de sensores para la interacción con el medio en el que se encuentran.
Todos los rastreadores basan su principio en los sensores. Sin embargo, dependiendo de la complejidad del recorrido, el robot debe ser más o menos complejo (y, por ende, utilizar más o menos. sensores). Los rastreadores más simples utilizan 2 sensores, ubicados en la parte inferior de la estructura, uno junto al otro. Cuando uno de los dos sensores detecta el color blanco, significa que el robot está saliendo de la línea negra por ese lado. En ese momento, el robot gira hacia el lado contrario hasta que vuelve a estar sobre la línea. Esto en el caso de los seguidores de línea negra, ya que también hay seguidores de línea blanca. El sensor de infrarrojos (IR) es un sensor de medición de distancia que se basa en un sistema de emisión y recepción de radiación lumínica en el espectro de los infrarrojos. Dicho de otro modo, es un sensor con una fuente de luz (diodo emisor) y detector (fototransistor) integrados en un mismo encapsulado. La detección del objeto se consigue por la reflexión (o no) del haz infrarrojo sobre la superficie del objeto. Este sensor se utiliza habitualmente para detectar el color de un objeto, en nuestro caso, distinguir blanco y negro en aplicaciones para el seguimiento de línea El funcionamiento del sensor es el siguiente; si el sensor del robot mBot está sobre la línea negra, los reflejos del sensor son absorbidos por la misma con lo cual el receptor del sensor no recibe ningún valor, o lo que es lo mismo, dando el valor 0. Del mismo modo, si uno de los dos sensores del robot queda fuera
de la línea, se producirá el reflejo indicando los valores 1 o 2 respectivamente. Por último, si ambos sensores quedan fuera de la línea se mostrará el valor 3. Valor 0: mBot tiene los dos detectores IR sobre la línea. Valor 1: mBot tiene el detector IR de la derecha fuera de la línea. Valor 2: mBot tiene el detector IR de la izquierda fuera de la línea. Valor 3: mBot tiene ambos detectores IR fuera de la línea. SHIELD PARA ARDUINO Un “shield” es simplemente una placa de circuito impreso que se coloca sobre la placa Arduino y se conecta a ella mediante el acoplamiento de sus pines sin necesidad de alguna otra conexión externa. Su función es de actuar como una placa complementaria, ampliando las capacidades de la placa Arduino Base.
puede ser programada tanto en Windows como macOS y GNU/Linux. Un proyecto que promueve la filosofía 'learning by doing', que viene a querer decir que la mejor manera de aprender es cacharreando. Cómo funciona Arduino El Arduino es una placa basada en un microcontrolador ATMEL. Los microcontroladores son circuitos integrados en los que se pueden grabar instrucciones, las cuales las escribes con el lenguaje de programación que puedes utilizar en el entorno Arduino IDE. Estas instrucciones permiten crear programas que interactúan con los circuitos de la placa. El microcontrolador de Arduino posee lo que se llama una interfaz de entrada, que es una conexión en la que podemos conectar en la placa diferentes tipos de periféricos. La información de estos periféricos que conectes se trasladará al microcontrolador, el cual se encargará de procesar los datos que le lleguen a través de ellos. El tipo de periféricos que puedas utilizar para enviar datos al microcontrolador depende en gran medida de qué uso le estés pensando dar. Pueden ser cámaras para obtener imágenes, teclados para introducir datos, o diferentes tipos de sensores. También cuenta con una interfaz de salida, que es la que se encarga de llevar la información que se ha procesado en el Arduino a otros periféricos. Estos periféricos pueden ser pantallas o altavoces en los que reproducir los datos procesados, pero también pueden ser otras placas o controladores. Arduino es un proyecto y no un modelo concreto de placa, lo que quiere decir que compartiendo su diseño básico te puedes encontrar con diferentes tipos de placas. Las hay de varias formas, tamaños y colores para a las necesidades del proyecto en el que estés trabajando, las hay sencillas o con características mejoradas, Arduinos orientados al Internet de las Cosas o la impresión 3D y, por supuesto, dependiendo de estas características te encontrarás con todo tipo de precios. Además, las placas Arduino también cuentan con otro tipo de componentes llamados Escudos (Shields) o mochilas. Se trata de una especie de placas que
se conectan a la placa principal para añadirle una infinidad de funciones, como GPS, relojes en tiempo real, conectividad por radio, pantallas táctiles LCD, placas de desarrollo, y un larguísimo etcétera de elementos. Incluso hay tiendas con secciones especializadas en dichos elementos. MOTOREDUCTORES Básicamente 2 motores DC con caja reductora y su respectiva llanta, una velocidad promedio puede ser 100RPM, pero dependerá de la velocidad que uno desee. El voltaje dependerá de la batería, por ejemplo si tienen una batería de 6V o de 3.7V se puede trabajar con el motor amarillo, si tienen una batería de 12V o 9V pueden trabajar con los micro motores. CHASIS DEL ROBOT O BASE
pinMode(2, INPUT); //SENSOR DER pinMode(3, INPUT); //MOTOR IZQ pinMode(7, OUTPUT); pinMode(6, OUTPUT); //MOTOR DER pinMode(5, OUTPUT); pinMode(4, OUTPUT); Serial.begin(9600);}//CONFIGURAMOS EL PUERTO SERIAL void loop() { if (digitalRead(2) == LOW && digitalRead(3) == LOW){ adelante();} if (digitalRead(2) == HIGH && digitalRead(3) == LOW){ izquierdap();} if (digitalRead(2) == LOW && digitalRead(3) == HIGH){ derechap() } if (digitalRead(2) == HIGH && digitalRead(3) == HIGH) { detener(); }} void adelante(){ digitalWrite(7, HIGH); digitalWrite(6, LOW); digitalWrite(5, HIGH); digitalWrite(4, LOW);}
void atras(){ digitalWrite(7, LOW); digitalWrite(6, HIGH); digitalWrite(5, LOW); digitalWrite(4, HIGH);} void izquierda(){ digitalWrite(7, LOW); digitalWrite(6, LOW); digitalWrite(5, HIGH); digitalWrite(4, LOW);} void derecha(){ digitalWrite(7, HIGH); digitalWrite(6, LOW); digitalWrite(5, LOW); digitalWrite(4, LOW);} void izquierdap(){ digitalWrite(7, LOW); digitalWrite(6, HIGH); digitalWrite(5, HIGH); digitalWrite(4, LOW);} void derechap(){ digitalWrite(7, HIGH); digitalWrite(6, LOW); digitalWrite(5, LOW);
Baterías y porta batería 1 Proporciona energía para el robot ACTIVIDADES Meses (semanas) Octubre Noviembre Identificación del proyecto X Recolección de Información X Planificación del proyecto X Ejecución del proyecto X Construcción del proyecto X X Presentación del proyecto X PRESUPUESTO PROYECTO Proyecto: Robot evasor de obstaculos Cantidad Descripción Precio Total 1 Placa Arduino 50 50 1 Shield 25 25 2 Sensor KY - 003 30 30 1 Chasis 60 60 2 Motores reductores con ruedas 40 40 1 Rueda loca 10 10 2 Baterías recargables 20 10 1 Porta batería 10 10 Total 215
PRESENTACION DEL PROYECTO
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
1.- El objetivo de este proyecto ha sido la elaboración de un robot basado en un microcontrolador que sirviese a los estudiantes a aplicar en el laboratorio los conocimientos teóricos aprendidos en las aulas. 2.- Una vez concluido el proyecto se ha podido comprobar el correcto funcionamiento y por tanto cumplimiento de las exigencias establecidas del proyecto 3.- En este proyecto hemos visto de manera teórica, como de puede diseñar el código utilizando programación arduino 4.- El proyecto nos permite refleximar sobre las capacidades de construir un robot autónomo Las conclusiones que se pretendían alcanzar con el desarrollo de robot y se han alcanzado son: Aplicar y perfeccionar los conocimientos y habilidades en el campo de la electrónica. Entre ellas, cabe citar: La necesidad de realizar la circuitería del robot, el cálculo de las corrientes necesarias, la selección de los componentes que fuesen acordes a nuestras necesidades. Mejorar el conocimiento de la programación en lenguaje C++.
