Universidad Tecnològica de Querètaro

Universidad
Tecnològica de
Querètaro
Firmado digitalmente por Universidad Tecnològica
de Querètaro
Nombre de reconocimiento (DN): cn=Universidad
Tecnològica de Querètaro, o=UTEQ, ou=UTEQ,
[email protected], c=MX
Fecha: 2015.12.16 10:11:26 -06'00'
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
Nombre del proyecto:
“CONTROL PARA ROBOT NOMADIC BASADO EN ARDUINO”
Empresa:
CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN CIENCIA APLICADA Y TECNOLOGÍA
AVANZADA CICATA-IPN QUERÉTARO
Memoria que como parte de los requisitos para obtener el título de:
TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN MECATRÓNICA ÁREA
AUTOMATIZACIÓN
Presenta:
LUCIO MOLINA JUÁREZ
Asesor de la UTEQ
Asesor de la Organización
M. en C. Gustavo Ortiz González
Dr. Juan Bautista Hurtado Ramos
Santiago de Querétaro, Qro. Diciembre del 2015
Resumen
Se requería rescatar el robot NOMADIC Implementando un nuevo control
del robot basado en Arduino MEGA 2560 el cual fuese capaz de realizar el
proceso requerido por el cliente en el que los sensores SONAR detectaran
objetos en el paso del robot y pudiera cambiar los sentidos de movimiento para
esquivarlos., Se cambiaron componentes tales como el sistema de control por
el Arduino y una nueva tarjeta de control de los motores llamada RoboClaw, al
igual que se tuvo que quitar la tarjeta POLAROID ya que no funcionó
correctamente por lo que los sensores se conectaron directamente al Arduino y
el código fue creado en la plataforma del Arduino, en el que también por medio
de una aplicación de teléfono móvil con Android y por una tarjeta bluetooth RN41, puede controlar el robot manualmente o automático., Obteniendo así
resultados tales como que sólo se usaron 4 sensores SONAR ya que tanto por
el tiempo como los que servían mejor fueron capaces de detectar objetos pero
son algo inestables., el arduino es capaz de realizar los cambios de los
movimientos, y no se pudo cumplir al 100% del objetivo por el motivo de que se
encontraron problemas en los elementos del robot NOMADIC los cuales se
resolvieron aprendiendo a resolverlos., Si se dedica tiempo en este robot sería
capaz de cumplir con el objetivo, los detalles son pocos y fáciles para que los
resultados sean más positivos que negativos en la terminación del proyecto.
(Palabras clave: Arduino, SONAR, RoboClaw).
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Description
I have my internship at CICATA. The office where I work is clean, quiet,
organized.
PhD. Juan Bautista Hurtado Ramos is my boss. He is average
height and weight. He has Brown eyes and has black short hair. He is a
responsible, hardworking, intelligent and committed person. The people
environment is tolerant, quiet and supportive.
Lucio Molina Juárez
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Dedicatorias
Va dedicado este trabajo a todas las personas que realizan sus sueños
en realidad, en donde no sólo con soñarlos se cumplen si no que con el
esfuerzo y dedicación los vuelven en realidad.
Y va dedicado a aquellas personas que les gusta mucho esta carrera en
donde puede darles ideas de lo que se puede lograr a realizar.
4
Agradecimientos
Principalmente quiero agradecer a Dios por seguir dándome vida en cada
día para poder lograr mis metas al igual que mis sueños tanto en el profesional
como el personal.
También dar las gracias a mis padres y a mi hermano por el apoyo que
siempre me han dado para que pueda llegar a estas metas y que en un futuro
estén orgullos de mí.
Y por último agradecer a las nuevas personas que conocí en la estadía,
también a los profesores y amigos por darme el apoyo que necesite y ánimos
para cumplir con los acometidos.
5
Índice
Página
Resumen……………………………….……………………………………….
Description…………………………………………………………………..….
Dedicatorias…………………………………………………..………………...
Agradecimientos……………………………………………………..…………
Índice……………………………………………………..……………………...
I.
INTRODUCCIÓN……………………………………………………..…..
II. ANTECEDENTES……………………………………………………..….
III. JUSTIFICACIÓN……………………………………………………..…...
IV. OBJETIVOS……………………………………………………..………...
V. ALCANCE……………………………………………………..…………...
VI. ANÁLISIS DE RIESGOS…………………………………………………
VII. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA………………………………………...
VII.I MOTORES PITTMAN…………………………………………………..
VII:II
ENCODER DE FORMA INCREMENTAL………………………..
VII.III. SENSOR ULTRASÓNICO SONAR………………………………
VII.IV. TARJETA DEL MÓDULO POLAROID 6500…………………….
VII.V. DEMULTIPLEXOR CD7414HC4515EN………………………….
VII.VI. TRANSDUCTOR 8001-05-001……………………………………
VII.VII. ARDUINO MEGA 2560…………………………………………….
VII.VIII. ROBOCLAW………………………………………………………...
VII.IX. RN41……………………………………………………..…………..
VIII. PLAN DE ACTIVIDADES………………………………………………...
IX. RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS…………………………….
X. DESARROLLO DEL PROYECTO………………………………………
X.I.
PLANEACIÓN………………………………………………………
X.II.
INVESTIGACIÓN…………………………………………………..
X.III.
METODOLOGÍA……………………………………………………
X.IV. COTIZACIÓN………………………………………………………..
X.V.
SISTEMAS ELÉCTRICOS…………………………………………
X.VI. CONSTRUCCIÓN…………………………………………………..
X.VII. DOCUMENTACIÓN………………………………………………...
XI. RESULTADOS OBTENIDOS…………………………………………....
XII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…………………………..
XIII. ANEXOS…………………………………………………………………...
XIV. BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………
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I. Introducción
En el presente documento se presenta la recopilación y muestra del
trabajo realizado en base al proyecto de estadía "Control del robot NOMADIC
basado en Arduino" el cual se definió en el CICATA. En el de trabajar con un
robot NOMADIC de la década de los 90`s que quedó en el abandono después
de que dejará de funcionar. Se pidió rescatarlo, implementándose una nueva
tecnología de control y sustitución de algunos elementos por nuevos con el que
el Arduino fuese capaz de realizar los procesos requeridos del cliente,
principalmente el de detectar y esquivar objetos durante el camino del robot, ya
que en un futuro, el CIACTA lo quiere como robot explorador o de mensajería
haciéndose muy importante que se cumplirá con lo requerido. Las etapas de la
realización del proyecto contienen desde investigar los elementos como la
realización de las pruebas para verificar funcionamientos con conocimientos
adquiridos de la Universidad. Con ayuda del CICATA, que cuenta con varios
laboratorios de investigación como el de IMÁGENES, en el cual se realizó el
proyecto. Teniendo así la información detallada sobre lo que se hizo, la manera
de cómo se realizó, la información y datos utilizados, las fuentes que se usaron
para la obtención de los datos, y así los resultados y conclusiones y algunas
recomendaciones para que este proyecto quede mejor implementado, de una
manera clara, sencilla y fácil de entender para los lectores, ya sea conocer lo
realizado o que puedan trabajar en el proyecto en un futuro de manera correcta
y eficaz.
7
II. Antecedentes
El diseño y construcción de robots para diferentes aplicaciones o el
proceso de ciertas acciones lleva a la investigación de los mismos para que se
pueda desarrollar dichos robots, tales como los que realizó la empresa Nomadic
Technologies Inc.
La empresa Nomadic Technologies Inc., responsable de comercializar la
fabricación de varios tipos de robots durante la década de 1990, desarrolló
dichos robots para la realización de tareas básicas de forma automatizada. En
donde actualmente esta empresa ya no existe.
El robot de forma cilíndrica alrededor de 1 metro de altura y 20 pulgadas
de diámetro, con su traslado por tres ruedas en donde podía viajar a 0.5 metros
por segundo y girar a 60 grados por segundo, contenía 16 sensores tipo sonar
colocados alrededor de la circunferencia, con diez sensores de contacto,
controlado por una tarjeta madre con un procesador Intel 486, entre otras
características.
CICATA adquirió un Robot Nomadic el cual tuvo un tiempo de uso para
investigación por parte de investigadores e ingenieros, quedó en el abandono
acumulando polvo haciendo que elementos se fueran deteriorando su
tecnología haciéndose obsoleta, e información difícil de encontrar tras el cierre
de la empresa Nomadic, para un futuro rescate del robot.
8
III. Justificación
La realización de este proyecto es por el rescate de dicho robot
actualizando su tecnología para que sea más fácil de analizarlo y programarlo
para futuras aplicaciones en donde la intención por parte del CICATA es la de
utilizarlo como robot mensajero, reutilizando elementos que aún le sirvan al
robot, ahorrando así cerca del 90%.
Se sustituirá la tarjeta madre por un arduino, por el tiempo en que se
lleva programarlo, ya que es más utilizada en la robótica y que es más familiar
por los investigadores e ingenieros,
que lo conocen por aplicaciones o
proyectos que han desarrollado y les resulta más fácil de programar.
Este
proyecto es más dinámico colocarlo en el robot y más barato por si se daña que
adquirir una tarjeta madre para futuras modificaciones al robot.
9
IV. Objetivos
El objetivo principal es que se rescatará con tecnología más actual el
robot Nomadic, se sustituirá el sistema de control (tarjeta madre) por uno más
actual y fácil de crear el firmware en base a Arduino para rescatar este robot y
que todas sus funciones sean realizadas como en su funcionamiento del robot
NOMADIC antes de ser arrumbado. En la que se deberán cumplir con objetivos
específicos como:

Se Investigará el proceso que realizaba este robot, los elementos que
contiene y sobre el funcionamiento de las tarjetas que utiliza.

Se Investigarán sobre las señales por parte de la tarjeta de control de los
motores, de control del proceso y de los sensores.

Se investigará el software para programar en Arduino.

Se diseñará el diagrama de flujo como guía de la estructura de la
secuencia del proceso del robot para aplicar los elementos con los que
se desarrollará el código.

Se programará el arduino con el firmware para realizar las pruebas con
los demás y corregir errores que sean encontrados.
10
V. Alcance
El proyecto tiene como fin construir un control basado en arduino para el
robot NOMADIC de forma autómata, basado en los principios de la robótica
móvil, que sea capaz de evitar obstáculos y que permita tomar decisiones
previamente controlada por la adquisición de las señales de los sensores
SONAR, detectando un obstáculo (objeto) durante el movimiento del robot, el
que
será
identificado
y
que
determinara
el
comportamiento
en
el
desplazamiento del robot.
Determinar por medio del desarrollo de la implementación de este robot,
las diferentes aplicaciones que puede permitir el uso de este robot autómata,
que puede contener sistemas más complejos en la industria o en otros lugares
que sea útil. También se centra en aspectos técnicos como: la velocidad de
desplazamiento, que será de forma ajustada de tipo PWM en el código del
Arduino, al trabajar el robot bajo una superficie plana, la adquisición de las
señales, por medio del código es capaz de detectar un objeto a 30 cm de
distancia.
Y conformada por funciones simples de evitar obstáculos en su
desplazamiento. El robot es capaz de controlar los movimientos del robot por
una aplicación de celular y un dispositivo
bluetooth con un alcance de 10
metros en la que se puede elegir el modo de funcionamiento ya sea por medio
automático o control manual.
11
VI. Análisis de Riesgos
En la Tabla 6.1 es el AMEF donde se registró la información de los problemas
que se encontraron y de los que se podían encontrar durante la realización del
Tabla 6.1 AMEF.
proyecto y de los que podían ocurrir en un futuro.
12
VII. Fundamentación Teórica
La siguiente información es de los elementos que contiene el Robot
NOMADIC la cual fue útil para la realización de las actividades durante el
tiempo que duró el proyecto.
VII.I Motores Pittman.
Motorreductores de corriente continúa que ofrecen un suministro suave y
silencioso, los motorreductores cuentan con engranajes rectos de acero y están
disponibles con varias relaciones de reducción. Apropiados para toda clase de
máquinas y aparatos de uso industrial por su forma segura y eficiente.
Se utilizaron de estos tipos de motores Figura 7.1, ya que son capaces de
mover sin dificultad el robot en donde soportan el peso.
Figura 7.1 Motor Pittman.
13
VII.II Encoder de forma incremental.
Generan un número exactamente definido de impulsos por revolución.
Estos indican la medida de la distancia angular y lineal recorrida. Debido el
desplazamiento de fase entre las señales A y B (de aproximadamente 90
grados), se puede analizar el sentido de rotación.
Producen una salida digital relacionada con la posición de un eje giratorio
y proporciona en sistemas de control un bucle cerrado. Se pueden usar con
componentes electrónicos externos como contadores, para acumular datos para
determinar la posición, velocidad y dirección. Es recomendable usarse cuando
no se quiere retención de la posición durante una pérdida de alimentación
eléctrica.
Se usó como el de la Figura 7.2, ya que si se perdía energía de las baterías no
iba a interferir demasiado con los motores ya que hace conteo de los giros sin
importar el desgaste de las baterías para realizar los movimientos.
Figura 7.2 Encoder de forma incremental.
14
VII.III Sensor ultrasónico SONAR.
La palabra SONAR significa Sound Navigation and Ranging y por ella se
entiende el método y/o el equipo para determinar por medio del sonido la
presencia, localización o naturaleza de objetos. Estos sensores de tipo
ultrasónico ultrasensibles van de 2.5 cm a 15.2 m cuando se utiliza con
SensComp (unidad electrónica).
Características:

50 KHZ electrostática sensor ultrasónico.

Ángulo de haz de 15º a -6 dB.

Rangos de 6” a 35”.

Excelente
Sensibilidad
de
recepción.

Integral cubierta protectora
perforada.

Destinado a operar en el aire
ultrasonido por frecuencia.
Figura 7.3 Sensor ultrasónico SONAR.
Se utilizaron sensores de este tipo como de la Figura 7.3, por su capacidad de
una sensibilidad más exacta de las señales ultrasónicas.
15
VII.IV Tarjeta del módulo polaroid 6500.
Este módulo, con un simple interfaz, es capaz de medir distancias de 6” a
35 pies. La precisión típica absoluta es +/- 1% de la lectura en todo el rango.
Tiene una entrada de borrado externa que permite la exclusión de eco selectivo
para operación en un modo de eco múltiple. Es capaz de diferenciar ecos desde
objetos que se encuentran a sólo 3” de separación.
El módulo tiene un 42º KHZ de base de tiempo precisa. Se proporciona una
salida basándose en la base de tiempo 420 KHZ para uso externo. La salida de
transmisión sonar es de 16 ciclos a una frecuencia de 49.4 KHZ. El módulo
6500 –series opera en un intervalo de tensión de alimentación de 4.5 voltios a
6.8 voltios y se caracteriza para la operación de 0º a 40º.
Se utilizó el módulo como de la Figura 7.4, ya que es el que se utiliza junto a los
sensores utilizados de tipo ultrasónico SONAR.
Figura 7.4 Tarjeta del módulo polaroid 6500.
16
VII.V Demultiplexor CD74HC4515EN.
Dispositivo de silicio de alta velocidad que consiste en 4 bits y un
decodificador de 4 a 16 líneas. La salida seleccionada es habilitado por una
baja en la entrada de habilitación E. un alto en E inhibe la selección de
cualquier salida. La demultiplexaciòn se realiza utilizando la entrada E como la
entrada de datos y las entradas de selección A0.A3 como direcciones.
Esta entrada E también sirve como una selección de chip cuando se conectan
en cascada dispositivos. Por medio de activación de las entradas por medio de
bytes se activan las salidas en relación en la configuración de ceros y unos en
las entradas de forma digital. Se le puede utilizar por medio de programadores
dependiendo su utilización de forma aleatoria o de forma consecutiva.
Se utilizó el integrado de la Figura 7.5, ya que como son 16 sensores, se tenían
que activar cada sensor para poder leer los datos y así que el robot pudiera
realizar su proceso.
Figura 7.5 Demultiplexor CD74HC4515EN.
17
VII.VI. Transductor 8001-05-001.
Características:

14 Pin DIP estándar industrial.

Resistencia -10 Ohms.

500 millones de operaciones de vida.

Formas de contacto 1 A, 2 A, 1 B y 1 C.

Construido en un circuito integrado.

Soporte de alto voltaje.

UL File E67117.
Se usó este tipo de integrado como el de la Figura 7.6, ya que como funciona
como un swith, fue ideal para la activación de los sensores y para el registro de
los datos de los sensores.
Figura 7.6 Transductor 8001-05-001.
18
VII.VII Arduino MEGA 2560.
Es una plataforma abierta para la creación de prototipos basada en
software y hardware y fáciles de usar. Puede tomar información del entorno a
través de sus pines de entrada y puede afectar a aquello que le rodea
controlando luces, motores y otros actuadores con los pines de salida. Se
programa mediante el lenguaje de programación y el entorno desarrollado y se
pueden ejecutar sin necesidad de conectarlo a un ordenador. Y se seleccionó la
plataforma adecuada para programarlo que fue el software Arduino 1.6.5.
Características:
Microcontrolador
ATmega2560
Voltaje de funcionamiento
5V
Voltaje de entrada
7-20V
Pines E/S digitales
54(15 de tipo salida PWM)
Pines de entrada analógica
16
Intensidad por pin
40mA
Intensidad en pin 3.3V
50mA
Memoria Flash
256 KB(8 KB es para el bootloader)
EEPROM
4 KB
Velocidad de reloj
16 MHZ
Puertos serie
4
Figura 7.7 Características del Arduino MEGA 2560.
19
Pines de alimentación del Arduino (ver Figura 7.7.1).

VIN: Entrada de voltaje a la placa Arduino cuando se está usando una
fuente externan de alimentación.

5V: Fuente de voltaje usado para alimentar el microcontrolador y otros
componentes de la placa.

3V3: Fuente de voltaje a 3.3 V generada en el chip FTDI integrado en la
placa.

GND: Pines de toma de Tierra. Tiene un total de 5: dos en la zona de
alimentación, dos en la zona de los pines digitales y otro más junto a los
pines de PWM.
Los pines que contiene el Arduino MEGA 2560, pueden ser visualizados en la
Figura 7.7.1 y Figura 7.7.2.
Figura 7.7.1 Arduino MEGA 2560.
20
Pines de la placa.

Pines digitales: Cada uno de los 54 pines pueden usarse como
entradas o salidas usando funciones operando a 5 volts teniendo una
resistencia interna.

Pines puerto serie: los pines Serie 0(RX) y 1(TX) están conectados a
los pines correspondientes del chip USB-a-TTL, es decir, que están
conectados a la conexión a través de USB con el ordenador.

Pines interrupciones: contiene pines para interrupciones externas al
igual que las internas. Se pueden configurar en un valor LOW (0V), en
flancos de subida o bajada, o en cambios de valor.

Pines analógicos: tiene 16 entradas analógicas, y cada una de ellas
proporciona una resolución de 10bits (1024 valores).

Pines de PWM: proporcionan una salida PWM de 8 bits de resolución
(valores de 0 a 255) a través de una función.
21
Otros pines de la placa.

AREF: voltaje de referencia para las entradas analógicas por medio de
una función.

RESET: suministra un valor de 0V para reiniciar el microcontrolador.
Típicamente es usado para añadir un botón a los shields que no dejan
accesos a este botón en la placa.

LED 13: Led integrado en la placa conectado al pin digital 13, el cual se
puede programar su encendido y apagado. Se puede usar para hacer
pruebas del funcionamiento del arduino o para para probar en
aplicaciones del arduino (solo algunos diseños lo contienen).
Se utilizó el Arduino como lo de la Figura 7.7.1 y Figura 7.7.2, ya que fue
requerimiento del cliente y porque proporciona todo lo que se necesitaba para el
proyecto (Tabla 7.7) y el cual es utilizado por el personal de la empresa.
Figura 7.7.2 Partes del Arduino MEGA 2560.
22
VII.VIII RoboClaw.
El controlador RoboClaw de Orión
robotics puede controlar hasta 2
motores de corriente continua mediante una comunicación serial, RC o entradas
analógicas y además es configurables. Ofrece unas cuantas modalidades
interesantes para controlarlo como ser controlador con un serial TTL o soporta
una entrada de RC para servo y controlar motores por un potenciómetro o un
joystick conectado en las entradas analógicas.
Figura 7.8 RoboClaw.
23
Características:

Control simple y bidireccional de 2 motores DC.

Alimentación de 6-30 V.

Corriente de 2x5A(10ª Max)

Limitación automática de corriente.

3 modos de funcionamiento: Serial, TTL, RC y analógico.

Entradas para feedback con PID.

Agujeros para atornillas en chasis.

Freno regenerativo.

Tolera cambios de dirección a alta velocidad.

5 V BEC (con jumper).

Monitorización de batería para evitar sobrecarga.
Se utilizó el de la Figura 7.8, ya que la tarjeta de control de los motores anterior
se encontró que estaba dañada y no se podía utilizar por lo que se sustituyó por
el controlador RoboClaw ya que proporcionó todo lo que se necesitaba para el
control correcto de los motores.
24
VII.IX RN41.
Modulo Bluetooth de bajo consumo clase 1, flexible y económico que
cumple con el estándar 802.15.1. Aporta diferentes protocolos de comunicación.
Es fácil de usar y está completamente certificado, lo que lo convierte en una
solución embutida bluetooth completa. Con su antena de alto rendimiento tipo
chip y su soporte de bluetooth enhanced data rate (EDR), el RN-41 proporciona
una rata 3 Mbps para una distancia de hasta 100m.
Es una excelente solución para agregar comunicación inalámbrica bluetooth a
sistemas existentes.
Características:

Soporta Bluetooth v2.0+EDR.

Interfaces de conexión de datos UART (SSP o HCI) y USB (sólo HCI).

Soporta ratas de datos SPP-240 Kbps y 300 Kbps.

Soporta ratas de datos HCI-1.5 Mbps y 3.0 Mbps.

Dispone de software para modo HCI o SPP/DUN.

Antena tipo chip.

Alcance de 100 m con línea de vista.

Frecuencia de 2.402-2.48 GHZ.

Modulación de 79 canales a intervalos de 1 MHZ.
25

Encriptación de 128 bits.

Corrección de errores.

Potencia de salida de 12 dBm.

Sensibilidad de -80 dBm.

Rata de transmisión no estándar programable de 120-921 Kbps.

Consumo de corriente en transmisión de 65 mA.

Consumo de corriente en recepción de 35 mA.

Voltaje de alimentación de 3.3 V.

Tamaño de 13.2 mm x 25.8 mm.
Se utilizó este dispositivo por requerimiento del cliente en el que quería que el
robot fuera automático y que se pudiera controlar manualmente por medio de
un dispositivo con bluetooth con el que el RN41, como el de la Figura 7.9 fue el
más adecuado para esta parte del proyecto por sus capacidades que
proporciona.
Figura 7.9 RN41.
26
VIII. Plan de Actividades
La Tabla 8.1 contiene las actividades detalladamente con su fecha de
Semanas de Actividades
Tabla 8.1 Plan de actividades.
duración para conocer cuando se realizó una actividad específica.
27
IX. Recursos Materiales y Humanos
Las tablas 9.1, 9.2, 9.3 y 9.4 son los datos registrados de los recursos tanto
materiales como humanos los cuales fueron utilizados en el Robot NOMADIC
para la realización de este proyecto.
Nombre
Cantidad
Unidad
Precio Unitario/MN
Total
Arduino
1
Pza.
$950.00
$950.00
Cable tipo Dupont
10
Pza.
$3.00
$30.00
Cable USB
1
Pza.
$100.00
$100.00
Multímetro
1
Pza.
$250.00
$250.00
Fuente Regulable
1
Pza.
$500.00
$500.00
Cable tipo Caimán
2
Pza.
$2.00
$4.00
Protoboard
1
Pza.
$70.00
$70.00
Leds
4
Pza.
$3.00
$12.00
Resistencias
4
Pza.
$2.00
$2.00
Banda de Conexión
1
Pza.
$50.00
$50.00
Llaves ALLEN
1
Jgo.
$250.00
$250.00
RoboClaw
1
Pza.
$2,100.00
$2,100.00
RN41
1
Pza.
$837.00
$837.00
Total
$5,155.00
Tabla 9.1 Recursos Materiales.
28
Tipo
Nombre
Costo/Mes
CI
Transporte
$260.00
CI
Internet
$230.00
CI
Electricidad
$115.00
CI
Agua
$100.00
CI
Computadora
$300.00
CI
Herramientas
$200.00
CI
Salario
$1,500.00
Total
$2,705.00
Tabla 9.2 Costos fijos.
Total Costos Fijos
$2,705.00
Total Costos Materiales
$5,155.00
Costo Total del Proyecto
$7,860.00
Tabla 9.3 Costo total del proyecto.
29
Horas Hombre
Horas
Investigación
80
Diseño
40
Ensamble
40
Programación
100
Documentación
30
Pruebas
50
Total
340
Tabla 9.4 Recursos humanos.
30
X. Desarrollo del proyecto
X.I Planeación.
En el momento en que se definió el proyecto a desarrollar en el que el
robot Nomadic ya estaba construido y lo que se requería era actualizarlo con un
control basado en Arduino y reutilizar algunos componentes que contenía. Este
proyecto se definió por parte del asesor de la empresa CICATA, se realizó una
revisión detallada del Robot Nomadic en el cual se le realizó una actualización
de su control el cual fue basado en arduino por lo que se resolvieron problemas
para la manera correcta del control del Arduino en relación con los
requerimientos del cliente.
X.II Investigación.
Antes de que se realizará el análisis del robot, de la tarjeta de los sensores,
de los motores, del sistema de censado, del Arduino, del sistema de
alimentación de las baterías y de las conexiones que contiene, se tuvo que
investigar tanto información como datos y características de estos elementos
del robot, de varias fuentes como:

Páginas Web.

Libros digitales de Internet.

Manuales digitales de internet.

Catálogos de productos de internet.
31
X.III Metodología.
Se realizó un análisis del Robot (Figura 10.3.1), por lo que se tuvo que
realizar un desarmado para hacer una identificación de los elementos
contenidos tales como los sensores, placas de control, conexiones, motores,
control del robot en general, después de obtener información por el análisis en
los elementos del robot, en donde se encontraron varios problemas de su
funcionamiento en donde la tarjeta que controlaba los sensores no realizaba un
funcionamiento apropiado.
Figura 10.3.1 Vista de robot Nomadic
Se tuvo que investigar información por varias fuentes ya que como es de
tecnología un poco antigua, no se encontraba muchos datos y lo que se
encontró dio como resultado que los sensores son de tipo sonar que fue muy
utilizado en cámaras fotográficas POLAROID de los años 70`s y que en este
caso los sensores estaban conectados a una placa llamada POLAROID 6500,
tal como la Figura 10.3.2 y Figura 10.3.3, por lo que se debió realizar varias
32
pruebas para poder encontrar su correcto funcionamiento o el que fuera el más
apropiado.
Figura 10.3.2 Placas de sensores con la tarjeta POLAROID.
Después de conocer la forma de sus conexiones, se prosiguió con el de
diseñar el código el cual fuera el adecuado con el censado de los sensores.
Después de un tiempo de funcionamiento, se tuvo un problema con la
tarjeta polaroid en la que dejó de funcionar por lo que se tuvo que resolver el
problema de censado de los sensores en donde se decidió conectar
directamente los sensores en la que igual se tuvo que diseñar un nuevo código
en el que pudiera lograr el funcionamiento requerido por lo que se logró diseñar
el adecuado.
33
Se realizaron varias pruebas como el de censar varios sensores para
analizar de que los datos requeridos fueron los correctos de los de la Figura
10.3.4, después de realizar esto con varios sensores en donde los datos fueron
correctos, se siguió haciendo el código para que pudiera censar los datos de
todos los sensores a la vez.
Figura 10.3.3 Vista de tarjeta POLAROID.
Después de realizar las pruebas necesarias de los censados, se
prosiguió con el código en el que por medio de los datos controlaran los
sentidos de los giros de los motores que al final por medio de pruebas, se pudo
diseñar el apropiado para este funcionamiento del robot.
34
Figura 10.3.4 Vista de sensores del robot NOMADIC.
En base del análisis del funcionamiento en el sistema de los motores por
medio de información investigada y por multímetro, se pudo encontrar la forma
de su conexión, también se encontró un problema en los motores ya que la
tarjeta de control de la Figura 10.3.5 de estos ya no funcionó correctamente por
lo que se tuvo que encontrar una tarjeta que pudiera cumplir con el
funcionamiento el cual se encargó con las especificaciones que se requerían el
cual fue el RoboClaw de la Figura 10.3.6.
Figura 10.3.5 Vista de tarjeta de control de motores.
35
Al momento en que se adquirió la tarjeta de control de los motores, se
realizó una investigación de su forma de utilizar para poder proseguir con el
código en Arduino con el que se realizaron varias pruebas para tener un
funcionamiento correcto de los motores utilizando el PWM tanto para los
cambios de sentido de los motores como la velocidad apropiada del Robot.
Figura 10.3.6 Tarjeta de control de motores RoboClaw.
Se realizó un control por parte del Arduino de forma general uniendo los
programas de los sensores junto con el de los motores en donde tiene una
relación entre sí para el funcionamiento requerido del robot, en el que primero
se obtendrían los datos requeridos de los sensores para que fueran registrados
en el Arduino, por lo que si durante el transcurso del robot el valor de la
distancia (por medio de operaciones en el código del Arduino) es igual o menor
de 30 cm de distancia a un objeto, el robot cambiará de sentido de dirección
36
con tal de esquivarlo. Se realizaron varias pruebas hasta que fuera factible el
funcionamiento del robot.
Del mismo modo, se realizó un control por parte de una aplicación
especial de celular con sistema Android ya que el bluetooth RN-41 como el de
la Figura 10.3.7 solo puede ser utilizado con sistema Android, el cual acciona
los motores de forma manual, que por medio del celular pueda controlar los
sentidos de los movimientos del robot del Robot como si fuera un control remoto
al igual que por medio de la aplicación del celular se pudiera elegir de qué
forma iba a trabajar el Robot.
Figura 10.3.7 Tarjeta de bluetooth RN-41.
Que si de forma automática en donde actuará el código de los sensores
en conjunto con los sensores o de forma que fuera activado de forma manual
usando como control remoto el celular con sistema Android.
Se realizaron conexiones como la Figura 10.3.8 por medio de cable
adecuado de los elementos a utilizar en conjunto con las baterías las cuales
37
proporcionarían la energía necesaria para el funcionamiento correcto de cada
elemento contenido del Robot y que esta energía fuera controlada o activada
por medio de un interruptor con el que funcionaría como encendido o apagado
del Robot que fue lo más adecuado para la activación del Robot Nomadic.
Figura 10.3.8 Sistemas conectados con las fuentes de energía.
Se realizaron varias pruebas para verificar que el funcionamiento como la
Figura 10.3.9 de Robot Nomadic fuese el correcto por lo que se entregó de
manera puntual y junto con el documento del reporte en donde se redactó la
información acerca de este proyecto.
Figura 10.3.9 Vista de robot NOMADIC armado.
38
X.IV Cotización.
Se realizó una lista de materiales a utilizar en donde se tuvo que cotizar
los costos por varios lugares para tener en cuenta los lugares que los vendían
más barato y comparar precios con otros establecimientos y para que el
proyecto no se saliera del presupuesto en donde la sección de recursos
materiales se puede visualizar la lista de material comprado y el costo de cada
producto los cuales se puede comparar con otros lugares para un mejor ahorro.
X.V Sistemas eléctricos.
Se analizaron los sistemas eléctricos que contenía el robot tal como el de
los sensores como la Figura 10.5.1 que por medio de un multímetro y por la
información encontrada en varias fuentes se pudo conocer el funcionamiento
que realizaba pero después de un tiempo de funcionamiento se tuvo un
problema con la tarjeta POLAROID la cual ya no realizaba su funcionamiento
por lo que se tuvo que conectar los sensores de forma directa al arduino y así la
creación de un nuevo código el cual pudiera realizar el proceso requerido.
Figura 10.5.1 Conexiones de los sensores con la tarjeta POLAROID.
39
De la misma forma que el sistema de los sensores se realizó el análisis
del sistema de motores como la Figura 10.5.2, por medio del multímetro e
información encontrada y también por varias pruebas, en donde se encontró
con un problema ya que la tarjeta de control de los motores ya no funcionaba de
la manera correcta, se tuvo que sustituir por una nueva tarjeta la cual fue
investigada para que los requerimientos que se solicitaban fueran los
adecuados para el control de los motores y estos tuvieran un funcionamiento
correcto.
Figura 10.5.2 Tarjeta de control de los motores.
Se realizaron las conexiones como la Figura 10.5.3, de todos los
sistemas junto con las baterías después del análisis de las conexiones de
energía y las conexiones junto con el arduino de manera que fuera correcta y
40
que no se presentaran problemas durante el tiempo de pruebas al igual que la
conexión del Bluetooth y del interruptor de encendido y apagado fuera el
correcto para que el funcionamiento fuera el adecuado y cumpliera con los
objetivos.
Figura 10.5.3 Conexión de sistemas con las fuentes de energía.
X.VI Construcción.
Los sensores se conectaron de forma directa al Arduino como la Figura
10.6.1, en donde este se encargaba de enviar el pulso al INIT y el regreso por
parte del ECHO fuera recibido por el Arduino y por medio del código (ver en
Anexos Figura 14.1, 14.2, 14.3 y 14.4) pudiera realizar el proceso requerido.
Figura 10.6.1 Tarjeta Arduino.
41
La tarjeta de los motores la cual se adquirió como la Figura 10.6.2, se
investigó su forma de su conexión (ver en Anexos Figura 14.7) por lo que
después de esto se realizaron las conexiones por medio de cable adecuado
junto con los elementos de los motores de forma adecuada y correcta ya que
por medio de varias pruebas realizadas se obtuvo la información necesaria para
determinar su forma de conexión y para que al momento en que fuesen
controlados por el arduino no se encontraran problemas de funcionamiento.
Figura 10.6.2 Tarjeta de control de motores RoboClaw.
El Arduino se instaló en el Robot de forma que se pudiera programar de
forma sencilla en el futuro. Después de que estuviera fijo, se conectó
correctamente en conjunto con los sensores y con los motores como la Figura
10.6.3, para que al momento en ser activado, este pudiera tomar acciones con
los elementos a controlar (ver en Anexos Figura 14.6).
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Figura 10.6.3 Vista del robot NOMADIC armado para funcionamiento.
Todos los elementos como el Arduino, los sensores y los motores fueron
conectados de forma correcta a las baterías como la de la Figura 10.6.4, las
cuales proporcionarían la energía necesaria para que las acciones a realizar
fueran de forma automática y dependieran de la fuente proporcionada.
Se colocó un interruptor para el encendido y apagado del Robot en cual
activara todos los elementos para que comiencen a funcionar y se les
administre la energía necesaria para esto, por lo que es una manera adecuada
para que el Robot sea activado correctamente.
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Figura 10.6.4 Vista de conexiones con las fuentes de energía.
Después de la realización de pruebas de control por medio de bluetooth y
una aplicación de celular con Android tal como la Figura 10.6.5, se instaló junto
con los demás componentes al igual que realizar conexiones correctas y con tal
que por medio del arduino pudiera tomar este control en el código.
La aplicación de celular con sistema Android, se diseñó (ver en Anexos
Figura 14.5) de forma de que al ser activado por el interruptor, el Robot
esperará hasta que sea activado por el celular, ya sea en su forma automática o
controlado como tipo control remoto, realizando las acciones recesarías del
Robot por medio de la programación del Arduino.
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Figura 10.6.5 Vista de aplicación de control del robot por celular.
El Arduino se programó para realizar pruebas de funcionamiento general
como la Figura 10.6.6, para que se resolvieran problemas de funcionamiento al
igual que arreglos en el programa por varios problemas encontrados y para que
este proyecto fuera entregado de forma correcta y puntual con los
requerimientos del cliente.
Figura 10.6.6 Vista de robot NOMADIC en funcionamiento.
45
X.VII Documentación.
La documentación se desarrolló durante la realización del proyecto
(Figura 10..7.1), en donde se encuentra la información importante y necesaria y
la cual contiene todo lo relacionado con el proyecto en donde puede servir para
un futuro y modernizar aún más el proyecto por lo que la documentación sirve
de guía o base a futuro.
Todo lo que contiene este documento pertenece a la documentación
conteniendo toda la información del proyecto que sirve como respaldo de lo que
se hizo y como se hizo.
Figura 10.7.1 Vista de robot NOMADIC armado y funcionando.
46
XI. Resultados Obtenidos
Los resultados que se obtuvieron al finalizar el proyecto de estadía son
los siguientes:
 Los sensores son capaces de detectar objetos en el camino del robot
NOMADIC por medio de señales de ultrasónico y por el Arduino.
 Sólo se utilizaron 4 sensores de los 16 ya que unos no sirvieron.
 El código del Arduino es capaz, por medio de operaciones, convertir el
tiempo de las señales en distancias para que el robot no choque con los
objetos detectados.
 Los sensores son muy sensibles con las señales haciéndose inestables
afectando en algunos movimientos del robot.
 El código es fácil de entender para que en un futuro se pueda manejar
para cambios o arreglos de la aplicación del robot NOMADIC.
 El arduino es capaz de controlar la tarjeta de los motores de forma
correcta para hacer los cambios de movimiento del robot.
 se logró crear el control por medio de una aplicación en un teléfono móvil
con Android y una tarjeta bluetooth RN-41 para el movimiento manual del
robot a 10 m de distancia.
 Se logró reducir en un 70% la cantidad de conexiones por la
implementación de nuevos componentes de tecnología más actualizada
haciendo el conjunto de sistemas más simplificado
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XII. Conclusiones
 No se pudo llegar al objetivo al 100% por el motivo de que se
encontraron alguno problemas como el de investigar los
componentes ya por ser algo antiguos, la sustitución de elementos
y el cambio de los que dejaron de funcionar por nuevos.
 Al momento de hacer pruebas del robot,
tuvo movimientos
inestables por los sensores que son muy sensibles, afectando a
lograr con el objetivo de manera factible,
además con las
actividades que se realizaron y por el tiempo que duró la estadía
no se pudo concluir con algunos objetivos específicos para cumplir
con el objetivo principal al 100%.
 En el Arduino se conectaron los sensores SONAR directamente ya
que la tarjeta POLAROID, quien es que controla estos sensores,
ya no funcionaba correctamente, por lo se tuvo que realizar el
código que fuese capaz de realizar el mismo proceso requerido.
 Se conectó la tarjeta de control de los motores que sustituyo la
anterior
que
no
funcionaba
correctamente
teniendo
las
características apropiadas para el robot.
 Se investigó de forma detallada los datos y características de la
tarjeta bluetooth RN-41 y la aplicación para teléfono móvil para
controlar de forma manual o automático el robot NOMADIC.
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XIII. Recomendaciones
 Una recomendación importante es que para un futuro en el que se
quiera avanzar con este proyecto es el de darle a las etapas el
tiempo requerido de la realización de las actividades, al igual que
el resolver los detalles que este robot tiene ya que con los nuevos
elementos es más fácil de usarlo de manera correcta para poder
trabajar de una forma más sencilla con el robot NOMADIC.
 Se recomienda investigar detalladamente este documento y por
otras fuentes para la interacción de los elementos contenidos en
este robot para evitar problemas de funciones o llegar a su
descomposición donde se tendrían que cambiar por otros nuevos.
 Para reducir los movimientos inestables de la tarjeta controladora
de los motores RoboClaw es recomendable ya sea modificar el
código o cambiar los sensores por otro dispositivo capaz de
detectar los objetos y que sea más estable en los datos para un
funcionamiento más adecuado del robot.
 Es recomendable utilizar la mayoría de los sensores SONAR que
contiene o sirvan del robot para que pueda detectar con más
seguridad varios objetos en el camino y que sea un poco más
estable el robot NOMADIC dedicándole el tiempo suficiente para
lograr el cumplimiento de este proceso.
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1
XIV. Anexos
Las figuras 14.1, 14.2, 14.3, 14.5 Y 14.6 son para el conocimiento y apoyo al lector
acerca de este proyecto.
INIT
INIT
INIT
INIT
Figura 14.1 Código del Control del robot en Arduino 1º
parte.
2
Figura 14.2 Código del Control del robot en Arduino 2º parte.
3
Figura 14.3 Código del Control del robot en Arduino 3º parte.
4
Figura 14.4 Software APP Inventor para la aplicación móvil con control bluetooth.
Figura 14.5 Partes del Arduino MEGA 2560.
Figura 14.6 Conexiones de la tarjeta de control RoboClaw de los motores.
XV. Bibliografía
1.- Alldatasheet.es (Septiembre de 2011). 80001-05-001. Alldatasheet.es.
Disponible en:
http://www.alldatasheet.es/datasheetpdf/pdf/203073/COTO/80001-05-001.html
2.-ARDUINO.cl. (Noviembre de 2014) ARDUINO MEGA 2560 R3. ARDUINO.cl.
Disponible en: http://arduino.cl/arduino-mega-2560/
3.-Loomis J. (Mayo de 2004). Polaroid Sonar Modules. Topics. Disponible en:
http://www.johnloomis.org/ece445/topics/sonar/info.html
4.-Mouser (Marzo de 2005). CD74HC4515EN. Texas Instruments. Disponible
en:
http://www.mouser.com/ProductDetail/TexasInstruments/CD74HC4515EN/?qs=
xFfolx0DHx3HJlFPf8eQPQ%3D%3D
5.-Neoteo (Junio de 2014). Bluetooth RN-41. Neoteo. Disponible en:
neoteo.com/bluetooth-con-modulo-rn41-y-18f25k20
6.-Pittman (Junio de 2002). Pittman Motors. Pittman-Motors. Disponible en:
http://www.pittman-motors.com
7.-Pololu (Octubre de 2000). RoboClaw 2x15 A. Pololu Products. Disponible
en: http://www.pololu.com/product/1496