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DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y PROGRAMACIÓN DE UN ROBOT MINISUMO Lissette Estefanía Carranza Vargas [email protected] Estudiante, ESPOCH, EIECRI Wilian Gerónimo Solarte Rosas [email protected] Estudiante, ESPOCH, EIECRI

Abstract— Digital filters can be classified into two large groups: those that have an impulse response of infinite duration (IIR) and, on the contrary, FIR systems or response to finite impulse. The fundamental concepts that characterize each of the groups are going to be introduced, in order to then study in detail the techniques most used in the approximation or calculation stage of the coefficients.

I.

INTRODUCCIÓN

Un robot es una entidad virtual o mecánica artificial, esto es por lo general un sistema electromecánico que normalmente es conducido por un programa de una computadora o por un circuito eléctrico. Este sistema electromecánico, por su apariencia o sus movimientos, ofrece la sensación de tener un propósito propio. La independencia creada en sus movimientos hace que sus acciones sean la razón de un estudio razonable y profundo en el área de la ciencia y tecnología. No obstante, existe una cierta incertidumbre sobre el impacto económico de la programación y la amenaza del equipamiento robótico, una ansiedad que se ve reflejada en el retrato a menudo perverso y malvado de robots presentes en obras de la cultura popular. Comparados con sus colegas de ficción, los robots reales siguen siendo limitados. El objetivo del siguiente documento es que conocer los detalles de funcionamiento de un robot mini sumo de competencia. Acá estarán descritos los componentes necesarios para la elaboración de un robot mini sumo, en todos sus aspectos, mecánica (Diseño y fabricación), electrónica, programación. II.

Estado del arte

2.1. Características del robot

Para poder competir en la categoría mini sumo es necesario cumplir con ciertos parámetros como son: el peso, las dimensiones. Para el peso se debe estar dentro de los 500 gramos que es un estándar internacional para toda competencia, así como las dimensiones deben ser 10cm de largo por 10cm de ancho, en cuanto a la altura no se requiere una dimensión específica, aunque si se recomienda que sea lo más bajo posible. Antes de realizar la compra de todos los materiales se deber analizar qué tipo de materiales vamos a usar, en el caso de las gomas de las llantas de debe ver

qué tipo de goma nos da adherencia al piso, así como también los tipos de sensores y motores. 2.2.

Materiales

En este apartado se describirá todo lo que un robot de esta característica puede llevar en su estructura hablando netamente de hardware, además se menciona como realizar el respectivo y correcto dimensionamiento para empezar a adquirir sus elementos. a. Estructura del robot mini sumo

Fig1. Estructura de aluminio La estructura para el robot minisumo no necesariamente deber ser de aluminio, puede ser de cualquier material incluido el plástico, aunque en nuestro caso si usamos una estructura de aluminio, la cual cumple con los requerimientos de ser 10x10. La estructura tiene una base en donde podemos colocar toda la electrónica incluido las baterías, también tiene una pala o cuchilla hecha en bronce para levantar al oponente, esta estructura cuenta con unos orificios en la parte de abajo en los cuales pondremos los sensores QTR1A y en los costados de la estructura también cuenta con unos orificios para poder colocar los sensores de proximidad infla rojos “Sharp” b. Motores Pololu

Fig. 2 Motor Pololu

Estos motores tienen una amplia gama de engranajes para poder escoger el tipo de motor con la suficiente fuerza y velocidad que requerimos para poder mover al oponente, dando lugar a poder elegir si requerimos de más fuerza y menos velocidad o viceversa. Existen motores desde 5:1 hasta 1000:1 y de 6V y 12V así como con escobillas de carbón de larga duración (HPCB) y motores de alta potencia de 6 V (HP), potencia media (MP) y baja potencia (LP) con cepillos de metales preciosos de vida más corta.

c. Soporte para motores

Fig. 3 Soporte para motores pololu

Estos soportes para micro motores permites sujetarlos así la estructura, es mejor los de plástico que los metálicos debido a que le da un agarre mejor.

d. Llantas de minisumo

Fig. 4 Llantas con aros plasticos

Fig. 5 Llantas con aros metalicos

Se recomiendan este tipo de llantas debido a que están diseñadas para este tipo de robot y logran cumplir con las dimensiones requeridas en los reglamentos, y también se recomienda debido al agarre con la superficie de madera es el mejor. e. Sensores de proximidad inflarojos “Sharp Digitales”

Fig. 6 Sensor Sharp 340k

Para realizar la detección de los oponentes se lo hace gracias a la utilización de sensores digitales Sharp, estos sensores son una excelente manera de detectar rápidamente la presencia de objetos cercanos los cuales en su respuesta nos indican un “0” o “1” dependiendo el caso en el que se encuentre el robot.

Este tipo de robot tiene un tiempo de respuesta: 2.56 ms típico (3,77 ms máx) y su es de 21,6 x 8,9 x 10,4 mm. Estos sensores solo le indicarán si hay un objeto dentro del rango de detección pero no indican qué tan lejos está el objeto. f. Sensores de línea qtr

Fig. 7 sensor qtr1a

Estos sensores se utilizan para reconocer el borde del dohyo, éste es de color blanco. Se recomiendan dos sensores uno en cada extremo de la parte frontal del robot. “El sensor de reluctancia Pololu QTR-1A lleva un solo par de LED infrarrojo 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 típicamente es de 5 V) en función del IR reflejado. El voltaje de salida más bajo es una indicación de mayor reflexión. Este sensor fue diseñado para ser utilizado con la placa paralela a la superficie que se detecta. Debido a su pequeño tamaño, múltiples unidades se pueden organizar fácilmente para adaptarse a diversas aplicaciones, como detección de línea y detección de proximidad / borde. g. Batería lipo de 2 celdas y 500mah

Fig. 8 Batería lipo 2 celdas y 500mah

Esta batería alimentara todo el robot, esto incluye los sensores, motores, y tarjeta de control. Características:  7.4V paquete de 2 celdas

   

500 mAh de carga 20C velocidad de descarga continua Conector de carga JST-XH Conector descarga JST-RCY

h. Micro controlador (Arduino Pro Mini)

Fig. 9 Arduino Pro mini

El Arduino Pro Mini es una tarjeta de control pequeña, que pertenece a la familia Arduino, ideal para nuestro robot debido al tamaño, Esta tarjeta está dirigida para las personas que requieran trabajar con sensores que usen tensiones de 3,3V, no trae conectores, de modo que pueden soldar en la orientación que se necesite, es por eso que para programar el Pro Mini se requiere de un FTDI Basic Breakout a 3,3V la cual se conecta directamente en los pines donde sale indicado GRN y BLK, energizando el Arduino Pro mini o simplemente se puede programar con un Arduino uno. Este viene a ser nuestro cerebro del robot porque aquí está toda la programación que nosotros le carguemos. i. Puente h

Fig. 8 Puente h para motores pololu

Debido a que un microcontrolador no puede entregar directamente la potencia que necesita un motor. Por ello se utiliza un puente H, ya que desde el microcontrolador se envían las señales digitales para indicar la dirección que queremos que gire el motor, el puente H recibe estas señales y entrega la potencia necesaria al motor. Los motores pololu tienen una corriente pico de 1.6 A esto puede pasar cuando tu robot choque contra el oponente sin que ninguno ceda, por lo cual el puente H que vamos a seleccionar debe cumplir con esta

característica de corriente para cada motor, de lo contrario se puede quemar. III.

Diseño e implementación

3.1Dimensionamiento del motor

Es necesario conocer qué tipo de motor es eficaz para usar en los combates, primero se debe realizar el dimensionamiento de los mismos, para poder elegir que motor vamos a usar tenemos que saber las características de nuestro robot, es decir el peso que debemos llevar más el peso del rival que debemos empujar. Para considerar los motores a utilizar una variable fundamental es el peso del robot 500g más 500g del robot rival y para romper la inercia sobre dimensionamos al 20% es decir: 500g+500g =1000g obtenemos 1,2kg de peso total a mover, en la tabla que nos provee el fabricante (Fig, 9) tenemos la opción de 30:1y 50:1 para lo cual balanceamos entre torque y revoluciones por minutos y escogemos 50:1 a 650 rpm a un consumo de 1.2 A.

Fig. 9 Tabla de motores pololu

Cuando se realiza el diseño de la placa se debe procurar que los conectores para los sensores, motores, para que se pueda conectar fácilmente, por ejemplo, que el conector del sensor derecho este al lado derecho de la PCB y así con cada componente. Además, lo ideal sería que utilizar componentes de montaje superficial para no tener problemas al momento de reemplazar los mismos. Para el diseño de la placa se utilizó el software Eagle 7.6 profesional en el cual se planifico con antelación que elementos deben estar presente, por medio de este software se realizan las conexiones entre los diferentes dispositivos conectado a cada uno correctamente como se muestra en la Fig. 10. 3.2 Placa Base La electrónica del robot consiste principalmente en una placa base, que contiene los circuitos de potencia para el manejo de los motores y todos los puertos y conectores necesarios para el conexionado de periféricos como ser

sensores, alimentación, comunicación, etc. La misma dispone de un zócalo en donde se conecta otra placa que posee el micro controlador encargado del control del robot. De esta manera, el hardware es independiente delMicro controlador utilizado, lo cual permite la reutilización de la placa base para otros robots como así también su fácil reemplazo, teniendo en cuenta la rápida evolución de los mismos.

Fig. 10 Diseño y conexión de elementos en la Placa

El siguiente paso es sacar las dimensiones de la PCB donde va ir impreso el diseño de la placa para posteriormente realizar verificar la impresión de las pistas fueron correctas. A partir del primer diseño se genera este esquema de impresión.

Fig. 11 Esquema para impresión de PCB

Una vez impreso nuestro diseño en la PCB con las mediciones consideradas procedemos a realizar las respectivas perforaciones para colocar cada elemento en el lugar antes planificado y posteriormente proceder a realizar la prueba del funcionamiento de la placa. Al final la placa determinada luce como se visualiza en la Fig. 12.

Fig. 12 Esquema para impresión de PCB

Después de realizar todas las pruebas necesarias de los elementos que componen la placa procedemos a realizar el ensamblaje y conexión de todos los elementos que componen el robot, obteniendo el robot terminado tal y como se visualiza en la Fig. 13.

Fig. 13 Robot Mini sumo en epata final

IV.

Algoritmos de Programación del Robot

Para poder controlar el robot, cambiar su modo de comportamiento, ejecutar distintos programas se va a crear una especie de sistema operativo sobre el que construiremos todo el resto de la programación. El sistema operativo se ha construido utilizando una serie de variables de estado que dirigen el flujo del programa. Las principales variables de estado son las siguientes:  Modo: esta variable determina si el robot está funcionando en el modo de combate o en el de menú. Por lo tanto solo puede tomar dos valores.  Estrategia: esta variable determina de qué forma se va a comportar el robot en el modo combate.  Algunas de las estrategias son por ejemplo: Fluida, Suicida, Cobarde, Vueltas  Nivel: esta variable determina si estamos eligiendo un subprograma en el menú o si lo estamos ejecutando. Lógicamente tiene solo dos valores.

Fig. 14 Robot Mini sumo en epata final

El software de programación fue desarrollado en Arduino que es un lenguaje de programación libre el cual con facilidad permite desarrollar el programa que gobernara cada dispositivo, se empleó conocimientos adquiridos en semestres anteriores, leguajes de programación como C++ .

Fig. 15 Código final mini sumo

V.

Conclusiones

Se realizó el seguimiento de una plataforma de robótica online para el conocimiento de los elementos a utilizar, cuyas principales características son su bajo costo, versatilidad, adaptabilidad y posibilidad de expansión. Se logró desarrollar este robot que está apto para ser utilizado en varias competencias de robótica móvil, por lo que tiene un gran alcance dentro del ámbito educativo. VI.

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Recomendaciones

No se recomienda utilizar tarjetas comerciales, pero si quieres un robot más compacto lo mejor es diseñar tu propia PCB que se acomode a tu diseño, esto te servirá también para que no necesites tantos cables de conexión. Otra recomendación es hacer la PCB a doble cara, todo con el objetivo de que sea los más pequeña posible y que se acomode al espacio disponible.

VII.

Referencias

[1]

S. Herbrechtsmeier, U. Rückert y J. Sitte, “AMiRo Autonomous Mini Robot for Research andEducation” Advances in Autonomous Mini Robots: Proceedings of the 6-th AMiRE Symposium, Bielefeld, Alemania, 2011, pp. 101-112.

[2]

A. J. Carimatto, C. Verrastro y J. C. Gómez, “Mapeo y Navegación por nodos de potencial para robótica móvil” XIII Reunión de Trabajo en Procesamiento de la Información y Control, Rosario, Argentina, 2009.

[3]

M. Prieto Canalejo, R. Verrastro1, L. Di Matteo, J. C. Gómez y C. Verrastro, “Odometría Estereoscópica en Tiempo Real” IV Seminario de Inteligencia Artificial y Robótica, Buenos Aires, Argentina, 2012.

[4]

M. J. Paves, “KIT RobotGroup para enseñanza de tecnología y robótica” Catálogo de Proyectos del Concurso Nacional de Innovaciones , 7ma edición, p. 291, 2011.

[5]

P. De Cristóforis, S. Pedre y J. Santos, “ExaBot: un robot para divulgación, docencia e investigación” V Jornadas Argentinas de Robótica (JAR'08), Bahía Blanca, Argentina, 2008.

[6]

D. Gaydou, G. Perez Paina, J. Salomone y G. Steiner, “Plataforma móvil de arquitectura abierta” V Jornadas Argentinas de Robótica (JAR'08), Bahía Blanca, Argentina, 2008.

[7]

A. Bonarini, M. Matteucci, y M. Restelli, “Automatic error detection and reduction for an odometric sensor based on two optical mice” IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Barcelona, España, 2005, pp. 1675-1680....