Objetivos Ver la integración del microcontrolador en la Robótica Móvil Exponer ejemplos concretos de Robots Móviles con los PIC16F87x Dar una visión general sobre la construcción de Robots Móviles Describir las principales características de la Robótica Móvil
Los microcontroladores Pic16F87x ¿Qué es un microcontrolador? Microcontrolador (µC): Dispositivo integrado que incluye un microprocesador, memoria y dispositivos periféricos (dispositivos de ENTRADA/SALIDA, convertidores A/D, puerto de comunicación, etc.). Los PICS son microcontroladores de la casa Microchip.
Los microcontroladores Pic16F87x Comparativa de los modelos
Los microcontroladores Pic16F87x Características especiales Todos los PIC16F87X tienen una serie de elementos integrados, pensados para minimizar el coste de un diseño al eliminar componentes externos discretos. Los elementos son:
1. Oscilador 2. RESET 3. Varios niveles de interrupción 4. Temporizador Watchdog 5. Instrucción SLEEP 6. Protección de código 7. Circuitería de programación serie 8. Comunicación serie
Los microcontroladores Pic16F87x Características especiales RESET Podemos distinguir entre varios tipos de RESET: Por conexión de alimentación Activación del pin de Reset Reset provocado por el Watchdog Reset provocado por una caída del voltaje Temporizador Watchdog (WDT) No requiere componentes externos No se deshabilita en modo SLEEP Habilitación mediante la palabra de configuración Las instrucciones CLRWDT y SLEEP ponen a cero el WDT
Los microcontroladores Pic16F87x Características especiales SLEEP Modo bajo consumo ejecutando la instrucción SLEEP. Se sale del modo bajo consumo mediante: Reset externo (#MCLR) Desbordamiento del WDT Interrupciones si están habilitadas La primera condición causa un Reset del dispositivo. Las demás lo despiertan y continua la ejecución donde se había parado
Los microcontroladores Pic16F87x Influencia de las características especiales de los PICS en los Robots Móviles SLEEP Modo bajo consumo SLEEP, nos permite reducir el consumo energético del robot con lo que podemos ampliar su alcance. WATCH DOG Este timer lo aplicaremos como medida de seguridad en el caso de colapso. PWM El pulso de amplitud modelada nos permite controlar los motores paso a paso del Robot Móvil.
Aplicación del Pic16F87x en la Robótica Móvil Listado de Robots con el PIC XPLORER-DETECTOR DE MINAS ANTIPERSONALES SCRATCH ROBOT EXPLORADOR ARAÑA PLATAFORMA SUBACUÁTICA ROBOT PIONERO 1B PUÑALADA AMARILLA GOS7 MICRO ROBOT "VOYAGER" ROBOT SUMO” MAMPO”
Aplicación del Pic16F87x en la Robótica Móvil XPLORER-DETECTOR DE MINAS ANTIPERSONALES El robot es dirigido mediante radio frecuencia. Control mediante PC, procesa las imágenes enviadas por el robot y monitoriza el estado del sensor de minas. El operario dirige remotamente al robot. Al detectar una mina se deshabilita el control remoto y coloca un detonador. El robot se puede desplazar sobre 3 ejes: X,Y y uno de rotación sobre si mismo.
Aplicación del Pic16F87x en la Robótica Móvil Características técnicas Robot: Microcontrolador: PIC 16F873 Sistema motor: Dos servomotores. Lanzador detonador: Motor (vibrador de móvil). Sensores: Cámara C-MOS B/N. Sensor de temperatura: LM335. Detector de metales. Voltaje batería motores. Voltaje batería lógica. Control remoto: Módulo FM Aurel. Módulo Vídeo Aurel.
El robot está gobernado por un microcontrolador (PIC16F873), el cual se encarga de gobernar motores, sensores, módulo de RF…
Aplicación del Pic16F87x en la Robótica Móvil PLATAFORMA ROBÓTICA SUBACUÁTICA Estructura: Existe una tendencia creciente por emular las características de los animales para mejorar la eficiencia de los sistemas de robots actuales. El área de vehículos subacuáticos hace incursión en esta tendencia imitando formas de animales acuáticos y recientemente, imitando su forma de propulsión. La plataforma robótica tiene una apariencia similar a la de una raya, un cuerpo rígido y una aleta flexible que le permite propulsarse para avanzar y girar.
Aplicación del Pic16F87x en la Robótica Móvil Características técnicas Robot: • Sistema estructural Hace referencia a la recámara impermeable, forma hidrodinámica y el lastre que posibilita su inmersión.
• Sistema mecánico Genera el movimiento de la aleta flexible. Dos motores DC y un arreglo de piñones que reducen su velocidad y aumentan su fuerza, el motor de propulsión gira, causando el aleteo de la cola, y el de giro toma una posición que define la orientación de aleteo.
• Sistema electrónico Microcontrolador PIC16F873, dos acelerómetros ADXL202, dos drivers TEA3717 para los motores, y un arreglo de pares emisor-receptor de infrarrojo. El arreglo de infrarrojos permite conocer la orientación de la cola y el número de aleteos realizados.
Aplicación del Pic16F87x en la Robótica Móvil GOS7 La forma de GOSSET es una copia biomimética de un pequeño perro y se inspira en el comportamiento canino.
Dispone de cuatro patas articuladas para desplazarse y de una cabeza con boca articulada y una cola móvil para fomentar la interacción emocional con las personas.
El robot GOS7 esta programado para que responda delante ciertas perturbaciones.
El diseño de la pierna tiene dos grados de libertad: – la rodilla es de rotación libre aunque tiene un tope en la parte delantera – la rotación de la cadera se controla mediante un servo.
El PIC 16F876 controla el moviento del GOS7.
Aplicación del Pic16F87x en la Robótica Móvil Características técnicas Robot PIC 16F876 Sensores de proximidad por infrarrojos Sensores de movimiento por infrarrojo Sensores de contacto (electromagnéticos) Sensores de fuerza Siete servos de diferente tamaño y par Batería de 4,8V (1.300 mAh) NiCd Robot: 1.100 gramos Baterías: 190 gramos
Aplicación del Pic16F87x en la Robótica Móvil Otros modelos: SCRATCHI: formado por una placa de circuito impreso sobre la cual va acoplado un PIC16F873 que recibe información de los sensores y que está programado para dar las ordenes necesarias de movimiento a los servomotores en cada momento. ROBOT EXPLORADOR ARAÑA envía las imágenes por radiofrecuencia a un monitor. El control de las patas utiliza cuatro placas controladoras. Cada una tiene un PIC 16F873-04/SP. Pic master y tres slaves. El master controla a los slaves y cada uno de los slaves dos de las patas. “MAMPO” para participar en pruebas de sumo. La placa de control gobernada por dos PIC, un 16F876, y otro 16F872. El PIC16F876 se ha elegido por su fácil programación y versatilidad, trabajando en paralelo con el PIC16F872.
Aplicación del Pic16F87x en la Robótica Móvil Otros modelos PIONERO 1B diseñado con características de autonomía, programabilidad y disparo de objetos. El microcontrolador PIC 16F877 trabaja como sistema de control del robot.
VOYAGER diseñado para seguir una línea marcada en el suelo y recorrer ésta misma con el menor tiempo posible. El robot es controlado por un PIC16F874
PUÑALADA AMARILLA es una estructura realizada en planchas de PVC a la que va atornillada la placa base en la que se aloja el PIC 16F876 y los diversos conectores para la colocación de los sensores. El PIC controla el movimiento del robot.
Estructuras y componentes de un Robot Móvil Evolución del proceso de diseño y construcción.
Para analizar la estructura de un Robot Móvil podemos utilizar la siguiente clasificación:
Nivel físico Nivel de reacción Nivel de Control Nivel de Inteligencia Nivel de Comunidad Nivel de Cooperación
Estructuras y componentes de un Robot Móvil Nivel físico: A la hora de elegir un motor para aplicaciones de Robótica Móvil, debemos tener en cuenta que existen varios factores como son la velocidad, el par, el frenado, la inercia y el modo de control. Según la aplicación podemos escoger entre:
Motores de corriente continua
Motores de corriente continua con reductores
Servomotores
Estructuras y componentes de un Robot Móvil Motores de corriente continua:
Los más económicos son los que se utilizan en algunos juguetes, pero tienen el inconveniente de que su número de revoluciones por segundo (RPS) es muy elevado.
Estructuras y componentes de un Robot Móvil Motores de corriente continua con reductores:
Disminuyen la velocidad, le dan más potencia al Robot para moverse, y proporcionan un buen par de arranque.
Estructuras y componentes de un Robot Móvil Servomotores: Como los que se usan en modelismo y radiocontrol. Se trata de unos motores con un circuito electrónico. Cumplen unas características que les hacen idóneos para la construcción de Robots, tales como un buen par de salida, potencia suficiente para trasladar objetos o una batería, baja inercia, son capaces de mover 3,5 Kg/cm, incluyen multitud de accesorios para poder fijar a una estructura plana (al ir dentro de una carcasa de plástico rectangular con soportes para fijar los tornillos).
Estructuras y componentes de un Robot Móvil Estructura:
E. Fischertechnik E. Mecano E. Lego
Estructuras y componentes de un Robot Móvil Tracción del Robot utilizando ruedas: Dirección Diferencial Estructura de triciclo Estructura de coche Estructura independiente
Estructuras y componentes de un Robot Móvil Movilidad de la estructura: Movimiento hacia atrás Movimiento hacia delante Movimiento de giro a la izquierda Movimiento de giro a la derecha
Estructuras y componentes de un Robot Móvil Relación de materiales para la construcción de la estructura de un Robot Móvil:
Conclusiones Hemos podido observar parte del amplio campo de la Robótica Móvil Importancia del microcontrolador en la Robótica Móvil Ampliación de conocimientos de otras materias Seria interesante introducir esta materia en el temario de la especialidad