En esta entrada se hablará de un robot móvil con configuración diferencial realizado durante la asignatura Robótica Móvil en la Universidad Politécnica de Valencia.
MEMBRÁCIDO
Diseño:
Para el diseño de la estructura del robot se ha utilizado la aplicación web llamada OnShape. Todas ellas han sido diseñadas desde cero para poder acoplarles tanto los motores, como los sensores y los controladores, y posteriormente han sido impresas en 3d mediante la impresora Bambu Lab A1 MINI.
El robot cuenta con una base en la que se pone la batería, el arduino, los controladores de los motores, el sensor bluetooth y el convertidor DC-DC. A esta pieza se le pegan utilizando pegamento para plásticos un soporte para la rueda loca, una protección para la misma, los soportes de los motores y un soporte para los sensores de ultrasonidos.
Las ruedas, impresas en 3d, han sido recubiertas de una cámara para bicicletas con el objetivo de aumentar la adherencia al suelo para reducir lo máximo posible los derrapes.
Por último, la rueda loca funciona con 2 rodamientos: uno colocado horizontalmente y otro verticalmente actuando como la rueda. Para su correcto funcionamiento, el eje de giro del rodamiento horizontal no choca con el del rodamiento vertical.
Electrónica:
- Componentes:
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- Arduino MEGA.
- Sensor bluetooth HC – 05.
- 2 Motores paso a paso NEMA 17.
- Protoboard pequeña.
- Batería LiPo de 11.1 V y 1300 mAh.
- Un condensador.
- Un diodo.
- Un convertidor DC_DC LM2596.
- 2 controladores de motor paso a paso A4988.
- 3 sensores de ultrasonidos HC-SR04.
- 2 sensores infrarrojos digitales VMA330.
- Cables.
- Usos para los componentes:
- Arduino -> Desde aquí se controlará el robot.
- Sensor Bluetooth -> Utilizado para recibir señales desde el teléfono móvil y responder a ellas.
- Motores -> Para mover el robot.
- Protoboard pequeña -> En ella se encuentran el diodo, el condensador, los controladores de los motores y algunos cables de alimentación, masa y control.
- Batería -> Alimenta tanto al arduino como a los motores.
- Condensador -> Estabiliza la tensión que alimenta a los motores paso a paso.
- Diodo -> para evitar la polarización inversa si la batería se conecta erróneamente.
- Convertidor DC-DC -> Para reducir la tensión de la batería LiPo de 11.1 V a 5 V para alimentar el arduino.
- Controladores de los motores paso a paso -> Para simplificar el manejo de los motores.
- Sensores de ultrasonidos -> Para medir distancias y evitar obstáculos y paredes.
- Sensores infrarrojos -> Capaces de distinguir entre blanco y negro, utilizados para la función sigue-líneas.
- cables -> Para realizar todas las conexiones necesarias.
Funciones:
El robot membrácido cuenta con 3 funciones diferenciadas:
- Control remoto: Esta función nos permitirá el manejo a distancia del robot mediante una aplicación móvil que se comunicará con el teléfono a través del componente bluetooth.
- Sigue-Líneas: Cuando el robot se encuentre en este modo, utilizará los sensores de infrarrojos para seguir una línea negra pintada en el suelo o usando cinta adhesiva. El ajuste de el sigue-líneas se puede realizar sin modificar el código ya que los sensores cuentan con unos potenciómetros encargados de cambiar el valor a su entrada que indica el color sobre el que se encuentra. Aprovechando que se usan 2 sensores, se puede realizar un control preciso del robot de la siguiente forma:
- Si los dos sensores detectan la línea: El robot continua recto.
- Si el sensor de uno de los laterales detecta la línea y el otro no: El robot gira hacia el lado contrario.
- Si ningún sensor detecta la línea:
- Si no ha detectado una línea previamente: va hacia delante.
- Si ha detectado una línea previamente: gira más rápido hacia el lugar por donde desaparece la línea (es decir: el robot cuenta con memoria para que el control sea lo más preciso posible).
- Evita obstáculos y paredes: Mediante el uso de los sensores de ultrasonidos, el robot es capaz de detectar si hay un objeto en sus alrededores y evitarlo si es necesario.
Código:
En primer lugar, para el control de los motores se ha utilizado interrupciones de tipo timer. Esto ayuda con su manejo ya que de esta forma se libera un poco la carga de la CPU.
Para el control de modos y para el manejo de cada estado, se ha utilizado una estructura de algoritmos basada en comportamientos, que, dependiendo del valor de ciertas variables, y de los valores recibidos por el sensor bluetooth se realizan unas acciones u otras.
APP:
Para controlar el robot sin necesidad de modificar o intercambiar el código, se ha creado una app mediante la aplicación Web MIT APP Inventor. A través de su uso, se puede elegir el modo de funcionamiento, la velocidad a la que se mueve el robot y mientras se encuentre en el modo de control remoto, se podrá controlar su movimiento a distancia.
Por limitaciones del módulo bluetooth, se ha requerido del uso de un teléfono móvil viejo para permitir la compatibilidad entre el módulo bluetooth y la aplicación.
Autor:
Pérez Terol, Juan