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Robótica móvil y microcontroladores




Enviado por Pablo Turmero



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    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

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    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.

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    Los microcontroladores Pic16F87x
    Comparativa de los modelos

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    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

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    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

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    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

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    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.

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    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”

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    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.

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    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…

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    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.

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    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.

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    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.

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    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

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    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.

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    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.

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    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

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    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

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    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.

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    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.

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    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).

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    Estructuras y componentes de un Robot Móvil
    Estructura:

    E. Fischertechnik
    E. Mecano
    E. Lego

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    Estructuras y componentes de un Robot Móvil
    Tracción del Robot utilizando ruedas:
    Dirección Diferencial
    Estructura de triciclo
    Estructura de coche
    Estructura independiente

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    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

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    Estructuras y componentes de un Robot Móvil
    Relación de materiales para la construcción de la estructura de un Robot Móvil:

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    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

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