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Sistemas embebidos en robótica




Enviado por Pablo Turmero



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    Desafío Pelotas de distintos tamaños, pesos y
    colores Disposición aleatoria de las pelotas
    Disposición aleatoria de los recipientes Un recipiente
    particular para cada pelota Separación de 4 metros entre
    cada escenario

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    Estructura Mecánica: Limitaciones Limitaciones de las
    bases: Debe ser construido desde CERO Dimensiones máximas
    extendido: 50x40x40 Limitaciones practicas: El robot no debe ser
    muy grande debido a lo reducido del espacio para maniobrar Alta
    capacidad de movilidad en poco espacio (radio de giro = 0)
    Capacidad de recoger pelotas en las esquinas

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    Estructura Mecánica: Planta Motriz 2 neumáticos HPI
    4540 v-groove radial low profile 2 Ruedas omnidireccionales:NARP
    4cm Black Poly Wheel 4 piezas de tornería

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    Estructura Mecánica: Motores Motor DC Maxon 24 v DC 3980
    rpm a 24V DC Consumo a 24 V: Nominal: 250 mAh Arranque: 550mAh
    264 gramos Encoder óptico de doble cuadratura Caja
    reductora de 10:1

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    Estructura Mecánica: Chasis

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    Estructura Mecánica: Servo motores Algunas
    características buscadas por separado: Alto torque sin
    importar tamaño Tamaño reducido sin sacrificar
    torque Prestaciones regulares

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    Estructura Mecánica: Servo motores 3 GWS micro Servo 5.4KG
    0.17S(60°) 1 Hitec HS-311 3.3KG 0.19S(60°) 1 Hitec
    HS-765HB 11KG 0.28S (60°) 1 GWS S666 N 24KG 0.24S
    (60°)

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    Estructura Mecánica: Balde Funcionamiento para tres
    tamaños distintos de pelotas Forma Puntiaguda Posibilidad
    de llegar a las esquinas Dos GWS Micro Servo Variar
    inclinación del balde Abrir y cerrar puerta de
    ingreso

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    Estructura Mecánica: Brazo Inspirado en un camión
    recolector de basura Servo Motor GWS S666 N Posee un ServoSaver
    debido al largo del brazo de palanca Otro lado solamente con
    rodamientos Posee dos ejes de libertad Levantar el brazo
    Inclinación del balde

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    Estructura Mecánica: Cargador Vertical Dos Servo motores
    Hitec HS-765HB (eje) GWS micro Servo (puerta) Corazón del
    sistema mecánico Sólo posee tornillos en la
    conexión al eje central Utilización de
    tecnología aéreo espacial 😛 (aluminio+pegamento)
    Mecanismo de rodamientos, ejes, acoples y servo motores
    Consideración de tres habitáculos iguales (tres
    pelotas) Una vía de admisión y otra vía de
    expulsión

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    Estructura Mecánica: Cargador Vertical

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    Alimentación: Ion Litio Batería usada para
    alimentar todas las tarjetas electrónicas Alta
    concentración de energía Cargador incorporado Baja
    tasa de carga-descarga Cargador incorporado muy frágil Se
    opta por usar cargador externo

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    Alimentación: Ni-Mh 3 packs pre-ensamblados HITEC 54116
    9,6 V 1600MAh Cargador Hitec CG-335 Pro Fuente de poder 10 Ah 12V
    para el cargador Alta tasa de carga-descarga Utilizada para
    energizar los motores tractores (maxon)

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    Comunicación del Robot El esquema utilizado para el
    control del robot, es el siguiente Unidad Central de
    Procesamiento (PC Mini-ITX) Control de Navegación
    (Atmega128) Control de Mecanismos (Atmega128) RS-232 RS-232
    Botonera (Ejecutar/Detener)

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    Unidad de Procesamiento Central Se utilizó una tarjeta
    Mini-ITX de la serie TC, ya que incluye un conversor DC/DC en la
    placa. Periféricos Cámara USB “Logitech
    Orbit”. Adaptador CF-IDE + CF 512MB. Adaptador wireless USB
    802.11b (Linksys).

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    Unidad de Procesamiento Central Software En el computador corre
    un programa principal y unos hilos (threads) que permiten el
    control de la ejecución del programa principal. Los hilos
    son activados mediante la placa “Botonera” conectada
    al PC. Con los hilos es posible detener la ejecución del
    programa, en cualquier momento, y volver a un estado inicial para
    comenzar desde cero la ejecución. En el caso de no
    necesitar detener el programa principal, éste se
    ejecutará hasta terminar con su objetivo.

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    Unidad de Procesamiento Central Ejecución del software en
    el PC Programa Principal Espera “boton” para iniciar
    Hilo que espera “boton” para terminar
    ejecución. Botón Inicio Botón Término
    Elimina proceso principal

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    Unidad de Procesamiento Central Software El programa principal
    cumple las siguientes funciones: Adquirir y procesar las
    imágenes de la cámara (Ej: detectar linea, buscar
    entrada, buscar pelota roja, etc…). Enviar órdenes
    a la placa de navegación, en base a las imágenes
    (Ej: avanzar 20cm, girar 90° a la derecha,etc..). Enviar
    órdenes a la placa de mecanismos (Ej: bajar ángulo
    de la cámara en 20°, recoger pelota verde,
    etc…).

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    Unidad de Procesamiento Central Comunicación serial en C ?
    “termios”. Es posible setear los parametros de
    comunicación serial: Baudrate (velocidad). Tamaño
    del frame de datos (típicamente 8 bits). Paridad. N°
    de bits de parada. Funciones read y write, leen y escriben los
    datos en el puerto serial. En Linux el puerto serial ?
    /dev/ttySX

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    Control de Navegación Placa desarrollada a medida
    (Atmega128). Control basado en encoders (integrados a los motores
    Maxon). Interrupciones por cambio de estado de pines. En cada
    interrupción se incrementa la cuenta. Interrupción
    por timer cada t fijo Lee cuenta del registro, y calcula la
    velocidad y la distancia recorrida.

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    Control de Navegación Velocidad de los motores regulada
    por una señal PWM. Cambiar la velocidad de un motor en
    algún momento se traduce en cambiar el valor del registro
    del PWM. Cambiar la dirección y velocidad Interfaz
    vía comunicación serial. Avanzar/Retroceder
    [distancia] Avanzar/Retroceder [velocidad] Girar
    derecha/izquierda [grados] Girar derecha/izquierda [velocidad]
    Obtener distancia avanzada Obtener ángulo girado

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    Control de Navegación Encoders y Motores Placa de
    Navegación Encoder I Motor Izq Encoder D Motor Der PWM
    PWM

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    Control de Mecanismos Placa desarrollada a medida (Atmega128).
    Mecanismos que realiza la placa: Subir/bajar vaso de
    recolección. Girar cargador. Abrir/Cerrar vaso.
    Subir/bajar cámara. Etc…

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    Control de Mecanismos Mecanismos activados por servomotores
    (PWM). Cambiar la posición de un servo, se traduce en
    cambiar el valor de un registro de timer.

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    Control de Mecanismos Servomotores Placa de Navegación
    Servo 1 Servo 2 Servo 3 Servo 4 PWM 1 PWM 2 PWM 3 PWM 4

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    Control de Mecanismos Las acciones a realizar están
    preprogramadas en la tarjeta de Control de Mecanismos. Las
    acciones son solicitadas por el PC a través de una
    interfaz por el puerto serial. Una acción involucra el
    movimiento de 1 o más servomotores. Movimiento
    sincronizado, para no dañar al robot (Servos de alto
    torque). Algunas de las acciones son: Cámara [angulo]
    Recoger pelota [color] Botar pelota [color] Etc..

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    Control de Mecanismos Acciones preprogramadas involucran el
    movimiento de varios servos sincronizados. Estas acciones pueden
    demorar muchos segundos. Es necesario poder interrumpir algunas
    acciones de larga duración para realizar alguna más
    corta (Ej: ángulo cámara) Tal vez es necesario
    detener la acción que se está realizando (Ej: dejar
    de recoger pelota si se pierde de vista).

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    Control de Mecanismos Para la interrupción de acciones se
    utiliza interrupción por timer, cada tiempo t fijo. En
    cada interrupción se verifica si es que existe alguna
    petición de acción nueva. Se soluciona el problema
    de dejar “tomada” la tarjeta de Control de Mecanismos
    durante la ejecución de una acción.

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    Sistema de Visión Sensor principal Logitech Orbit,
    Conocida también como Logitech Sphere. Funciones de la
    camara en Petero: Detección de Linea que conecta
    habitaciones. Detección de Pelotas (color y
    posición). Detección de Recipientes (color y
    posición).

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    Logitech Orbit Excelente Calidad de Imagen. Resolucion de Video
    ajustable (640×480, 320×240, 160×320). Chip Philips->Excelente
    soporte en Linux (Driver PWC, Philips WebCam). Angulo
    Visión Horizontal 38°, vertical 28°

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    Logitech Orbit Precio mercado nacional $100.000.- app. Otras
    funciones USB 2.0 Movimiento Horizontal y Vertical. Zoom digital.
    Tracking.

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    Detección de Pelotas Algoritmo Segmentación imagen
    en base a colores

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    Detección de Pelotas Algoritmo Determinación de
    centroides y cálculo de distancias. (x1,y1) (x2,y2)
    (x3,y3)

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    Detección de Linea. Algoritmo: Se convierte la imagen a
    binaria (blanco y negro). A partir de los puntos negros
    encontrados, se traza una recta. El robot se alinea con la recta
    y navega hasta el punto final de la misma.

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    Integración de Algoritmos Robot navega por línea
    hasta habitación 1 Se posiciona en medio de la
    habitación Gira hasta encontrar una pelota Determina
    posición de pelota encontrada Recoge pelota Repite 3, 4 y
    5 hasta recoger todas las pelotas

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    Integración de Algoritmos Busca línea para navegar
    hasta habitación 2 Gira hasta encontrar recipiente
    Deposita pelota correspondiente al recipiente encontrado Repite 8
    y 9 hasta depositar todas las pelotas

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    Petero Daptilo En Acción

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