1. PROYECTO “SEGUIDOR DE LINEA”
1. TITULO
Seguidor de línea
2. INTRODUCCIÓN
En la electrónica una de las más importantes e interesantes áreas es la de la
robótica no sólo porque hoy en día la tecnología a nivel mundial en algunos
organismos políticos, empresas asimismo en recintos históricos e incluso
religiosos podemos observar la actividad y trabajo de mecanismos
electrónicos inteligentes; maquinas hechas por el hombre que se encargan de
facilitar o incluso realizar completamente las tareas humanas de mayor riesgo,
peligro, esfuerzo y pasatiempo. Tareas que para el hombre resultan difíciles,
cansadas e incluso mortales, tareas que necesitan más de una persona lo cual
económicamente genera gastos.
Es con esto que surge ideas tecnológicas modernas que nos permiten acceder
a mecanismos fáciles de manejar, construir y adquirir, consideramos presentar
alternativas que puedan satisfacer las necesidades antes planteadas, nuestro
proyecto presenta un “coche seguidor de línea” este tipo de dispositivo captara
mediante sensor infrarrojo para poder llegar a su punto de llegada o partida.
3. ANTECEDENTES
En la electrónica, robótica y lo sistemático importantes e interesantes áreas
tiene una aplicación en casi todos los campos sino porque permite crear una
cantidad ilimitada de modelos tecnológicos fantásticos al igual que una
ilimitada de aplicaciones útiles en el hogar, en el colegio, en la industria, en el
comercio, en todos los campos del conocimiento y del quehacer humano
puede caber una aplicación de la robótica además, en nuestro caso, nos
permite una aproximación a la programación y a la aplicación práctica de los
conocimientos obtenidos teóricamente en clase.
Los robots dispositivos o mecanismos “seguidores de línea” que cumplen una
única misión: seguir una línea marcada en el suelo (normalmente una línea
negra sobre un fondo blanco). Son considerados los "Hola mundo" de la
robótica.
Interacción se efectuó el análisis en base a requerimiento de nuestra
creatividad e imaginación, como también se obtendrá la información
necesaria para realizar el presente proyecto.
Diseño del sistema se realizara la estructura asimismo se elegirá la
arquitectura o circuitos como también efectuaremos y estableceremos el
algoritmo del sistema.
2. Edificación y arquitectura definiremos el programa en el que se realizara
el sistema para la generación del código fuente y trabajamos el proceso y
desarrollo.
Evaluación y apreciación se verificara la funcionalidad del dispositivo
conjuntamente se evaluara el funcionamiento a continuación se pasara al
proceso de visto bueno.
Manutención del sistema en esta fase podremos realizar la corrección y
ampliación del dispositivo requerido asimismo se experimentara la calidad
del circuito posteriormente se plasmara las respectivas mejoras.
4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Que el carrito seguidor de línea cumpla con su única misión, seguir una línea
marcada en el suelo o maqueta delimitada mediante sensores.
Problema principal
Carrito seguidor de línea ; no es una práctica muy difícil de realizar solo debes
seguir los pasos adecuados teniendo curiosidad y paciencia ya que el
escenario económico en el cual se desenvuelve nuestro país afecta a todos
sean instituciones, entidades particulares públicas y privadas, esta situación de
crisis no permite realizar proyectos tecnológicos de gran magnitud, pues de tal
manera se observo en especial la ejecución de un proyectó “carrito seguidor de
línea” mediante sensor construido con creatividad, paciencia, dedicación entre
otras cosas relevantes y convenientes.
Problema secundario
Desde muchos años atrás la tecnología, robotica y sistemática ha
evolucionado de manera extraordinario a paso gigantesco en los países
denominados de primer mundo asimismo de tercer mundo como es el nuestro
con problemas socios económicos etc.
En la actualidad solo se puede realizar mini proyectos tecnológicos, con el
inconveniente del costo de estos sistemas, el presente trabajo se propone el
diseño y ejecución de un dispositivo “carrito seguidor de línea”, el cual se
adapta y funciona en medio de una maqueta.
.
5. OBJETIVOS
Objetivo general
El presente proyecto tiene el objetivo de mostrar objetivamente el seguidor de
línea, efectuado y elaborado mediante la programación de PIC, para exhibir la
tecnología en nuestro medio con material, artículos y circuitos.
3. Objetivos específicos
• Lograr un seguidor de línea que siga un camino marcado con línea
utilizando solo compuertas lógicas.
• Conocer más acerca de la robótica, dispositivos y mecanismos, así como
analizar las ventajas y desventajas de los robots.
• Encontrar y adaptar los sensores necesarios para detectar líneas negras
contra fondo blanco
6. JUSTIFICACIÓN
Pese a que vivimos en una era digital a nivel mundial para el ser humano
investigamos y ponemos a demostración con el objetivo principal la
realización del proyecto “carrito seguidor de línea”, el diseño adoptado para el
montaje del carrito fue acertado ya que se facilitó la ubicación de los sensores
y se desempeñe de l a mejor manera en las tareas asignadas.
El seguidor de línea es una herramienta que estimula la creatividad y
desarrollo de los conocimientos adquiridos en la formación académica como
resultado de este proyecto cumple con las expectativas iníciales, el
seguimiento de la línea negra con fondo blanco.
7. METODOLOGIA (MATERIALES Y METODOS)
Estos robots pueden variar desde los más básicos (van tras una línea única)
hasta los robots que recorren laberintos. Todos ellos, sin embargo, poseen
(por lo general) ciertas partes básicas comunes entre todos.
Funcionamiento
Todos los rastreadores basan su funcionamiento en los sensores. Sin
embargo, dependiendo de la complejidad del recorrido, el robot debe ser más
o menos complejo (y, por ende, utilizar más o menos sensores).
Los rastreadores más simples utilizan 2 sensores, ubicados en la parte inferior
de la estructura, uno junto al otro. Cuando uno de los 2 sensores detecta el
color blanco, significa que el robot está saliendo de la línea negra por ese
lado. En ese momento, el robot gira hacia el lado contrario hasta que vuelve a
estar sobre la línea. Esto en el caso de los seguidores de línea negra, ya que
también hay seguidores de línea blanca.
Las 2 maneras más comunes de armar los rastreadores son: OPAMPS
(Amplificadores Operacionales), o con simples transistores trabajados en su
4. zona de saturacion. Esto dependiendo de la complejidad con la que se quiera
armar el circuito. Podemos utilizar un microcontrolador para realizar las
funciones de control o guardar en él la forma del recorrido por una pista.
También sirve como escaneador eléctrico .
Construccion
Funcionamiento de un Robot Seguidor de Línea, el cual construí con los sgtes.
materiales:
2 Sensores CNY70.
4 Resistencias de 220 Ohmios.
2 Resistencias de 100 kOhms
2 Resistencias de 1000 Ohms.
1 Microprocesador (PIC) 1036 BEG
1 Circuito Integrado ULN2003 APG.
2 Leds.
2 Transistores BC548.
1 Fuente de 5 Volts.
2 Condensadores Electrolíticos de 1uF.
2 Motores DC de 5 V con caja reductora. (puxa, el terror para
encontrarlas, tuve que pedir de Lima y encima no hay nuevas).
Una rueda libre o rueda loca, fue una tortura buscar esta también, pero
encontré en una tienda de repuestos de maletas. aunque al final tuve
que hacerme una yo (más chica).
2 ruedas pequeñas de algún carrito
Transistor
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones
de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor»
es la contracción en inglés de transfer resistor («resistencia de transferencia»).
Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos
de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de
cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos
celulares, etc.
El transistor sustituyo a los tubos de vacío electrónicos en los años 60, fue uno
de los inventos que revolucionó la electrónica. Comparándolo en el tiempo, se
asemeja al descubrimiento del fuego o a la invención de la rueda.
Su función es muy variada, como ya te lo han explicado otros. Su manejo es
muy interesante e importante, porque dió pie al desarrollo de los
semiconductores.
5. Resistencia Electrica
La cantidad de corriente que fluye en un circuito depende del voltaje que
suministra la fuente de voltaje. El flujo de corriente también depende de la
resistencia que opone el conductor al flujo de carga: la resistencia eléctrica. La
resistencia de un cable depende de la conductividad del material del que está hecho y
también del espesor y de la longitud del cable. La resistencia eléctrica es
menor en los cables gruesos que en los delgados.
Los cables largos oponen más resistencia que los cortos. Además, la resistencia depende
de la temperatura. Cuanto más se agitan los átomos dentro del conductor, mayor es la
resistencia que el mismo opone al flujo de carga.
En la mayoría de los casos, un aumento de temperatura se traduce en un incremento en
la resistencia del conductor. La resistencia eléctrica se mide en unidades llamadas ohms
(W) en honor a Georg Simón Ohm, físico alemán que puso a prueba distintos tipos de
cable en diversos circuitos para determinar el efecto de la resistencia del cable en la
corriente.
6. Sensor
Un sensor o captador, como prefiera llamársele, no es más que un dispositivo
diseñado para recibir información de una magnitud del exterior y transformarla
en otra magnitud, normalmente eléctrica, que seamos capaces de cuantificar y
manipular.
Normalmente estos dispositivos se encuentran realizados mediante la
utilización de componentes pasivos (resistencias variables, PTC, NTC, LDR,
etc... todos aquellos componentes que varían su magnitud en función de
alguna variable), y la utilización de componentes activos.
Pero el tema constructivo de los captadores lo dejaremos a un lado, ya que no
es el tema que nos ocupa, más adelante incluiremos en el WEB SITE algún
diseño en particular de algún tipo de sensor.
Como puede verse en el esquema, el sensor se alimenta por sus patitas 1 y 3
y estas corresponden a Vcc y Gnd respectivamente, la patita 2 es la salida del
detector y la patita 4 es la salida que modula al led emisor externo. Mediante
el potenciómetro P1 se varia la distancia a la que es detectado el objeto.
Contra mas baja sea la resistencia de este potenciómetro, mas intensa será la
luz emitida por el diodo de IR y por lo tanto mayor la distancia a la que puede
detectar el objeto.
El el siguiente esquema vemos el simple circuito necesario para hacer
funcionar al sensor.
7. Motor DC
El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en
mecánica, provocando un movimiento rotatorio. En la actualidad existen nuevas
aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio,
sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores
se conocen como motores lineales. Esta máquina de corriente continua es una de las
más versátiles en la industria.
Su fácil control deposición, paro y velocidad la han convertido en una de las mejores
opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de
la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna,
del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para
el consumidor medio de la industria.
A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas
aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micro motores,
etc.)La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la
velocidad desde vacío a plena carga.
Protoboard
Una placa de pruebas, también conocida como protoboard o breadboard, es una placa de
uso genérico reutilizable o semipermanente, usado para construir prototipos de circuitos
electrónicos con o sin soldadura. Normalmente se utilizan para la realización de pruebas
experimentales. Además de los protoboard plásticos, libres de soldadura, también existen
en el mercado otros modelos de placas de prueba.
Rueda loca
La rueda loca (caster wheel en inglés) es una rueda sin tracción, simple o
doble, que puede girar libremente y que generalmente está situada en la parte
inferior de una estructura. Se utiliza en carros de la compra, sillas de oficina o
vehículos. Existen dos tipos de rueda loca:
8. Rígida.-Sujeta a la superficie con una estructura rígida que le permite
sin embargo girar adelante y atrás.
De pivote o Rotatoria.-Sujeta a la superficie con una estructura que tiene
un eje en su centro, anclado a la rueda que puede girar libremente.
Cable electrico
Se llama cable eléctrico a un conductor (generalmente cobre) o conjunto de ellos
generalmente recubierto de un material aislante o protector.
Tarjeta de control
La toma de decisiones y el control de los motores están generalmente a cargo
de un microcontrolador. La tarjeta de control contiene dicho elemento, junto a
otros componentes electrónicos básicos que requiere el microcontrolador para
funcionar.
8. DESCRIPCION GENERAL DEL PROYECTO
El programa consiste en que un microbot sigue un camino hecho en cinta
negra de una forma autónoma controlado por un PIC16F877A hasta el punto
en que detecta un cruce de cintas, en ese momento envía a el puerto serial de
la PC a una velocidad de 9600 Baudios los diferentes estados de los sensores
que este tiene ubicado en la parte de abajo (CNY70), esperando recibir una
orden de la red neuronal creada en Matlab para que el microbot siga la
trayectoria que se le ordena.
El cerebro del microbot esta compuesto por un PIC1036BEG de Microchip y
una red neuronal.
9. El microbot está compuesto por 2 servomotores de giro continuo para el
desplazamiento de este, además consta de un gripper para la recolección de
objetos que se encuentren en el laberinto. El gripper está dotado de 2
servomotores de 180° para la articulación (mano, muñeca).
Nuestro microbot se va a movilizar en una pista de fondo blanco con las
trayectorias trazadas por una cinta aislante de color negro, esta pista consta
con cruces a ángulos de 90° y líneas rectas con objetos ubicados en el
camino.
Los ojos del microbot son 2 sensores de reflexión tipo LED ubicados
estratégicamente en la parte inferior del seguidor. Dos de estos se encargan
de hacer que el robot siga línea y los otros son para detectar cruces en la
pista.
Este se puede comunicar vía serial gracias a un integrado el cual se encarga
de sincronizar los datos enviados y recibidos entre el PC y el Micro
controlador, respectivamente.
10. Para la normalización de las señales enviadas por los diferentes sensores se
empleó un buffer schmitch trigger 40106BE para evitar las interpretaciones
erróneas en el PIC. Los sensores pasan por las entradas del integrado
40106BE y las salidas se conectan al micro controlador.
Está compuesta de una pinza y un depósito para la recolección de los objetos,
dos ruedas de 10 cms de diámetro con un servomotor acoplado en cada una,
estas tienen la función de desplazar el microbot por la pista ejerciendo la
tracción necesaria.
Además posee una rueda loca de acero con el fin de evitar el menor
rozamiento posible durante el movimiento de este.
El programa para el micro controlador se configura la comunicación serial, las
entradas y salidas, sensores y motores respectivamente.
11. 8.1. ANALISIS PRELIMINAR
Trabajando en el diseño del robot seguidor de líneas, se han aplicado
conocimientos adquiridos en el transcurso de la carrera, siendo esta una
de las metas en el desarrollo del educando, una educación integral es
necesaria para contribuir en conocimiento a la ciencia, siendo estos unos
de los objetivos comunes en el gremio y carrera de Sistemas. Construir
diseñar una máquina capaz de tener autonomía es verdaderamente
satisfactorio pues se utilizan diversos conocimientos, que en diferentes
eventos de la vida han sido tomados.
El trabajo que se ha realizado en parte es una obra que se espera sea
aplicada o sirva de material analítico para futuras investigaciones ya que
en el se integran partes y piezas electrónicas muy comunes también
componentes aplicados en fundamentos de electrónica como motores y
sensores, así también se complementa con circuito micro controlador que
a nivel de programación es vital en la enseñanza, de tal manera que el
proyecto puede ser para instrucción de nivel fundamental y nivel
adelantado.
8.2. DESARROLLO DEL PROYECTO
Todos los rastreadores basan su funcionamiento en los sensores. Sin
embargo, dependiendo de la complejidad del recorrido, el robot debe ser
más o menos complejo (y, por ende, utilizar más o menos sensores). Los
rastreadores más simples utilizan 2 sensores, ubicados en la parte
inferior de la estructura, uno junto al otro. Cuando uno de los 2 sensores
detecta el color blanco, significa que el robot está saliendo de la línea
negra por ese lado. En ese momento, el robot gira hacia el lado contrario
hasta que vuelve a estar sobre la línea. Esto en el caso de los
seguidores de línea negra, ya que también hay seguidores de línea
blanca.
Las 2 maneras más comunes de armar los rastreadores son: OPAMPS
(Amplificadores Operacionales), o con simples transistores trabajados en
su zona de saturación. Esto dependiendo de la complejidad con la que
se quiera armar el circuito. Podemos utilizar un micro controlador para
realizar las funciones de control o guardar en él la forma del recorrido por
una pista. También sirve como escaneado eléctrico.
El robot se compondrá de un circuito que podremos hacer fácilmente con una
placa de topos o de prototipos o usando los fotolitos expuestos y este
tendrá dos circuitos exactamente igual es uno para cada motor e irán
cruzados con lo que el sensor izquierdo actuara sobre el motor derecho y el
sensor derecho sobre el motor izquierdo tal como se muestra en la ilustración. Los
motores tienen que ser de corriente continua y habrá que fabricarles una reductora
si no disponen de ella para mover las ruedas, contra más grandes sean las ruedas,
12. más velocidad alcanzara el robot, aunque no hay que pasarse con el
diámetro de estas porque si no en las curvas se saldrá de trayectoria, unos
6 cm. es lo ideal.
Los sensores irán dispuestos mirando al suelo y a unos 2 o 3 mm de
separación desde el suelo a la superficie del sensor y la separación entre
ambos sensores será para que quede dentro de la línea negra que vayamos a usar
como trayectoria.
En mi montaje he utilizado dos servos trucados de manera que queden solo los
motores CC con la reductora o sea sin circuito de control pero se puede
usar cualquier motor de CC de unos 5 o 6 voltios y que no consuma demasiado
para no agotar las pilas o baterías demasiado deprisa.
El trazado lo podremos hacer sobre una cartulina blanca y para trazar las líneas
usar cinta aislante negra, tener cuidado en no hacer curvas demasiado cerradas ya
que si el robot es muy veloz (ruedas grandes) se saldrá de la trayectoria por
inercia y al sacar los 2 sensores fuera de la línea no volverá a entrar
(recordemos que este sistema no es micro controlado) por lo que
haremos algunas pruebas antes de trazar el camino final.
Pondremos el robot en la superficie de fondo blanca y lo alimentaremos, como
los dos sensores están activos los motores permanecerán parados,
ahora empujaremos el robot hasta la línea de trayectoria negra, al entrar uno de
los sensores con la línea negra este hará que el motor del lago contrario empiece a
funcionar con lo que el robot entrara por si solo en la trayectoria, cuando tenga
los dos sensores viendo negro los 2motores estarán en marcha con lo que el
robot avanzara en línea recta, ahora bien si el llega a una curva y supongamos que
el sensor izquierdo sale de la línea negra entonces provocara que el motor del lado
contrario (motor derecho) se desactiva con lo cual el robot girara a derecha (como
un tanque) entrando de este modo en la línea negra otra vez... para el
caso contrario pasa lo mismo pero con el otro motor y sensor.
El programa que se implementó en el microcontrolador es el siguiente:
; ASM code generated by mikroVirtualMachine for PIC -
V. 5.0.0.3
; Date/Time: 23/08/2012 23:28:31
; Info: http://www.mikroelektronika.co.yu
; ADDRESS OPCODE ASM
; ----------------------------------------------
$0000 $2804 GOTO _main
$0004 $ _main:
;motor_dc.c,1 :: void main()
;motor_dc.c,3 :: TRISB=0xff;
$0004 $30FF MOVLW 255
15. {
if(PORTB.F2==0)
{
PORTA=0;
}
else
{
PORTA=0x03;
}
}
}
}
}
9. IMPACTO
El proyecto de realizar un seguidor de línea tendrá gran impacto en la
sociedad que la participe de la feria del Tecnológico de la EMI y las
aportaciones científicas tecnológicas sin duda marcaran a los individuos como
seres capaces de contribuir en grande.
Es por ello que se pretende con esta obra motivar la creatividad de las
personas en general. Hoy día en los momentos de la era tecnología, es
necesario contribuir a nuestra sociedad en la elaboración de tecnologías
capaces de mejorar el mundo en que vivimos, si es cierto que con las
inventivas que hemos desarrollado han hecho daño a nuestro entorno también
es correcto decir que somos capaces de crear sistemas beneficiosos para
contrarrestar la degradación de nuestras acciones.
Una de las aéreas tecnológicas que podemos explotar es la robótica e
inteligencia artificial, la vida compuesta de estas máquinas son provechosas y
está claro que su consumo es prácticamente poco lo cual las hace ser muy
ahorrativas en el momento de apoyarnos en la tarea futura de analizar
organizar y realizar las cosas que anteriormente solo podía realizar un
humano, las propiedades que exhiben estos sistemas lógicos, son
prácticamente sin limitaciones y además de ello son técnicas cada vez más
aceptadas y, ya se encuentran dominando muchos de los trabajos, procesos
que requieren de cierta pericia en la ejecución de órdenes algorítmicas.
En el siguiente trabajo vemos la aplicación de órdenes previamente
elaboradas y suministradas en el proyecto para la interacción con su entorno
así entonces, logramos una maquina artificial, un seguidor de línea ejemplo de
la aplicación ciencia tecnología en modo beneficioso, vemos entonces como
conjugando problema y aplicación de tecnología se puede lograr favor en pro
de la juventud, por ello la siguiente obra trata de un estudio fundamental en la
16. creación de una maquina autónoma ejemplo de el servicio beneficioso que e
podría dar a nuestros estudiantes.
Nuestro Seguidor de líneas, deberá realizar la tarea de reconocimiento de su
entorno, en este caso, reconocer la línea negra y la parte de color cualquier
otro.
10. BIBLIOGRAFIA
http://es.wikipedia.org/wiki/Puente_H_%28electr%C3%B3nica%29
http://www.retrogames.cl/grabador.html
http://www.x-robotics.com/sensores.htm#Reflexivo%20CNY70
http://jorgefloresvergaray.blogspot.com/2009/07/un-carrito-seguidor-de-linea-
sencillo.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Robot_seguidor_de_l%C3%ADnea
http://www.scribd.com/doc/490126/Seguidor-de-linea-negra
http://mecatronica.wordpress.com/2008/03/25/carro-seguidor-de-linea/
11. ANEXOS