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ROBOT SUMO CONTROLADO POR RADIOCONTROL
Emilio DOlivo; Marcos Privitera Universidad Tecnolgica Nacional
Facultad Regional San Francisco
Electrnica- Grupo de Investigacin y Desarrollo Electrnica
G.I.D.E
Docente a cargo: Mg. Esp. Ing. Peretti Gastn
San Francisco Crdoba - Argentina
Correo-e: [email protected];
[email protected]
rea temtica: ROBOTICA
Palabras claves: Robot sumo, Radiofrecuencia, Infrarrojo,
Codificador.
RESUMEN El siguiente proyecto fue realizado para cumplir con las
expectativas que exige la ctedra Tcnicas Digitales III de dicha
Universidad, y como una oportunidad de experiencia relacionada con
los sistemas de control automtico. En l se trata sobre la
electrnica necesaria para la construccin de un robot SUMO, el cual
puede ser controlado por medio de un radiocontrol o de forma
automtica. El proyecto se divide en dos secciones principales, el
RECEPTOR que es el robot propiamente dicho y el EMISOR que es el
radiocontrol del robot.
1 Introduccin Los robots son mquinas en las que se integran
componentes mecnicos, elctricos, electrnicos y de comunicaciones,
los cuales captan nuestra atencin ya que pueden ser desarrollados
para aplicaciones tales como exploracin de volcanes, viajes
espaciales, catstrofes naturales entre otros. En este proyecto se
realiza la construccin de un robot sencillo que puede ser
controlado por medio de un radiocontrol y al mismo tiempo que
cumpla con las exigencias para la participacin en la competencia de
robtica. A continuacin se describirn sus principales
caractersticas.
2 RECEPTOR El receptor es el robot propiamente dicho y consta de
los siguientes mdulos principales: Etapa de potencia, encargada del
control de los motores de corriente continua, una etapa de sensores
la que cumple la funcin de guiar al robot, una etapa de
radiofrecuencia.
2.1 Etapa de recepcin de radiofrecuencia
La etapa de radiofrecuencia est constituida principalmente por
un modulo de la empresa LAIPAC TECH, RLP434A [7], el cual funciona
con modulacin ASK, trabajando a una frecuencia de
433,9 MHz. En la Fig. 1 puede verse una conexin tpica. Con la
implementacin de este modulo fue necesario utilizar un
decodificador, para eliminar el ruido. El circuito utilizado fue el
HT12D. Este integrado codifica y decodifica una palabra de 12 bits,
compuesta por una direccin de 8 bits y una seccin de datos de 4
bits. Con esta cantidad de bits se pueden comandar 256 dispositivos
diferentes, envindoles hasta 16 comandos distintos a cada uno. Lo
que hay que tener en cuenta es que tanto el codificador y el
decodificador, deben tener ambos la misma direccin, que es
seleccionada por los 8 bits. Las caractersticas ms importantes del
decodificador son:
Compara la informacin serial 3 veces
El oscilador solo necesita una resistencia
Pin de ON/OFF VT
Nuestra experiencia con el modulo de RF fue muy buena ya que nos
permiti una enlace de 50 mts con un bajo costo de desarrollo. Por
otro lado, una de las desventajas que presenta es que es un mdulo
unidireccional y resulta difcil la realizacin de una antena
adecuada. Sus caractersticas son:
Tensin de alimentacin 3.3 - 6V
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Salida digital y analgica
Figura 1. Circuito tpico receptor de RF
Figura 2. Receptor de radiofrecuencia
2.2 Etapa de potencia
Es la encargada del control de los motores de CC, fue
implementada con circuitos integrados de la empresa Freescale
Semiconductor, especficamente con los MC33931 [6]. Algunas de sus
caractersticas son:
Es capaz de controlar cargas inductivas con corrientes de hasta
5 A pico
Sistema de proteccin que limita picos de corriente por encima de
6.5 A 1,5 A
Permite el uso de PWM hasta 11 kHz
Proporciona una realimentacin de corriente adecuada para el uso
con A/D en microcontroladores
Proporciona informes de insuficiencia de voltaje, sobrecarga de
corriente, y condiciones de sobre temperatura por medio del estado
de un Flag
Funcionamiento con motores desde 8V hasta 28V en forma continua
(operaciones transitorias de 5V a 40V)
3,0 V y 5,0 V con TTL / CMOS lgica de entrada compatible
En la Fig. 3 puede verse su conexionado tpico y en la Fig. 4 se
muestra el diagrama de caractersticas
Figura 3. Circuito de control de motores de CC
Figura 4. Caractersticas del MC33931
2.3 Etapa de sensores
2.3.1 Consta por un lado, con la implementacin de 4 SNY70 [2].
Se trata de uno de los sensores ms utilizados en microbtica, dada
su economa y sus variadas aplicaciones prcticas. Generalmente se
utiliza cuando se desea que el robot mvil siga un camino marcado en
el suelo. Su funcionamiento es muy sencillo. En el interior de la
capsula existe un diodo emisor LED que emite rayos infrarrojos y un
fototransistor que conduce corriente proporcional a la cantidad de
luz que incide sobre la base. En la Fig. 5 se muestra en detalles
el sensor, y el circuito de conexionado elctrico se muestra la Fig.
6. Como se aprecia en la figura slo requiere un par de resistencias
para la polarizacin del emisor y del receptor, y una puerta
inversora que convierta la
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seal al nivel TTL. Sus caractersticas ms importantes son:
Distancia de censado mxima 0.3 mm d
Longitud de onda de funcionamiento de 950 nm
Tensin de alimentacin 5V
Figura 5. Caractersticas del SNY70
Figura 6. Circuito de acondicionamiento para 4 SNY70
2.3.2 Los sensores que se utilizaron para detectar un obstculo,
fueron sensores infrarrojos. Estos son los encargados de generar un
pulso cuando un obstculo se atraviesa entre ellos. Se utilizaron 6
juegos de infrarrojos para el desarrollo del robot, con el objetivo
de captar todos los ngulos posibles.
El enlace se divide, en una seccin de emisin y otra de recepcin.
Los elementos utilizados en la seccin emisora son diodos LEDS,
infrarrojos. Es muy importante saber elegir el diodo infrarrojo
para trabajar. Lo principal a tener en cuenta es su potencia de
emisin, tipo de lentilla, frecuencia de operacin, ngulo de emisin,
etc. En este robot se utilizaron leds TLN105B [3] de la empresa
TOSHIBA. La experiencia que tuvimos fue muy buena y logramos
obtener un enlace de 2 mts, aunque despus de muchas pruebas se
decidi reducir la distancia a 0,5 mts porque era ms estable. Las
caractersticas ms importantes son:
Potencia disipada 150 mW
Mxima corriente de operacin 100 mA
Posee filtro para minimizar el efecto de interferencias de rayos
ultravioletas
Angulo tpico de funcionamiento de 23
Ancho de pulso menor o igual a 100 uS
En la Fig. 7 se muestra el patrn de radiacin tpico de este
LED.
Figura 7. Patrn de radiacin
Para poder enviar informacin por infrarrojo es preciso generar
una seal portadora y montar en ella la informacin. En este caso, se
eligi un LM555 para generar los 38 Khz de la onda portadora, como
se muestra en la Fig. 8.
Figura 8. Seal portadora [5]
Para prevenir interferencias se utiliza un circuito de
codificacin, HT12E, el cual cumple la funcin de codificar la emisin
de la seal y as disminuir los ruidos e interferencias. Esta seal
codificada, es ingresada al LM555, el cual inyecta el batido al
diodo infrarrojo. Como puede verse en la Fig. 9, es
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posible modificar la frecuencia de funcionamiento por medio de
R2 y la corriente de consumo del diodo por medio de R7.
Figura 9. Emisor infrarrojo
El circuito que corresponde al receptor de infrarrojo
corresponde al mostrado en la Fig. 10.
Figura 10. Receptor de infrarrojo
Este circuito est constituido por un decodificador y un receptor
de infrarrojos.
El circuito de recepcin de infrarrojos que se utiliz fue el
IRM8601 [4]. Estos mdulos infrarrojos contienen una circuitera
interna que sirve de demodulador por codificacin de pulsos (PCM).
En la Fig. 11 se muestra el diagrama interno.
Figura 11. Diagrama de bloques del IRM8601
Para funcionar necesitan un tren de pulsos que posea una seal
portadora y la seal de informacin. Adems poseen una excelente
sensibilidad y dependiendo de ciertos factores pueden leer
transmisiones a mucha distancia (varios metros) y en diversos
ngulos. La frecuencia de la portadora, por lo general ronda los 38
Khz, esto se hace para evitar que seales externas interfieran con
la informacin (luz solar). Una vez que la seal es recibida por el
receptor se demodula (se elimina la portadora) y se filtra
obteniendo a la salida solamente la informacin necesaria. Esta
informacin ingresa al HT12D, que compara el cdigo de encriptacin y
si coincide enciende un led, lo que significa que un obstculo ha
sido detectado. Algunas de sus caractersticas son:
Alta capacidad de proteccin frente a interferencias (EMI)
Compatibilidad con CMOS Y TTL
Alta sensibilidad
Tensin de alimentacin 5V
Mxima distancia de recepcin de 8 mts
2.4 Etapa de alimentacin de 5V En la Fig. 12 se muestra una
fuente de alimentacin regulada de 5V, utilizando un LM7805.
Figura 12. Fuente de alimentacin
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2.5 Etapa programacin
Para la programacin del microcontrolador se utiliz el
programador ICD2. En la Fig.13 se observa su conexionado con el
robot.
Figura 13. Modulo de programacin
Figura 15. Etapa de emisin de RF
2.6 Microcontrolador
El microcontrolador que se utiliz para la placa de control del
robot fue el PIC16F887. En la Fig. 14 se muestra su conexin.
Figura 14. PIC16F887
3 EMISOR El emisor es el encargado de poner en funcionamiento al
robot. Consta de los siguientes mdulos: Etapa de emisin de
radiofrecuencia, teclado numrico, joystick de control de
movimiento, LCD 2x16 para presentacin de datos, entrada RS232 para
conexin con una PC.
3.1 Etapa de emisin de radiofrecuencia
Esta etapa consta de un emisor de radiofrecuencia, modelo
TLP434, que es el complemento del receptor explicado en la seccin
2.1. Su principal funcin es enviar la informacin inalambricamente
para que el control pueda comandar al robot. Fig. 15.
En esta etapa tambin es necesario incluir un circuito
codificador para asegurar que la transmicin se realice sin errores.
En este caso se utiliz un HT12E para codificar la informacin. En la
Fig. 16 se muestra al transmisor. Algunas de las caracteristicas
del emisor son:
Velocidad de transmisin 4.8 KB/s
Potencia de salida de RF: 8 mW
Voltaje de alimentacin 2 a 12V
Figura 16. Transmisor de RF
3.2 Etapa de perifricos
Los perifricos que integran al radiocontrol son:
un teclado matricial de 3x4. Es el encargado de la seleccin de
los mens y el ingreso de password. En la Fig. 17 se muestra su
conexin con el microcontrolador.
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Figura 17. Teclado matricial
un joystick que permite mover al robot en todas direcciones. Su
conexin se muestra en la Fig. 18.
Figura 18. Joystick de control del robot
un LCD 2x16 utilizado para mostrar los parmetros y mens de
programacin. En la Fig. 19 se muestra su conexin.
Figura 19. LCD 2x16
un circuito serie RS232 para la comunicacin con la PC. Se utiliz
un MAX232 para generar las tensiones de comunicacin y un conector
DB9. Su conexin se muestra en la Fig. 20.
Figura 20. Circuito RS232 para comunicacin con PC
3.3 Microcontrolador
El microcontrolador que se utiliz para la placa del radiocontrol
del robot fue el PIC16F877. En la Fig. 21 se muestra su
conexin.
Figura 21. PIC 16F877
4 DIAGRAMAS DE FLUJO Y FUNCIONAMIENTO DEL PROGRAMA 4.1
Funcionamiento del programa
Cuando el control remoto se enciende, genera un cdigo, que
siendo recibido por el robot, hace que este se detenga. Esto fue
realizado para provocar que el robot se detenga por cualquier
inconveniente. Si el robot sale del rea de alcance del radiocontrol
automticamente se detiene. Luego, debe ingresarse la clave de
seguridad. Una vez aceptada, se puede elegir entre usar al robot en
modo automtico o manual. En modo automtico el robot se controla por
medio de los sensores, los cuales son seleccionables y de ese modo
activar los que se crean necesarios. Otra opcin es elegir el modo
manual, en el cual el usuario tiene por completo el control del
robot.
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4.2 Diagramas de flujos A continuacin se muestran los diagramas
de flujo del Emisor y del Receptor respectivamente.
Figura 22. Diagrama de flujo de Emisor
Figura 23. Diagrama de flujo del Receptor
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5 CONCLUSIONES El mayor inconveniente que se tuvo durante la
construccin del robot fue la sincronizacin de los mdulos de
infrarrojos. Esto fue debido a la distancia que exista entre el
diodo emisor y el receptor, la cual fue muy crtica ya que determin
la apertura del haz. Esta distancia tambin provoc que el receptor y
el emisor se vean sin que un obstculo los atravesara. Ese problema
fue solucionado envolviendo al diodo emisor con un tubo termo
contrable.
Por el lado de la comunicacin de RF, los resultados fueron muy
satisfactorios ya que se alcanz un control pleno del robot con poca
inversin. Una desventaja que presenta estos mdulos es la de ser
unidireccionales y eso limit mucho las aplicaciones posibles. Se
pretende con el tiempo, hacer un enlace bidireccional, que nos
permita recibir informacin que provenga del robot y de ese modo
poder monitorear parmetros.
5 FOTOS DEL PROYECTO
Figura 24. Control remoto
Figura 26. Una de las placas del robot en diseo 3D
Figura 25. Robot sumo en construccin
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Referencias [1]
http://robots-argentina.com.ar/robots-art.htm
[2] www.datasheetcatalog.org/datasheet/vishay/83751.pdf
[3]
http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/101127/TOSHIBA/TLN105B.html.
[4]
http://www.datasheetarchive.com/pdf-datasheets/Datasheets-10/DSA-195587.html
[5]
http://www.ucontrol.com.ar/forosmf/proyectos-con-pic/mando-de-rele-por-infrarrojo
[6]
www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=MC33931
[7]
http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/169605/ETC/RLP434A.html
Copyright 2010. Emilio DOlivo Marcos Privitera: El autor delega
a la Organizacin del Segundo Congreso Virtual de Microcontroladores
la licencia para reproducir este documento para los fines del
Congreso ya sea que este artculo se publique en el sitio web del
congreso, en un CD o en un documento impreso de las ponencias del
Segundo Congreso Virtual de Microcontroladores.
