Direccin General de Educacin

Superior Tecnolgica

EL THEVENIN

PRESENTADO POR:Bandala Roano GermnSuarez Hernndez ngelCruz Garca Maximiliano

NO. DE CONTROL:10TE037210TE035010TE0361

LICENCIATURA EN:INGENIERA MECATRONICA

DE LA ESPECIALIDAD EN:TRONCO COMN

DOCENTE:Pendiente

Teziutln, Puebla; Febrero 2014

Instituto Tecnolgico Superior de Teziutln

ndiceCAPTULO 131.1 INTRODUCCIN31.2 ANTECEDENTES41.3 JUSTIFICACION41.4 OBJETIVOS51.4.1 OBJETIVO GENERAL51.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS51.5 PRINCIPALES IMPACTOS5CAPITULO II MARCO TERICO62.1 CONTENIDO DEL PROYECTO62.1 HARDWARE62.1.1 DISEO72.1.1.1 SENSORES72.1.1.2 ETAPA DE POTENCIA9BIBLIOGRAFA12

CAPTULO 1

1.1 INTRODUCCINLa construccin de robots se desarroll con base en la idea de tratar de imitar las capacidades que tenemos los seres humanos, esto para que hagan las tareas que nosotros realizamos, pero con mucho ms precisin y ms rpidamente. Para lograr esto, los robots han sido dotados de sensores como cmaras, micrfonos, etc. Por otro lado, se est intentando que puedan ser inteligentes para que tomen decisiones por si solos a travs del uso de tcnicas basadas en el conocido paradigma de la llamada Inteligencia Artificial.

De manera general, los robots pueden ser clasificados en manipuladores, terrestres, areos y acuticos. Entre los robots manipuladores estn por ejemplo los brazos manipuladores, sobre los cuales mucha investigacin ha sido realizada. Entre los robots terrestres estn los autos, aquellos con forma de insecto e incluso aquellos con forma de serpiente y los ms sofisticados como los de tipo humanoide. Igual que el caso de los brazos manipuladores, mucha investigacin ha sido llevada a cabo. Entre los robots areos y acuticos se pueden encontrar los aviones, helicpteros y submarinos e incluso aquellos en forma de pez.

Nos enfocaremos especficamente robots terrestres tipo carro. Particularmente hablaremos de Un sumobot que lo podemos describir como una plataforma robtica autnoma diseada para pelear igual que en el arte Japons de la lucha de sumo. Esta plataforma posee la habilidad de reconocer el rea de combate realizando una localizacin rpida de su oponente con el propsito de enfrentarse utilizando diferentes estrategias a fin de conseguir expulsar a su oponente fuera de esta rea.

1.2 ANTECEDENTESLa modalidad de Sumo Robtico fue inventada en Japn a finales de los aos ochenta por Hiroshi Nozawa, presidente de Fuji Software. Su objetivo era que los estudiantes se interesasen en la robtica.

El primer torneo de exhibicin se realiz en 1989 y participaron 33 robots. El primer campeonato oficial fue en 1990 y lucharon 147 robots en l.Desde entonces el crecimiento del sumo robtico en Japn ha sido imparable. Ms de 4000 robots participaron en la Liga de 2001.

A comienzos de los aos noventa el sumo robtico fue introducido en Estados Unidos por Mato Hattori. Hattori grabo una cinta con los mejores momentos de la tercera Liga de sumo. Esta cinta llego a manos de Bill Harrison que se involucr para difundirlo en su pas. Esta clase es la que se ha hecho ms popular ya que existen al menos el doble de robots de minisumo que se sum estndar ya que su reducido tamao facilita la construccin y ahorra costes.

Desde principios de los noventa los torneos de sumo se han expandido por todo el mundo y el nmero de robots ha crecido exponencialmente. (Barbadillo Villanueva & Pina Calaf, 2015)

1.3 JUSTIFICACIONEs proyecto es muy importante para poder conocer las capacidad que puede tener el robot para ejecutar su trabajo, la cual es sacar a su oponente. Tambin para poder conocer las materias de aplicacin de una manera diferente e innovadora.

Nos permite ver la capacidad que tenemos para realizar un trabajo diferente y con mayor dificultad. La posibilidad de desarrollar este proyecto de la mejor manera es buscando materiales que sean fciles de conseguir y no desaprovechar las cosas que ya no nos sirve.

1.4 OBJETIVOS1.4.1 OBJETIVO GENERAL Conocer el funcionamiento del sumobot sin tener que usar un control remoto y ver como de desenvuelve con su inteligencia artificial a travs de la programacin y poder ver la fuerza (capacidad) en el ring circular.

1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS Observar cmo se desarrolla cuando ya est en funcionamiento. Determinar si la programacin fue realizada correctamente para su funcionamiento. Ver si los materiales utilizados tienen una buena firmeza para el sumobot. Demostrar a los estudiantes que no se necesita estar en un nivel ms alto para poder crear un robot.

1.5 PRINCIPALES IMPACTOSLos impactos que puede ocasionar es cuando vean en accin a un sumobot, su estructura y la capacidad que tiene para dirigirse con su pequea memoria artificial. El desafo consiste en que tu sumobot debe empujar, tirar, voltear, resistir o intentar mover al oponente fuera del ring circular negro de 1.54m de dimetro en determinado tiempo.

CAPITULO II MARCO TERICO2.1 CONTENIDO DEL PROYECTOEl siguiente texto se descompone fundamentalmente en dos bloques. En el primer bloque, Hardware, se analizan sucesivamente las posibles opciones destinadas a resolver las necesidades planteadas para las distintas partes del mismo, para luego describir las soluciones de diseo adoptadas para cada uno de los circuitos, pasando por el sistema sensorial, las etapas de accionamiento de los motores y el sistema de control. Tras esto, se procede con la descripcin de las soluciones adoptadas para la realizacin prctica de los distintos elementos.

En el segundo bloque, Software, se explica el funcionamiento del programa creado para gobernar el robot y de los recursos empleados por el mismo, seguido de los algoritmos que definen el modo en que actuar el robot en cada situacin.

En la siguiente imagen puede observarse el aspecto externo del robot completamente terminado.

2.1 HARDWAREConcepto de Hardware:Son todos los dispositivos y componentes fsicos que realizan las tareas de entrada y salida, tambin se conoce al hardware como la parte dura o fsica del computador.La mayora de las computadoras estn organizadas de la siguiente forma: Los dispositivos de entrada (Teclados, Lectores de Tarjetas, Lpices pticos, Lectores de Cdigos de Barra, Escner, Mouse, etc.) y salida (Monitor, Impresoras, Plotters, Parlantes, etc.) y permiten la comunicacin entre el computador y el usuario. (Hispanavista, 2015)

Denominamos hardware a la parte fsica o material de un sistema electrnico; para su desarrollo es esencial conocer de forma detallada las funciones que este ha de cumplir, as como el modo en que los datos deben fluir a travs del mismo. Para un robot autnomo, como es el caso, es fcil de identificar tres bloques dentro del mismo: Un sistema sensorial que proporcione informacin del exterior. Un sistema motor que permita reaccionar a los estmulos del sistema sensorial (etapa de potencia). Un sistema de control que reciba la informacin del exterior y la intrprete de forma adecuada para indicar como debe actuar el sistema motor.La creacin de estos elementos ser descrita en dos fases: una primera fase de diseo en la que se definirn los distintos componentes a emplear y las interacciones de los mismos (diseo de los circuitos), y una segunda fase de ejecucin o realizacin practica de los mismos que comprender su fabricacin e integracin en el sistema mecnico.

2.1.1 DISEOPara el diseo de nuestro hardware partimos de una serie de ideas fundamentales u objetivos que conducirn el mismo y con los que se intentara ser coherentes en todo momento; estas ideas podran resumirse en la bsqueda de un sistema sencillo, intuitivo, de fcil programacin y un coste reducido.

2.1.1.1 SENSORESUn sistema sensorial adecuado es fundamental para el correcto funcionamiento del robot, entendiendo por adecuado que dicho sistema proporcione informacin suficiente y de la forma ms limpia posible al sistema de control para la toma de decisiones. De este modo, un flujo de datos insuficiente o confuso desde los sensores se traducir en reacciones poco precisas o errneas de los sistemas de actuacin. Por otro lado, un flujo excesivo de datos, por correctos que estos sean, complicara extraordinariamente los algoritmos de toma de decisiones sin producir mejoras apreciables en el funcionamiento del robot.

Para una correcta eleccin del nmero y tipo de sensores a emplear se hace imprescindible contar con una definicin clara de la funcin a desempear y el entorno en que van a realizarse dichas funciones. En este caso, un robot luchador de sumo, se puede afirmar que a grandes rasgos el objetivo del robot es expulsar al rival del rea de combate y evitar ser expulsado por el mismo, lo que se traduce en la necesidad de localizar al oponente y reconocer los lmites del ring.

El recinto de combate empleado para esta competicin son las siguientes1. El ring tiene una superficie redonda con un dimetro de 154 cm. (incluyendo la lnea del borde) y se encuentra elevada del piso 5 cm.2. La superficie del ring tendr una cubierta de vinyl negro rgido (similar a las hojas usadas para pisos tipo vinyl NC, No. R289 fabricados por ToyoLinoleumInc).3. Las lneas de arranque donde los robots son colocados antes de luchar, son dos lneas paralelas de color caf con un ancho de 2 cm. y una longitud de 20 cm. Cada lnea est localizada a 20 cm. del centro del ring.4. La lnea del borde es un crculo de color blanco con un ancho de 5 cm.5. Durante la lucha, el referee es el que decide si el ring puede seguir siendo usado o deber repararse o cambiarse cuando exista una ralladura o rasgadura del al menos 5 cm. de longitud.6. El rea exterior del Dohyo se extiende al menos 100 cm. del borde exterior. El color del exterior puede ser cualquiera, excepto blanco.7. No hay restricciones en el tipo de material utilizado o la forma que tenga el exterior.

La descripcin anterior, adems de otras consideraciones, se encuentran detalladas en la convocatoria del evento.

Teniendo en cuenta lo dicho anteriormente se obtienen las siguientes conclusiones en cuanto a los sensores bsicos necesarios: La presencia de una lnea blanca delimitando el rea negra donde ha de sucederse el combate nos seala la necesidad de usar sensores con capacidad para distinguir el color del suelo, y de este modo mantenernos en el interior del Dohyo. La existencia de un permetro libre de obstculos alrededor del Dohyo nos garantiza que si la capacidad de visin del robot est tarda a unos lmites adecuados, el oponente ser el nico objeto a diferenciar, lo que descarta la necesidad de usar sistemas complejos de visin artificial para localizarlo, en favor del uso de un sencillo sistema de deteccin de obstculos.

2.1.1.2 ETAPA DE POTENCIALa etapa de potencia es el elemento que hace de intermediario entre las partes mecnicas y electrnicas, en este caso, ms concretamente entre la tarjeta de control y los motores, adaptando la seal enviada por la primera y consiguiendo que los segundos se encienda o apaguen y giren en uno u otro sentido.

La necesidad de usar esta etapa intermedia radica en la escasa capacidad para suministrar corriente de la tarjeta de control, que por s sola no sera capaz de mover los motores. El mtodo ms sencillo para lograr la intensidad requerida es mediante el uso de un transistor de cierta potencia funcionando como un interruptor controlado por la seal lgica emitida, es lo que comnmente llamamos driver de corriente; de este modo, el circuito digital slo enciende y apaga el transistor, siendo este el que enciende y apaga el motor.

Por otro lado, tenemos que la mayor parte de los dispositivos electromecnicos son inductivos, como es el caso de los motores, por lo que la corriente en ellos no puede variar de forma instantnea, tendiendo a mantener durante unos instantes la corriente en circulacin tras la apertura del circuito, pudiendo generarse una chispa capaz de daar el elemento que realiz la desconexin. Para evitar esto, se aade un diodo de proteccin a fin desahogar la corriente residual producida por el elemento inductivo.

El sistema descrito es suficiente para mover los motores, pero no para nuestro sistema de traccin, en el que han de poder girar en ambos sentidos, hacindose necesario el uso de puentes H. El puente H es un circuito basado en el uso de cuatro interruptores que debe su nombre a su forma, y que habilitan el paso de la corriente en los dos sentidos a travs del elemento al que se conectan en funcin del estado de los mismos. En la figura siguiente se muestra un esquema bsico de un puente H. (wikimedia, 2015)

Como hemos dicho, el uso de estos circuitos nos permitir invertir la corriente en los motores, permitindonos cambiar su sentido de giro sin necesidad de recurrir a voltajes negativos. Su funcionamiento es muy sencillo, ya que como puede observarse, permaneciendo A y D cerrados y B y C abiertos, la corriente circula en un sentido, mientras que si mantenemos abiertos los primeros y cerrados los segundos, el sentido esta ser opuesto.En la figura siguiente se muestran las dos posibilidades de funcionamiento descritas sobre un puente H construido con transistores MOSFET. (Maureira, 2015)

Llegado el momento de disear esta etapa debemos tomar como punto de partida las caractersticas de los motores que debemos alimentar, de los cuales sabemos que tienen una tensin nominal de 12V y un consumo a plena carga no superior a los 1.5A. Estas caractersticas hacen innecesario el uso de puentes de fabricacin propia aptos para el manejo de intensidades muy elevadas, ya que se encuentran en el mercado dispositivos adecuados a nuestras necesidades. A continuacin puede verse una imagen del tipo de motor empleado.

2.1.1.3 SISTEMA DE CONTROLDesde un principio se tom la decisin de basar el sistema de control en un Arduino por su versatilidad y sencillez. De entre las innumerables placas comerciales basadas en Arduino, la elegida fue el Arduino UNO R3.

El nuevo Arduino Uno R3 incluye todas las caractersticas de la tarjeta anterior pero utiliza un ATmega16U2 en lugar del 8U2 (o el FTDI encontrado en las generaciones anteriores). Esto permite tasas de transferencia ms rpidas y ms memoria. No necesita drivers para Linux o Mac y tiene la capacidad de ser detectado como un teclado, ratn, joystick, etc.

Esta tarjeta tambin incluye pines SDA y SCL al lado del pin AREF. Adems, agrega dos nuevos pines colocados cerca del pin RESET. Uno de ellos es el IOREF que permiten que los shields se adapten al voltaje suministrado desde la tarjeta. El otro es uno que no est conectado, reservado para usos futuros. El Arduino Uno R3 trabaja con todos los shields existentes y se puede adaptar a nuevos shields que utilizan estos pines adicionales.

Arduino es una plataforma fsica de cdigo abierto basada en una simple tarjeta de entrada-salida y un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje Processing/Wiring. Arduino se puede utilizar para desarrollar objetos autnomos interactivos o puede ser conectado a software de la computadora (por ejemplo, Flash, Processing, MaxMSP). El IDE de cdigo abierto puede ser descargado de forma gratuita (en la actualidad para Mac OS X, Windows y Linux).

Aparte del Arduino empleado, los elementos ms relevantes que encontramos en esta tarjeta de control son: Microcontrolador ATmega2560 Voltaje de entrada 7-12V 54 pines de entrada-salida digital (14 de los cuales se pueden usar como salida de PWM) 16 puertos analgicos Memoria Flash de 256KB (Copyright 2015 330ohms, 2015)

Aunque ya hablaremos de ello en el apartado correspondiente de la realizacin prctica, cabe mencionar que algunos de estos elementos no sern utilizados, por lo que prescindiremos de ellos.

BIBLIOGRAFABarbadillo Villanueva , G., & Pina Calaf, A. (21 de 02 de 2015). PROYECTO ARDUINO: SUMO ROBTICO. Obtenido de PROYECTO ARDUINO: SUMO ROBTICO: academica-e.unavarra.es/bitstream/handle/2454/5885/577861.pdf?...1Hispanavista, g. (22 de 02 de 2015). CONCEPTO DE HARDWARE. Obtenido de CONCEPTO DE HARDWARE: http://fraba.galeon.com/hardware.htmMaureira, R. (22 de 02 de 2015). smartdreams. Obtenido de smartdreams: http://smartdreams.cl/puente-h/wikimedia. (22 de 02 de 2015). Obtenido de wikimedia: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d4/H_bridge.svg