viernes, 8 de junio de 2012

Materiales necesarios para construir un robot siguelíneas



Los materiales para la construcción de nuestro robot sigue líneas los hemos adquirido a través de tiendas online:



Componente
Imagen
Dirección Web
Motor con reductora 50:1


Rueda de goma

Arduino Uno


Sensores ópticos QRD1114

Fundas/soporte motores


Rueda loca


Chip L293D (Puente en H)


Zumbador piezo


Diodos led 5mm de alta lumninosidad

(Se puede encontrar en tiendas de electrónica)
Resistencias de 220 Ω, 330 Ω y 10 kΩ

(Se puede encontrar en tiendas de electrónica)
Cable de alimentación jack


Cables de conexión


(Se puede encontrar en tiendas de electrónica)
Cable USB (A/B)


(Se puede encontrar en tiendas de electrónica)
Tubo Termoretráctil


(Se puede encontrar en tiendas de electrónica)

Control de los motores DC con Arduino


En los siguientes ejemplos y ensayos vamos a introducirnos en la programación de los motores para conseguir diferentes movimientos básicos del robot:
  • Marcha adelante.
  • Marcha atrás.
  • Giro izquierda.
  • Giro derecha.
  • Rotación a izquierda sobre su propio eje.
  • Rotación a derecha sobre su propio eje.

Una vez que hemos realizado la conexión del chip L293D o puente en H, procedemos a la programación en el IDE de Arduino:

  1. Calentando motores: Vamos a comprobar el funcionamiento del motor izquierdo, que hemos conectado a los pines 4 y 5 de Arduino Uno. Para su programación, vamos a utilizar por primera vez las funciones, que son como unas rutinas que por su frecuencia de uso, si las etiquetamos con un nombre, facilitan y estructuran la programación a la vez que lo simplifican. Su uso es fácil, observa el siguiente ejemplo:


void setup () {
pinMode(4,OUTPUT); //configuramos los pines 4 y 5 como salidas
pinMode(5,OUTPUT);
}

void adelante () {
digitalWrite(4,LOW); /*Esta sería la configuración ideal, ya digitalWrite(5,HIGH); que el pin 5 es del tipo PWM } lo que nos permitirá variar la velocidad del motor en su avance. Si con esta conexión el motor no gira hacia adelante, entonces habrá que invertir la conexión del motor al chip L293D*/

void paro () {
digitalWrite(4,LOW);
digitalWrite(5,LOW);
}

void loop () {
adelante(); //llamamos a la función creada
delay(2000); // esperamos 2 segundos con el motor en marcha
paro(); //paramos el motor utilizando la función paro
delay(1000);
}

  1. ¿Y el motor derecho? Vamos a comprobar el funcionamiento del motor derecho, que hemos conectado a los pines 6 y 7 de Arduino Uno. Volvemos a utilizar las funciones. Observa el siguiente ejemplo:

void setup () {
pinMode(6,OUTPUT); //configuramos los pines 6 y 7 como salidas
pinMode(7,OUTPUT);
}

void adelante () {
digitalWrite(6,HIGH); /*esta sería la configuración ideal, ya digitalWrite(7,LOW); que el pin 6 es del tipo PWM } lo que nos permitirá variar la velocidad del motor en su avance. Si con esta conexión el motor no gira hacia adelante, entonces habrá que invertir la conexión del motor al chip L293D */

void paro () {
digitalWrite(6,LOW);
digitalWrite(7,LOW);
}

void loop () {
adelante(); //llamamos a la función creada
delay(2000); // esperamos 2 segundos con el motor en marcha
paro(); //paramos el motor utilizando la función paro
delay(1000);
}

  1. ¡Y ahora los dos! Una vez que hemos comprobados que todo funciona bien y como nosotros queremos, vamos a utilizar los dos motores a la vez y vamos a introducir la función atrás:

void setup () {
pinMode(4,OUTPUT);
pinMode(5,OUTPUT);
pinMode(6,OUTPUT);
pinMode(7,OUTPUT);
}

void adelante () {
digitalWrite(4,LOW);
digitalWrite(5,HIGH);
digitalWrite(6,HIGH);
digitalWrite(7,LOW);
}

void paro () {
digitalWrite(4,LOW);
digitalWrite(5,LOW);
digitalWrite(6,LOW);
digitalWrite(7,LOW);
}

void atras () {
digitalWrite(4,HIGH);
digitalWrite(5,LOW);
digitalWrite(6,LOW);
digitalWrite(7,HIGH);
}

void loop () {
adelante();
delay(2000);
paro();
delay(1000);
atras();
delay(2000);
paro();
delay(1000);
}

  1. Y ahora los giros: Como ya puedes entender, para conseguir que el robot gire a la izquierda debes parar el motor de ese lado y mantener en marcha el derecho. Al contrario, para girar a la derecha, debes parar el motor derecho y mantener en marcha el motor izquierdo. Como ejemplo vamos a programar los siguientes movimientos:
  • Adelante 2 s
  • Paro 0,5 s
  • Gira a izquierdas 0,25 s
  • Paro 0,5 s
  • Atrás 2 s
  • Paro 0,5 s
  • Gira a derechas 0,25 s
  • Paro 0,5 s

void setup () {
pinMode(4,OUTPUT);
pinMode(5,OUTPUT);
pinMode(6,OUTPUT);
pinMode(7,OUTPUT);
}

void adelante () {
digitalWrite(4,LOW);
digitalWrite(5,HIGH);
digitalWrite(6,HIGH);
digitalWrite(7,LOW);
}

void paro () {
digitalWrite(4,LOW);
digitalWrite(5,LOW);
digitalWrite(6,LOW);
digitalWrite(7,LOW);
}

void atras () {
digitalWrite(4,HIGH);
digitalWrite(5,LOW);
digitalWrite(6,LOW);
digitalWrite(7,HIGH);
}

void giraizquierda () {
digitalWrite(4,LOW); //paramos el motor izquierdo
digitalWrite(5,LOW);
digitalWrite(6,HIGH); //mantenemos el motor derecho en marcha
digitalWrite(7,LOW);
}

void giraderecha () {
digitalWrite(4,LOW);
digitalWrite(5,HIGH); //mantenemos el motor izquierdo en marcha
digitalWrite(6,LOW); //paramos el motor derecho
digitalWrite(7,LOW);
}
void loop () {
adelante();
delay(2000);
paro();
delay(500);
giraizquierda();
delay(250);
paro();
delay(500);
atras();
delay(2000);
paro();
delay(500);
giraderecha();
delay(250);
paro();
delay(500);
}


Montaje de un puente en H para el control de motores



La tarjeta Arduino proporciona una corriente máxima por canal de 40mA, suficiente para activar pequeños actuadores como leds pero insuficiente para manejar el consumo de un motor de corriente continua. Por ello, es necesario utilizar un chip de potencia para amplificar esas señales de la tarjeta, que además incorpora unos diodos de protección contra los picos inversos de tensión producidos por la desconexión de cargas inductivas.

Para invertir la dirección del motor sin un nuevo conexionado requiere de un circuito conocido como un PUENTE-H (observa cómo el circuito alrededor del motor está en forma de H).

Motor en paro
El cierre de A y D hace que el motor gire a derechas
El cierre de B y C hace que se invierta el sentido de giro
Es necesario observar que es fácil hacer un corto de batería al cerrar por descuido los interruptores A y B o cerrando los interruptores C y D. Esto pondría en peligro la batería. Una buena medida para evitarlo es automatizar al máximo el control de los interruptores.

Para permitir controlar el Puente H al microcontrolador, los interruptores mecánicos deben ser sustituidos por transistores. Observa el empleo de diodos en el circuito. El bobinado en el motor es esencialmente un inductor. Cuando el flujo de corriente en un inductor de repente es cortado, la corriente de pronto no puede ir a 0. Por consiguiente, inducen un voltaje oponiéndose a esta corriente. Este voltaje puede ser tan alto que esto destruya los transistores. Los diodos de retorno proporcionan un camino de vuelta seguro para esta corriente que evita y protege los transistores.
El puente-H, puede ser realizado con transistores discretos o puede ser comprado como un circuito integrado. Utilizar un circuito integrado ayudará a mantener el proyecto compacto y la lógica interna previene que la batería pueda ser cortocircuitada como se describió antes.





Para conseguir amplificar las señales de control de la tarjeta Arduino, invertir el sentido de giro de los motores mediante puente en H y proteger de las cargas inductivas, utilizamos para ello un chip L293D. Aquí tienes el significado de cada uno de sus 16 pines:

El chip L293 es un driver de 4 canales capaz de proporcionar una corriente de salida de hasta 1A por canal. Cada canal es controlado por señales de entrada compatibles TTL y cada pareja de canales dispone de una señal de habilitación que desconecta las salidas de los mismos.
Dispone de una patilla para la alimentación de las cargas que se están controlando, de forma que dicha alimentación es independiente de la lógica de control. Con este circuito integrado se puede controlar el sentido de giro de hasta dos motores simultáneamente. 









CARACTERÍSTICAS DEL CHIP L293D
  • Intensidad por canal =600mA
  • Intensidad de pico por canal=1,2 A
  • Protección contra sobretemperaturas
  • Protección interna contra sobretensiones producidas por cargas inductivas
  • Alimentación independiente de las cargas y control
  • Alta inmunidad al ruido
  • Tensión de alimentación de las cargas ≤ 36 V
  • Tensión de alimentación del chip = de 4.5 a 36 V














La conexión del chip L293B a la tarjeta arduino queda como sigue:


Arduino 1: Programación simple de un semáforo

Programando un semáforo. Vamos a programar el encendido de tres leds conectados en los pines 4, 5 y 6 correspondientes a las luces roja, amarilla y verde respectivamente. El tiempo de encendido será de 3s, 1s y 4s respectivamente.



void setup() {
pinMode(4,OUTPUT); //configuramos los pines 4,5 y 6 como salidas
pinMode(5,OUTPUT);
pinMode(6,OUTPUT);
}

void loop()
{
digitalWrite(4, HIGH); //activamos el pin 4 (led rojo)
delay(3000); //esperamos 3 segundos
digitalWrite(4, LOW); //apagamos el led rojo
digitalWrite(5, HIGH); //activamos el pin 5 (led amarillo)
delay(1000); //esperamos 1 segundo
digitalWrite(5,LOW); //apagamos el led amarillo
digitalWrite(6,HIGH); //activamos el pin 6 (led verde)
delay(4000); //esperamos 4 segundos
digitalWrite(6,LOW); //apagamos el led verde
}


Esquema de conexión (realizado con fritzing)




martes, 5 de junio de 2012

Robótica en Secundaria



El diseño, construcción y programación de robots es una de las tareas más completas y que dotan de más sentido a la materia de tecnología en secundaria. Además, proporciona a los alumnos un reto, los motiva y los hace competir entre ellos, mejorando los resultados.
En su didáctica se trabaja de forma colaborativa y mediante el método de proyectos.
Vivimos en un mundo dominado por  máquinas programables, por lo que iniciar a los alumnos en los conocimientos para entenderlas y controlarlas es básico para su formación general.
Como experiencia, durante las jornadas del proyecto profundiza del curso 2010/11, llevamos a cabo uno de los primeros retos cuando uno se inicia en el mundo de la robótica: construir un robot siguelíneas. Como plataforma utilizamos placas Arduino Uno y utilizamos su lenguaje de programación.
A continuación te dejo el documento con  las instrucciones detalladas, paso a paso, con diferentes ejemplos básicos para ir aprendiendo poco a poco a programar en el IDE de Arduino, tienes todos los circuitos, esquemas de montaje, lista de materiales, etc, hasta terminar con el programa final que da solución al reto planteado. Descarga el documento con las instrucciones de montaje y programación para que lo puedas hacer por ti mismo.
Los resultados los podéis ver en el siguiente vídeo. Espero que os sea de utilidad.





viernes, 1 de junio de 2012

Control de led's por i2c

La placa Arduino Uno soporta comunicación i2c, por medio de la librería wire, con el conseguiremos expandir los puertos digitales utilizando solo 2 pines analógicos. En el siguiente ejemplo, se muestra el control de 16 leds desde el puerto i2c de arduino, con lo este montaje deja libres todas salidas digitales y PWM. Como hardware adicional se ha utilizado un expansor i2c PCF8575


Tienes el código del programa tras el salto y el fichero fuente para descargar .