Robot-001

Robot-001

Se trata de un brazo robot, se pueden distinguir cuatro partes que constituyen el sistema robótico:

– Mecánica

– Electrónica

– Comunicaciones

– Programación

image-3

 

MECANICA

Está formada por la propia estructura del robot y dos motores.

Se trata de un robot con dos grados de libertad, es decir dispone de dos articulaciones. Una articulación permite una rotación en un ángulo azimutal (eje vertical), y la otra en un ángulo de altitud (eje horizontal).

EJE CORONA (nº dientes) PIÑON 8 (nº dientes) RELACION DE TRANSMISION
Azimut 72 24 3:1
Altitud 76 20 3.8:1

Los actuadores son dos motores paso a paso unipolares.

TIPO MOTOR DIMENSIONES ANGULO DE PASO VOLTAGE (V) INTENSIDAD (A) PAR (Kg.cm)
Paso a Paso (Unipolar) NEMA 15 1.8º 6.5 0.5 0.8

La combinación de las características mecánicas del robot, y como este ha sido programado, permite  la siguiente resolución angular.

EJE RESOLUCION (grados/paso)
Azimut 2.4º
Altitud 1.89º

El Robot dispone de unos sensores de contacto que limitan el ángulo de rotación azimutal y de altitud, cuando el brazo alcanza el tope la rotación se detiene. El robot posee una posición de inicialización paralela respecto al suelo, partiendo de la posición de inicialización los ángulos máximos de funcionamiento son:

EJE INICIALIZACIÓN ESTE OESTE
Azimut 105,6º 103,2º

 

EJE INICIALIZACIÓN POSITIVA NEGATIVA
Altitud 202,23º -34,23º

 

image-2

 

ELECTRONICA

La electrónica que controla el robot está basada en el Arduino MEGA 2560 y el shield Arduino Ethernet. Por otro lado se ha incorporado un shield basado en el chip ULN2803A, que es el encargado de suministrar la potencia necesaria a los dos motores, y de regular el flujo de corriente en los sensores.

image

 

COMUNICACIONES

La comunicación se realiza mediante el protocolo TCP/IP, a través de una conexión Ethernet. Esto hace posible que el robot sea accesible desde Internet. Es decir, se puede ubicar el robot en algun lugar remoto e igualmente poder acceder a él. Al robot se le ha asignado una dirección IP y actua como servidor web, cuando nos conectamos al robot este retorna un formulario mediante el cual podemos indicar el ángulo y la dirección de rotación de cada uno de los motores.

Pantalla

 

PROGRAMACION

La programación del robot ha implicado dos aspectos fundamentales. Por un lado la programación de la tarjeta Arduino, configuración de las definiciones, programacion de las comunicaciones y programación del funcionamiento de los motores. Por otro lado la configuración de la página web (formulario HTML) que retorna el robot cuando nos conectamos a él, el código HTML se encuentra incorporado en el propio programa de la tarjeta Arduino.

 

FUNCIONAMIENTO

El robot tiene dos modos de funcionamiento:

  • Manual: se indican directamente los grados de rotación que se desea que gire el brazo robótico en una determinada dirección.
  • Programable: se puede indicar una serie de instrucciones que el robot irá ejecutando secuencialmente.

El formato de una instrucción es: IXXX, el conjunto de instrucciones es el siguiente:

UXXX (UP): desplazamiento de altitud positivo, XXX indica los grados de desplazamiento.

DXXX (DOWN): desplazamiento de altitud negativo, XXX indica los grados de desplazamiento.

RXXX (RIGHT): desplazamiento azimutal oeste, XXX indica los grados de desplazamiento.

LXXX (LEFT): desplazamiento azimutal este, XXX indica los grados de desplazamiento.

TXXX (TIME): detiene el movimiento del brazo, XXX indica el tiempo en segundos.

CXXX (CYCLE): a partir de esta instrucción, las instrucciones posteriores se repetiran en forma de bucle, XXX indica el número de bucles que se ejecutarán.

Finalmente comentar que cuando el brazo detiene su movimiento, la pantalla muestra la posición en grados del brazo robótico, si previamente se ha inicializado su posición.

 

VIDEO DE FUNCIONAMIENTO 

Robot-001

Rover-002

Rover-002

Se trata de una plataforma robótica controlada a través de una red wifi. El vehículo actua como un servidor web y cuando nos conectamos nos retorna una página web con unos botones que nos permite su control, tiene la posibilidad de funcionar en modo manual o modo autónomo; en modo autónomo él mismo detecta los obstáculos y cambia la dirección para no chocar con ellos, buscando siempre la dirección de mayor recorrido sin obstáculos. Sobre la plataforma se pueden ubicar difirentes elementos o dispositivos para efectuar tareas determinadas. Al funcionar a través de una red TCP/IP se puede contrlorar remotamente desde internet.

Se pueden distinguir cuatro partes que constituyen el vehículo:

– Mecánica

– Electrónica

– Comunicaciones

– Programación

MECANICA

Está formada por el chasis, con elementos de plástico ABS y aluminio;  y cuatro motores , uno por cada rueda. El giro se realiza rotando las ruedas de un lado en un sentido, y las del otro lado en sentido contrario. Los motores están alimentados por dos baterías en paralelo de 11,1v; estas baterias suministran también la electricidad a los dos LED’s frontales (luz blanca) y los dos LED’s posteriores (luz roja).

DIMENSIONES
Ancho 30cm
Largo 40cm
Alto 35cm
Peso 5Kg
MOTOR DC DE ESCOBILLAS (x4)
Rango de funcionamiento 3v – 12v
Voltaje nominal 12v
Velocidad en vacio 116RPM
Corriente en vacio 0,20A
Par de arranque 115N.cm
Corriente de arranque 4,9A
Potencia de salida de máxima eficiencia 2,7w
Tipo engranage / relación Planetario / 104:1
BATERIA LIPO 3S AEROENERGY (x2)
Voltaje 11,1v
Capacidad 5000mAh
Intensidad máxima en continua 125A
Intensidad máxima en discontinua 250A
Peso 402g

ELECTRONICA

La electrónica del vehículo se compone de la placa Arduino MEGA 2560, el Arduino Motor shield y el Arduino Ethernet shield. Sobre la placa MEGA 2560 reside toda la programación del coche y las conexiones con todos los componentes electrónicos del vehículo, el Motor shield suministra la potencia necesaria a los motores y el Ethernet shield está conectado a un router que genera una red wifi, propia del vehículo, que permite la comunicación a través de la red de cualquier dispositivo electrónico con el coche. Todo el sistema esta alimentado por una batería de 7,4v.

Por otro lado el vehículo lleva incorporados los siguientes dispositivos:

– LED’s: frontales (blancos) y posteriores (rojos) de iluminación.

– Sensores de distancia de ultrasonidos (x4): uno frontal, dos laterales y uno posterior. El frontal y el posterior detienen el coche si está a punto de chocar con algún objeto. Los dos laterales rectifican la dirección de avance para evitar la colisión, y no detienen su movimiento.

– Cámara IP: envia imágenes a través de la página web cuando establecemos la comunicación con el coche. Se puede controlar la dirección mediante dos servomotores que controlan la posición azimut/altitud (pan/tilt) de la cámara.

– Puntero laser: Al ser activado emite una luz laser que sirve como punto de referencia, su dirección está asociada al movimiento de la cámara IP.

– Sensor de distancia laser: Incrementa la sensibilidad en la detección de objetos actuando conjuntamente con los sensores de ultrasonidos. En el modo autónomo su sistema de detección de distancias determina la dirección que debe tomar el vehículo para seguir su movimiento, el sensor está ubicado en el sistema móvil azimut/altitud y efectúa cinco lecturas de distancia, la dirección que presenta una mayor distáncia sin obstáculos es la que tomará el vehículo.

– Servomotor (x2): Controlan el movimiento azimut/altitud de una estructura en la cual se encuentra ubicada la cámara (permitiendo controlar la visión de la cámara), el puntero laser y el sensor de distancia laser.

– Convertidor DC(7,5v)-DC(5v): Suministra 5v de tensión alos dos servos, a los cuatro sensores de ultrasonidos y al sensor laser.

SENSOR ULTRASONIDOS HC-SR04 (x4)
Voltaje 5v
Corriente 15mA
Frecuencia de funcionamiento 40Hz
Detección de distancia 2cm – 4m
Trigger 10 microseg.
PUNTERO LASER
Potencia 2,5mW (clase 3R)
Longitud de onda 660nm (rojo)
Voltaje 3v
Corriente <45mA
SERVOMOTOR HS-485HB HITEC (x2)
Sistema de control (ángulo) PWM (T=20ms)

-90º: 600microseg

0º: 1500microseg

90º: 2400 microseg

Voltaje señal 3v – 5v pico señal cuadrada
Voltaje alimentación 4,8v – 6v
Velocidad 0,22s/60º – 0,18s/60º
Par de parada 4,8Kg.cm – 6Kg.cm
Corriente sin carga 150mA – 180mA
SENSOR LASER PARALLAX 15-122cm LASER RANGEFINDER
Consumo 5V / 150mA
Detección óptima (distancia) 15cm – 122cm
Detección máxima (distancia) 2,4m
CAMARA IN-6001HD WIFI BLACK (INSTAR)
Consumo 5v / 1,5A
Visión nocturna IR 5m – 10m
Resolución mínima 320 x 170
Resolución máxima 1280 x 720
Relación de frames 25fps
BATERIA LIPO 2S AEROENERGY
Voltaje 7,4v
Capacidad 5200mAh
Intensidad máxima en continua 130A
Intensidad máxima en discontinua 260A
Peso 275g

COMUNICACIONES

La comunicación se realiza mediante el protocolo TCP/IP, a través de una conexión Ethernet. Esto hace posible que el vehículo sea accesible desde Internet; permitiendo ubicar el coche en algún lugar desplazado e igualmente controlar su movimiento remotamente. El vehículo tiene asignada una dirección IP y actua como servidor web, cuando nos conectamos retorna un formulario mediante el cual le podemos indicar las ordenes al vehículo. El sistema de comunicaciones está constituido por:

– Shield Arduino Ethernet.

– Switch de cinco puertos ethernet, permite la posibilidad de conectar diversos dispositivos a la red vía ethernet.

– Router,genera la red wifi.

– Bateria (powerbank), alimenta todo el sistema de comunicaciones, y también la cámara.

DEFINICIONES IP
Router 192.168.0.1
Arduino 192.168.0.100
Cámara 192.168.0.102
ROUTER TP-LINK TL-WR802N
Velocidad 300 Mbps
Encriptación WPA/WPA2
Puertos 1xRJ45
Alimentación micro USB
Consumo 5v / 1A
SWITCH TP-LINK TL-SF1005D
Puertos ethernet 5xRJ45
Velocidad 10/100 Mbps
Alimentación 5v / 0,6A
BATERIA SBS
Capacidad 20000mAh
Puertos 3xUSB (5v – 1A/1A/2,1A)
Alimentación microUSB

PROGRAMACION

La programación del coche ha implicado dos aspectos fundamentales.Por un lado la programación de la tarjeta Arduino, configuración de las definiciones, programación de las comunicaciones y programación del funcionamiento de los motores y dispositivos electrónicos.Por otro lado la configuración de la página web (formulario HTML) que retorna el vehículo cuando nos conectamos a él, el código HTML se encuentra incorporado en el propio programa de la tarjeta Arduino.

Se ha desarrollado también una aplicación en Processing que establece una comunicación UDP con el vehículo. La aplicación dispone de dos barras de desplazamiento para controlar los dos servomotores y de esta manera disponer de mayor flexibilidad para orientar la cámara; igualmente se orienta el sensor laser, de modo que se aprovecha para generar un diagrama de distancia al objeto más cercano, al mismo tiempo que envia un valor numérico en centímetros de la distancia a dicho objeto. La aplicación dispone también de un botón «camara» que abre una ventana (independiente de la aplicación html) donde se visualiza la imagen que enfoca la cámara.

FUNCIONAMIENTO

Para poner en funcionamiento el vehículo debemos conectar por un lado electronica del coche, por otro lado los motores, por otro lado las comunicaciones y finalmente la cámara. Para controlar el coche deberemos conectarnos a la red wifi, y posteriormente mediante un navegador conectarnos a la dirección IP del servidor (la placa Arduino actua como servidor web). La respuesta del servidor es una pagina web con unos botones que nos permitirá enviar ordenes al coche. La página dispone de un marco donde aparece la imagen captada por la cámara. Los sensores de ultrasonidos detenienen el coche en caso que se vaya a producir una colisión o rectifican su dirección. El botón autonomo permite al vehículo desplazarse sin la intervención humana, de manera que el propio coche se encarga de evitar los obstaculos y seguir la dirección más apropiada; para recuperar el control del coche hay que pulsar el botón manual.Los botones para enviar instrucciones al coche son:

MANUAL

AUTONOMO

Luz ON/OFF

Laser ON/OFF

Dirección IZQUIERDA/DERECHA/ADELANTE/ATRAS/PARAR

Movimiento cámara AZIMUT/ALTURA

ESTADO DEL VEHICULO

VIDEO DE FUNCIONAMIENTO

Rover-002

Rover-003

Rover-003

Se trata de una plataforma robótica controlada por radiofrecuéncia. El vehículo responde a las acciones sobre un joystick, puede ir hacia adenate, hacia atrás o girar a izquierda o derecha. La velocidad será mayor o menor dependiendo del desplazamiento del joystick, para girar el vehículo debe estar parado y realiza el giro en modo tanque. En el joystick de control hay dos pulsadores uno permite encender o apagar una luz frontal, y el otro pulsador permite encender o apagar un puntero laser.

Se pueden distinguir cuatro partes que constituyen el vehículo:

– Mecánica

– Electrónica

– Comunicaciones

– Programación

MECANICA

Está formada por el chasis, con elementos de plástico ABS y aluminio;  y cuatro motores , uno por cada rueda. El giro se realiza rotando las ruedas de un lado en un sentido, y las del otro lado en sentido contrario; cada rueda dispone de un sistema de suspensión. Los motores están alimentados por dos baterías en paralelo de 11,1v; estas baterias suministran también la electricidad al LED frontal y al laser.

DIMENSIONES
Ancho 50cm
Largo 34cm
Alto 27cm
Peso 3,5Kg
MOTOR DC DE ESCOBILLAS (x4)
Rango de funcionamiento 3v – 12v
Voltaje nominal 12v
Velocidad en vacio 116RPM
Corriente en vacio 0,20A
Par de arranque 115N.cm
Corriente de arranque 4,9A
Potencia de salida de máxima eficiencia 2,7w
Tipo engranage / relación Planetario / 104:1
BATERIA LIPO 3S AEROENERGY (x2)
Voltaje 11,1v
Capacidad 5000mAh
Intensidad máxima en continua 125A
Intensidad máxima en discontinua 250A
Peso 402g

ELECTRONICA

La electrónica del vehículo se compone de la placa Arduino MEGA 2560, el Arduino Motor shield y módulo de comunicación de radio frecuencia NRF24. Sobre la placa MEGA 2560 reside toda la programación del coche y las conexiones con todos los componentes electrónicos del vehículo, el Motor shield suministra la potencia necesaria a los motores y el módulo de comunicaciones recibe la señal de radiofracuencia del joystick con las ordenes de movimiento para el vehículo. Todo el sistema esta alimentado por las batería de 11,1v. El vehículo lleva incorporado un LED de alta potencia y un puntero laser.

PUNTERO LASER
Potencia 2,5mW (clase 3R)
Longitud de onda 660nm (rojo)
Voltaje 3v
Corriente <45mA

COMUNICACIONES

La comunicación se realiza mediante una señal de radio frecuencia de 2,4Ghz.

El emisor consta de un joystick, una placa Arduino UNO, un módulo de comunicaciones NRF24 y una bateria LIPO (7,4v / 1200mAh.).

El receptor consta de un módulo de comunicaciones NRF24 conectada a la placa Arduino MEGA ubicada en el vehículo.

PROGRAMACION

La programación de todo el conjunto se divide en dos elementos:

  • Arduino MEGA: contiene la programación del módulo de comunicaciones que recibe la señal y la tranforma en información útil para manejar el vehículo. La programación de los movimientos del vehículo (adelante/atrás, velocidad, giros) en función de los movimientos del joystick. Finalmente la programación del encendido y apagado del LED y el laser en base a la pulsación de dos botones ubicados en el dispositivo emisor.
  • Arduino UNO: contiene la programación del módulo de comunicaciones para enviar la señal con la información correspondiente del movimiento del joystick y la pulsación de los botones para controlar al vehículo.

FUNCIONAMIENTO

Para poner en funcionamiento todo el sistema debemos conectar el coche mediante un interruptor, y el emisor enchufando el conector de la bateria a la placa Arduino UNO. A partir de este momento ya podemos manejar el vehículo.

Joystick hacia arriba: movimiento hacia adelante, más desplazamiento más velocidad.

Joystick hacia abajo: movimiento hacia atrás, más desplazamiento más velocidad.

Joystick hacia la derecha: giro a la derecha, el vehículo no se desplaza.

Joystick hacia la izquierda: giro a la izquierda, el vehículo no se desplaza.

Botón derecha: enciende/apaga laser.

Botón izquierda: enciende/apaga LED.

VIDEO DE FUNCIONAMIENTO

Rover-003

Rover-004

Rover-004

Se trata de una plataforma robótica controlada por radiofrecuéncia. El vehículo responde a las acciones sobre un joystick, puede ir hacia adelante, hacia atrás o girar a izquierda o derecha; el giro lo realiza mediante un conjunto de engranajes que mediante un mecanismo gira la dirección de las ruedas delanteras. Tiene dos velocidades lenta/rápida, se selecciona pulsando uno de los dos botones del joystick. Finalmente, pulsando el otro botón se encienden/apagan un conjunto de dos led’s frontales de alta potencia, un laser frontal y dos led’s rojos posteriores.

Se pueden distinguir cuatro partes que constituyen el vehículo:

– Mecánica

– Electrónica

– Comunicaciones

– Programación

MECANICA

Está formada por el chasis, con elementos de plástico ABS y aluminio; cuatro motores eléctricos, uno por cada rueda y un servomotor. El giro se realiza mediante unos engranajes controlados por el servomotor que giran la dirección de las ruedas delanteras delanteras. Los motores están alimentados por dos baterías en paralelo de 11,1v; estas baterias suministran también la electricidad al sistema de luces y a la placa Arduino MEGA. El servomotor está alimentado por una batería de 7,4v.

DIMENSIONES 
Ancho30cm
Largo50cm
Alto35cm
Peso4Kg
MOTOR DC DE ESCOBILLAS (x4) 
Rango de funcionamiento3v – 12v
Voltaje nominal12v
Velocidad en vacio624RPM
Corriente en vacio0,20A
Par de arranque30N.cm
Corriente de arranque4,9A
Potencia de salida de máxima eficiencia2,7w
Tipo engranage / relaciónPlanetario / 19:1
SERVOMOTOR 
Rango de funcionamiento4.8v – 6v
Rango PWM600-2400 microseg.
Velocidad en vacio1,5 seg/360º
Par de arranque120N.cm
BATERIA LIPO 3S AEROENERGY (x2) 
Voltaje11,1v
Capacidad5000mAh
Intensidad máxima en continua125A
Intensidad máxima en discontinua250A
Peso402g
BATERIA LIPO 3S AEROENERGY (x1) 
Voltaje7,4v
Capacidad5200mAh
Intensidad máxima en continua125A
Intensidad máxima en discontinua250A
Peso380g

ELECTRONICA

La electrónica del vehículo se compone de la placa Arduino MEGA 2560, el módulo de potencia y el módulo de comunicación de radio frecuencia NRF24. Sobre la placa MEGA 2560 reside toda la programación del coche y las conexiones con todos los componentes electrónicos del vehículo, el módulode potencia suministra la potencia necesaria a los motores y el módulo de comunicaciones recibe la señal de radiofracuencia del joystick con las ordenes de movimiento para el vehículo. El vehículo lleva incorporado un sistema de luces formado por 2 LED de alta potencia, 2 LED posteriores rojos y un puntero laser.

PUNTERO LASER 
Potencia2,5mW (clase 3R)
Longitud de onda660nm (rojo)
Voltaje3v
Corriente<45mA

COMUNICACIONES

La comunicación se realiza mediante una señal de radio frecuencia de 2,4Ghz.

El emisor consta de un joystick, una placa Arduino UNO, un módulo de comunicaciones NRF24 y una bateria LIPO (7,4v / 1200mAh.).

El receptor consta de un módulo de comunicaciones NRF24 conectada a la placa Arduino MEGA ubicada en el vehículo.

PROGRAMACION

La programación de todo el conjunto se divide en dos elementos:

  • Arduino MEGA: contiene la programación del módulo de comunicaciones que recibe la señal y la tranforma en información útil para manejar el vehículo. La programación de los movimientos del vehículo (adelante/atrás, velocidad, giros) en función de los movimientos del joystick. Finalmente la programación del encendido y apagado del LED y el laser en base a la pulsación de dos botones ubicados en el dispositivo emisor.
  • Arduino UNO: contiene la programación del módulo de comunicaciones para enviar la señal con la información correspondiente del movimiento del joystick y la pulsación de los botones para controlar al vehículo.

FUNCIONAMIENTO

Para poner en funcionamiento todo el sistema debemos conectar el coche mediante un interruptor, y el emisor enchufando el conector de la bateria a la placa Arduino UNO. A partir de este momento ya podemos manejar el vehículo.

Joystick hacia arriba: movimiento hacia adelante, más desplazamiento más velocidad.

Joystick hacia abajo: movimiento hacia atrás, más desplazamiento más velocidad.

Joystick hacia la derecha: giro a la derecha.

Joystick hacia la izquierda: giro a la izquierda.

Botón derecha: velocidad alta/velocidad baja cambia la velocidad del coche.

Botón izquierda: enciende/apaga luces.

VIDEO DE FUNCIONAMIENTO

https://robotica.educacion.club/wp-content/uploads/2019/06/Rover004.mov