Josu Berlanas, Xabier Berasategui, Mikel del Valle y Fernando Muner, creadores de DB Robotics, competirán en la liga nacional de robótica en el apartado de estudiantes con su nuevo robot minisumo. Aspiran a competir con los profesionales en un futuro no muy lejano.
En este informe se explica el procedimiento que se ha seguido para crear el robot, incluyendo las diferentes alternativas y el procedimiento a seguir para que cualquier usuario con o sin conocimientos de electrónica pueda crear su propio robot minisumo.
INTRODUCCIÓN
En este proyecto el objetivo es crear un robot minisumo para poder competir en la liga nacional de robótica en el apartado de estudiantes. Aunque se prevé complicado debido al escaso tiempo del que se dispone, el objetivo a lo que se aspira es a competir con los profesionales.
En este informe se explica el procedimiento que se ha seguido para crear el robot, incluyendo las diferentes alternativas y el procedimiento a seguir para que cualquier usuario con o sin conocimientos de electrónica pueda crear su propio robot minisumo.
OBJETIVOS Y REQUERIMIENTOS DEL PROYECTO
El proyecto consiste en diseñar y construir un robot para competir en la categoría de MiniSumo Robótico.
Los pasos a seguir en el desarrollo del proyecto serían los siguientes:
- Recopilar información. Estudiar el reglamento de la competición, analizar los mejores robots construidos hasta la fecha, ver cuales son los puntos importantes a la hora de construir un robot ganador…
- Elección de componentes. Rastrear el mercado para comprobar cuales son las opciones disponibles para cada elemento del robot. Comparar las especificaciones de los componentes, ver los requerimientos necesarios…
- Diseño del robot. Una vez hemos elegido los componentes diseñar la estructura del robot (chasis, carrocería y rampa). Estudiar los materiales disponibles y sus técnicas constructivas. Diseñar el circuito eléctrico del robot.
- Programación. Crear el software que integre todos los elementos del robot y le confiera un comportamiento inteligente.
- Montaje del robot. Llevar a cabo todo lo planeado y documentarlo adecuadamente para que pueda ser utilizado en proyectos venideros.
- Puesta a punto. Diseñar una serie de programas para comprobar el correcto funcionamiento de cada componente del robot.
- Mejoras. Participar en campeonatos de sumo y con la experiencia ver lo que se podría mejorar
ELECCIÓN DE COMPONENTES
Para poder competir en la liga nacional de robótica es muy importante la elección de los componentes a utilizar en el robot.
En este punto se explicará todos los componentes elegidos.
3.1 Motores
A la hora de elegir los motores para el robot también hay que considerar el tamaño y el peso. Por ello, se han elegido los motores DC pololu.
Al mirar la tabla y comparar todos los motores posibles y considerando los que llevan los profesionales, tenemos 3 motores para elegir.
- Pololu 100:1 ⇾ Velocidad alta pero poca fuerza de empuje.
- Pololu 75.1 ⇾ Velocidad y fuerza de empuje media.
- Pololu 50:1 ⇾ Velocidad lenta y mucha fuerza de empuje.
Hemos elegido los motores pololu 50:1 porque primero queremos que sea lento pero seguro e ir corrigiendo mejor los errores que puedan suceder. Si en un futuro se necesitará más velocidad se podría cambiar los motores y poner los motores 100:1.
Microcontrolador
En el robot minisumo vamos a utilizar un Arduino Nano, ya que al estar buscando microcontroladores hemos visto que es la mejor opción por varias razones:
Se programa en el lenguaje de programación Processing/Wiring que es muy similar a C.
Hay mucha información disponible en internet ya que es un software libre.
Es muy pequeño y pesa poco. 18,5 x 43,2mm.
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| Arduino NANO |
Sensores de Borde
Se han barajado diferentes opciones, pero nos hemos decidido en elegir los sensores infrarrojos CNY70.
Creemos que es la mejor opciones por su efectividad y simplicidad y ya sabemos como funcionan ya que anteriormente ya los utilizamos en otro proyecto. Además, es el más utilizado por los profesionales por su robustez y bajo precio.
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| Sensor CNY70 |
El CNY70 tiene unas dimensiones realmente reducidas de 7x7x6mm. Debe estar a una distancia del suelo inferior a 5 mm para funcionar con normalidad, además tiene un filtro de luz visible. Cuando el fototransistor no recibe la luz se encuentra en corte y no permite el paso de la corriente. Por el contrario cuando recibe la luz reflejada se satura y permite el paso de corriente.
Se utilizarán tres sensores en el robot, dos sensores traseros y un sensor delantero, cubriendo los 2 flancos por los que se pueda salir del tatami.
Sensores de Proximidad
Después de estar viendo las ventajas y desventajas de ambos sensores nos hemos decantado por escoger los sensores infrarrojos, los sensores CNY70 para detectar los colores de pista y los sensores sharp para los de proximidad.
Los hemos escogido por varias razones:
El diseño son más compactos y pequeños que el resto.
El voltaje de salida es proporcional a la distancia, y al poder conectarlos directamente al microcontrolador es mucho más sencillo optimizar el robot.
El cableado es mucho más sencillo que el resto y nos facilita el trabajo.
Los Sensores Sharp escogidos tienen un rango de 80 cm que es lo que mide el tatami mientras los ultrasonidos la medida es mayor y puede ocasionar problemas.
Controlador
Para controlar los motores que puedan giran en 2 sentidos diferentes se debe colocar los motores con un puente H.
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| Funcionamiento puente H |
Como se puede ver en la figura el puente en H consiste básicamente de cuatro interruptores los cuales se abren o se cierran adecuadamente para entregar al motor un voltaje positivo o negativo.
L293D
Existe un circuito integrado llamado L293D que tiene en su interior 2 puentes en H y que es perfecto para nuestro robot.
Existen otros integrados con puentes de H pero es necesario montarlos en un circuito con diodos rectificadores, el L293D los lleva dentro. Puede proporcionar una corriente de pico de 1,2A por cada canal y 600mA continuamente. Si esto no es suficiente se pueden soldar dos en paralelo para duplicar las prestaciones. El tiempo que tarda en abrir y cerrar la salida es menor de 2 microsegundos, lo que nos permite operar a frecuencias de hasta 500 kHz. Para evitar problemas lo mejor sería utilizar frecuencias al menos un orden menor, 50kHz.
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| Circuito integrado L293D |
Como se puede comprobar en la figura tiene un pin de entrada en el que tenemos que proporcionar el voltaje de salida. Cada canal tiene dos pines de control Input, un pin de Enable y dos pines de salida. Así es como fácilmente controlamos dos motores.
Alimentación del robot
Lo ideal es alimentar los motores con una tensión entre 6-9V. Alimentarlos con tensiones superiores disminuiría su tiempo de vida y no queremos que se nos estropeen durante el campeonato de sumo. El problema que tenemos haciendo esto es que todos los sensores suelen funcionar con una alimentación de 5V. Podemos solucionar esto gracias a que la placa Arduino tiene un regulador de tensión para conseguir los 5V necesarios. Por lo tanto utilizaremos la batería para alimentar los motores y la placa Arduino y usaremos la placa Arduino para alimentar a los sensores.
Requisitos de la batería
Hay tres requerimientos que pedimos a la batería: Voltaje, Capacidad y dimensiones reducidas.
Voltaje. Como se ha comentado anteriormente se van alimentar los motores con 6V y el Arduino se debe alimentar entre 7-12V para que pueda funcionar correctamente.
Por lo que se requiere que la batería a usar sea mínimo de 7V para alimentar todo el robot. Una buena elección será coger una batería de 7,4V de 2 celdas.
Capacidad. Para poder calcular la capacidad que debe tener la batería primero hay que calcular previamente el consumo del todo el robot.
Los requerimientos de corriente son los siguientes:
Vemos que el consumo de total sin contar el peso del robot, ruedas u otras cosas que puedan afectar al consumo, estando a plena potencia los motores será de 1685 mA/ hora por lo que una batería de 2000mAh sería lo más recomendable, pero los motores no van a estar todo el rato funcionando a plena carga se ha hecho una media del consumo real del motor. El resultado de la media es un total de 425 mAh.
Para no arriesgar se ha elegido una batería de 1300mAh 7,4V con 2 celdas y un tamaño muy reducido, que también es importante.
Ruedas
Las ruedas son muy importante a la hora de competir en el tatami.
Una buena tracción en las ruedas y un buen agarre te puede dar la victoria. Los profesionales miman mucho las ruedas limpiandolas y cuidandolas como si dieran la vida en ello, por hacer una comparación.
Es importante elegir unas ruedas con mucho agarre y que sean anchas, por lo que hemos estado buscando informacion sobre ruedas de competición, y hemos elegido estas; Solarbotics RW2 Wheel (external set screw) de pololu.
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| Ruedas elegidas |
DISEÑO DEL ROBOT
La elección de la estrategia o método que usará el minisumo en la pista, determinará completamente el diseño del robot. Existen las siguientes posibilidades:
Ruedas
La utilización de ruedas es la más utilizadas por todos los creadores de minisumos, ya que con ellas se obtiene un rendimiento mejor. Se puede hacer una clasificación en cuanto al número de ruedas. Si se elige un robot con dos ruedas, su principal ventaja será que si se impide que el robot adversario avance, el robot se elevará, por lo que está acción será muy eficaz. Sin embargo, si se decide implantar al robot minisumo cuatro ruedas, tendrá una mayor tracción, ya que todo el peso recaerá sobre las 4 ruedas. El principal problema de introducir las 4 ruedas, es que habrá menos sitio para los demás componentes.
La rampa que se va a colocar en la parte delantera, será la que contacte con el robot contrario. Se pueden realizar dos tipos de rampa: El primer diseño, y el que se va a llevar a cabo, consiste en intentar que el adversario suba por la rampa haciendo que todo el peso posible de su robot recaiga sobre el nuestro. De esta forma, restamos tracción al mini sumo adversario. El segundo diseño, consiste en que cuando el robot adversario suba sobre ella, se activen como si estuviera en el borde.
El diseño del robot mini sumo, va a estar realizado por impresión 3D, por lo cual será de plástico. La idea es, al acabar la impresión 3D, cubrir el diseño con una chapa para fortalecer el robot.
PROGRAMACIÓN
La estrategia que va a utilizar nuestro robot mini sumo es una estrategia estándar. En la siguiente imagen se puede ver una demostración:
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| Diagrama de flujo de testeo |
Como se ve en primer lugar comprobamos que no están en el borde del dohyo y si es así procedemos a detectar donde está el adversario y movernos hacia él. Esto hace que prioricemos el mantener el robot en el área de juego sobre encontrar al contrario. Lo primero es sobrevivir y después ya buscaremos al contrario.
MONTAJE DEL ROBOT
Realizada ya la placa PCB en la máquina LPKF, y haber comprobado que se encuentra en buenas condiciones, se ha pasado a colocar los componentes sobre ella. Una vez situados los componentes en su lugar, se ha procedido a soldarlos. Un dato que hay que tener muy en cuenta a la hora de soldar, es que no puede haber continuidades entre pistas y además se deben evitar las soldaduras frías.
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| PCB creada |
Una vez terminado de soldar los componentes y ver que no hay ningún tipo de problema, se ha continuado montado el robot minisumo, es decir, colocando la chapa de protección alrededor de la placa PCB. Una cosa que hay que tener en cuenta a la hora de este montaje, son las medidas previas que hay que tomar, ya que si no es probable que la chapa no encaje alrededor del robot.
Como se puede apreciar en la imagen de abajo, así es como finalmente ha quedado el robot minisumo. Presenta un aspecto bastante consistente, por lo que no tendría que haber problemas al impactar con los robots adversarios.
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| Minisumo |
Si quieres leer la memoria completa del proyecto pincha aquí
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