NUEVO MODELO DE SIGUELINEAS DE DB-ROBOTICS

DB Robotics no tiene intención de abandonar la competición y nos sorprende con su nuevo modelo de siguelineas profesional.

1. INTRODUCCIÓN

Este proyecto trata sobre la creación de una empresa en la cual deberemos de diseñar y construir un coche sigue líneas de competición. 

Se comenzará por la creación de la empresa, en la cual se tendrá en cuenta desde el alquiler del local y el presupuesto total de la empresa incluyendo material, sueldos, costes de seguro… hasta la distribución de las diferentes zonas de la empresa.

Una vez creada la empresa, el siguiente paso es definir el producto que queremos lanzar el mercado, en este caso se trata de un coche sigue líneas de competición.

En este proceso de producción, se realizará la función de diseñar y crear nuestro producto desde cero.

Se construirán dos coches de competición, de los cuales uno será más básico y otro dispondrá de algunas mejoras que se basaran en distintos materiales y en programación

Para ello se dispone de diferentes pasos para llegar al producto final: 

1. Búsqueda de información 
2. Requerimientos del producto 
3. Compra material 
4. Validación material 
5. Diseño y fresado de PCB 
6. Montaje del coche 
7. Testeo 
8. Futuras mejoras 

Una vez seguidos estos pasos se finalizará con la creación del producto, para finalmente participar en competiciones de siguelineas o implementar el producto al mercado.

2. REQUERIMIENTOS

A la hora de comenzar con el diseño del producto, primeramente hay que informarse sobre los requerimientos que contiene el funcionamiento de un siguelineas, ya que hay que tener en cuenta diferentes parámetros, tanto a la hora de diseñar y construir como a la hora de su funcionamiento. 

Primeramente se tiene que tener en cuenta la base de todo sigue líneas, que son los sensores, son parte primordial del coche ya que se encarga de leer la pista y mandar una lectura analogica al microcontrolador. Tienen que ser sensores infrarrojos, los cuales emiten un haz de luz con un led y reciben esa luz con un fototransistor. En relación con los sensores, también tiene mucha importancia la iluminación del lugar de competición y su respectiva pista, ya que puede influir en la lectura de los sensores. Una vez que se analizan los requerimientos respecto a los sensores se buscaron diferentes alternativas para una buena lectura. 

El microcontrolador también es una parte fundamental, hay que tener en cuenta por un lado el espacio, ya que la PCB tiene que tener un tamaño bastante reducido puesto que la anchura está limitada debido a que la pista tiene una anchura determinada y si se toca una de las líneas rojas que se encuentran en la pista quedaría descalificado. Otro elemento que hay que tener en cuenta son las entradas y salidas que necesitamos, ya que se necesitan entre 4-8 entradas analogicas y 2 salidas analogicas y alguna que otra digital.

Los motores también hay que tenerlos en cuenta, ya que hay diferentes relaciones en cuanto a los engranajes, y por otro lado hay que contar con el peso de la PCB que se va a fabricar, teniendo en cuenta estos parámetros, se elegirán los motores más adecuados a nuestras necesidades. 

Por último, se tendrá que calcular los consumos de cada elemento del coche, una vez calculado, se cogerá la LIPO adecuada para un máximo rendimiento.

2. MATERIAL Y ALTERNATIVAS:

Una vez se han analizado los requerimientos para construir un coche siguelineas, se procede a hacer una tabla en la cual se divide en los diferentes bloques funcionales que contiene el coche y así buscar el material adecuado y sus alternativas en sus distintas partes. Puesto que se construirán dos coches distintos habrá materiales que se repitan en los diferentes coches y otros cambien para incorporar mejoras.

Bloques funcionales

A continuación, se analizarán uno por uno todos los componentes que se utilizarán en competición, así como sus respectivas alternativas.

• MICROCONTROLADOR
• ARDUINO NANO
• ARDUINO UNO
• SENSORES:
• SENSORES QTR-8RC
• SENSORES CNY70
• MOTORES
• MOTOR MICRO METAL DC CON REDUCTORA 10:1 6 V
• MOTOR MICRO METAL DC CON REDUCTORA 10:1 12 V
• RUEDAS
• RUEDAS SOLARBOTICS RW2
• RUEDAS GOMAESPUMA
• DRIVER MOTORES
• L293D
• DRV 8833
• REGULADOR
•  BATERIAS
• LIPO 7,4 V

4. PROCEDIMIENTO PROVISIONAL 

DIAGRAMA DE FLUJO

Antes de comenzar con el diseño de la PCB y programación se realiza un diagrama de flujo para conocer cómo va a ser el comportamiento del siguelineas, que entradas va a tener, que lectura se van a hacer de esas entradas, así como sus salidas y sus respectivas lecturas también. Se utilizará este diagrama de flujo como base para la programación. 

diagrama de flujo del siguelineas 

5. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

Una vez reunido, analizado y testeado todo el material, se procede al diseño. Este apartado se divide en dos partes, el diseño del esquema físico y el diseño de la programación. Se comenzará con el esquema del siguelineas en el ISIS. Para ello, se tiene en cuenta el material y se comienza a diseñar. En algunos componentes existe el deber de hacer las huellas así como el de los sensores, regulador y algunos conectores. El esquema de ISIS ha quedado así.

ESQUEMA ISIS

esquema ISIS del siguelineas

Este es el esquema de ISIS que se utilizará en todas las alternativas de ARES, es decir, a partir de aquí surgirán alternativas desiguales.

5. PROCEDIMIENTO DE MONTAJE

En este apartado se explicará el procedimiento que se ha llevado para crear la placa del siguelineas. Se llevarán a cabo una serie de pasos, analizando cada pequeño progreso con tranquilidad. 

El primer objetivo será que la fresadora LPKF asuma el diseño de ARES para que se pueda crear la placa, para ello realizaremos los archivos GERBER. 

1. Primero elegimos las capas que deberá fresar la máquina CNC, generará los archivos que se necesiten de tipo texto con coordenadas y se deben importar en otro programa llamado Circuit Cam.
2. Una vez dentro del Circuit Cam, se tienen que ir importando archivo a archivo en un orden concreto:
3. Una vez después de poner a punto nuestra placa en el ARES, pasamos a la fresadora para construirlas físicamente.

FRESADORA

Esta máquina, es la encargada de imprimir el circuito del ARES en la placa de forma física. Por lo tanto, realizaremos todos los pasos con mucho cuidado para que no existan fallos mecánicos, lo que llevaría a un suceso fatal.

1. Primero de todo, nos aseguramos que la fresadora está encendida. Si no lo está, pulsamos el botón de encendido que está en la parte inferior de la máquina. Encendemos también el PC que va conectado a la máquina. 
2. Abrimos el programa, cargamos el archivo LMD creado anteriormente y lo colocamos en la posición que se desee.
3. Cogemos una placa en la que se va a imprimir. Lo primero que haremos será llevar a cabo los agujeros para el soporte de la placa. Para ello escogemos su broca reglamentaria (Spiral Drill 3 mm) y hacemos dos taladrados: 
1. El primer agujero se hará clicando en el icono de la casa 5 mm más a la derecha, activando motor y bajando la broca. 
2. El segundo se hará 285 mm a la derecha del primer agujero. 
4. Una vez creado los soportes se procede a elegir la herramienta que se va a utilizar la placa. La misma placa te indica la herramienta que necesita para hacer el trabajo.

Cuando hayamos llevado a cabo todos estos anteriores pasos, realizaremos los siguientes:

Pasos para la fresadora

1. Se elige la opción Drill pulsamos “All +” para hacer los agujeros y se le da a ejecutar. 
2. Después imprimimos las pistas, para ello elegimos la opción “millingbottom” volvemos a pulsar “All+” y a ejecutar. 
3. A continuación vamos a imprimir la parte de arriba que en este caso es solo la serigrafía. Elegimos la opción “millingtop”. Llegados a este punto hay que darle la vuelta a la placa y el propio programa colocará el circuito a la inversa y nos comunica donde tenemos que colocarla para que no haya errores. 
4. Por último hay que elegir la opción “ cuttingoutside” para que cree el contorno y nos facilite sacar la placa. Una vez que termine, se saca la placa entera, se saca el circuito creado y ya está listo para colocar los componentes. 

MONTAJE

Una vez creada la placa, se procede a montarla físicamente. Primeramente, hay que asegurar que se obtienen todos los componentes. Para ello, se verifica de nuevo que se tienen todos los componentes en mano, preparados para soldar. 

Una vez haber superado este paso, se coloca cada componente en su lugar correspondiente, teniendo en cuenta la polarización de los componentes (en caso de que tenga). 

Una vez que se tienen todos los componentes correctamente colocados en la placa se procede a soldarlos a la placa. La soldadura tendrá que ser buena, es decir, tiene que haber continuidad entre la patilla del componente y la pista, ya que si no existe en contacto o si hubiese otro cualquier contacto con alguna otra pista puede resultar fatal para nuestro siguelineas. En caso de que suceda eso, se coge la dremel y con una broca pequeña se fresa aún más las pistas para evitar ese contacto. Y por último, una vez soldado todos los componentes se comprobará la continuidad de cada uno de ellos, comprobando también que no hay cortos. Es muy importante tener en cuenta la masa flotante.

Es decir, algunos pines no están aislados y hay que soldarlos. Se tiene mucho cuidado a la hora de soldar ya que se pueden hacer pegotes con gran facilidad. 

A continuación una imagen de nuestro siguelineas.

siguelineas, prototipo funcional

Si quieres leer la memoria completa del proyecto pincha aquí