“Diseño y programación de algoritmos de control en robots móviles. Estudio y aplicación a ...

211 Pages·2010·3.75 MB·Spanish

“Diseño y programación de algoritmos de control en
robots móviles. Estudio y aplicación a
ROBOTINO - FESTO”.

Trabajo de Titulación para optar al
Título de Ingeniero en Electrónica

PROFESOR PATROCINANTE:
Sr. Pedro Rey Clericus.
Ingeniero Electrónico.
Licenciado en Ciencias de la Ingeniería.
Diplomado en Ciencias de la Ingeniería.

Felipe A. Cid Burgos – Javier A. Melillanca Cerón
VALDIVIA – Chile
2010

Comisión de Titulación II

Profesor Patrocinante:

_____________________________
Sr. Pedro Rey Clericus

Profesores Informantes:

_____________________________
Sr. Daniel Lühr S.

_____________________________
Sr. Franklin Castro R.
Agradecimientos III

Felipe Andrés Cid Burgos.
“Aprovecho esta instancia para dar gracias a todos mis profesores y compañeros
dentro de la carrera Ingeniería Electrónica, que han sido parte fundamental en la creación
de este trabajo de titulo, ya que sin ellos, no hubiese tenido el coraje ni la entereza para
haber llegado tan lejos en mi vida profesional. Y un agradecimiento especial a mis padres
y hermanos, que me han ayudado a ser el hombre que soy ahora”.

Javier Alejandro Melillanca Cerón.
“Este trabajo de titulo representa un gran paso en mi vida, del cual parte fundamental de
esto no hubiese sido posible sin el apoyo de mis padres, Ester y José, y mis hermanos,
José y Andrés, que me brindaron su sacrificio, para poder realizarme como profesional. A
quienes agradezco en forma infinita”.
“Agradezco también a mis amigos y profesores del Instituto de Electricidad y Electrónica,
que me ayudaron en este camino a ser profesional. En especial a los profesores, Sr.
Pedro Rey y Sr. Daniel Lühr, por su tiempo y ayuda, en la realización de este proyecto de
titulación”.

Dedicado a mi Padre.
José Saturnino Melillanca Nempu. (Q.E.P.D)
Índice IV
Portada I
Comisión de Titulación II
Agradecimientos III
Índice IV
Resumen X
Summary XI
Introducción XII
Contenido
Capítulo I “Robotino” 1
1.1. - Acerca de Robotino. 2
1.2.- Aspectos Físicos. 3
1.2.1.- Componentes básicos. 3
1.3.- Puesta en Marcha. 13
1.3.1.- Encendido/ Apagado. 13
1.3.2.- Uso del Display. 14
1.4.- Conectividad 15
1.4.1.- Conectividad LAN Ethernet 15
1.4.2.- Conectividad WLAN 16
1.5.- Sistema de energía. 19
1.5.1.- Baterías EFFEKTA. 19
1.5.2.- Cargador de baterías. 19
1.6.- Sensores 20
1.6.1.- Sensor inductivo 20
1.6.2.- Sensor de fibra óptica 21
Capítulo II “Robotino View” 22
2.1.- Bloques de función. 23
2.2.- Simplificación de bloques. 25
V
2.2.1.- Reducción de constantes: 25
2.2.2.- Reducción de bloques matemáticos: 27
2.3.- Control de Secuencias 29
2.4.- Escalar Sensores IR 31
2.5.- Simulación “ROBOTINO SIM”. 35
2.6.- Variables externas e internas 37
2.6.1.- Variables externas 37
2.6.2.- Variables internas: 39
2.7.- Ejemplos. 41
Capítulo III “Control de posición y movimiento” 46
3.1 Control de Posición y Recorridos por Odometría. 47
3.1.1.- Odometría por entorno grafico: 48
3.1.2.- Odometría basado en control secuencial: 51
3.2.- Control de recorrido controlado por tiempo 56
3.3.- Ejemplos de otros sistemas de control de recorrido. 62
3.3.1.- Ejemplos de control de recorrido por suma de tramos. 62
3.3.2.- Ejemplos de control de recorrido por suma de incrementos. 64
Capítulo IV “Sensores específicos” 69
4.1.- Sensores Fotoeléctricos. 70
4.1.1.- Principio de funcionamiento. 70
4.1.2.- Construcción. 72
4.1.3.- Ejemplo. 73
4.2.- Sensor de Reflexión directa. 78
4.2.1.- Principio de Funcionamiento. 78
4.2.3.- Construcción. 80
4.2.4.- Ejemplo. 80
4.3.- Sensor Inductivo. 83
4.3.1.- Principio de funcionamiento. 83
4.3.2.- Construcción. 84
4.3.3.- Ejemplo. 85
Capitulo V “Visión Artificial” 86
VI
5.1 Webcam. 87
5.2.- Detección de segmentos. 87
5.3.- Detección de Líneas. 96
Capítulo VI “Aplicaciones” 102
6.1.- Jugador de Hockey. 103
6.1.1.- Reglas del Juego. 103
6.1.2.- Campo de Juego. 105
6.1.3.- Estrategias de ataque. 106
6.1.4.- Estrategias de defensa 114
6.2.- Bodegaje Automatizado. 117
6.2.1.- Entrada de datos. 118
6.2.2.- Entrada a la sala. 118
6.2.3.- Ubicación de estantes. 118
6.2.4.- Entrega de Paquetes. 119
6.2.5. Retiro del estante y reinicio. 120
Capítulo VII “Conclusiones y Líneas de trabajo futuro” 121
Conclusiones 122
Líneas de trabajo Futuro 123
Bibliografía 125
Anexos 127
Anexo I “Datos Técnicos” 128
1.1.- Robotino. 129
1.2.- Unidad de Accionamiento. 130
1.3.- Webcam. 131
1.4.- Sensor Inductivo. 132
1.5.- Interface E/S. 133
Anexo II “Bloques de función” 134
A.2.1.- Lógica. 135
A.2.1.1.- Contador Incremental. 135
A.2.1.2.- Contador Decremental. 136
VII
A.2.1.3.- Demultiplexor. 137
A.2.1.4.- Multiplexor. 138
A.2.1.5.- AND. 139
A.2.1.6.- AND FL. 140
A.2.1.7.- NAND. 140
A.2.1.8.- NAND FL. 141
A.2.1.9.- OR. 142
A.2.1.10.- NOR. 143
A.2.1.11.- XOR. 143
A.2.1.12.- NOT. 144
A.2.1.13.- RS. 144
A.2.2.- Matemáticas. 146
A.2.2.1.- Adición. 146
A.2.2.2.- Substracción. 147
A.2.2.3.- Multiplicación. 147
A.2.2.4.- División. 148
A.2.2.5.- Máximo. 149
A.2.2.6.- Mínimo. 149
A.2.2.7.- Modulo. 150
A.2.2.8.- Mayor y Mayor Igual. 151
A.2.2.9.- Menor y Menor Igual. 151
A.2.2.10.- Igual y Desigual. 152
A.2.2.11.- Función de Transferencia. 153
A.2.2.12.- ABS. 154
A.2.3.- Cálculo de Vectores. 155
A.2.3.1.- Constante de Vector. 155
A.2.3.2.- Cartesiano según Vector. 155
A.2.3.3.- Polar según Vector. 156
A.2.3.4.- Vector Cartesiano. 156
A.2.3.5.- Vector según Polar. 157
A.2.3.6.- Adición de Vectores. 157
A.2.3.7.- Substracción de Vectores. 158
VIII
A.2.3.8.- Multiplicación de Vectores. 159
A.2.3.9.- Definir longitud. 159
A.2.3.10.- Rotar. 160
A.2.3.11.- Producto Escalar. 160
A.2.4.- Indicación. 161
A.2.4.1.- Osciloscopio. 161
A.2.4.2.- Indicación de Vectores. 163
A.2.5.- Procesamiento de imágenes. 164
A.2.5.1.- Segmentador. 164
A.2.5.2.- Extractor de segmentos. 166
A.2.5.3.- Detector de líneas. 168
A.2.6.- Generadores. 170
A.2.6.1.- Generador Rectangular. 170
A.2.6.2.- Generador de Picos. 171
A.2.6.3.- Generador Sinusoidal. 172
A.2.6.4.- Constante. 172
A.2.6.5.- Modulo de Tiempo. 173
A.2.7.- Filtros. 174
A.2.7.1.- Aplanar. 174
A.2.8.- Robotino hardware. 175
A.2.8.1.- Webcam. 175
A.2.8.2.- Distancia. 178
A.2.8.3.- Entradas y Salidas Digitales. 179
A.2.8.4.- Entrada Analógica. 180
A.2.8.5.- Relé. 180
A.2.8.6.- Motor. 182
A.2.8.7.- Salida de Potencia. 183
A.2.8.8.- Paragolpes. 184
A.2.8.9.- Omniaccionamiento. 185
A.2.8.10.- Gestión de potencia. 187
A.2.8.11.- Odometría. 187
A.2.8.12.- Entrada del transmisor giratorio. 188
IX
A.2.9.- Navegación. 189
A.2.9.1.- Indicación de la posición. 189
A.2.9.2.- Buscador de recorrido. 191
A.2.10.- Intercambio de Datos. 192
A.2.10.1.- Escritor de Valores.- 192
A.2.10.2.- Lector de Valores.- 194
A.2.10.3.- Variables Globales. 195
A.2.11.- Mando Secuencial. 196
A.2.11.1.- Salida A, B o C. 196
A.2.11.2.- Start. 197
A.2.11.3.- Sincronización Y. 197
A.2.11.4.- Sincronización O. 197