ENTORNO DE SIMULACIÓN Y CONTROL DE UN ROBOT VELOCISTA

Transcripción

1 ENTORNO DE SIMULACIÓN Y CONTROL DE UN ROBOT VELOCISTA PROYECTO FIN DE CARRERA Departamento de Electrónica. Universidad de Alcalá. Ingeniería Técnica de Telecomunicación. Especialidad en Sistemas Electrónicos Autor: Tutor: D. Andrés Villar Domínguez D. Julio Pastor Mendoza

2 INDICE INTRODUCCIÓN OBJETIVOS PLATAFORMA DE TRABAJO SIMULADOR PRUEBAS LIMITACIONES CONCLUSIONES

3 INDICE INTRODUCCIÓN OBJETIVOS PLATAFORMA DE TRABAJO SIMULADOR PRUEBAS LIMITACIONES CONCLUSIONES

4 INTRODUCCIÓN NECESITO: Robot para pruebas. Idea SIMULADOR Robot del departamento de electrónica. Herramienta software. CVI Lab. windows 7.0.

5 INDICE INTRODUCCIÓN OBJETIVOS PLATAFORMA DE TRABAJO SIMULADOR PRUEBAS LIMITACIONES CONCLUSIONES

6 OBJETIVOS Los objetivos del proyecto son dos: Completado de la librería de funciones de un robot velocista desarrollado por el Departamento de Electrónica de la Universidad de Alcalá. Desarrollo de una herramienta software capaz de simular el comportamiento de un robot velocista.

7 INDICE INTRODUCCIÓN OBJETIVOS PLATAFORMA DE TRABAJO SIMULADOR PRUEBAS LIMITACIONES CONCLUSIONES

8 PLATAFORMA DE TRABAJO Tarjeta hardware ALCAI2C + LIBRERÍA DE FUNCIONES Formado por: Robot formado por: Chasis. Motor tracción. Estructura del vehículo Motor de dirección. Batería V12. Encoder. Sensores.

9 PLATAFORMA DE TRABAJO Formada por : Sistema de control Tarjeta de control Sistema entrada-salida Sistema sensores + LIBRERÍA DE FUNCIONES

10 PLATAFORMA DE TRABAJO Rasgos principales: Tarjeta de control - Sistema de control. Microcontrolador. RS Motores DC. Conectores de alimentación. Supervisor de alimentación. 2 Pulsadores. 8 Led. 4 Micro-interruptores. Alimentación servo. Servo. Entradas de Captura. I2C. Entrada Encoders.

11 PLATAFORMA DE TRABAJO Rasgos principales: - Sistema entrada-salida. 4 ADC 4 entradas. 12 entradas analógicas. Tarjeta de control 4 Puertos 6 entradas. 24 entradas digitales.

12 PLATAFORMA DE TRABAJO Rasgos principales: -Sistema sensores. 12 sensores CNY70. Tarjeta de control Alimentación parcial en bloques de 6.

13 PLATAFORMA DE TRABAJO LIBRERÍA DE FUNCIONES Tarjeta de control Completado de las librerías de funciones: Comunicaciones I2C para el manejo de cualquier dispositivos que soportan dicho protocolo.

14 INDICE INTRODUCCIÓN OBJETIVOS PLATAFORMA DE TRABAJO SIMULADOR PRUEBAS LIMITACIONES CONCLUSIONES

15 SIMULADOR Herramienta software. Simulación del movimiento del un vehículo. Simulador formado por: Simulación de la cinemática y dinámica de un robot. Simulación de una pista de robot velocista. Simulación de los sensores de infrarrojos. CNY70. Funcionamiento del sistema. Pantallas.

16 SIMULADOR Herramienta software. Simulación del movimiento del un vehículo. Simulador formado por: Simulación de la cinemática y dinámica de un robot. Simulación de una pista de robot velocista. Simulación de los sensores de infrarrojos. CNY70. Funcionamiento del sistema. Pantallas.

17 SIMULADOR Herramienta software: Sistema desarrollado en la herramienta software Lab. Windows CVI Programación en lenguaje C. - Amplias librerías de funciones, con extensa ayuda. - Manejo sencillo para el usuario mediante paneles y botones. - Herramienta conocida por el desarrollador.

18 SIMULADOR Herramienta software. Simulación del movimiento del un vehículo. Simulador formado por: Simulación de la cinemática y dinámica de un robot. Simulación de una pista de robot velocista. Simulación de los sensores de infrarrojos. CNY70. Funcionamiento del sistema. Pantallas.

19 SIMULADOR Simulación del movimiento del un vehículo: Simulación del movimiento: - Escala y referencia de movimiento (origen de coordenadas). Origen de coordenadas División de la imagen

20 SIMULADOR Herramienta software. Simulación del movimiento del un vehículo. Simulador formado por: Simulación de la cinemática y dinámica de un robot. Simulación de una pista de robot velocista. Simulación de los sensores de infrarrojos. CNY70. Funcionamiento del sistema. Pantallas.

21 SIMULADOR Simulación de la cinemática y dinámica de un robot: Dos tipos de robot: Tracción y dirección. Tracción diferencial.

22 SIMULADOR Simulación de la cinemática y dinámica de un robot: Cinemática de un vehículo con TRACCIÓN DIFERENCIAL: Δx Δy = r π T m = r π T m ( w + w ) cos( θ π ) l r 180 ( w + w ) sin( θ π ) l r 180 ( 2 π r ) ( w ) l w r T L m π Δ θ = 180 Parámetros : X Coordenada X. Y Coordenada Y. θ Ángulo girado robot en el plano. Tm Periodo de simulación. wl Velocidad angular rueda izquierda. wr Velocidad angular rueda derecha L Separación entre ruedas. r Radio medio.

23 SIMULADOR Simulación de la cinemática y dinámica de un robot: Dinámica de un vehículo con TRACCIÓN DIFERENCIAL: Se basa en las ecuaciones que rigen el comportamiento de los motores DC. W ( s) V ( s) = A ' 1+ τ s ' DISCRETIZAR W ( z) V ( z) = A DIS 1+ τ 1 ( 1+ Z ) DIS Z 1 Respuesta continua Respuesta discretizada T = 10 τ τ

24 SIMULADOR Simulación de la cinemática y dinámica de un robot: Cinemática de un vehículo con TRACCIÓN y DIRECCIÓN: Δx Δy = ( r 2 π ) T w cos( θ π m ) 180 = ( r 2 π ) T w sin( θ π m ) 180 Δθ = (180 r π 2 w/l) Tm tan(φ π ) 180 Parámetros : X Coordenada X. Y Coordenada Y. θ Ángulo girado robot en el plano. Φ Ángulo de giro del eje delantero. Tm Periodo de simulación. w Velocidad angular ruedas tracción. L Separación entre ejes. r Radio ruedas de tracción.

25 SIMULADOR Simulación de la cinemática y dinámica de un robot: Dinámica de un vehículo con TRACCIÓN y DIRECCIÓN: Se basa en las ecuaciones que rigen el comportamiento de los motores de tracción (motor DC) y dirección (Servo). Comportamiento de un Servo motor Datos Medidas Modo del obtenidas. funcionamiento fabricante. para ser simulado

26 SIMULADOR Herramienta software. Simulación del movimiento del un vehículo. Simulador formado por: Simulación de la cinemática y dinámica de un robot. Simulación de una pista de robot velocista. Simulación de los sensores de infrarrojos. CNY70. Funcionamiento del sistema. Pantallas.

27 SIMULADOR Simulación de una pista de robot velocista. Imagen de las mismas proporciones que la pista a simular en formato bmp. Guardar la proporcionalidad, usando una relación entre píxel y medida, para dividir la imagen en posiciones. Uso de dos imágenes: - Alta calidad. (Simulación). - Baja calidad. (Visualización).

28 SIMULADOR Herramienta software. Simulación del movimiento del un vehículo. Simulador formado por: Simulación de la cinemática y dinámica de un robot. Simulación de una pista de robot velocista. Simulación de los sensores de infrarrojos. CNY70. Funcionamiento del sistema. Pantallas.

29 SIMULADOR Simulación de los sensores de infrarrojos. CNY70. Dispositivos que leen una porción de imagen y calculan el valor medio de color leído. Para simular un comportamiento más real, tamaño de visión de CNY diferente de mínima unidad de división de imagen. Situaciones de incertidumbre de medida en lectura digital.

30 SIMULADOR Herramienta software. Simulación del movimiento del un vehículo. Simulador formado por: Simulación de la cinemática y dinámica de un robot. Simulación de una pista de robot velocista. Simulación de los sensores de infrarrojos. CNY70. Funcionamiento del sistema. Pantallas.

31 SIMULADOR Funcionamiento del sistema: Diagrama de funcionamiento

32 SIMULADOR Funcionamiento del sistema: División del entorno. 1- Configuración de parámetros del simulador. 2- Conexionado de los diferentes elementos del robot a la placa simulada. 3- Entorno de simulación. Modo de funcionamiento del simulador.

33 SIMULADOR Herramienta software. Simulación del movimiento del un vehículo. Simulador formado por: Simulación de la cinemática y dinámica de un robot. Simulación de una pista de robot velocista. Simulación de los sensores de infrarrojos. CNY70. Funcionamiento del sistema. Pantallas.

34 Pantallas: SIMULADOR

35 INDICE INTRODUCCIÓN OBJETIVOS PLATAFORMA DE TRABAJO SIMULADOR PRUEBAS LIMITACIONES CONCLUSIONES

36 PRUEBAS PRUEBA 1: Prueba con una pista escalón de entrada. Comportamiento Simulador con datos ante teóricos: la prueba:

37 PRUEBAS PRUEBA 1: Prueba con una pista escalón de entrada. Prueba con ajustes.

38 PRUEBAS PRUEBA 2: Prueba con una pista formada por dos escalones de entrada. Comportamiento Simulador con los ante ajustes la prueba: de la prueba 1:

39 INDICE INTRODUCCIÓN OBJETIVOS PLATAFORMA DE TRABAJO SIMULADOR PRUEBAS LIMITACIONES CONCLUSIONES

40 CONCLUSIONES Modelo matemático de la dinámica del robot más complejo. Limitaciones del sistema: Efectos de la suspensión. Efectos del rozamiento (diferentes superficies). Dificultades en el terreno. Efectos de la luz externa en la lectura de sensores.

41 INDICE INTRODUCCIÓN OBJETIVOS PLATAFORMA DE TRABAJO SIMULADOR PRUEBAS LIMITACIONES CONCLUSIONES

42 LIMITACIONES CONCLUSIONES Los objetivos marcados fueron: Completado de la librería de funciones de un robot velocista desarrollado por el Departamento de Electrónica de la Universidad de Alcalá. Desarrollo de una herramienta software capaz de simular el comportamiento de un robot velocista.

43 ENTORNO DE SIMULACIÓN Y CONTROL DE UN ROBOT VELOCISTA PROYECTO FIN DE CARRERA Departamento de Electrónica. Universidad de Alcalá. Ingeniería Técnica de Telecomunicación. Especialidad en Sistemas Electrónicos Autor: Tutor: D. Andrés Villar Domínguez D. Julio Pastor Mendoza