Vehículo Explorador elecontrolado Autores: Mirella Rotta, Jorge Riva ortocarrero, Hernán Chávez, Mario Chavez u11100@upc.edu.pe a510078@upc.edu.pe Asesor: Jorge Gonzáles pceljgon@upc.edu.pe Universidad eruana de Ciencias Aplicadas Av. rolongación rimavera 390, Monterrico, Surco, Lima RESUMEN El proyecto consiste en un vehículo telecontrolado con un brazo mecatrónico a bordo que manipula la posición de una cámara CCD, la cual envía imágenes de video a una consola de control por medio de un transmisor de video. La dirección del vehículo y la manipulación del brazo mecatrónico se controla desde una consola por medio de órdenes radioeléctricas.el vehículo está dotado de varios sensores de proximidad y fotoeléctricos y opcionalmente sensores de temperatura y presión. INRDUCCIÓN Existen un sinnúmero de situaciones de riesgo para seres humanos que fácilmente pueden ser reemplazados por vehículos telecontrolados. Uno de los mas comunes casos es de materiales explosivos, radiactivos o tóxicos para el ser humano. El proyecto VEHÍCUL EXLRADR ELECNRLAD (VE) es un intento de disminuír el riesgo que dichos materiales podrían causar en seres humanos en su intento por explorarlos. La figura 1 ilustra el proyecto VE con sus funciones. Antena x/rx consola cámara lataforma móvil Brazo FIGURA 1 Diagrama esquemático del proyecto VE.
La consola envía órdenes al vehículo por RF y recibe imágenes y señales RF de monitoreo enviadas desde el vehículo. Las órdenes enviadas por la consola por un operario pueden manipular el brazo y por tanto direccionar la cámara en varios grados de libertad. pcionalmente otro transmisor de RF puesto en el brazo emite ondas electromagnéticas dirigidas al material a explorar y el rebote de la onda es transmitido a la consola de control para su análisis ó envía datos de temperatura, presión, etc del medio circundante. Adicionalmente se encuentra : - mando de control de plataforma móvil - mando de control de brazo mecánico lataforma de transporte Es el vehículo que transporta el brazo mecánico, básicamente es un vehículo con orugas cuya propulsión son motores de 1/3 H a 1 V. ARES DEL RYEC VE El proyecto VE consiste en las siguientes partes : - consola de mando - plataforma de transporte - brazo mecánico - sistema de video - sistema de energía - sistema RF de reconocimiento de materiales o telemetría ( opcional ). Consola de mando En la consola de mando se encuentran las siguientes partes : (figura ) - un sistema de alimentación - un monitor de V - un osciloscopio - un receptor de RF - una computadora personal - un transmisor de RF DEALLES DEL BRAZ EXLRADR Y SISEMA DE VIDE. En la plataforma móvil se encuentra un brazo con varios grados de libertad. En la parte terminal del brazo se ha colocado una videocámara CCD tal como se muestra en la figura 3. Antena VHF CCD Brazo Cámara plataforma móvil antenas Figura 3. elecomandos que guían la cámara por medio del brazo mecatrónico. ELECRÓNICA DE CNRL DEL SISEMA BRAZ MECARNIC - VEHÍCUL MVIL Figura. Consola de mando La electrónica de control del sistema brazo - video se realiza con 0 microcontroladores IC 16F87
configurados como maestro esclavo tal como se muestra en la figura 4. Antena RF RX RF Entrada de sensores IC IC 1 otro para invertir el giro. Se optó por darle una velocidad constante a cada uno de los motores por simplicidad de diseño. El detalle de éste tipo de control se muestra en la figura 5. + 5 V 1 V IC1 o 1 driver uente H LM98 + Figura 6. rganización de la electrónica de control. En la figura 4 se muestra la organización del control del brazo manipulador y el sistema móvil que lo transporta. El control trabaja como sigue: Un comando serial enviado desde la consola de control a través de un transmisor de 850 MHz en FM es demodulado en la plataforma móvil por medio del receptor de RF, el cual envía un patrón de bits al IC 1 para que ejecute un conjunto de acciones de un total de 56 acciones posibles, un conjunto de las cuales son : - controlar el giro y velocidad de cada uno de los 6 motores del brazo manipulador. - Controlar las acciones del IC - Conectar la energía a todos los componentes y equipos que están sobre el sistema móvil. - Bloquear la energía total de todos los componentes y equipos del sistema móvil. El IC para controlar un solo motor DC emplea puertos de salida, uno para controlar la velocidad del motor DC y el Motor DC Figura 5. uertos del IC para controlar el movimiento de los motores DC Como hemos convenido por simplicidad en que la velocidad de los motores sean constantes, por un puerto, por ejemplo o se activa la alimentación al motor y por el otro se invierte el giro. El chip LM98 contiene 0 puentes H y soporta un máximo de 4 A. De manera que se necesitan 03 chips LM98 para controlar los 6 motores del brazo manipulador. La alimentación para todo el sistema móvil también la controla el IC 1 através de un puerto optoacoplado a un mosfet de potencia que cierra o interrumpe la corriente a todo el sistema. La alimentación principal de todo el sistema son un arreglo de 0 baterías de 1 VDC a 7AH en paralelo. El IC recibe la orden de la consola de telecomando para controlar el movimiento de la plataforma móvil y cuando sucede dicho comando, se delega el control a un segundo IC para tomar el control de dirección y
velocidad de la plataforma móvil tal como se muestra en la figura 6. S1 rden del IC1 IC Cámara CCD +1V Video out Video sender inversor antena RF RF out Sw s,s3 a driver de lámparas Figura 6. UENE H LM 96 MR 1 MR Acciones del IC Figura 7. rganización del sistema de video Como se muestra en la figura 7, la cámara se polariza con 1 VDC y el videosender con 0 VAC a 60 Hz por lo que se ha requerido un inversor de pequeña potencia para alimentar al videosender. El interruptor sw es controlado por el IC 1. La misión del IC es controlar la dirección del vehículo a través de motores 1 y por la técnica diferencial de velocidades, para la cual es suficiente un solo chip LM98. S1 es un fotosensor que le dice al IC que encienda una lámpara de luz por estar el ambiente muy oscuro para que la cámara CCD pueda recoger mejores imágenes. S y S3 son sensores de proximidad que le avisan al IC que un obstáculo está cerca y tome las acciones para que no colisione. ELECRÓNICA DE CNRL EN LA CNSLA La organización del control en la consola es como sigue: IC 3 Antena VHF X RF ELECRÓNICA DEL SISEMA DE VIDE El sistema de video es muy simple, pues consta de una cámara CCD y un videosender tal como se muestra en la figura 7. ECLAD Figura 8. rganización de la transmisión de órdenes a la plataforma móvil
El circuito transmisor de RF de 850 MHz transmite datos seriales que son enviados por el IC 3 de acuerdo a una órden desde un teclado matricial ( figura 8 ). El IC3 envía las órdenes para que se mueva cada uno de los motores un ángulo determinado por el usuario hasta posicionar la cámara CCD en el lugar mas apropiado. ambién en el IC 3 se graba la órden para que el IC controle a la plataforma móvil que transporta al brazo mecatrónico. De manera que la manipulación del brazo como la plataforma móvil es telecontrolada manualmente por el teclado de acuerdo a la posición donde se desee que esté la plataforma móvil o el brazo manipulador que lleva la cámara. or tanto se puede decir que la retroalimentación se hace en forma visual por ahora. La otra parte que contiene la consola radica en la recepción de las imágenes que envía el videosender en la frecuencia del canal 3 que son monitoreadas por un V a color. ALICACINES DEL RYEC VE El proyecto se ha pensado para darle las siguientes aplicaciones : - Monitoreo de objetos o materiales peligrosos para el ser humano. - Reconocimiento de objetos ubicados en un lugar peligroso para humanos. - Monitoreo remoto de pacientes Los principales beneficiados con éste tipo de máquinas serían bomberos, policía, empresas mineras, empresas químicas, etc. RBIZACIÓN DEL RYEC VE Del proyecto VE estamos cerca de su robotización con lo cual se conseguiría ampliar su rango de aplicaciones que irían desde astronáutica hasta medicina. Uno de éstos vehículos por ejemplo podría estar monitoriando a un paciente de un hospital. El proyecto URBIE de la NASA (www.robotics.jpl.nasa.gov/) es un ejemplo claro de la robotización del proyecto VE. Al proyecto VE adicionándole sensores de temperatura, presión, vibración, velocidad del viento, etc podría enviar datos valiosos a estaciones meteorológicas o sísmicas remotamente donde se analizarían los datos enviados.. CNCLUSINES El proyecto VE nos deja un conjunto de conclusiones y preguntas aún no resueltas. ero las principales conclusiones que sacamos son : - evitamos accidentes mayores con monitoriar remotamente objetos o materiales peligrosos. - Se puede agregar un brazo manipulador mas robusto para que remueva el objeto observado. - Se puede agregar un sistema electromagnético de reconocimiento de materiales sin necesidad de tocar el objeto. - El vehículo se puede volver autónomo con la suficiente inteligencia como para envíar señales de peligro a una estación remota. BIBLIGRAFÍA www.robotics.jpl.nasa.gov/