PDF de programación - Introducción al mundo de la robótica

C.F.G.S. “Mantenimiento Electrónico”
I.E.S. “Politécnico Jesús Marín”



Introducción al

mundo de la

robótica



Iván Soormally Rodríguez
Jesús Centeno Ponce
Guillermo Cárdenas Fernández

C.F.G.S. “Mantenimiento Electrónico”
I.E.S. “Politécnico Jesús Marín”



1. NATURALEZA DEL PROYECTO

Hemos escogido la elaboración de este proyecto porque nos resultaba bastante interesante que niños de
primaria empiecen a conocer cómo funciona la robótica.

A través de este robot educativo, Mebo, conseguimos que adquieran conceptos básicos sobre
programación, que conozcan diferentes componentes, así como sus distintas aplicaciones. Todo ello sin
dejar de lado que se trata de un juguete.

Queríamos que este robot fuese accesible para todos, por lo que hemos utilizado componentes que se
puedan encontrar en la mayoría de las tiendas de electrónica a un precio razonable.

Mebo podrá construirse por cualquier persona que tenga conocimientos básicos de electrónica,
pudiendo descargar tanto la programación como los esquemas electrónicos, para montarlo por su
cuenta.

También pondremos a disposición la posibilidad de adquirir un kit con todo lo necesario para realizarlo.



2. BÚSQUEDA DE INFORMACIÓN

Para la realización de este proyecto hemos investigado otros robots que realizan una función similar,
como el Bee Bot, pero detectamos que la mayoría son funciones muy básicas las que realizan, lo cual
queríamos modificar para que Mebo fuese más completo.

A partir de ahí, surgieron varias ideas, como añadirle pinzas y el control mediante Bluetooth, elementos
que no se encuentran juntos en otros robots del mismo segmento.



3. SOLUCIÓN ELEGIDA

A partir de la información recopilada y de las ideas que teníamos sobre este robot decidimos que
realizara las siguientes funciones:

 El robot debía moverse en un tablero cuadriculado, con unas dimensiones concretas,

desplazándose por las casillas sin desviarse, para ello cada rueda dispondrá de un Encoder
para controlar la velocidad de cada rueda y así evitar que ocurra.


 Dispondrá de una pinza en la parte frontal para poder agarrar y desplazar objetos de una casilla

a otra.

 En el robot estará dotado de LEDs que se activen con el movimiento o por decisión del usuario.

 También dispondrá de un Buzzer, para poder reproducir canciones y dar aviso de alguna acción.

 Controlado por un dispositivo móvil, mediante una APK, podremos introducir las instrucciones de

manera secuencial y enviarlas posteriormente al robot pulsando el botón de confirmar.
Este recibirá la información y se pondrá en marcha automáticamente.

 Una placa de Arduino Nano será quién haga la función de cerebro, facilitando la carga del

programa y las futuras modificaciones por parte de los usuarios.

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4. CONTENIDO

a. Esquemas electrónicos.

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En el esquema electrónico aquí mostrado podemos observar su composición en 8 partes:

1. Control de motores:


Compuesto por el driver MCP14E5 y un puente en H para proteger.
Driver elegido por su posibilidad de controlar tanto la dirección, como la velocidad de los motores
(introduciéndole una señal PWM por la entrada EN) y tan solo utilizando dos pines de control.
También utilizado en el cierre y apertura de las pinzas, sin ser necesario tener en cuenta la velocidad.


2. Encoder:


Compuesto por un sensor CNY70, este nos informa mediante una de sus patillas del nivel alto o bajo,
dependiendo si pasa o no por una superficie que es reflejada.


3. Finales de carrera:


Detectan si las pinzas están abiertas o cerradas para activar o desactivar el motor.


4. Buzzer:


El Buzzer es el encargado de reproducir los sonidos deseados.


5. Batería:


Con ella se conecta y desconecta la alimentación.


6. Alimentación de LEDs:


Consta de cuatro grupos de LEDs alimentados por un transistor para evitar un sobreconsumo en la placa
Arduino.


7. Bluetooth:

Conexionado del módulo Bluetooth a la placa de Arduino, sin olvidar que la conexión Tx y Rx va
cruzada.

8. Arduino:

Se encarga de controlar todos los módulos conectados a él.



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b. PCB.



En estas imágenes
observamos dos placas,
las cuales irán insertadas
una sobre otra de forma
paralela.



Dado que nos resultaba imposible
realizar todas las conexiones en una
sola capa, decidimos proceder con
dos placas, y así, también conseguir
darle al robot un aspecto más robusto,
mejorando su estética y a la vez
ocultando parte del cableado entre
ambas.



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c. APK.

Aplicación con la que podremos controlar a Mebo realizada en el entorno de APPInventor 2.

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En la imagen observamos el entorno
de usuario de la APK, en la que
podemos encontrar de forma muy
intuitiva todas las funciones que
podremos realizar con nuestro robot.

En el recuadro blanco, podremos ir
distinguiendo todas las instrucciones
que introducimos y que,
posteriormente, serán enviadas
pulsando el botón OK.

Para vincular nuestro dispositivo con el
robot, debemos conectar nuestro
bluetooth del móvil y posteriormente
pulsar el botón Conectar que vemos
en la imagen.



En la imagen que mostrando a continuación podemos ver un resumen de los bloques que hacen
funcionar la APK:



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 Los dos primeros bloques se encargan de la conexión por Bluetooth.

Cuando pulsamos el botón Conectar, comprueba que el Bluetooth del dispositivo esté
disponible y nos muestra una lista de los dispositivos a los que estamos vinculados; una vez
seleccionado el Bluetooth del robot, la conexión de ambos será efectiva.



 Utilizamos dos variables globales DATOS y TEXTO; en DATOS, se almacenan los caracteres

que serán enviados por Bluetooth, y en TEXTO se almacenan los caracteres y símbolos que
serán mostrados en el recuadro blanco del entorno de usuario, se almacenan cosas distintas
para que lo mostrado al usuario sea entendible.



 El siguiente bloque que vemos se activa cuando pulsamos el botón OK, se encarga de enviar la

variable DATOS por Bluetooth al robot y posteriormente inicializa las dos variables en blanco
para que sean rellenadas de nuevo.

 También dispone de un bloque que se encarga de dejar en blanco las dos variables, al pulsar el

botón Borrar, pudiendo corregir fallos a la hora de introducirle las instrucciones.

 Los siguientes bloques corresponden al resto de botones disponibles en la APK; aunque solo se

muestren dos en la imagen, los bloques realizan la misma función pero añadiendo distintos
caracteres a las variables. Cuando pulsamos cada botón, añade a la variable DATOS y TEXTO
el carácter correspondiente a dicho botón y, por último, muestra en el recuadro blanco lo que hay
almacenado en TEXTO.

d. Programación.



La programación se ha realizado en el entorno de Arduino.

El centro de la programación está en el SWITCH, este va leyendo los caracteres uno a uno y va
realizando una función u otra.

Toda la programación aparece comentada para comprenderla más fácilmente. Más información
acerca de la programación en el ANEXO 1.

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5. RECURSOS

Material

Utilidad

Placa fotosensible



MCP14E5



Diodos 1N4007



Realización de los circuitos impresos del robot

Alimentación de los motores

Protección de MCP15E5

Condensadores de 100pF



Interruptor



Arduino Nano



LEDs



Módulo bluetooth



Final de carrera



Resistencias



Zócalos



Buzzer



Pines hembra y macho



CNY70



Motores



Rueda



Pinza



Transistores



Activar o desactivar la alimentación de la batería

Control del robot



Comunicación entre robot y dispositivo móvil

Detectar la apertura y cierre de las pinza



Conexión de MCP14E5

Emisión de sonido

Conexionado

Detectar posición de las ruedas

Movimiento y apertura y cierre de pinza

Movimiento del robot

Coger objetos

Alimentación de LEDs

Herramientas

Utilidad

Orificios de PADs

Apriete de tornillos

Revelado de placas

Cortar PCBs y distintas piezas

Cortes rectos de PCBs

Realización de la mezcla para las PCBs

Realización de la mezcla para las PCBs

Realización de la mezcla para las PCBs

Soldadura de componentes

Soldadura de componentes

Taladro



Destornillador



Insoladora



Sierra



Guillotina



Agua oxigenada 110 Vol.



Agua fuerte



Sosa



Estaño



Soldador



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6. SECUENCIA DE OPERACIONES

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Pasos

Explicación

Tiempo

1

2

3

4

5

6


Pruebas de circuitos en protoboard

Diseño de las PCBs

Realización de las PCBs

Soldado de componentes

Montaje de Mebo y diseño de las pinzas

Programación de Mebo

8h

16h

3h

4h

24h

30h



7. EVALUACIÓN

La puesta en marcha de este proyecto ha sido bastante satisfactoria, ya que gracias a él hemos podido
ser conscientes de todos los conocimientos adquiridos en esta etapa.

A su vez nos ha brindado la oportunidad de poner en práctica nuestras habilidades y continuar
aprendiendo sobre el mundo de la robótica, un mundo muy complejo con el cual nos hemos dado cuenta
de la importancia de trabajar en equipo.

La experiencia ha despertado aún más nuestro