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Vehículo Explorador Telecontrolado
Autores:
Mirella Rotta, Jorge Riva Portocarrero,
Hernán Chávez , Mario Chavez
[email protected]
[email protected]
Asesor: Jorge Gonzáles
[email protected]
Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas
Av. Prolongación Primavera 2390, 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.
INTRODUCCIÓN
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 VEHÍCULO
EXPLORADOR
TELECONTROLADO
(VET) 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 VET con sus funciones.
Antena Tx/Rx
consola
cámara
Plataforma móvil
Brazo
FIGURA 1 Diagrama esquemático del
proyecto VET.
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. Opcionalmente 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.
PARTES DEL PROYECTO VET
El proyecto VET 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 2 )
un sistema de alimentación
- un monitor de TV
- un osciloscopio
- un receptor de RF
- una computadora personal
- un transmisor de RF
Adicionalmente se encuentra :
-
mando de control de plataforma
móvil
mando de control de brazo
mecánico
Plataforma de transporte
Es el vehículo que transporta el brazo
mecánico, básicamente es un vehículo
con orugas
cuya propulsión son 2
motores de 1/32 HP a 12 V.
DETALLES DEL BRAZO
EXPLORADOR Y SISTEMA DE
VIDEO.
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
Brazo
Cámara
CCD
plataforma
móvil
antenas
Figura 3. Telecomandos que guían la
cámara por medio del brazo mecatrónico.
ELECTRÓNICA DE CONTROL DEL
SISTEMA BRAZO MECATRONICO VEHÍCULO MOVIL
Figura 2.
Consola de mando
La electrónica de control del sistema
brazo - video se realiza con 02
microcontroladores
PIC
16F87
configurados como maestro – esclavo tal
como se muestra en la figura 4.
Antena RF
RX
RF
PIC
1
O
P
T
O
+5V
12 V PIC1
O
P
Po T
O
+
driver
P1
Entrada de sensores
PIC
2
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.
O
P
T
O
Puente
H LM298
Figura 6. Organización de la electrónica de
control.
Motor DC
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 PIC 1 para que
ejecute un conjunto de acciones de un
total de 256 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 PIC 2
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 PIC para controlar un solo motor DC
emplea 2 puertos de salida , uno para
controlar la velocidad del motor DC y el
Figura 5. Puertos del PIC 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
Po se activa la alimentación al motor y
por el otro se invierte el giro.
El chip LM298 contiene 02 puentes H
y soporta un máximo de 4 A. De manera
que se necesitan 03 chips LM298 para
controlar los 6 motores del brazo
manipulador.
La alimentación para todo el sistema
móvil también la controla el PIC 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 02 baterías de
12 VDC a 7AH en paralelo.
El PIC 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 PIC 2
para tomar el control de dirección y
antena RF
velocidad de la plataforma móvil tal
como se muestra en la figura 6 .
Cámara CCD
Orden del PIC1
Video
sender
RF out
PIC
2
O
P
T
O
S1
2
s2,s3
Video out
PUENTE H
LM 296
a driver
de lámparas
MOTOR 1
Figura 6.
MOTOR 2
Acciones del PIC2
Sw
inversor
+12V
Figura 7. Organización del sistema de
video
Como se muestra en la figura 7, la
cámara se polariza con 12 VDC y el
videosender con 220 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 PIC 1.
ELECTRÓNICA DE CONTROL EN
LA CONSOLA
La misión del PIC 2 es controlar la
dirección del vehículo a través de 2
motores 1 y 2 por la técnica diferencial
de velocidades, para la cual es suficiente
un solo chip LM298.
S1 es un fotosensor que le dice al
PIC2 que encienda una lámpara de luz
por estar el ambiente muy oscuro para
que la cámara CCD
pueda recoger
mejores imágenes. S2 y S3 son sensores
de proximidad que le avisan al PIC2
que un obstáculo está cerca y tome las
acciones para que no colisione.
ELECTRÓNICA DEL SISTEMA DE
VIDEO
El
sistema de video es muy simple,
pues consta de una cámara CCD y un
videosender tal como se muestra en la
figura 7.
La organización del control en la consola
es como sigue:
Antena
PIC
3
VHF
TX
RF
TECLADO
Figura 8. Organización 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 PIC 3 de acuerdo a una
órden desde un teclado matricial ( figura
8 ).
El PIC3 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.
También en el PIC 3 se graba la
órden para que el PIC 2 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.
Por 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
TV a color.
APLICACIONES
VET
DEL
PROYECTO
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.
ROBOTIZACIÓN
VET
DEL
PROYECTO
Del proyecto VET 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
VET.
Al proyecto VET 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..
CONCLUSIONES
El proyecto VET nos deja un conjunto
de conclusiones
y preguntas aún no
resueltas.
Pero 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.
BIBLIOGRAFÍA
www.robotics.jpl.nasa.gov/