Cómo hacer un robot casero con Arduino

En este artículo vamos a aprender a realizar un pequeño robot casero controlado por la placa Arduino. El objetivo del robot será el de evitar obstáculos mediante un sensor por ultrasonidos, este al llegar a un obstáculo mirara hacia ambos lados y determinara la mejor opción para seguir su marcha.

Hardware

En esta primera parte nos centraremos en construir la plataforma del robot, en el montaje de las piezas y en el conexionado.

Material necesario

• Una placa Arduino
• Un puente en H para dos motores (En mi caso utilizare Arduino motor shield de dfrobot)
• Dos pulsadores
• Dos motores DC (FIT0016 DFROBOT)
• Dos resistencias de 10k Ohm
• Dos encoders ( SEN0038 DFROBOT)
• Dos ruedas (FIT0003 DFROBOT)
• Una ball caster  (rodamiento)
• Un servomotor
• Un sensor de proximidad por ultrasonidos
• Una batería de 7,2v
• Madera o aluminio para construir la plataforma

Puente en H:

Un puente en H es un circuito electrónico que permite a un motor eléctrico DC girar en ambos sentidos.
Se compone con 4 interruptores (mediante transistores) y la combinación de estos hace que vaya hacia un sentido u otro como muestra la siguiente imagen.

Encoder:

Un encoder es un sensor que se instala en el motor para saber la posición del motor, esto nos permite poder controlar su giro.

Sensor de proximidad por ultrasonidos:

Este sensor envía pulsos de ultrasonidos, estos rebotan y vuelven al sensor. La distancia se puede calcular con la duración del trayecto del pulso de ultrasonido y la velocidad del sonido en el aire. Su rango de medición suele ser de 3cm a 4 metros.

Construcción:

A continuación explicare el montaje de la plataforma y el conexionado de las diferentes partes.
Esta se podrá construir con aluminio o con madera, el aluminio le da una mejor integridad a la estructura pero es más difícil de procesar. En mi caso lo he hecho de aluminio.

Todas las medidas son orientativas

Parte inferior de la plataforma

En esta parte irán alojado los motores y el rodamiento, primero cortaremos el material con las medidas de arriba, si se hace de madera se tendrá que cortar 5 partes y unirlas con clavos, en cambio con el aluminio se podrá cortar la pieza entera y luego doblarla.

Una vez tenemos la estructura en la parte superior taladraremos 4 agujeros aproximadamente de métrico 3 para más adelante poder unir la parte inferior con la superior con tornillos y tuercas.

Para colocar el rodamiento hacemos un agujero con una corona de métrico 30 y dos agujeros a los lados para los tornillos de anclaje.

Los motores irán en las paredes laterales al final del todo.

Parte superior de la plataforma

En esta parte ira alojado el servo motor y se juntara con la parte inferior con tornillos. Primero cortaremos un círculo de diámetro 170mm, luego hacemos los cuatro agujeros para los tornillos y en la parte delantera un rectángulo para introducir el servo motor, no pongo estas medidas porque dependerán del tipo de servomotor que utilicéis.

Pletina para sensor ultrasonidos

La pletina enlazara el servo motor con el sensor de ultrasonidos, si se hace con madera tendremos que hacer dos partes y unirlas, con aluminio tan solo una parte y doblarla, primero cortamos la pletina y una vez doblada en la parte corta hacemos un agujero de aproximadamente métrico 3 para el soporte del servomotor (Cuando compras un servomotor es corriente que te vengan distintos soportes para anclar en mi caso utilizare uno de cruz), luego hacemos en la parte grande los agujeros para sujetar el sensor de ultrasonidos con tornillos y tuercas.

Una vez hecho esto lo unimos todo.

Esquema de conexión

Los pines 4, 5 ,6 ,7 son utilizados por el Motor shield para el control de los dos motores

Software

Nos centraremos en la parte de software y la demostración del funcionamiento del robot.

Para hacer un programa un poco largo  lo recomendable es plantear el algoritmo del funcionamiento, este nos ayudara mucho a la hora de programar. Un algoritmo es un conjunto de instrucciones que permite realizar una actividad.

Algoritmo:

El programa se divide en el programa principal y luego varios subprogramas, en el principal es donde se encuentra los botones de inicio y paro y las llamas a los subprogramas de medición de distancia, avance y los diferentes giros dependiendo de las distancias laterales.

Programa:

//Librerias
#include <Servo.h>

//Declaración E/S
int EM1 = 2; //Encoder motor 1 (Izquierda)
int EM2 = 3; //Encoder motor 2 (Derecha)
int M2D = 4; //Motor 2 control de dirección (Derecha)
int M1P = 6; //Motor 1 control PWM
int M2P = 5; //Motor 2 control PWM
int M1D = 7; //Motor 1 control de dirección (Izquierda)
int SU = 8; //Sensor de distancia por ultrasonidos
Servo servo1; //Servomotor
int BI = 10; //Boton de inicio
int BP = 11; //Boton de paro

//Declaración variables
int CRI = 0; //Contador rueda izquierda
int CRD = 0; //Contador rueda derecha
int EBI = 0; //Estado boton inicio
int velocidad = 200; //Velocidad de los motores
long dist = 0; //Distancia del robot (cm)
long duracion = 0; //Duración del recorrido del ping (microsegundos)
int VEA = 0; //variable encendido/apagado
int EBP = 0; //Estado boton de paro
long distizq = 0; // Distancia del robot (cm) a su izquierda
long distder = 0; // Distancia del robot (cm) a su derecha
byte giro = 0; //Variable para saber por donde girar
byte caso = 0; //Para seleccionar el caso de giro
int estadoAnterior = 0; //variables para cambio de estado del encoder izquierdo
int estadoActual;       //variables para cambio de estado del encoder izquierdo
int estadoAnterior1 = 0; //variables para cambio de estado del encoder derecho
int estadoActual1;      //variables para cambio de estado del encoder izquierdo

void setup() {
pinMode(M1D, OUTPUT);
pinMode(M2D, OUTPUT);
pinMode(EM1, INPUT);         //encoder 1 como entrada
digitalWrite(EM1, HIGH);    //resistencia pull-up para encoder
pinMode(EM2, INPUT);          //encoder 2 como entrada
digitalWrite(EM2, HIGH);    //resistencia pull-up para encoder
servo1.attach(9);  //inicializamos servo
servo1.write(100);   //lo colocamos en una posición media
pinMode(BI, INPUT);  //Boton de inicio como entrada
pinMode(BP, INPUT);  //Boton de paro como entrada
}

void loop() {
EBP=digitalRead(BP);    //lee los estados del boton
EBI=digitalRead(BI);    //lee los estados del boton
if (EBI == HIGH){        //si el estado del boton de inicio esta on
VEA = 1;              //variable encendido/apagado = 1

}
else if(EBP == HIGH) {    //si esta el de paro on
VEA = 0;               //variable encendido/apagado = 0
}
dist = sensorultrasonidos(); //Llama a la función para saber la distancia
if (VEA == 1 && dist > 15){  //Si la variable encendido/apagado tiene valor high y hay distancia suficiente
avanzar();  //Ir a la función avanzar
}
if (VEA == 1 && dist < 15){  //Si la variable encendido/apagado tiene valor high y no hay distancia suficiente
caso = comprobarbandas();  //Comprobamos bandas y depende el caso ira a una función determinada
switch(caso) {
case 1:
derecha();
break;
case 2:
izquierda();
break;
case 3:
giro180();
break;
}
}
}
void avanzar () {  //Función de avanzar hasta que haya una distancia de 15cm con el objeto en frente
digitalWrite(M1D,LOW);
digitalWrite(M2D, LOW);
analogWrite(M1P, velocidad);
analogWrite(M2P, velocidad);
while(dist >15){
dist = sensorultrasonidos(); //Llama a la función para saber la distancia
}
frenar();
}

int sensorultrasonidos() { //Función para medir la distancia con el sensor de ultrasonidos (cm)
pinMode(SU, OUTPUT);              //Configuramos el sensor de ultrasonidos como salida
digitalWrite(SU, LOW);            //Hacemos ping LOW-HIGH-LOW
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(SU, HIGH);
delayMicroseconds(15);
digitalWrite(SU, LOW);
delayMicroseconds(20);
pinMode(SU, INPUT);               //Configuramos el sensor de ultrasonidos como entrada
duracion = pulseIn(SU, HIGH);     //Leemos la duración del pulso
delay(50);
return duracion / 29 / 2;     // Conversión de microsegundos a la distancia cm (velocidad del sonido 340m/s o 29 microsegundos por centimetro y son ida y vuelta /2)
}

void frenar (){    //funcion para frenar el robot
digitalWrite(M1D,HIGH);
digitalWrite(M2D, HIGH);
analogWrite(M1P, 0);
analogWrite(M2P, 0);
}

void derecha() {    //función para girar a la derecha teniendo en cuenta la rotacion de los encoders
digitalWrite(M1D,LOW);
digitalWrite(M2D, HIGH);
analogWrite(M1P, velocidad);
analogWrite(M2P, velocidad);
while (CRI <= 15 && CRD <=15 ){
contador_izq();
contador_der();
}
frenar();
}

void izquierda() {    //función para girar a la izquierda teniendo en cuenta la rotacion de los encoders
digitalWrite(M1D,HIGH);
digitalWrite(M2D, LOW);
analogWrite(M1P, velocidad);
analogWrite(M2P, velocidad);
while (CRI <= 15 && CRD <=15 ){
contador_izq();
contador_der();
}
frenar();
}

void giro180() {    //función para girar 180º teniendo en cuenta la rotacion de los encoders
digitalWrite(M1D,LOW);
digitalWrite(M2D, HIGH);
analogWrite(M1P, velocidad);
analogWrite(M2P, velocidad);
while (CRI <= 30 && CRD <=30 ){
contador_izq();
contador_der();
}
frenar();
}

void contador_izq(){    //Contaje de los estados del encoder izquierdo
estadoActual = digitalRead(EM1);
if (estadoAnterior != estadoActual)  // ha habido un cambio de estado
{
CRI++;                          // cuenta los cambios de estado
estadoAnterior = estadoActual;
}
}

void contador_der(){    //Contaje de los estados del encoder derecho
estadoActual1 = digitalRead(EM1);
if (estadoAnterior1 != estadoActual1)  // ha habido un cambio de estado
{
CRD++;                          // cuenta los cambios de estado
estadoAnterior1 = estadoActual1;
}
}

int comprobarbandas() {    //Función para comprovar bandas, mide la distancia de la izquierda y la derecha
CRI = 0;
CRD = 0;
servo1.write(5);
delay(500);
distizq = sensorultrasonidos();
servo1.write(175);
delay(500);
distder = sensorultrasonidos();
servo1.write(100);
delay(500);
if (distder >= distizq && distder > 15) {    //si la distancia derecha es mayor o igual a la distancia izquierda, girara a la derecha
giro = 1;
}
else if(distizq >= distder && distizq > 15) {  //si la distancia izquierda es mayor o igual a la distancia derecha, girara a la izquierda
giro = 2;
}
else if(distizq < 15 && distder < 15) {
giro = 3;
}
return giro;
}

Demostración:

[resaltado]Este artículo fue escrito originalmente por Wk3 para Ikkaro[/resaltado]