Base principal
de acople modular.
Estructura Mecanica
Tótem debe cumplir con ciertos
requisitos de tamaño y movilidad para el trabajo en Robótica
Colectiva. Partiendo de estos requisitos se hizo el diseño
de la estructura mecánica.
La estructura mecánica fue construida
en poliestileno, el cual es un material muy fácil de
manejar ya que se trabaja muy similar a como se hace con el
acrílico.
El chasis es cuadrado ya que esto es
un requisito para el trabajo en robótica fractal (numeral
1.2.2). La estructura básica mide 16 cm de ancho y 16
cm de largo. En la estructura mecánica del modulo principal
están acoplados el sistema de tracción y las baterías.
Sistema de tracción, Motores
y Codificadores Opticos:
El diseño del sistema de tracción
esta hecho de tal manera que es capaz de desplazarse en cualquier
dirección, para ello se utiliza un sistema de 3 llantas,
donde un cambio en la dirección de avance corresponde
a una rotación en la dirección de las tres ruedas,
la siguiente figura ilustra este concepto:
Este sistema se compone
de un conjunto de engranajes los cuales integran engranajes
cónicos que facilitan la comunicación de fuerza
de tracción a cada llanta y de un sistema desarrollado
mediante una riel de impresora para el giro de las llantas.
Servomotores:
Él sistema de tracción
integra dos servomotores pequeños del mismo tipo que
se utilizan en aeromodelismo. Estos servomotores contienen en
su interior un motor de corriente directa, una caja de engranajes
o reducción, un potenciómetro y un circuito electrónico
para controlar el giro del motor. Estos motores se deben alimentar
con 5V y solo tienen una entrada de control. El cable de conexión
de un servomotor sigue un estándar donde se tienen solo
tres cable: negro (tierra), rojo (alimentación), blanco
o amarillo (control).
Los servomotores utilizan el principio
de control realimentado, donde la realimentación esta
dada por el potenciómetro el cual esta acoplado al eje
del motor y detecta la posición del eje. Esta posición
se compara con la posición de referencia dada por el
circuito interno y la diferencia se toma como un "error"
si no está en la posición definida como fija.
La posición de referencia depende de la cantidad de voltaje
o energía que se suministra al servomotor, la cual depende
del ángulo de giro que se quiera lograr. Esto se hace
por medio de pulsos de ancho variable, entre 1 y 2ms con una
frecuencia de 20ms. El motor trabaja comparando el ancho de
pulsos que recibe con un patrón generado por el circuito
interno y la diferencia se toma cono el error.
Uno de los servomotores se usa para controlar
la dirección de desplazamiento de TÓTEM, el control
de este servomotor se hace por PWM (modulación por ancho
de pulso) directamente desde el microcontrolador central. Para
controlar el movimiento del servo, se hace girar hasta cierto
angulo, medido desde 0º, enviándole una serie de
pulsos. El tiempo en ON de los pulsos nos da ese ángulo
de giro. Con 1ms gira a la izquierda 45º y con 2ms gira
a la derecha 45º, teniendo que para la posición
central el tiempo en ON es de 1.5s. Los topes mecánicos
del servomotor no permiten que el giro sea mayor a 90 grados
con respecto al centro, teniendo entonces una variación
máxima de 180º.
El servomotor que controla la tracción
esta adaptado de tal manera que no se hace un control de la
posición del motor mediante PWM, como se hace en un servomotor
convencional, sino que se controlan solo dos estados, adelante
y atrás, para esto se debe modificar su estructura interna,
de tal manera que se elimina el tope mecánico para permitir
que el motor gira libremente en cualquier dirección.
La dirección es dada por medio de la modulación
de ancho de pulso, donde se tiene, un pulso de xms para girar
a la izquierda y un periodo de yms para girar a la derecha.
Sistema de alimentación:
El sistema de alimentación de
Tótem consta de dos baterías de 6V recargables
en serie con lo que se tiene una salida de 12 voltios. Se tiene
un regulador de voltaje de 5V integrado a este sistema ya que
este es el nivel de voltaje mas usado en el robot, este regulador
tiene capacidad de entregar hasta 3A. El uso de un regulador
de voltaje es conveniente ya que mantiene el voltaje de salida
constante aún con fuertes variaciones de la entrada,
o con variaciones en la carga.
Se tiene también una salida para
el monitoreo del estado de la batería. Este monitoreo
se hace desde el Microcontrolador, usando una de las entradas
que permita trabajar como conversor análogo digital,
de esta manera se tiene un control del nivel de voltaje de la
batería, el cual no debe ser inferior a 12V. Para adaptar
la salida de la batería con la entrada del microcontrolador,
se tiene un divisor resistivo que reduce el voltaje de la batería
para poder ser leído en un nivel entre 5 y 0V.
Plataforma de trabajo:
La plataforma de trabajo es un sistema
para la integración de todos los módulos. Se tiene
una plataforma principal que se acopla a la estructura básica
del robot. Esta plataforma es cuadrada y determina el tamaño
del robot, sus medidas son 16cm de ancho por 16cm de largo.
Con estas medidas la plataforma esta dividida en 16 pequeños
cuadrados de 4x4cm a los cuales se pueden acoplar los demás
módulos mediante un sistema de acople.
Todos los módulos que se deseen
acoplar a la plataforma de trabajo deben medir 4x4cm o múltiplos
de una de las dimensiones como son: 4x8cm, 8x8cm, etc.
La plataforma de trabajo cuenta con un
sistema de alimentación distribuido, lo cual garantiza
que cuando se acopla cualquiera de los módulos que usan
una alimentación de 5v, este se encuentre alimentado,
y esta alimentación se puede transmitir a otro modulo
que sea acoplado al anterior.
Todos los módulos tiene conectores,
tanto en la parte superior como en la inferior, de esta manera
se puede garantizar que cualquier modulo puede ser acoplado
en cualquier lugar, incluso en la parte superior de otro modulo.
Además cada modulo tiene en la parte superior e inferior
las terminales que permiten la conexión con el modulo
de control.
