8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
1/51
1. CARATULA
INSTITUTO TECNOLÓGICO SUDAMERICANO
SEXTO ELECTRÓNICA
TEMA
“DISEÑO DE UN VEHÍCULO DE NAVEGACIÓN AUTÓNOMA”
AUTORES
Argotty Jaramillo Sergio Fernando
Herrera Azanza Andrés Joselito
Torres Jiménez Carlos Mauricio
DIRECTORES DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
Ing. César Cristian Carrión Aguirre.
Ing. Nixon a!id "illa!icencio Sarango
Loja, ! "# E$#%o "#& '1(
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
2/51
. TEMA
“DISEÑO DE UN VEHÍCULO DE NAVEGACIÓN AUTÓNOMA”
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
3/51
). INTRODUCCIÓN
#a electrónica $retende ser una %erramienta e&icaz en la sociedad 'ue cada d(a re'uiere de
m)s tecnolog(a $ara su e!olución en la industria* cuyas necesidades son a+astecidas $or muc%asa$licaciones desarrolladas con conce$tos electrónicos* $rocesos de control* automatización y
ro+ótica* siendo esto lo 'ue $ermite generar sistemas de control inteligentes. Con el desarrollo
del sistema $ro$uesto se $retende demostrar la im$ortancia de la a$licación de sensores*
actuadores y comunicación inal)m+rica* as( como los +ene&icios 'ue éstos a$ortan a las
di&erentes artes y disci$linas de la electrónica.
,l desarrollo del $resente $royecto tiene como &inalidad $rinci$al* la o+tención de
conocimientos acerca de la im$lementación* desarrollo y control inal)m+rico del $rototi$o
e!asor de o+st)culos* como ayuda $rioritaria dentro del desarrollo de los conocimientos* ya 'ue
la ro+ótica encierra muc%os temas y di&erentes cam$os de a$licaciones* entre ellos la tecnolog(a
industrial.
-or otra $arte* +rinda la o$ortunidad $ara la a$licación de conocimientos ad'uiridos* no sólo a
lo largo de la carrera de ,lectrónica* tam+ién de a'uellos a$ortados $or nuestros educadores* y
as( este $roducto $ueda ser una alternati!a !ia+le $ara la gestión de $royectos a gran escala. -ara
el desarrollo e im$lementación de este ti$o de ro+ot se %izo necesaria la realización del diseo e
im$lementación de un modelo did)ctico 'ue $ermita a los estudiantes $racticar y ex$erimentar
con los conocimientos ad'uiridos en las aulas del ITSS.
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
4/51
*. ÍNDICE DE CONTENIDOS
1. CARATULA++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++1
. TEMA+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
). INTRODUCCIÓN+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++)
*. ÍNDICE DE CONTENIDOS+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++*
. ÍNDICE DE -IGURAS+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
(. ÍNDICE DE TALAS+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++/
/. ANTECEDENTES+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++0
0. PROLEMTICA+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++!
!. 2USTI-ICACIÓN+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++11
1'. O2ETIVOS+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++1)
1'.1. O2ETIVO GENERAL++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++1)
1'.. O2ETIVOS ESPECÍ-ICOS+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++1*
11. MARCO TEÓRICO+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++1*
11.1. ROÓTICA++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 1*//././. #eyes de la ro+ótica0000000000000000000000000000000000000000000000/1
11.. CLASI-ICACIÓN DE LOS ROOTS++++++++++++++++++++++++++++++++++1
//.2./. Seg3n su cronolog(a40000000000000000000000000000000000000000000000/5
//.2.2. Seg3n su estructura00000000000000000000000000000000000000000000000/6
//.2.7. A$licaciones de la ro+ótica000000000000000000000000000000000000000002/
11.). Mo3o%#4 E&563%76o4.++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
//.7./. Funcionamiento4000000000000000000000000000000000000000000000000022
//.7.2. Caracter(stica.00000000000000000000000000000000000000000000000000022
11.*. P8#$3# H.++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++)
//.8./. Caracter(sticas.0000000000000000000000000000000000000000000000000027
11.. Mo"8&o &8#3oo39 96:'++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++*
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
5/51
11.(. A%"87$o.+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ *
11./. S#$4o% U&3%a4;$76o.++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
11.0. A
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
6/51
. ÍNDICE DE -IGURAS
Figura /.:o+ots mani$uladores...................................................................................................../5
Figura 2. :o+ots de a$rendiza?es.................................................................................................../>
Figura 7. :o+ots sensorizados......................................................................................................./>
Figura 8. :o+ots inteligentes........................................................................................................./6
Figura 1. :o+ots $oli@articulados................................................................................................../
Figura 5. :o+ots mó!iles.............................................................................................................../
Figura >. :o+ot androide...............................................................................................................2B
Figura 6. :o+ot zoomór&ico...........................................................................................................2B
Figura . :o+ots %(+ridos..............................................................................................................2/
Figura /B. Motor dc.......................................................................................................................22Figura //.-uente H........................................................................................................................27
Figura /2. Modulo ;luetoot% HC@B5.............................................................................................28
Figura /7. Arduino uno..................................................................................................................28
Figura /8. Sensor ultrasónico........................................................................................................21
Figura /1. ;lo'ues de e!entos.......................................................................................................2>
Figura /5. ;lo'ues de ex$resiones y &unciones.............................................................................2>
Figura />. ;lo'ues de &unciones de texto......................................................................................26
Figura /6. ;lo'ues de &unciones de n3meros................................................................................26
Figura /. ;lo'ues de control........................................................................................................2
Figura 2B. iagrama de +lo'ues comunicación Inal)m+rica........................................................7/
Figura 2/. iagrama de +lo'ues del $rototi$o..............................................................................72
Figura 22. Conexión del sensor ultrasónico a la -laca Arduino =no............................................78
Figura 27. -rue+as en -roto+oard de los sensores HC@S:B8........................................................71
Figura 28. Materiales.....................................................................................................................71
Figura 21. =+icación de motores...................................................................................................75
Figura 25. Conexión de los com$onentes......................................................................................75
Figura 2>. =+icación de los sensores ultrasónicos........................................................................75
Figura 26. Control Inal)m+rico.....................................................................................................7>
Figura 2. iagrama de +lo'ues del $rototi$o ,!asor..................................................................76
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
7/51
Figura 7B. Simulación del $uente H..............................................................................................7
Figura 7/. Simulación en -C;......................................................................................................7
Figura 72. "ista en 7 del circuito................................................................................................8B
Figura 77. "ista en 7 conexiones del circuito.............................................................................8B
Figura 78. A$licación Android terminado.....................................................................................8/
Figura 71. -rogramación de la a$licación.....................................................................................8/
Figura 75. A$licación lista $ara usarse..........................................................................................82
Figura 7>. -lanc%ado del circuto...................................................................................................8
Figura 76. -er&oración de la $laca.................................................................................................8
Figura 7. Soldado de los com$onentes........................................................................................1B
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
8/51
(. ÍNDICE DE TALAS
Ta+la /. Caracter(sticas de Arduino00000000000000000000000000000000000000000000000028
Ta+la 2. i&erentes ti$os de sensores0000000000000000000000000000000000000000000000077
Ta+la 2. :es$onsa+les0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000082
Ta+la 7. -artici$antes0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000082
Ta+la 8. Cronograma de e?ecución del $royecto.0000000000000000000000000000000000000088
Ta+la 1. -resu$uesto del $royecto000000000000000000000000000000000000000000000000081
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
9/51
/. ANTECEDENTES
=n sistema de na!egación autónomo consiste en un !e%(culo auto@$iloteado 'ue no re'uiere
un o$erador $ara na!egar y lle!ar a ca+o sus tareas. ,l o+?eti!o de un !e%(culo autónomo es
tener autocontrol y una %eur(stica de toma de decisiones instalado dentro de ella* lo 'ue $ermite
'ue se mue!a de &orma autom)tica en el entorno corres$ondiente* as( como $ara lle!ar a ca+o las
tareas re'ueridas. :am(rezDCortés J.M.* 2B//E
Algunas de las )reas en las 'ue los !e%(culos autónomos se %an utilizado con éxito son
ex$loradores es$aciales* la siem+ra de arroz y !e%(culos agr(colas* la conducción autónoma $ara
las zonas ur+anas la seguridad y !igilancia* tam+ién la ex$loración de cual'uier lugar en el 'ue
la !ida %umana $uede estar en riesgo* como una mina con gases tóxicos o durante un desastre
causado $or una $lanta nuclear. Hay toda una !ariedad de !e%(culos autónomos $resentes* con
una extensa clasi&icación y categor(as de$endiendo de sus distinti!os.
,n ,cuador el desarrollo de la ro+ótica se %a +asado en el diseo y la im$lementación de
ro+ots en &unción del medio* es decir de ti$o terrestres como !e%(culos seguidores de l(neas de
colores* con detección de o+st)culos* detección de colores* ro+ots articulados* mani$uladores
industriales* tam+ién de ti$o aéreo* acu)tico e %(+rido y en &unción del control del mo!imiento
como son los ro+ots autómatas. #os di&erentes diseos e im$lementaciones 'ue %an !enido
desarroll)ndose* son usados %oy en d(a $ara realizar tareas donde el ser %umano no $uede
inter!enir.
Algunas de las caracter(sticas descritas en la literatura son4 ni!el de autonom(a* los métodos
de ad'uisición de datos* métodos de localizaciones* las tareas de acierto* las técnicas de
des$lazamiento* los métodos de control* y as( sucesi!amente. ,n este $royecto se 'uiere resaltar
y dar a conocer el tema $ro$uesto* de a%( la im$ortancia de tener una idea +ien clara de lo 'ue se
desea alcanzar y lograr.
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
10/51
0. PROLEMTICA
,l estudio* $r)ctica y desarrollo de $royectos de ro+ótica con ca$acidad de e!adir o+st)culos
en la actualidad no se %a realizado en el ITSS* ya 'ue ning3n $royecto del la+oratorio de
,lectrónica tiene la destreza de mo!ilizarse li+remente sin c%ocar. ,n la actualidad* los ro+ots
comerciales e industriales son a+undantemente utilizados* y realizan tareas de &orma ca+al* se los
utiliza en tra+a?os demasiado sucios* $eligrosos o tediosos $ara los %umanos. #os ro+ots son muy
utilizados en $lantas de manu&actura* monta?e y em+ala?e* en trans$orte* en ex$loraciones en la
Tierra y en el es$acio* cirug(a* armamento* in!estigación en la+oratorios y en la reducción en
masa de +ienes industriales o de consumo.
,n la in!estigación realizada en el #a+oratorio de ,lectrónica* %ay $rototi$os mó!iles como
carritos seguidores de l(nea* un carrito controlado mediante una a$licación ;luetoot%* carro
ex$lorador con inter&az de #a+"I,* %ex)$odos* 'ue no tienen la ca$acidad de mo!erse
li+remente sin c%ocar* estos $rototi$os solo $ueden mo!ilizarse mediante un sistema de control*
lo cual es una limitante en el mo!imiento de estos ro+ots.
Se encuentran !arios &actores reales 'ue in&luyen en el desarrollo de este $rototi$o y en el
crecimiento de esta rama de la electrónica a ni!el de la institución educati!a* 'ue $or &alta de
interés* $roducción y conocimiento de esta rama de la tecnolog(a se %ace la ad'uisición de estos
$rototi$os 'ue resultan en algunos casos costososG otra causa es el $oco interés de los estudiantesdel ITSS ante la &alta de $royectos similares 'ue sir!an como $rototi$os +ase a ser me?orados
utilizando nue!os dis$ositi!os y accesorios 'ue se comercializan en el mercado.
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
11/51
#os ro+ots mó!iles %an $asado de ser sim$les $rototi$os a con!ertirse en %erramientas de
entretenimiento y tra+a?o* se $ueden usar a modo ex$lorador con c)maras &otogr)&icas* como
método de entretenimiento gracias a los controles autom)ticos del $rototi$o inter&az de ?uegoE* y
$ara realizar tareas di&(ciles o im$osi+les de realizar $or los %umanos* etc. Hay di&erentes causas
$or las 'ue los ro+ots mó!iles se %an con!ertido en $iezas cla!e $ara di&erentes usos* con un
&uerte crecimiento de los usuarios* los ro+ots mó!iles re$resentan un atracti!o dis$ositi!o $ara
ex$loración* son muc%os los usuarios 'ue %acen uso de este ti$o de $rototi$os mó!ilesG adem)s
los $rototi$os mó!iles &uncionan muy +ien en terrenos di&icultosos y $eligrosos $ara la
ex$loración %umana.
,n este $royecto se desarrollar) un ro+ot 'ue tenga la ca$acidad de e!adir o+st)culos* y se
es$era 'ue este $royecto sea did)ctico $ara 'ue tanto el alumnado como docentes tengan acceso
a este ti$o de a$licación de la ro+ótica. Adem)s el $rototi$o $odr) ser controlado desde un
telé&ono $ro!isto de una a$licación Android $re!iamente $rogramada en +ase a las caracter(sticas
de &uncionamiento del ro+ot.
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
12/51
!. 2USTI-ICACIÓN
,n los 3ltimos meses dentro de la escuela de ,lectrónica del ITSS se %a im$ulsado el
desarrollo de ro+ots $ara distintas a$licaciones* gracias a las so+resalientes $artici$acioneslogradas en distintos e!entos realizados a ni!el local y nacional* lo cual re$resenta una
moti!ación $ara seguir in!estigando nue!as tecnolog(as y dis$ositi!os 'ue $ermitan la
im$lementación de $rototi$os con caracter(sticas de rendimiento y desem$eo interesantes. #a
existencia de la tecnolog(a satis&ace necesidades y o$timiza recursos* como la mano de o+ra en
tra+a?os 'ue sencillamente no se los $uede realizar con o+reros* sino con im$lementos mec)nicos
e inteligentes en +ase a tecnolog(a.
#a &inalidad es sintetizar las !irtudes de la tecnolog(a en un $rototi$o* $or esta razón se
im$lementa el sistema autom)tico de e!adir o+st)culos y el de control de un !e%(culo de
na!egación autónoma * as( satis&acer algunas de las necesidades* y en un &uturo se $ueda tra+a?ar
en un $royecto a gran escala* &a!oreciendo su desem$eo e in!olucrando la ro+ótica como un
medio indis$ensa+le en el me?oramiento de $rototi$os de esta naturaleza* 'ue los nue!os y
actuales estudiantes $uedan $racticar o crear nue!os $royectos +asados en la monogra&(a y ayuda
'ue ésta in!estigación $ueda o&recer.
Al $royecto de in!estigación se le aco$laran dis$ositi!os como4 motores* ruedas* Arduino*
modulo ;luetoot% y tam+ién se utiliza una a$licación Android en un dis$ositi!o mó!il* el cual !a
a $ro$orcionar el control del $rototi$o desde una distancia de %asta /2m* $ara la comunicación se
em$lea un módulo ;luetoot% 'ue estar) en el $rototi$o con?unto con un Arduino $ara $rocesar
los di&erentes datos en!iados desde el dis$ositi!o mó!il.
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
13/51
,l desarrollo del $resente $royecto tiene como &inalidad $rinci$al* la o+tención de
conocimientos acerca de la im$lementación y desarrollo del $rototi$o e!asor de o+st)culos*
como ayuda $rioritaria dentro del desarrollo de los conocimientos* ya 'ue la ro+ótica encierra
muc%os temas y di&erentes cam$os de a$licaciones* entre ellos la tecnolog(a industrial.
Se $ro$orciona una %erramienta $ara +rindar comodidad y ra$idez en el control remoto*
$restando un ser!icio a &a!or del me?oramiento de calidad* y !inculados con los a!ances
tecnológicos con un costo moderado. #os estudiantes y docentes del ITSS tendr)n la li+ertad de
realizar un estudio m)s extenso del $rototi$o* en&ocado en la tecnolog(a de la ro+ótica.
#a $resente in!estigación es muy rele!ante $ara nuestros estudios académicos* $or ende esta
in!estigación es un re'uisito &undamental $ara o+tener las notas corres$ondientes a las materias
de #i+re 9$ción II* Micro$rocesadores* Sistemas igitales II de la carrera de ,lectrónica del
ITSS* lo 'ue conlle!a a una am$lia in!estigación y un +uen a$rendiza?e so+re las nue!as
tecnolog(as 'ue !an e!olucionando d(a a d(a.
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
14/51
1'. O2ETIVOS
1'.1. O2ETIVO GENERAL
isear e Im$lementar un !e%(culo e!asor de o+st)culos* con ca$acidad
de control inal)m+rico desde un dis$ositi!o mó!il con $lata&orma
Android* em$leando una inter&az gr)&ica diseada en A$$ In!entor.
1'.. O2ETIVOS ESPECÍ-ICOS
esarrollar un sistema de control mediante Arduino 'ue $ermita reci+ir
las seales de los sensores ultrasónicos* $ara mediante el algoritmo
im$lementado es'ui!ar los o+st)culos en la trayectoria.
esarrollar una a$licación en A$$ In!entor $ara la $lata&orma Android*
'ue $ermita en!iar datos seriales en &orma inal)m+rica %acia el
$rototi$o* $ara 'ue as( este $uede ser tele@o$erado.
Aadir un módulo ;luetoot% a la $laca Arduino =no* $ara reci+ir
in&ormación inal)m+rica desde un dis$ositi!o mó!il.
Im$lementar un algoritmo $ara realizar la comunicación ;luetoot%
entre el $rototi$o y el dis$ositi!o mó!il* $ara as( controlarlo
inal)m+ricamente.
otar al $rototi$o de la ca$acidad de mo!erse %acia adelante* iz'uierda*
derec%a y %acia atr)s* o+teniendo un total de cuatro e?es de control.
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
15/51
11. MARCO TEÓRICO
11.1.ROÓTICA
Con&orme %a transcurrido la %istoria* el %om+re se %a sentido atra(do $or m)'uinas y
dis$ositi!os com$etentes de co$iar la mo!ilidad y los o&icios de los seres !i!os. #a ro+ótica es
uno de los cam$os m)s im$ortantes de la tecnolog(a 'ue se consagra al diseo* edi&icación y
mani$ulación de los ro+ots* en otras $ala+ras m)'uinas 'ue imitan $rinci$almente la din)mica de
un ser %umano.
#a ex$resión ro+ótica &ue acuada $or Isaac Asimo!* concretando a la ciencia 'ue estudia los
ro+ots* de a'u( creó las tres leyes de la ro+ótica 'ue &ueron introducidas en sus no!elas de
ciencia &icción a &inales de la década de los cuarenta. "élez Soledis$a* 2B/8E
11.1.1. L#?#4 "# &a %o@;376a
-rimera #ey4 =n ro+ot no $uede %acer dao a un ser %umano o*$or inacción* $ermitir 'ue
un ser %umano su&ra dao.
Segunda #ey4 =n ro+ot de+e o+edecer las órdenes dadas $or los seres %umanos* exce$to
cuando éstas entren en con&licto con la -rimera #ey.
Tercera #ey4 =n ro+ot de+e $roteger su $ro$ia integridad* siem$re y cuando esto no
im$ida el cum$limiento de la -rimera #ey y Segunda #ey.
"élez Soledis$a* 2B/8E
,sta $untuación de las leyes de la ro+ótica es la &orma con!encional en la 'ue los seres
%umanos de las %istorias de &icción las mani&iestanG su &orma real ser(a la de una sucesión de
órdenes seme?antes y muc%o m)s com$le?as en el cere+ro del ro+ot. "élez Soledis$a* 2B/8E
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
16/51
Hay 'ue re&lexionar 'ue este legado de leyes 'ue asumieron su origen en las %istorias de
&icción* %an sido a$ro+ados $or la comunidad cient(&ica con!irtiéndose as( en las 7 leyes de la
ro+ótica* mediante la cual se an%ela noti&icar 'ue los ro+ots en un &uturo $or su $ro$io instintito
no !ayan a lastimar a ning3n ser %umano. "élez Soledis$a* 2B/8E
11.. CLASI-ICACIÓN DE LOS ROOTS
#os ro+ots se $ueden clasi&icar seg3n su cronolog(a y su estructura.
11..1. S#B$ 48 6%o$o&oa
11..1.1. P%7#%a G#$#%a67;$
Ma$7
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
17/51
11..1.. S#8$"a G#$#%a67;$
Ro@o34 "# A
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
18/51
,n la Figura 7 se muestra como son estos autómatas.
Figura 7. Robots sensorizadosFuente4 "élez Soledis$a* 2B/8E
11..1.*. C8a%3a G#$#%a67;$
Ro@o34 I$3#&7#$3#4
Muc%o m)s so&isticados* estos en!(an la in&ormación ca$tada al controlador y la analizan
mediante estrategias com$le?as de control. Se adecuan y a$renden de su entorno utilizando
conocimiento di&uso* redes neuronales y otros métodos de an)lisis y o+tención de datos.
,n la Figura 8 se muestra como son estos autómatas.
Figura 4. :o+ots inteligentes
Fuente4 "élez Soledis$a* 2B/8E
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
19/51
11... S#B$ 48 #43%8638%a
11...1. Po&7:a%3768&a"o4
Armados $ara mo!er sus elementos terminales en un determinado es$acio de tra+a?o seg3n
uno o m)s sistemas de coordenadas y con un n3mero limitado de grados de li+ertad.
,n la Figura 1 se muestra como son estos autómatas
Figura 5. :o+ots $oli@articulados
Fuente4"élez Soledis$a* 2B/8E
11.... M;=7
Son ro+ots con gran ca$acidad de des$lazamiento* +asada en carros o $lata&ormas y dotado de
un sistema locomotor de ti$o rodante.
,n la Figura 5 se muestra como son estos autómatas
Figura 6. Robots móviles
Fuente4 "élez Soledis$a* 2B/8E
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
20/51
11...). A$"%o7"#4
Son ro+ots 'ue intentan re$roducir total o $arcialmente la &orma y el com$ortamiento
cinem)tico del ser %umano. Actualmente los androides son toda!(a dis$ositi!os muy $oco
e!olucionados y sin utilidad $r)ctica* y destinados* &undamentalmente* al estudio y
ex$erimentación.
,n la Figura > se muestra como son estos autómatas
Figura 7. :o+ot androide
Fuente4"élez Soledis$a* 2B/8E
11...*. oo;%76o4
Son caracterizados $rinci$almente $or sus sistemas de locomoción 'ue imitan a los di!ersosseres !i!os.
,n la Figura 6 se muestra como son estos autómatas
Figura 8. :o+ot zoomór&ico
Fuente4"élez Soledis$a* 2B/8E
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
21/51
11.... H@%7"o4
Corres$onden a a'uellos de di&(cil clasi&icación cuya estructura se sit3a en com+inación con
alguna de las anteriores ya ex$uestas* +ien sea $or con?unción o $or yuxta$osición.
,n la Figura se muestra como son estos autómatas
Figura 9. :o+ots %(+ridos
Fuente4"élez Soledis$a* 2B/8E
11..). A
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
22/51
11.).Mo3o%#4 E&563%76o4.
Figura 10. Motor dc
Fuente4
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
23/51
=n arte&acto de corriente continua se di!ide en dos $artes* el rotor y el estator. ,l estator
+rinda so$orte al motor* tiene un ori&icio en la $arte central %a+itualmente de &orma cil(ndrica. ,n
el estator se localizan los $olos 'ue $ueden ser de imanes $ermanentes o de!anados con %ilo de
co+re so+re un n3cleo* al 'ue llega corriente eléctrica $or medio de dos esco+illas
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
24/51
11..Mo"8&o &8#3oo39 96:'
Figura 12. Modulo ;luetoot% HC@B5
Fuente4 :u+en* 2B/8E
,l módulo de ;luetoot% HC@B5 o&rece me?ores caracter(sticas* ya 'ue es un módulo
Maestro@,scla!o* 'uiere decir 'ue a m)s de reci+ir enlaces desde una C9M-=TA9:A o
Ta+let* tam+ién es ca$az de crear conexiones %acia otros módulos ;luetoot%. ,sto nos $ermite
$or e?em$lo* conectar dos módulos de ;luetoot% y constituir una conexión $unto a $unto $ara
trans&erir datos entre dos microcontroladores o terminales. :u+en* 2B/8E
11.(.A%"87$o.
Figura 1. Arduino uno
Fuente4N* 2BBE
Arduino es una $lata&orma de %ardLare li+re* +asada en una $laca con un microcontrolador*
creada $ara $ro$orcionar el uso de la electrónica en $royectos m3lti$les. Arduino tiene un
microcontrolador de la marca Atmel y con toda la circuiter(a de so$orte. Arduino =N9 es la
3ltima !ersión de la $laca con un microcontrolador Atmega en &ormato I-. :u+en* 2B/8E
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
25/51
!abla 1. "ara#ter$sti#as de %rduino
11./.S#$4o% U&3%a4;$76o.
Figura 14. Sensor ultrasónico
Fuente4 Sanc%ez Torres* 2B/8E
,l sensor ultrasónico tra+a?a +a?o un $rinci$io de emitir sonidos a altas &recuencias sonidos
'ue no $ueden ser reci+idos $or el o(do %umanoE. Cuando esas ondas c%ocan con un o+?eto
re+otan y !ia?an de !uelta al sensor* de este modo el sensor $uede calcular la distancia a la 'ue se
localiza el o+?eto. Sanc%ez Torres* 2B/8E
e+ido a sus caracter(sticas* $odemos encontrar sensores de ultrasonidos en a$licaciones
como4
• Medición de ni!el D en tan'ues 'ue contienen di&erentes $roductos en &orma l('uida@.
• Control de colisiones en sistemas de a$arcamiento.
• Control de $osición en cam$os como ro+ótica* industria del $l)stico* etc.
• Control de llenado de tan'ues.
Sanc%ez Torres* 2B/8E
Microcontrolador Atmega 726-@-=
"olta?e de o$eración 1!
"olta?e de entrada recomendadoE >! D /2!
"olta?e de entrada limiteE 5! D 2B!
-ines $ara entrada D salida digital /8 5 $ueden utilizarse como salida de -ME-ines de entrada analógica 5
Corriente continua $or $in I9 8B mA
Corriente continua en el $in 7.7! 1B mA
Memoria Flas% 72 ; B.1 ; ocu$ados $or el +ootloaderE
S:AM 2 ;
,,-:9M 2 ;
Frecuencia de relo? /5 MHz
-uerto de entrada =S;
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
26/51
#as $rinci$ales !enta?as de estos sensores son4
• No necesitan contacto &(sico $ara $oder detectar o+?etos.
• ;uena relación calidad@$recio• ,n com$aración con otras tecnolog(as* los dis$ositi!os +asados en ultrasonidos son
com$actos y li!ianos.
Sanc%ez Torres* 2B/8E
11.0.A
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
27/51
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
28/51
Funciones de texto4 ,n ocasiones es 3til utilizar &unciones $ara mani$ular cadenas de texto.
,stos +lo'ues son de color marrón y siem$re !an unidos a los $ar)metros 'ue nosotros
indi'uemos Figura />.
Figura 17. ;lo'ues de &unciones de texto
Fuente4 MIT A$$ In!entor 2* 2B/BE
Funciones de n3meros4 ,n la Figura /6 en el caso del tratamiento de n3meros y el uso de
&unciones matem)ticas* son de un color !erde claro y siem$re est)n unidas a los $ar)metros 'ue
indi'uemos.
Figura 18. ;lo'ues de &unciones de n3meros
Fuemte4 MIT A$$ In!entor 2* 2B/BE
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
29/51
,structuras de control4 ,n la Figura / existen $iezas $ara re&le?ar condiciones de nuestra a$$
y &unciones m)s +)sicas del sistema como $or e?em$lo cerrar la a$licación. Son de color amarillo
y $ueden englo+ar el resto de &unciones.
Figura 19. ;lo'ues de control
Fuente4 MIT A$$ In!entor 2* 2B/BE
,sto son los ti$os de +lo'ues m)s im$ortantes. -ara sa+er m)s so+re este tema aquí est) ladocumentación o&icial.
http://appinventor.mit.edu/explore/understanding-blocks.htmlhttp://appinventor.mit.edu/explore/understanding-blocks.html
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
30/51
1. METODOLOGÍA
#a in!estigación cient(&ica es la +3s'ueda intencionada de conocimientos o de
soluciones a $ro+lemas de car)cter cient(&icoG el método cient(&ico indica el camino 'ue se %a de
transitar en esa indagación y las técnicas $recisan la manera de recórrelo. ,l $royecto $ro$uesto
es de di&erentes ti$os de in!estigación* documental o cient(&ica* inducti!o y ex$erimental.
Se utiliza el Método Cient(&ico 'ue consiste en la organización racional y +ien calculada
de los recursos dis$oni+les y de los $rocedimientos m)s adecuados $ara alcanzar determinado
o+?eti!o de la manera m)s segura* económica y e&iciente. Cu)l es ese métodoP
Se utiliza el método inducti!o ya 'ue a $artir de las in!estigaciones 'ue se realicen so+re la
im$lementación de un sistema de control DE UN VEHÍCULO DE NAVEGACIÓN
AUTÓNOMA utilizando Arduino* con comunicación* el so&tLare A$$@In!entor* se concluir)
con certeza las me?oras y el a$orte 'ue tendr) en la carrera de tecnolog(a en electrónica $ara el
desarrollo de $royectos similares.
-or 3ltimo se a$lica el método ex$erimental* ya 'ue se mani$ularon datos directos y se
crearon condiciones $rogramadas* como simulación de conocimientos* y $rue+as de los sensores
ultrasónicos. Antes de %a+er $rogramado el Arduino se de&inió un $lan de $rue+as $ara someter y
corregir el $royecto y $oder esta+lecer los mecanismos de control $ara conocer las relaciones
causa@e&ecto del $rototi$o.
#a ro+ótica se $ro$one entre sus o+?eti!os* dar solución o $lantear soluciones a los $ro+lemas
en general* se o$tó como modalidad $ara el tra+a?o de &in de siclo del $resente $royecto* $uesto
'ue como resultado se crear) el $rototi$o mec)nico 'ue $ermita 'ue el !e%iculó $ueda na!egar
de &orma autónoma en su$er&icies esta+les.
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
31/51
1). PROPUESTA DE ACCIÓN O DESARROLLO
1).1. DESARROLLO DEL PROTOTIPO
-ara el desarrollo de la $lata&orma donde !an a ir u+icados los com$onentes electrónicos*
llantas* motores* rueda loca* módulo ;luetoot%* Arduino* a$licación Android y sensores se $ensó
en el siguiente diseo FigQ.E* donde se o+ser!a la dis$osición de los sensores en la $arte &rontal
y laterales* los motores y las llantas en la $arte trasera.
,n la Figura 2B se $resenta un diagrama de +lo'ues del e'ui$o de los com$onentes
electrónicos im$lementados* $ara la comunicación inal)m+rica desde el telé&ono mó!il al
$rototi$o* el diseo de un !e%(culo de na!egación autónoma* cada +lo'ue corres$onde a un
módulo* 'ue no es m)s 'ue un con?unto de elementos con una &uncionalidad en $articular.
Figura 20. iagrama de +lo'ues comunicación inal)m+rica
,n la Figura 2/ se $resenta un diagrama resumido en +lo'ues del e'ui$o del e'ui$o
electrónico im$lementado* $ara el diseo de un !e%(culo de na!egación autónoma* cada +lo'ue
corres$onde a un módulo* 'ue no es m)s 'ue un con?unto de elementos con una &uncionalidad en
$articular.
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
32/51
Figura 21. iagrama de +lo'ues del $rototi$o
Fuente4 Se+antian* 2B/8E
#a $arte $rinci$al del $rototi$o como se !e en la &igura /E* es la $laca del Arduino =no 'ue
est) en la eta$a de control. A la eta$a de entrada corres$onden todos los sensores ultrasónicos
HC@S:B8 'ue %acen $osi+le la ins$ección de los o+st)culos &rente al $rototi$o. #a eta$a de
salida es la &orma de cómo se !a im$lementar los distintos com$onentes electrónicos 'ue
necesita el $rototi$o $ara realizar su $rinci$al &unción la cual es ser* un !e%(culo de na!egación
autónoma.
1).. ETAPA DE ENTRADA
,n esta eta$a %a+lamos so+re todos los sensores 'ue nos $ermiten conocer la in&ormación de
donde se encuentran los o+st)culos* la elección del detector de $resencia de !e%(culos a usar*
de$ende de la &acilidad de instalación* la e&iciencia en la detección* el entorno en el cual !a a ser instalado* el ti$o de o+st)culo* y el costo del detector en la siguiente ta+la $odemos o+ser!ar una
!ariedad de sensores.
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
33/51
!abla 2. i&erentes ti$os de sensores
SENSOR CARACTERISTICA
Sensor de =ltrasonido
#os detectores de ultrasonido emiten ondas
de sonido $er$endicularmente so+re lacarretera. #os sensores de ultrasonido
tienen una &recuencia mayor 'ue la
m)xima audi+le $or el o(do %umano* son
detectores muy sensi+les a la tem$eratura y
al !iento* $ero a su &a!or tienen 'ue son
muy &)ciles de instalar.
Tu+o $iezoeléctrico
Se +asa en el %ec%o de 'ue al reci+ir una
$resión un material $iezoeléctrico como el
cuarzo o el titanio de +arioE* y de&ormarse
&(sicamente* genera una seal eléctrica. Seinstalan en la !(a de circulación.
Sensor in&rarro?o
,l sistema detector consta de un emisor y
un rece$tor in&rarro?o* colocados a ciertas
distancia entre s(* de manera tal 'ue la
inter$osición de alg3n cuer$o en el
trayecto entre am+os elementos $roduzca
la desa$arición de la seal reci+ida*
acti!)ndose la corres$ondiente seal de
detección.
#azos de inducción
Cuando un !e%(culo $asa a tra!és del
cam$o* act3a como conductor* cam+iando
la inductancia del lazo. =n lazo de
inducción* es un lazo de alam+re 'ue
conduce.
,l sensor ultrasónico es un módulo 'ue incor$ora un $ar de transductores de ultrasonido 'ue
se utiliza de manera con?unta $ara determinar la distancia del sensor con un o+?eto colocado
&rente de este.
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
34/51
li+rer(a $ara sensores ultrasónicos. ,ntonces $or las $restaciones ya ex$uesta se llegó a la
conclusión de utilizar el sensor ultrasónico HC@S:B8 descrito en el marco conce$tual* con sus
$restaciones es un dis$ositi!o ó$timo $ara el $royecto.
P%8#@a4 "# 8$67o$a7#$3o "#& S#$4o% HC:SR'*
-ara un me?or entendimiento de las ca$acidades 'ue tiene la $laca Arduino =no $or sensores
de ultrasonidos 'ue $resenta este $royecto* es necesaria la com$rensión de la &orma de tra+a?ar
de los sensores de ultrasonido. O en $articular el modelo utilizado* los HC@S:B8.
,l módulo HC@S:B8 emite un ultrasonido con una &recuencia de 8B Hz en el instante B* $osteriormente es re&le?ada $or alg3n o+?eto* y el sensor reci+e la onda 'ue es con!ertida en
im$ulsos eléctricos. ,ste $eriodo de tiem$o es llamado #(#le period . O el &a+ricante indica 'ue
esta emisión es aconse?a+le 'ue se $roduzca en inter!alos menores de 1B ms.
A continuación en la Figura 22 se muestra el es'uema de conexión del sensor ultrasónico a la
-laca Arduino =no.
Figura 22. Conexión del sensor ultrasónico a la -laca Arduino =no
Fuente4 Se+antian* 2B/8E
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
35/51
,n la Figura 27 !emos las $rue+as en -roto+oard de los sensores HC@S:B8 se %a colocado /
sensor ultrasónico de distancia como se muestra en la &igura* so+re la $laca de Arduino =no $ara
&acilitar la realización de $rue+as.
Figura 2. -rue+as en -roto+oard de los sensores HC@S:B8
1.1. ETAPA DE SALIDA
-ara el desarrollo de la $lata&orma donde !an a ir u+icados los com$onentes electrónicos*
llantas* motores* rueda loca* módulo ;luetoot%* Arduino y sensores se $ensó en el siguiente
diseo a continuación donde se o+ser!a la dis$osición de los sensores en la $arte &rontal y
laterales* los motores y las llantas en la $arte trasera.
,n la Figura 28 se muestran los di&erentes com$onentes 'ue se utilizaran $ara el $rototi$o
mó!il.
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
36/51
Figura 24. Materiales
,n la Figura 21 se $rocede a u+icar los motores de una &orma im$ortante $ara 'ue este no
in&luya en una $arte negati!a con la mo!ilización del $rototi$o.
Figura 25. =+icación de motores.
,n la Figura 25 se $rocedió a conectar los di&erentes com$onentes 'ue se utilizaron $ara el
&uncionamiento del $rototi$o.
Figura 26. Conexión de los com$onentes
,n la Figura 2> se u+icaran los sensores ultrasónicos estratégicamente $ara una mayor
$recisión de lo 'ue se 'uieres alcanzar.
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
37/51
Figura 27. =+icación de los sensores ultrasónicos
1.. DIAGRAMA DE LO>UES
,n la Figura 26 se muestra en iagrama de ;lo'ues de conexión Inal)m+rica al $rototi$o y
su &uncionamiento de lo 'ue se 'uieres %acer manualmente desde el telé&ono mó!il.
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
38/51
Figura 28. Control Inal)m+rico
,n la Figura 2 se muestra en iagrama de ;lo'ues del &uncionamiento del carrito e!asor de
o+st)culos* de 'ue en caso 'ue no se eli?a la &unción de control manual $or medio inal)m+rico
este &uncione autom)ticamente.
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
39/51
Figura 29. iagrama de +lo'ues del $rototi$o ,!asor
Fuente4 Se+antian* 2B/8E
1.). SIMULACIONES
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
40/51
Figura 0. Simulación del $uente H
Figura 1. Simulación en -C;
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
41/51
Figura 2. "ista en 7 del circuito
Figura . "ista en 7 conexiones del circuito
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
42/51
Figura 4. A$licación Android terminado
Figura 5. -rogramación de la a$licación
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
43/51
Figura 6. A$licación lista $ara usarse.
1*. RESPONSALES Y PARTICIPANTES
!abla . :es$onsa+les
RESPONSALEESNOMRES MATERIAIng. Cesar Carrión Sistemas igitales II
Ing. Nixon "illa!icencio Micro$rocesadores* #i+re 9$ción II
!abla 4. -artici$antes
PARTICIPANTESNOMRES COMPLETOS CICLO
Argotty Jaramillo Sergio Fernando Sexto
Herrera Azanza Andrés Joselito Sexto
Torres Jiménez Carlos Mauricio Sexto
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
44/51
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
45/51
1. CRONOGRAMA
Ta+la 1. Cronograma de e?ecución del $royecto.
N J M E R O
TIEMPO
ACTIVIDADES
OCTURE NOVIEMRE DICIEMRE ENERO
S e m a n a /
S e m a n a 2
S e m a n a 7
S e m a n a 8
S e m a n a /
S e m a n a 2
S e m a n a 7
S e m a n a 8
S e m a n a /
S e m a n a 2
S e m a n a 7
S e m a n a 8
S e m a n a /
S e m a n a 2
S e m a n a 7
S e m a n a 8
/2@/B@2B/1 R />@B8@/1B8@//@2B/1 R B5@//@2B/1 //@/2@2B/1 R /7@/2@2B/1 //@B/@2B/5 R 2@B/@2B/1
1 -resentacion del tema del $royecto X X
,ntrega de a!ances X X X
) Justi&icación* Antecedentes X
* 9+?eti!o general y es$esi&icos X X X
Marco Teórico X X X
( Metodolog(a X X X
/Construcción de lineamientos
alternati!os $ara en&rentar el o+?eto de
estudio.
X
0Simulación de los circuitos y
ela+oración de la $laca electrónicaX X X X X
!
,nsam+la?e de los circuitos $ara el
$rototi$o X X X
1' Normas técnicas $resentación del
in&ormeX X X X X X
11 Culminación del -royecto X X
1 -resentación del -royecto X
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
46/51
1(. PRESUPUESTO
!abla 6. -resu$uesto del $royecto
NOMRE CANTIDAD K:esistencia 2B 2.BBCarrito 7B.BB
;luetoot% / /2.BB
#,s 5 B.B
Ca$acitores 5 2.1BMotores llantas 2 28.BB
Ser!omotor / /6.BB
;ater(as 6 5.BB
Arduino =no / 71.BB;orneras 1 2.BB
Ca+le /B.BB,stao 5.BB
Sensores =ltrasónicos 7 /6.BB
-uente H 2 6.BB;a'uelita / 2.1B
TOTAL 1/(.!'
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
47/51
1/. CONCLUSIONES
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
48/51
10. RECOMENDACIONES
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
49/51
1!. ILIOGRA-ÍA
NC. /B de Marzo de 2BBE. %pp )oviles. 9+tenido de %tt$4RRa$$mo!iles.netR'ue@es@el@a$$@
in!entor@$ara@'ue@sir!eR
N. de Julio de 2BBE. !raba*ando %rduino. 9+tenido de %tt$s4RRLLL.google.com.ecRurlPsatKrct?K'KesrcsKsourceLe+Kcd/K!edBa%=,Lia1a200$UA%"I&1AH
CUA
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
50/51
,n la Figura 27 se $rocede al $lanc%ado de las $istas del circuito.
Figura 7. -lanc%ado del circuto
,n la Figura 28 se $rocede a $er&orar la $laca.
Figura 8. -er&oración de la $laca
,n la Figura 21 se $rocede a soldar los di&erentes com$onentes del circuito.
8/17/2019 Diseño de Un Vehículo de Navegación Autónoma
51/51
Figura 9. Soldado de los com$onentes
Top Related