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DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y PROGRAMACIÓN DE UN ROBOT LABERINTO CON SENSORES DIGITALES CON AVR Kerly Esthefanny Sanchez Cajas kerly96sanchez@hotmailcom Estudiante, ESPOCH, EIECRI Katheryn Dianne Galarza Altamirano [email protected] Estudiante, ESPOCH, EIECRI

Resumen. _ El presente trabajo tiene como finalidad presentar una explicación detallada acerca del diseño y construcción de un robot laberinto que cuenta con un microcontrolador Atmega328, y sensores digitales como elementos indispensables, dicho robot tiene por objetivo recorrer un laberinto en el menor tiempo posible y reconocer la ruta más rápida. Los pasos seguidos y los requerimientos tomados en cuenta para realizar dicho proyecto se encuentran a lo largo del documento. Algunos temas como su dimensionamiento y acoplamiento fueron basados en algunas investigaciones obtenidas de internet las cuales están debidamente referenciadas. En la fundamentación teórica se puede observar los distintos elementos utilizados como sensores digitales, motores, microcontrolador, entre otros. Abstract. _ This work is intended to present a detailed explanation about the design and construction of a robot maze that has a microcontroller Atmega328, and digital sensors as essential elements, this robot is aimed Traverse a maze in the shortest time possible and recognize the fastest route. The steps followed and the requirements taken into account for this project are found throughout the document. Some issues such as their sizing and coupling were based on some research obtained from the Internet which are duly referenced. In the theoretical foundation you can see the different elements used as digital sensors, motors, microcontroller, among others. Palabras clave. _ AVR – Microcontrolador – Motores – Sensores – Circuito - Laberinto. Keywords. _ AVR – Microcontroller – Engines – Sensors – Circuit - labyrinth.

1. INTRODUCCIÓN Con el paso del tiempo la robótica Móvil, se ha convertido en un tema de gran interés, debido a esto se ha tenido un gran progreso de robots móviles y dentro de ello una amplia e importante inclusión en el medio. (Ollero, 2001) En forma general un robot móvil es una máquina que es capaz de trasladarse en cualquier ambiente dado que, se utilizan mayoritariamente en industrias de manufactura debido a que un “robot industrial o un manipulador multifuncional reprogramable es capaz de mover herramientas, piezas o dispositivos especiales, según trayectorias variables programadas para realizar tareas diversas” RIA (Asociación de Industrias robóticas). Desde sus inicios la robótica ha tenido una gran evolución empezando por los robots manipuladores, capaces de hacer una secuencia fija y que realizan actividades por medio de un sistema de control muy sencillo, perteneciendo estos robots a la primera generación. En la segunda generación se encuentran los robots de aprendizaje, aquellos que se encargan de repetir una secuencia de pasos, previamente ejecutada por un operario. Para la tercera generación los robots se encuentran dotados por sensores, permitiendo de esta manera obtener información de sí mismo y de su entorno. Para la cuarta generación aparecen los robots inteligentes, dicha fase intenta potenciar al máximo la capacidad de la percepción, además pretende hacer uso de la capacidad de aprendizaje y la toma de decisiones. (Cárdenas y Simbana, 2007)

Si se proyecta a nivel de competencias se puede decir que tanto a nivel nacional como a nivel internacional existe una gran cantidad de torneos de robótica. A nivel nacional destaca el Concurso Ecuatoriano de Robótica (CER) y Robot Games Latitud Zero. Por otro lado los principales torneos a nivel internacional según (Veriñaz y Martinez, 2015) son: Robocup, RobotChallenge, All Japan Micromouse Contest. En la categoría “Laberintos”, estos robots deben recorrer de forma autónoma el laberinto de principio a fin tomando en cuenta el tiempo que tardan en llegar a la meta y el camino que acorte según la memoria de caminos que pueda tener, en esta categoría también se califica la eficacia con la que recorre el laberinto es decir sin tener un choque con las paredes. La robótica interviene en muchos campos y estos van sujetos a otras ramas de la ciencia como la electrónica, informática, matemáticas, etc., en este proceso de diseño y construcción de un robot laberinto se puede considerar a la robótica como herramienta en el proceso educativo donde los estudiantes emplean su imaginación aplicando todos los conceptos y las prácticas que se realizan en el periodo académico. Ecuador siendo un país en vías de desarrollo intenta constantemente sobresalir planeando y emprendiendo sus propios métodos robotizados a niveles educativos. Para la detección de obstáculos en este caso las paredes del laberinto se utilizó tres sensores Sharp digitales que está ubicados en la parte frontal, lateral derecha y lateral izquierda. Gracias a datos de investigaciones se logró determinar que una buena posición de los sensores mejora la obtención de datos lo que mejora el algoritmo de control. Sobre el sistema del software que controla el robot se lo implementa en un microcontrolador ATmega328 (Atmel, 2016) es altamente rápido para este tipo de aplicaciones, ya que se requiere respuestas y toma de decisiones totalmente veloces y con ello los algoritmos aplicados se realizan de una forma rápida y eficaz. El proyecto está orientado a la robótica en su aspecto competitivo, así como para aplicaciones de control, de tipo industrial y procesamiento de señales. El desarrollo de este proyecto permitirá además construir el hardware tratando de que las características mecánicas del robot beneficien el desempeño de los algoritmos de control, siempre y cuando el hardware esté dentro de los requerimientos físicos que describen a este tipo de robot. Este trabajo está dirigido a incentivar a los estudiantes de la comunidad universitaria a que comprendan que el área de la robótica está aguardándolos para que formen parte de ella, de esta manera avivar el interés y sean partícipes de este gran campo aplicativo. [1]

2. ESTADO DEL ARTE 2.1 Robot Laberinto La competencia de laberintos ha estado funcionando desde finales de la década de 1970 en torno a el mundo. La forma moderna de la competencia se origina en 1980. IEEE Spectrum magazine introdujo el concepto de laberinto. En mayo de 1977, Spectrum anunció la 'Competencia increíble de laberinto que se celebraría en 1979 en Nueva York. Hubo 15 competidores que se quedaron sin entradas iniciales. Esta competencia involucró a micromouses que salieron de un laberinto de 10 'por 10'. A mediados del año 1985 El 'Primer Campeonato Mundial de Laberintos se celebró en Tsukuba, Japón. Se enviaron laberintos a varios países de todo el mundo para alentar la participación. Una amplia gama de laberintos de todo el mundo compitió. El campeón del mundo fue Noriko-1 de Japón. Los primeros

seis lugares fueron tomados por competidores japonesas. Séptimo fue Dave Woodfield de Inglaterra con Enterprise. El segundo concurso de laberintos del Reino Unido se celebró en Wembly. Thumper de Dave Woodfield fue el ganador con un mejor tiempo de 47 segundos. El Sterling Mouse de Nick Smith se colocó en segundo lugar con un mejor tiempo de 1 minuto 37 segundos. Alan Dibley se llevó el tercer lugar con Thezius, que hizo dos travesías con un mejor tiempo de 2 minutos y 27 segundos. Thezius fue especialmente interesante porque la relativamente nueva computadora personal ZX80 proporcionaba el poder de procesamiento. En Ecuador no se tiene información de concursos que sean solamente orientados a robots laberintos lo que si encontramos en nuestro país es la inclusión de esta categoría en una serie de concursos de robótica en la que la mayoría de las universidades participan con sus creaciones. Algunos de los concursos más importantes realizados en Ecuador son: Concurso Ecuatoriano de robótica CER, Concurso Nacional de Robótica UME-BOT-9, Concurso de Robótica “RIOTRONIC 2018”, Concurso de Robótica ESPE-L, entre otros. [2] 2.2 Aspectos clave del robot Laberinto  Detección Ser capaz de detectar los objetos que tiene en frente en este caso serían las paredes por lo que detecta y realiza un giro hasta encontrar un lugar donde no exista un impedimento para seguir avanzando, siendo los sensores de gran importancia para el robot ya que son los que le permiten mediante la distancia saber si tiene un objeto en frente.  Velocidad Tanto la velocidad de movimiento como la del sensado son de gran importancia debido a que el concurso se maneja de acuerdo con la rapidez con la que sale del laberinto. Por lo que se crea el robot tomando en cuenta que la velocidad del microprocesador debe ser la más adecuada, para efectuar sus giros.  Posición Debido a que es un robot autónomo este laberinto va de acuerdo a la programación en la que se debe crear interrupciones de posición donde se indica a que dirección se debe dirigir una vez detectado un objeto; ya que es un laberinto solo existe la probabilidad de que escoja derecha o izquierda. 

Giro

Cada vez que el robot deba girar se lo hará con respecto a una posición de 90 grados, posición derecha por preferencia si aun así el robot detecta otra pared deberá girar otros 90 grados y avanzar a través de la pista.

3. METODOLOGÍA 3.1 Estructura El diseño del robot está basado en las especificaciones que brinda el Concurso de Robótica “RIOTRONIC 2018” de la ESPOCH, como se muestra a continuación las siguientes instrucciones que se deben tomar en cuenta para poder participar sobre todo las dimensiones del robot. -

-

Dimensiones: Las dimensiones del robot están en función de las dimensiones de la pista, por lo tanto, el robot no podrá tener dimensiones de largo y ancho mayores a 15cm y la altura de 20cm. El robot no puede expandir sus dimensiones hacia ninguna dirección durante la competencia. Peso: No existe restricciones de peso. Alimentación: La fuente de energía para alimentar los circuitos eléctricos de control y los motores del robot será interna, considerándose cualquier tipo de baterías de corriente continua.

-

-

Control: El robot deberá ser completamente autónomos a nivel de locomoción, adquisición de datos y procesamiento. El robot puede contar con sistema de visión artificial. El robot no puede tener ningún tipo de comunicación externa, es decir, el robot tiene que ser totalmente autónomo. Funcionamiento en la pista: Se permite cualquier tipo de sensores para el sistema de navegación del robot. Está prohibido el uso de finales de carrera o cualquier otro mecanismo de detección de contacto, es decir durante la navegación el robot no deberá tocar las paredes del laberinto, caso contrario recibirá una amonestación. Únicamente las ruedas pueden estar en contacto sobre la pista, el robot no puede dejar marcas o indicios del camino recorrido. [3]

3.1.1

Chasis

El diseño del chasis es un factor importante en el éxito o no de la implementación del robot, dado que según su forma permitirá realizar desplazamientos con mayor o menor exactitud al recorrer el laberinto. Para este caso se diseñó un chasis de forma circular con los respectivos cortes para el ingreso de las ruedas que luego, acompañado con otras características de implementación, nos permitiría realizar movimientos más exactos (utilizamos otros aspectos en el diseño para lograr que el centro de giro de la circunferencia sea exactamente el centro del chasis por lo que la batería ocupada lo que representa el elemento más pesado se colocó en el centro para dar mejor control al giro). El diseño del circuito se realizó en el software de simulación EAGLE donde nos permite realizar nuestro chasis de forma circular para la distribución de peso. [4]

FIG 1. Chasis del robot laberinto una vez impreso en placa a doble cara.

3.1.2 Movimiento La trayectoria que realiza el robot es en línea recta con giros de 90º o 180° cuando detecta un obstáculo. La tracción utilizada es diferencial (fig. 2), lo que hace que los giros sean más sencillos y además permite realizar los movimientos sin más espacio que el que está ocupando (gira sobre su propio eje). Tracción diferencial Otro aspecto del diseño que se definió a priori fue la ubicación de las ruedas, dado que esto también impacta en la ubicación del centro de giro. En el prototipo se ubicaron en forma equidistante al centro. Para las ruedas se utilizaron modelos de plástico adquiridos en una electrónica y para los aros de las ruedas goma antideslizante para mejor adherencia a la pista. [5]

FIG 2. Tracción diferencial.

3.2 Electrónica 3.2.1 Sensores Sharp Digitales (Detección) La detección de pared se logra gracias a la utilización de sensores digitales los cuales en su respuesta nos indican un “0” o “1” dependiendo el caso en el que se encuentre el robot. Estos sensores son una excelente manera de detectar rápidamente la presencia de objetos cercanos. El sensor utilizado tiene un soporte de 2 a 10 cm. Existe unos pocos milímetros de histéresis alrededor del umbral de rango máximo y ninguna histéresis en el umbral de rango mínimo. Se toma en cuenta que estos sensores solo le indicarán si hay un objeto dentro del rango de detección a lo largo de sus líneas de visión estrechas; no indican qué tan lejos está el objeto. La salida, Vo, se baja cuando el sensor detecta un objeto; de lo contrario, la salida es alta. Se utilizaron 3 sensores similares para detectar los obstáculos del robot, uno ubicado en el frente y dos en los laterales [8] Características:  Voltaje de funcionamiento: 2,7 V a 6,2 V  Consumo de corriente: 5 mA (típico)  Rango de medición GP2Y0D810Z0F: 2 cm a 10 cm  Tipo de salida: digital  Tiempo de respuesta: 2.56 ms típico (3,77 ms máx)  Módulo de tamaño: 21,6 x 8,9 x 10,4 mm  Peso sin pasadores de cabecera: 1,3 g

FIG 3. Sensores de proximidad Sharp digitales de 2 a 10 cm

3.2.2

Motores Popolu 1 a 10

Para el caso de los motores dc, estos cumplen la función de darle movimiento al robot. Dependiendo de la función que realice, la superficie sobre la cual se mueva, el tamaño, el peso o inclusive la precisión de los motores que necesite el robot existen varias clases, entre los cuales se mencionan: motores de

corriente continua, motores paso a paso o servomotores. Para el robot Laberinto se han utilizado dos micromotores polulo de 10 a 1 cuyas dimensiones están entre 10x12x26 mm, los cuales son de alta potencia y operan con corriente continua Están diseñados para trabajar con un voltaje nominal de 6 volts aunque se ha comprobado que pueden funcionar en un rango de 3 -9 Volts. No se recomienda usar estos motores con voltajes menores o mayores ya que puede no resultar práctico o afectar la vida útil del motor. [9] Características     

Motorreductor miniatura con engranajes metálicos Sección transversal de solamente 10×12 mm Eje de salida en “D” de 9 mm de longitud y 3mm de diámetro Especificados para voltaje de operación de 6V Disponibles accesorios como soportes, encoders y llantas

FIG 4. Motores pololu 1 a 10

3.2.3

Driver del Motor L293D

Para controlar el sentido de giro y la velocidad de los motores se ha utilizado un puente H L293D para tener el PWM (Modulación por ancho de pulso) para el ingreso a los motores. El Circuito Integrado L293D y L293 incluye en su interior 4 drivers o medio puente H. La corriente máxima que el L293 puede manejar es de 1A a voltajes desde 4.5 volts a 36 volts, mientras que la corriente constante es de 600 mA. [10] Características       

Corriente de salida de 600 mA. Corriente pico de salida 1 A por canal (no repetitiva). C.I. que consta con 16 pines Alta inmunidad al ruido electrónico Alimentación de 45. a 36v Protección contra exceso de temperatura Diodos de protección incorporados

FIG 5. Driver L293D

3.2.4 Controlador Microprocesador ATMEGA 328 El Atmega328 AVR 8-bit es un Circuito integrado de alto rendimiento que está basado en un microcontrolador RISC, combinando 32 KB ISP flash una memoria con la capacidad de leer mientras escribe, 1 KB de memoria EEPROM, 2 KB de SRAM, 23 líneas de E/S de propósito general, 32 registros de proceso general, tres temporizadores flexibles/contadores con modo de comparación, interrupciones internas y externas, programador de modo USART, una interfaz serial orientada a byte de 2 cables, SPI puerto serial, 6-canales 10-bit Conversor A/D (canales en TQFP y QFN/MLF packages), "watchdog timer" programable con oscilador interno, y cinco modos de ahorro de energía seleccionables por software. El dispositivo opera entre 1.8 y 5.5 voltios. Por medio de la ejecución de poderosas instrucciones en un solo ciclo de reloj, el dispositivo alcanza una respuesta de 1 MIPS, balanceando consumo de energía y velocidad de proceso. [11]

FIG 6. Microprocesador ATmega 328

Para el controlador tomamos en cuenta las entradas y salidas que este tiene para poder ingresar las lecturas de los sensores, el ingreso del pwm y las respectivas alimentaciones. Lo cual se muestra en la siguiente tabla. FUNCION

PUERTOS

Serial PWM

PUENTE H

SENSORES SHARP PULSADORES

LED

PD0 PD1 PB1 PB2 PD2 PD3 PD4 PD7 PC0 PC1 PC2 PB0 PB3 PB4 PB5 PC3 PC4

NUMERO DE PIN 2 3 15 16 4 5 6 13 23 24 25 14 17 18 19 26 27

Rx Tx Enable 1 Enable 2

Sensor 1 Frontal Sensor 2 Late. Der Sensor 3 Late. Izq

TABLA 1 . Distribución de pines en el microcontrolador

3.2.5

Alimentación Batería Lipo

Para lograr un prototipo autónomo se utilizaro dos fuentes de alimentación independientes: en este caso se hizo uso de una batería lipo de 7.4V con un paquete de 2 celdas, a una carga de 300 mAh. La cual cuenta con una descarga continua de 35C y una velocidad de descarga de pico de 70c. Lo cual es suficiente para alimentar la placa y los motores el voltaje no va directamente a la placa sino que antes pasa por un regulador de voltaje. Esta batería se colocó en el centro de la placa en la parte inferior para no desfavorecer el equilibrio y el punto de apoyo de la placa.

FIG 7. Batería lipo.

4. OBTENCIÓN DEL CONTROLADOR PARA EL LABERINTO

20 20 30 30 10

𝑒(𝑡) = 0

𝑒(𝑡) = 20

10

𝑒(𝑡) = −20

Fig 8. Situaciones de errores

4.1 Cálculo del error en Robot Laberinto Cada sensor del robot lee la distancia a la pared. Cuando el robot está exactamente en el centro, la distancia a la pared derecha y a la pared izquierda debería ser la misma. Se define 𝑒(𝑡) como el error en el instante de tiempo t para una mayor exactitud. [12]

𝒆(𝒕) = 𝒔𝒆𝒏𝒔𝒐𝒓 𝑹(𝒕) − 𝒔𝒆𝒏𝒔𝒐𝒓 𝑳(𝒕) 𝐄𝐜𝟏. Ecuacion del cálculo del error

es decir, resto la lectura del sensor derecho a la lectura del sensor izquierdo. Como se muestra en la figura [8] hay tres situaciones:   

cuando el robot está en el centro, 𝑒(𝑡) = 0 . cuando está hacia la izquierda 𝑒(𝑡) es positivo cuando el robot está a la derecha 𝑒(𝑡) es negativo

el signo del error 𝑒(𝑡) = nos indica la dirección del error. El controlador ayuda que el error siempre es decir 𝑒(𝑡) = 0. 4.2 Respuesta de robot el movimiento de los motores debe ser proporcional al error 𝑒(𝑡). Si 𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑𝑅(𝑡) y 𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑𝐿(𝑡) es la velocidad del motor derecho e izquierdo respectivamente. entonces las velocidades en cada instante, debería estar definidas: 𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑𝑅(𝑡) = 𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑𝑅(𝑡) + 𝑒(𝑡).

𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑𝐿(𝑡) = 𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑𝐿(𝑡) - 𝑒(𝑡). 𝐄𝐜𝟐. Ecuacion del cálculo de velocidades

Entonces el error informa la velocidad del motor, y mientras que suma para el motor derecho, resta para el izquierdo. Con estas fórmulas se puede hacer que el robot camine y cuando se acerque a las paredes, comienza a girar de manera proporcional a la distancia de la pared. Sin embargo, este mecanismo de control puede hacer que el robot comience a ir de pared a pared, nunca encontrando el centro. Para eso podemos mejorar la respuesta 4.3 MEJORANDO LA RESPUESTA

∆𝑒 = 𝑒(𝑡) − 𝑒(𝑡 − 1)

∆𝑒 = 𝑒(𝑡) − 𝑒(𝑡 − 1)

𝑒(𝑡 − 1) = 15

𝑒(𝑡 − 1) = 22

𝑒(𝑡) = 5

𝑒(𝑡) = 20

Fig 9. Situaciones de error en dos situaciones

En la imagen [9] se muestra el movimiento del robot en dos situaciones, el robot está cerca de la pared izquierda y corrige según el error, sin embargo, se está moviendo hacia la pared. Al hacer la diferencia entre el error en el instante 𝑡, 𝑒(𝑡) y el error en el instante anterior 𝑒(𝑡 − 1), el error aumenta, a pesar de la corrección en el paso anterior. [12] El robot está cerca de la pared izquierda, sin embargo, se aleja de la pared. Lo sabemos porque al hacer la diferencia de 𝑒(𝑡) con el error tiempo anterior 𝑒(𝑡 − 1), el resultado es negativo Esta información también se puede utilizar para de alguna manera reforzar el cambio proporcional en la velocidad de motores. Definiendo 𝑑(𝑡) = 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟𝑅(𝑡 - 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟𝐿(𝑡), la función de error ahora quedaría así:

𝑒(𝑡) = 𝑑(𝑡) + [𝑑(𝑡) − 𝑑(𝑡 − 1)] 𝐄𝐜𝟐. Ecuacion del cambio proporcional en la velocidad de motores

NOTA: si 𝑑(𝑡 − 1)] > 𝑑(𝑡) el signo es negativo, y entonces le resta a la respuesta de 𝑒(𝑡). Es decir, dado que el robot ya va en la dirección adecuada, el cambio proporcional no sea tan intenso. 4.4 Formula Final Al momento que se quiera cambiar el peso que tiene cada término en la ecuación anterior, entonces se agrega dos constantes que se llaman 𝐾𝑝 y 𝐾𝑑 . La ecuación queda: [13]

𝑒(𝑡) = 𝐾𝑝 ∗ 𝑑(𝑡) + 𝐾𝑑 [𝑑(𝑡) − 𝑑(𝑡 − 1)] 𝐄𝐜𝟑. Ecuacion del cambio proporcional en la velocidad de motores con cambio de peso

5. DISEÑO Y IMPLEMENTACIÓN En la Figura [10] se muestra el diagrama de bloques de las partes que integrarán al robot laberinto, que son: microcontrolador Atmega 328, driver, sensor digital (sirve para saber la distancia del objeto al uC Atmega 328A), motores Pololu (cuya relación es 10:1), ruedas, batería de lipo 7.4v

Atmega 328 Driver

Bateria Lipo(7.4 v)

ROBOT LABERINTO Sensores Digitales (2cm - 10 cm)

Ruedas Motores (10:1) Fig 10. Partes que integran al robot

5.1 ARQUITECTUTA DEL ROBOR LABERINTO En la Figura [11] se muestra la arquitectura del robot, se diseñó así, con el propósito de evitar que el robot quede atrapado entre las paredes del laberinto. Es importante mencionar que, para esto, se ayuda mediante dos ruedas locas que giran sobre su propio eje hacia cualquier dirección. Además, el Laberinto tiene dos ruedas de tracción que mejoran el agarre del mismo sobre la superficie, las cuales tienen un diámetro de 22mm y están ubicadas en la placa superior de la tarjeta.

Fig 11. Arquitectura del Robot Laberinto

Fig 12. Diseño de placas en el Software Eagle para el Robot laberinto. Se utilizo una placa a doble cara.

Además, para el desarrollo y construcción del robot se va a utilizar el microcontrolador Atmega 328 que será colocado en el diseño de la placa electrónica y que a su vez será el chasis del robot, tal como se muestra en la Figura [12]. El diseño de la placa fue realizado en el programa Eagle, y que permite la conexión de los múltiples elementos que forman el robot laberinto. Entre los demás componentes también se puede mencionar el puente H, el mismo que nos permite controlar los motores, es decir, para realizar giros en ambos sentidos; otro componente es el microcontrolador Atmega 328 sirve para controlar y procesar la información proveniente de los 3 sensores digitales.

Fig 13. Implementación de la placa del Robot Laberinto

6. RESULTADOS Al robot laberinto se le hacen las pruebas en el hardware, en software y su funcionamiento en conjunto (pruebas en pista). PRUEBAS DE HARDWARE Implica comprobar el funcionamiento mecánico y de los circuitos diseñados. Todos los circuitos necesarios para el funcionamiento se los ha diseñado en una sola placa (doble cara) que a la vez servirá de chasis para el robot. En la placa se tiene el circuito de la alimentación, microcontrolador, sensores de pared, etc. Al armar el robot no se tuvo ningún inconveniente con la placa de circuitos, todo funcionó de acuerdo a lo diseñado y no se realizó ningún cambio. Se probó el funcionamiento del robot con los sensores laterales perpendiculares a la pared pero se tuvo problemas con el desplazamiento debido a que con la medida que éstos proporcionaban, el control no sabía la dirección de la desviación del robot lo cual no permitía incrementar la velocidad de navegación en el laberinto. Es por esto que se coloco los sensores con un ángulo de 34° ya que de ésta manera la medida tiene más significado para el control del robot, el robot ya sabe si se está acercando o alejando de la pared con lo cual se pudo incrementar la velocidad de navegación del robot. PRUEBAS EN SOFTWARE En el diseño del programa principal y el módulo de control se realizaron múltiples cambios y mejoras al algoritmo hasta obtener un mejor funcionamiento. Con el Microcontrolador ATmega328 se tiene una mejor recepción de datos es decir los datos son procesados con rapidez, con lo que el algoritmo se ejecuta a mayor velocidad. De esta manera se pudo conseguir que el seguimiento de las paredes del laberinto y los giros sean los adecuados para los algoritmos de solución implementados, evitando choques con las paredes del laberinto. PRUEBAS EN PISTA Una vez construido el prototipo y haber probado el correcto funcionamiento de hardware y software, se llevó a cabo las pruebas en pista para comprobar el desempeño del robot en un laberinto. Las pruebas se realizaron en base a la pista del Concurso de Robótica “RIOTRONIC 2018” de la ESPOCH (Figura 14 ). El objetivo para el robot es solucionar un laberinto en el menor tiempo posible sin topar las paredes, ya que recibiría una penalización de acuerdo al reglamento. La dimensión del laberinto es de 2 x 2 m y una distancia entre paredes de 25 cm. El ganador del Concurso Ecuatoriano de Robótica 2018 resolvió el laberinto en un tiempo de 30 segundos. Con este algoritmo el robot consiguió superar el laberinto en un tiempo aproximado de 25 s, es posible bajar este tiempo incrementando la velocidad de navegación, pero al hacerlo la probabilidad de choque aumenta lo cual no es deseado ya que de acuerdo al reglamento se recibe una penalización.

(b)

(a)

Fig 14. Pista de robot laberinto. (a) Pista del CER 2018. (b) Pista recreada para pruebas.

En la Tabla () se muestra la comparación en tiempo que se demora en solucionar el laberinto con tres y cinco sensores. Se debe tener en cuenta que el tiempo que se demora en solucionar el laberinto por los diferentes algoritmos dependerá del diseño de éste.

VUELTAS

TIEMPO-3 SENSORES

3SENSORES

5 SENSORES

1 2 3 TABLA 2 . Resultados y comparación de velocidad del laberinto

7. CONCLUSIONES Finalmente, como conclusión se tiene que el robot que resuelve laberintos es un proyecto realmente competitivo y ambicioso, ya que estos dos aspectos llegan a aumentar dependiendo en qué ámbito se le quiere dar aplicación y también las modificaciones o mejoras que se desee realizar para lograr el objetivo principal de dicho aparato. Este proyecto a sido de gran utilidad debido a que representa una aplicación práctica para emplear todos los conocimientos teóricos aprendidos en el aula de clase y en cuanto a la materia de maquinas la implementación seria en cuanto a los micromotores utilizados. Se realizó un análisis del funcionamiento del hardware y software, donde se logró obtener eficacia y velocidad que son necesaria y muy importante para realizar una competencia satisfactoria. Se diseñó el sistema detección que permite proporcionar de manera más eficaz información del exterior utilizando tres sensores Sharp que están ubicado en puntos estratégicos del robot para poder esquivar las paredes del laberinto.

8. REFERENCIAS [1,2] C. García, V. Verdezoto, C. Cedeño. “Implementación de dos robots autónomos para las categorías de seguidor de línea y laberinto”. Universidad Católica de Santiago de Guayaquil. 2016. [3] CLUB DE ROBÓTICA-ESPOCH EVENTO ROBOTRONIC 2018. Accessed December 2018 [Online]. Extraido: https://liveespochedu-my.sharepoint.com/personal/club_robotica_espoch_edu_ec/Documents/Forms/All.aspx?slr

[4] F. Sanchez, O. Rodriguez. “Robot autónomo para recorrer un laberinto”, Proyecto codiseño de aplicaciones. Universidad Tecnológica Nacional. 2011. [5] R. Caicedo, T. Trujillo, “Diseño e implementación de dos robots de competencia seguidor velocista y laberinto”. Proyecto de obtención de título de ingeniero en Electrónica y Control. Escuela Politécnica Nacional. Quito 2016. [6] L. Hernández, D. Hernández, E. Vázquez. “Robot para solucionar laberintos RAVEN”. Instituto tecnológico de Txtla Gutiérrez. 2011. [7] C. Acuña, E. Paredes. “Diseño y construcción de un robot móvil que pueda desplazarse dentro de un laberinto”. Escuela Politécnica Nacional. Quito 2016. [8] Pololu. Sensores Digitales Sharp Disponible en: http://www.pololu.com/file/0J154/GP2Y0D810Z0F.pdf Extraído: 14/07/2018 [9] Pololu. Micromotores Pololu 10 a 1. Disponible en: https://www.pololu.com/product/999 Extraído: 14/07/2018 [10] Instructables. Driver L293D. Disponible en: https://www.instructables.com/id/L293D-Motor-Driver/ Extraído: 18/07/2018 [11]Microchip. Datasheet. Disponible en: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-42735-8-bit-AVRMicrocontroller-ATmega328-328P_Datasheet.pdf Extraído: 18/07/2018 [12]K Ogata, Ingeniería en Control Moderna, 5ta ed., PEARSON Educación, Madrid España, 2010. [13]Extraído el 26 de Enero de 2017 desde: http://repositorio.ucsg.edu.ec/bitstream/3317/6607/1/T-UCSG-PRE-TEC-ITEL165.pdf