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domingo, 27 de janeiro de 2013

LINUSBot - Robot Seguidor de linhas





Esta barra, indica o nível de dificuldade encontrado para cada experiência realizada.
sendo:
"VERDE", indicação de nível 1 a 5 (Fácil);
"AMARELO", indicação de nível 6 a 8 (Médio);
VERMELHO, indicação de nível 9 e 10 (Difícil);


LINUSBot - Line Follower - Seguidor de Linhas


O funcionamento deste Robot é bastante simples.

Sensores Infra-vermelho colocados à frente do chassis (neste projeto usaremos o um chassi apropriado do tipo redondo) irão monitorar quando o nosso Robot está sobre uma linha negra ou quando está sobre um fundo  branco.
No caso de o Robot estar sobre a linha negra, ele irá sempre à frente; e no caso de sair da linha e cair em uma área branca, ele irá determinar se deverá corrigir para a esquerda ou para a direita, e assim manter-se sobre a linha negra.

Como sensores será usado o array de sensores infra-vermelho Pololu (também chamado de sensor de reflectância) QTRx8RC, constituído de 8 sensores (serão usados somente 5) QRE1113GR.
Essse array, tem uma saída digital e pode ser facilmente utilizado (usando a biblioteca apropriada da Pololu) para determinar a posição da linha em relação aos sensores.





Este array de sensores pode ser quebrado para formar um conjunto com 6 sensores e outro com 2 sensores.
Para mais informações sobre o array de sensores infra-vermelho, visite:

http://www.pololu.com/catalog/product/961

Neste primeiro projeto, usaremos um controle rudmentar para o nosso robot, ou seja nos preocuparemos em manter o robot seguindo a linha apenas...
Para isto criaremos uma pista de teste para o robot rodar, e poderemos observar que os movimentos do robot serão um tanto quanto "robóticos", ou seja: não muito suaves, porém bruscos.


Pista:
Montada conforme diagrama abaixo em um fundo branco e linha preta.

Curvas de 6".








HARDWARE E COMPONENTES:

Material necessário:
1 X Arduino UNO, MEGA, Duemilanove ou Teensy 2.0++
1 x prototype shield (opcional)(altamente recomendável)
1 x PONTE-H dupla
2 x Gear Box com relação 30:1 de transmissão e motor DC associado
2 x Rodas Polulu ou equivalente
2 x Baterias 9V 400 mA/h
2 x clip de bateria 9V
1 x Ball caster (terceira roda)
fios e cabos para as conexões
parafusos, porcas, arruelas, espaçadores para a montagem
2 x peças de acrílico para o corte do chassis
ferramentas em geral



Projeto, esquema, construção - detalhes:


Corte Circular

Recorte das Rodas

Parte Inferior

Parte Superior





Vamos às pinagens:

1 - motores ligados aos pinos de saída da Ponte-H;
2 - bateria de 9V ligado ao VCC (+) e GND (-) da Ponte-H;
3 - pinos in1, in2, in3 e in4 da Ponte-H ligado ao arduino nos pinos: 10, 11, 5 e 6 respectivamente;
4 - pinos 1, 2, 3, 4 e 5 do sensor QTR, ligar aos pinos A0, A1, A2, A3 e A4 (observar que o sensor 1 deve ser o mais à esquerda);
5- LCD ligar como no diagrama: pinos R/W - 13, Enable - 12, dados - 9, 8, 7 e 4 (depende do tipo do seu display);
6 - Botão ligado ao pino 2 do Arduino;
7 - Buzzer ligado ao pino 3 do Arduino;
8 - Sensor de bateria ligado ao pino A5
consiste de dois resistores 10K/5K ligados ao GND/VCC e no centro ligado ao arduino. Como abaixo

|GND|---/\/\/\/------/\/\/\/-----|VCC|
            10K     |    5K
                      |


Esquema geral de conexões



Chassis:

O chassi foi criado especificamente para este projeto do robot Seguidor de linhas "LINUSBot"

Abaixo está o projeto completo do chassi, com dimensões e as vistas de cortes.

Também as fotos reais das fases de montagem.

A disposição dos módulos no chassis pode ser de acordo com o seu próprio design, porém devem ser respeitados alguns critérios, tal como: o peso dos componentes deverm ser apoiados na parte traseira e nunca na frente do chassis.... etc...

Primeiro protótipo:
Feito em madeirite fino de 3 mm.  Funcionou muito bem, poderia ser um projeto final.

Vejamos algumas fotos:


2 partes circulares de madeirite cortadas


Corte nas laterias para acomodação das rodas
Detalhe de fixação dos motores/rodas (parte de baixo), sensores e ball caster (taxinha)

Detalhe de fixação do array Pololu

Detalhe de fixação dos motores (parte de  cima)

Fixação dos espaçadores das camadas inferior e superior

Disposição inicial dos módulos na parte superior

Parte inferior


Parte superior, disposição de espaçadores dos módulos

Modulos fixados


Parte superior cabeada, segundo o diagrama esquemático

Pronto para o primeiro teste

Testado e aprovado, faltando alguns ajustes no software

Detalhe dos sensores cabeados; um grupo de 6 sensores e um grupo de 3 alimentação e controle dos LEDs infra

Detalhe da parte superior

Detalhe da parte inferior e sensores

Detalhe das baterias e ball caster (ainda a taxinha)

Uma grande solução para o Ball casters, é usar um roll-on de um batton de brilho.  Isso a Pololu cobra 2$, e você pode adquirir por R$1,00

Este é o original Pololu.
http://www.pololu.com/catalog/product/174

Ficou excelente esta solução... Recomendo!



Ball caster feito de Batton tipo Roll-on

Detalhe do caster-ball, um pingo de cola tudo e resolvido.

Rodas:
Pololu $7
http://www.pololu.com/catalog/product/1088




Diâmetro - 32 x 7 mm

Uma solução usada, foi comprar uma moto de plastico cuja roda é aproximadamente o mesmo diâmetro, e revestila com uma fita isolante de pressão plástica. R$5,00.
Vejam nas fotos que ficou muito boa a solução.



Motores:
SolarBotics Pololu $20 cada
http://www.pololu.com/catalog/product/641

Se você puder gastar, Recomendo!
Estes motores e gearbox são excelentes, pequenos, baixo cosumo, grande torque, relação 30:1, etc...

Solução encontrada R$30,00 kit com dois
motor, roda off-road, gearbox 30:1
http://seriallink.com.br/loja/product_info.php?cPath=55&products_id=188&language=pt&osCsid=o5b62h3u44ohs0bkh9v57r9up0



Bem eficaz!
A adaptação das rodas utilizadas, ficou perfeitamente ajustada.



Segundo protótipo:

Feito em acrílico.


Corte das duas placas de acrílico no formato circular



Recorte para as rodas

Posicionamento do sensor
 Notar que o sensor do meio, deve ficar alinhado ao centro da placa


Detalhe da ranhura para os pinos do sensor

Furação e inserção do sensor na ranhura

Fixação com parafusos

Posicionamento dos módulos


Detalhe de pinagem dos sesnores



Pista de teste


Detalhe de pinagem do LCD




Após o primeiro teste, bem sucedido de primeira




SOFTWARE E PROGRAMAÇÃO:

No link abaixo você encontra a versão completa e explicada do software utilizado.

http://www.4shared.com/file/8yKb70LD/LINUSBot_9_3pi_modelo.html

Obtenha todos os arquivos necessários no GitHub:
https://github.com/Arduinobymyself/LINUSBot.git

O projeto foi desenvolvido, nos moldes do Robot 3pi da Pololu.

Nove versões foram desenvolvidas com vários tipos de sensores LDRs, Infra-vermelho TCRT5000, TIL32/TIL78 e o array QTR-8RC da pololu.

Para este primeiro protótipo, o desempenho foi muito bom.

Vejam o vídeo para confirmação.







VÍDEOS E TESTES:

Dúvidas e sugestões para: arduinobymyself@gmail.com

Primeiro Protótipo:
screencast: http://www.screencast.com/t/mVXhRPWH
youtube: http://www.youtube.com/watch?v=YEzRKP34UGs&feature=youtu.be


Segundo protótipo:

screencast: http://www.screencast.com/t/6LN3XlDg3cJ
youtube: http://youtu.be/Z046AKObE34









Aguarde o próximo post, onde veremos um controle mais preciso do LINUSBot, utilizando controle PID (Proporcional Integral Derivativo).


E o próximo projeto de um Maze Solver (LINUSBot resolvendo labirintos...)

Até lá......... vai ser Show!

domingo, 6 de janeiro de 2013

Sensor IR - Projetos








Bem Vindo ao ano 2013, Felicidades.




Esta barra, indica o nível de dificuldade encontrado para cada experiência realizada.
sendo:
"VERDE", indicação de nível 1 a 5 (Fácil);
"AMARELO", indicação de nível 6 a 8 (Médio);
VERMELHO, indicação de nível 9 e 10 (Difícil);


Sensoreamento com Infra-Vermelho


O componente TCRT5000,  é composto de um emissor/receptor infra-vermelho, (ou até mesmo com componentes avulsos, por exemplo um TIL32 e um TIL78) é possível fazer um sensor detector de infra-vermelhos.
O alcance deste tipo de sensor é limitado a alguns centímetros, sendo apropriado para uso como sensores de presença e ou de linha.

Na verdade este tipo de sensor tem uma  ampla gama de usos, abaixo uma lista com os usos mais comuns:

Contadores de Objetos;
Sensor de Passagem;
Sensor de Presença;
Sensor de Distância;
Sensor de Posição;
Sensor de Rotação;
Sensor de Linha.

O funcionamento e bastante simples:

O emissor infra-vermelho, emite uma luz cuja radiação está no comprimento de onda do infra-vermelho acima de 800nm até 1mm frequência de 300GHz a 400 THz.
Dividida em três categorias: radiação infravermelha curta (0,8-1,5 µm), média (1,5-5,6 µm) e longa (5,6-1.000 µm).


Veja figura abaixo, que mostra onde se encontra a radiação IR dentro do espectro global.

Para saber mais, visite: http://pt.wikipedia.org/wiki/Radia%C3%A7%C3%A3o_infravermelha



A radiação solar e sua composição





Espectro e luz visível


Cachorro visto com uma câmera infra-vermelho e temperatura




Essa radiação emitida, quando refletida por um objeto, alcança o receptor infra-vermelho, que gera uma tensão proporcional a quantidade de radiação recebida (normalmente o receptor é um foto-transistor, e a radiação infra-vermelho incidente polariza sua base, deixando passar corrente do coletor para o emissor, conforme a intensidade de polarização recebida).


Reflexão do infra-vermelho






Par emissor TIL32 e receptor TIL78
TIL78 é um foto-transistor




A tensão de saída pode ser medida de forma analógica, ou se necessário, com componentes externos tais como amplificadores operacionais e schmitt-trigger que podem ser usados para transformar em sinal digital.

Para os componentes TIL32 e TIL78, existem diversos tipos de cores no encapsulamento e muito pareceidos, podendo haver confusão, para testar, polarize o emissor com um resistor de 330R e verifique com uma câmera fotográfica, se ele está "acendendo"....
Para o receptor, polarize com um resistor de 10K e verifique  se a tensão no terminal de saída varia conforme você vai fazendo "sombra" no componente (use o emissor para gerar o infra-vermelho ou até mesmo a luz do sol...).

Polarização do componente receptor e curva característica



Envolucro e substrato


Para o componente TRCT5000, já temos o para emissor-receptor em uma base apropriada para uso.
Veja abaixo um diagrama comum de ligação do componente.
Diagrama genérico de ligação
Componente - o emissor é o azul claro um foto-diodo; e o receptor o azul escuro, um foto-transistor


Note que existe um chanfro indicando o emissor  infra-vermelho

Dimensões

PROJETOS:

Entendido o funcionamento de um sensor infra-vermelho, podemos agora efetuar testes básicos de funcionamento

O primeiro projeto, será somente para teste do sensor; consiste em fazer a leitura do sensor e interpretar os dados, observando pela porta console serial.

O segundo projeto, consiste em fazer um simulador de presença / distância, também observando e interpretando os dados provenientes da porta console serial e de um LED para mostrar a informação.

O terceiro projeto é um contador, na verdade faremos um contador de quando o sensor está numa linha preta ou em uma área branca e interpretaremos a saída via console serial.



HARDWARE & MATERIAL:

1 x Arduino UNO, MEGA, Duemilanove ou Teensy 2.0++

1 x BreadBoard
1 x Sensor IR TCRT5000 ou equivalente
1 x LED difuso verde
1 x TIL32 (opcional)
1 x TIL78 (opcional)
1 x Resistor de 220R
1 x Resistor de 150R
1 x Resistor de 10K
fios e cabos para as conexões





LAYOUT & DIAGRAMA:


Utilizaremos o mesmo Hardware para os três projetos.
Abaixo o esquema em fritzing.










No esquema, foi usado o LED 1 que é o receptor foto-transistor (TIL-78) e o LED 2 como sendo o emissor infra-vermelho (TIL-32).
O LED 3 é um LED comum para indicações de estado.



SOFTWARE E PROGRAMAÇÃO:

Basicamente a programação consiste em:
1 - definir pinos e variáveis
2 - configurar pinos
3 - configurar comunicação serial
4 - ler o sensor IR
5 - imprimir dados na serial
6 - analisar os dados obtidos
7 - fazer algo com os dados (contar, acender led, acionar buzzer, etc...)

Abaixo o link para download via 4shared dos projetos.


http://www.4shared.com/file/FUURwM21/IR_Teste_Sensor.html

http://www.4shared.com/file/7gDYPvOQ/IR_SensorProximidade.html






VÍDEOS & TESTES:

Dúvidas e sugestões para: arduinobymyself@gmail.com

Projeto 1 (teste básico do sensor IR)
screencast: http://www.screencast.com/t/3EiyqKk7
youtube: http://www.youtube.com/watch?v=yf1b-T_4l2Q

 


Projeto 2 (Sensor de distância/proximidade)
screencast: http://www.screencast.com/t/xfYmzAJo
youtube: http://www.youtube.com/watch?v=ztMVRB7nttw




Projeto 3 (Contador de objetos)
screencast: http://www.screencast.com/t/4J3g7hvyPrB
youtube: http://www.youtube.com/watch?v=ckkO5lsroUo



Até o próximo projeto.