Proyecto Laboratorio De Mecatrónica (Robot de equilibrio de dos ruedas): 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

En este proyecto se muestra, el funcionamiento y el como hacer para elaborar un "Robot de equilibrio de dos ruedas" paso a paso y con explicación y concejos. Este es un sistema que consiste en que el robot no se debe caer, se debe mantener en el punto 0 de su punto de gravedad del giroscopio, y así poder moverlo y que este regrese por sí mismo a su posición original.

Paso 1: Paso 1: Material Requerido

o Mecánicos:

una. 1 metro de varilla roscada (3/8)

B. 14 tornillos M3 x.07 x 6

C. 24 tuercas M8 hexagonal

D. 3 tornillos M4 x.07 x 6

mi. Filamento PLA (500grs aprox)

o Electrónicos:

una. 1 interruptor interruptor

B. Arduino uno o nano

C. 2 motores nema 17

D. 2 conductores A4988

mi. 3 resistencias 1k

F. HC-05

gramo. MPU-6050

h. 2 capacitores de 100uf o 47uf

I. Batería lippo 11.1 V

o Piezas fabricadas:

una. 3 placas de MDF (120 x 170 x 6 mm)

B. Placa PCB (8 x 14 cm aprox)

C. Soporte batería

D. 2 soportes para motor

mi. 2 llantas

o Extras:

Softwares recomendados para la realización del proyecto.

una. Software Arduino IDE

B. SolidWorks 2018

C. Software Kidcad

Paso 2: Paso 2: Sistema Mecánico-estructura

El modelado de las piezas y estructura general se realizo en SolidWorks, primero se crearon las placas de MDF para checar el espacio disponible para usos posteriores. Estas placas son diferentes entre ellas, la placa inferior tendrá los orificios para los soportes de motores y batería, la central para nuestra PCB y la superior solo tendrá los orificios para darle su estructura.

Paso 3: Paso 3: Fabricación De Piezas 3D

Para el modo de los soportes y llantas igualmente utilizamos SolidWorks, estos soportes pueden ser modificados si así lo desean, para un mejor funcionamiento, los soportes tienen orificios de.35 cm de diámetro, para una mejor sujeción.

Paso 4: Paso 4: Sistema Eléctrico / electrónico

En este paso utilizamos una PCB, para elaborar las conexiones correspondientes, haciendo el enlace entre el arduino, el módulo de Bluetooth HC-05, un giroscopio 6050 y los drivers de los motores. Las conexiones son las que se muestran en la imagen. Asegúrese de hacer las conexiones correctamente, ya que de no ser así puede ocasionar que el sistema no funcione correctamente y no lo obedezca.

Paso 5: Paso 5: Software

Para el programa utilizamos un arduino, a continuación anexamos una parte de la programación con su explicación correspondiente, al igual anexo link, con el codigo completo:

Pos holdconfiguracion

// ganancias de control POSHOLD predeterminadas

#define POSHOLD_P 2.00

#define POSHOLD_I 0.0

#define POSHOLD_IMAX 20 // grados

#define POSHOLD_RATE_P 2.0

#define POSHOLD_RATE_I 0.08 // Control del viento

#define POSHOLD_RATE_D 0.045 // prueba 2 o 3 para POSHOLD_RATE 1

#define POSHOLD_RATE_IMAX 20 // grados

// ganancias PID de navegación por defecto

#define NAV_P 1.4

#define NAV_I 0.20 // Control del viento

#define NAV_D 0.08 //

#define NAV_IMAX 20 // grados

#define MINCHECK 1100

#define MAXCHECK 1900

Aqui se modifica las ganancias para el poss hold del sistema.

Configuración del giróscopo:

void Gyro_init () {

TWBR = ((F_CPU / 400000L) - 16) / 2; // cambia la frecuencia del reloj I2C a 400kHz

i2c_writeReg (MPU6050_ADDRESS, 0x6B, 0x80); // PWR_MGMT_1 - DEVICE_RESET 1

retraso (5);

i2c_writeReg (MPU6050_ADDRESS, 0x6B, 0x03); // PWR_MGMT_1 - SUEÑO 0; CICLO 0; TEMP_DIS 0; CLKSEL 3 (PLL con referencia Z Gyro)

i2c_writeReg (MPU6050_ADDRESS, 0x1A, MPU6050_DLPF_CFG); // CONFIG - EXT_SYNC_SET 0 (deshabilita el pin de entrada para sincronización de datos); predeterminado DLPF_CFG = 0 => ancho de banda ACC = 260Hz ancho de banda GYRO = 256Hz)

i2c_writeReg (MPU6050_ADDRESS, 0x1B, 0x18); // GYRO_CONFIG - FS_SEL = 3: escala completa establecida en 2000 grados / seg.

// habilita el bypass I2C para AUX I2C

#if definido (MAG)

i2c_writeReg (MPU6050_ADDRESS, 0x37, 0x02); // INT_PIN_CFG - INT_LEVEL = 0; INT_OPEN = 0; LATCH_INT_EN = 0; INT_RD_CLEAR = 0; FSYNC_INT_LEVEL = 0; FSYNC_INT_EN = 0; I2C_BYPASS_EN = 1; CLKOUT_EN = 0

#terminara si

}

void Gyro_getADC () {

i2c_getSixRawADC (MPU6050_ADDRESS, 0x43);

GYRO_ORIENTATION (((rawADC [0] 2, // rango: +/- 8192; +/- 2000 grados / seg

((rawADC [2] 2, ((rawADC [4] 2);

GYRO_Common ();

}

void ACC_init () {

i2c_writeReg (MPU6050_ADDRESS, 0x1C, 0x10); // ACCEL_CONFIG - AFS_SEL = 2 (escala completa = +/- 8G); ACCELL_HPF = 0 // tenga en cuenta que algo está mal en la especificación.

// nota: algo parece estar mal en la especificación aquí. Con AFS = 2 1G = 4096 pero según mi medida: 1G = 2048 (y 2048/8 = 256)

// confirmado aquí:

#si está definido (MPU6050_I2C_AUX_MASTER)

// en esta etapa, el MAG se configura a través de la función de inicio MAG original en el modo de bypass I2C

// ahora configuramos MPU como un dispositivo maestro I2C para manejar el MAG a través del puerto AUX I2C (hecho aquí para HMC5883)

i2c_writeReg (MPU6050_ADDRESS, 0x6A, 0b00100000); // USER_CTRL - DMP_EN = 0; FIFO_EN = 0; I2C_MST_EN = 1 (modo maestro I2C); I2C_IF_DIS = 0; FIFO_RESET = 0; I2C_MST_RESET = 0; SIG_COND_RESET = 0

i2c_writeReg (MPU6050_ADDRESS, 0x37, 0x00); // INT_PIN_CFG - INT_LEVEL = 0; INT_OPEN = 0; LATCH_INT_EN = 0; INT_RD_CLEAR = 0; FSYNC_INT_LEVEL = 0; FSYNC_INT_EN = 0; I2C_BYPASS_EN = 0; CLKOUT_EN = 0

i2c_writeReg (MPU6050_ADDRESS, 0x24, 0x0D); // I2C_MST_CTRL - MULT_MST_EN = 0; WAIT_FOR_ES = 0; SLV_3_FIFO_EN = 0; I2C_MST_P_NSR = 0; I2C_MST_CLK = 13 (bus de velocidad esclavo I2C = 400 kHz)

i2c_writeReg (MPU6050_ADDRESS, 0x25, 0x80 | MAG_ADDRESS); // I2C_SLV0_ADDR - I2C_SLV4_RW = 1 (operación de lectura); I2C_SLV4_ADDR = MAG_ADDRESS

i2c_writeReg (MPU6050_ADDRESS, 0x26, MAG_DATA_REGISTER); // I2C_SLV0_REG - 6 bytes de datos de MAG se almacenan en 6 registros. La primera dirección de registro es MAG_DATA_REGISTER

i2c_writeReg (MPU6050_ADDRESS, 0x27, 0x86); // I2C_SLV0_CTRL - I2C_SLV0_EN = 1; I2C_SLV0_BYTE_SW = 0; I2C_SLV0_REG_DIS = 0; I2C_SLV0_GRP = 0; I2C_SLV0_LEN = 3 (3x2 bytes)

#terminara si

}

void ACC_getADC () {

i2c_getSixRawADC (MPU6050_ADDRESS, 0x3B);

ACC_ORIENTATION (((rawADC [0] 3, ((rawADC [2] 3, ((rawADC [4] 3);

ACC_Common ();

}

// La función de adquisición MAG debe ser reemplazada porque ahora hablamos con el dispositivo MPU

#si está definido (MPU6050_I2C_AUX_MASTER)

void Device_Mag_getADC () {

i2c_getSixRawADC (MPU6050_ADDRESS, 0x49); // 0x49 es la primera sala de memoria para EXT_SENS_DATA

#if definido (HMC5843)

MAG_ORIENTATION (((rawADC [0] << 8) | rawADC [1]), ((rawADC [2] << 8) | rawADC [3]), ((rawADC [4] << 8) | rawADC [5]));

#terminara si

#si está definido (HMC5883)

MAG_ORIENTATION (((rawADC [0] << 8) | rawADC [1]), ((rawADC [4] << 8) | rawADC [5]), ((rawADC [2] << 8) | rawADC [3]));

#terminara si

#if definido (MAG3110)

MAG_ORIENTATION (((rawADC [0] << 8) | rawADC [1]), ((rawADC [2] << 8) | rawADC [3]), ((rawADC [4] << 8) | rawADC [5]));

#terminara si

}

#terminara si

#terminara si

Paso 6: Paso 6: Consejos

1. Diseño Mecánico: Utilizar y hacer el diseño que mas les convenga, para el uso que se le quiere dar al robot, medir todo bien, para la hora de hacer cortes láser o impresiones en 3D, no tengan que volver a hacerlo y todo quede a la perfección.

2. Diseño eléctrico: Hacer su propia PCB, para que tengan bien ubicadas las conexiones que tienen que hacer, de igual manera hacer primero las conexiones en una protoboard, para comprobar que cuando la pongan en el PCB el funcionamiento sea el correcto y no tengan que agregar mas conexiones o volver a imprimir el PCB.

3. Diseño Software: Guiarse con la programación base expuesta, pero tratar de hacer su propia programación, para llegar a entender bien el funcionamiento y en caso de que no funcione la programación saber como cambiar las instrucciones para que funcione correctamente.