Vehículo explorador terrestre.

Vehículo explorador  terrestre

(IM2-Explorer)

García Partido Bryan de Jesús, De Lucio Sánchez Joel, Velueta Martínez Carlos Gabriel

Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería Hidalgo, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad del Conocimiento y la Cultura.  Pachuca de Soto, Hidalgo, 42040, México

Resumen:

En este documento se describe el desarrollo del prototipo de un vehículo explorador, todo esto utilizando sensores ópticos, ultrasónicos, un micro-controlador y motores de corriente continua como únicos actuadores.  La capacidad de exploración es dirigida por el micro controlador el cual toma decisiones a partir de los datos recibidos desde los sensores ultrasónicos. Se considera además la escritura de la ruta explorada en una tarjeta micro SD en un archivo de texto.

Palabras clave: Explorador, sensor ultrasónico, almacenamiento de datos, comunicación.

Keywords: Explorer, ultrasonic sensor, data saving, communication.

1. Introducción

Acceder a ciertos espacios en los cuales se tenga desconocimiento del mismo puede ser complicado para un humano, en especial entrar a lugares cerrados y con poca o nula iluminación, como lo pueden ser minas, cuevas, lugares donde acontecieron ciertos desastres, entre otros.. En este sentido en este trabajo se presenta el desarrollo de un vehículo de exploración, el cual es capaz de almacenar su ruta. Esto evitaría muchos riesgos y optimizaría el tiempo utilizado para la investigación de este medio.

Un vehículo explorador es aquel que puede dar información acerca del entorno en el que se encuentra, esta puede ser temperatura, tipo del terreno, factor de humedad, distancia recorrida, etc. Para la realización de este trabajo se utilizó un vehículo de ruedas omnidireccionales mecanum [6], lo que le permitió dar dirección al vehículo. Este se puede guiar autónomamente gracias a la implementación de sensores ultrasónicos para poder medir distancia del vehículo a un obstáculo, y posteriormente si es necesario poder evitarlo.

Para la medición de distancias se utilizó un encoder, posteriormente, con los datos obtenidos se creara una ruta que será almacenada en un archivo .txt  dentro de una memoria microSD. Dicho archivo se visualizó en diferentes dispositivos  capaces de leer el formato el cual fue interpretado.

1. Vehículo explorador

Se pueden encontrar diferentes tipos de vehículos exploradores, que pueden ser clasificados según el entorno para el que éste fue diseñado:

• Terrestres

• De ruedas
• Articulares
• De orugas

• Acuáticos
• Aéreos
• Espaciales

2.1 Vehículos de exploración terrestre

El vehículo que se utilizó (ver Fig. 1.) fue de ruedas, debido al control que se puede tener sobre sus actuadores y el movimiento que proporcionan sus ruedas omnidireccionales mecanum [6].

Los vehículos de exploración terrestre solo pueden utilizarse en terrenos sólidos y lisos. El arreglo habitual de estos vehículos es de 4 ruedas con un sistema de suspensión para que esté en contacto con el suelo todo el tiempo. Este tipo de vehículos generalmente utilizan la configuración Ackerman [1]; sin embargo se optó por utilizar la configuración Omni-2 [6] sin suspensión por su factibilidad en el movimiento.[pic 1]

Al prototipo propuesto (Fig. 1.) le fueron implementados 2 sensores ultrasónicos los cuales mediante pulsos son capaces de medir distancias hacia los obstáculos que se presenten [4].  [pic 2]

Este vehículo será utilizado en espacios cerrados como: cuevas, minas, o en desastres naturales donde sea importante el levantamiento de una ruta de acceso.

Según Pérez D. en muchas aplicaciones de sistemas electrónicos, y en general en cualquier sistema de instrumentación, es necesario almacenar grandes cantidades de datos en donde las memorias seriales EEPROM de los micro-controladores suelen ser insuficientes para tal objetivo. Por tanto, el uso de las memorias tipo flash nos brinda una gran ventaja, otorgándonos gran capacidad de almacenamiento y una gran disponibilidad en mercado a bajo costo. Por lo tanto los datos que recolecte con los sensores serán transmitidos a una tarjeta de almacenamiento SD, ya que las cantidades de información serán muy grandes y será muy difícil que el micro controlador empleado se capaz de guardarlas [5].

1. Materiales y métodos:

En la figura 2 se muestra en diagrama de bloques la lógica de funcionamiento del prototipo de vehículo explorador propuesto. Así mismo, posteriormente la descripción de cada uno de ellos.

[pic 3]

[pic 4]

3.1 Control  (PIC 16f887).

Como elemento de control para el vehículo, se utilizó un micro-controlador PIC16F877 (Microchip Corp.) el cual tiene una memoria de programa tipo FLASH de 14 Kb, arquitectura Mid-Range 8 bit, cuenta con un timer de 16 bits (Timer 0) [8]  y dos timers más de 8 bits (Timer 1 y Timer 2), los timers pueden ocuparse en modo temporizador y en modo contador. El encapsulado más común es el de 40 pines. El consumo de corriente del micro-controlador para su funcionamiento depende del voltaje de operación, la frecuencia y de las cargas que tengan sus pines.

El micro-controlador es el centro de almacenamiento de información y ejecución de instrucciones. Éste activa los sensores ultrasónicos y recibe la señal que ellos envían en forma de ancho de pulso para conocer la distancia que se está midiendo, este proceso se logra utilizando el Timer 0 en modo de temporizador para medir el ancho de pulso y después de hacer la conversión indicada por el fabricante [2] del sensor se conoce la distancia en cm. A partir de las mediciones que toman los sensores, el micro-controlador envía las señales para activar los motores y que el vehículo se mueva en la dirección conveniente.

Para conocer la distancia recorrida el micro-controlador recibe la señal de los sensores ópticos y por cada señal que estos emiten, incrementa en uno la variable de la distancia.

3.2 Sensor Ultrasónico.

Para medir las distancias, se utilizó el sensor ultrasónico HC-SR02 (ElecFreaks) el cual permite medir un intervalo de distancias de 2cm a 400cm, su voltaje de operaciónes de 5V, tiene una frecuencia de 40 KHz y tiene un ángulo de vista  de 30º.

Para poner en marcha el sensor, el micro-controlador fue programado para ejecutar la rutina de operación propuesta por el fabricante, la cual sugiere generar un pulso de 10 uS en el pin trigger del sensor. Al recibir esta señal, el sensor genera 8 pulsos a una frecuencia de 40KHz (señal ultrasónica) y envía un pulso de regreso al micro-controlador de un ancho específico acorde al tiempo que tardó en rebotar la señal ultrasónica, esto a través del pin ECHO, se debe detectar este evento e iniciar un conteo de tiempo, luego recibe la información y la traslada a la distancia.

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