sistemas de control i proyecto final construcción y control de un
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1. SISTEMAS DE CONTROL I PROYECTO FINAL CONSTRUCCI N Y CONTROL DE UN ROBOT AUTO BALANCEADO UTILIZANDO LEGO MINDSTORM RCX OBJETIVO Construir un robot auto balanceado en su posici n de operaci n inestable p ndulo invertido con base a un sistema educativo Lego Mindstorm RCX el cual logre este objetivo por medio de accionar los motores en sus 2 ruedas y utilizar un sensor infrarrojo para detectar la inclinaci n del robot adem s el robot debe detenerse por un sensor de l mite El algoritmo de control ser programado por medio del lenguaje RobotC y debe mantener al robot balanceado al menos por 15 segundos AS EF yy s a Ea le a e y dd I REGLAS DE OPERACI N Los alumnos trabajar n en el Laboratorio de Instrumentaci n y Control en equipos de 4 o 5 alumnos donde a cada equipo se le asignar un kit educativo Lego Mindstorm RCX y una PC para la programaci n del robot Aunque debido al espacio limitado del laboratorio solo 2 miembros del equipo pueden estar en el laboratorio al mismo tiempo Cada computadora tiene instalado el software RobotC http www robotc net y una carpeta en el escritorio que contiene un manual de usuario con pr cticas para facilitar el aprendizaje del programa y una gu a de referencia El laboratorio se encontrar abierto de las 8 00 14 00 hrs y de las 17 00 20 00 hrs a partir del 5 mayo hasta el 21 mayo Cada equipo debe hacerse responsable de cuidar el material que se le haya asignado2. as como no instalar ning n otro software en las computadoras Adem s los equipos de 4 deber n ser respetuosos del trabajo y material de los dem s as como mantener un ambiente adecuado de trabajo en el laboratorio No se permitir n la entrada a estudiantes ajenos a la materia de Sistemas de Control I al Laboratorio de Instrumentaci n y Control para propia seguridad de los equipos Despu s de la evaluaci n experimental cada equipo deber entregar el kit educativo Lego Mindstorm RCX tal como fue recibido DESCRIPCI N DE ACTIVIDADES Primeramente los integrantes del equipo deber n construir su robot seg n su propio ingenio y programarlo para realizar el balanceo del mismo donde para el dise o tendr n en cuenta el peso resultante y una distribuci n uniforme Por otro lado la medici n que permitir evaluar si el robot se encuentra en la posici n de equilibrio ser el sensor infrarrojo que se encuentra formado por un fotodiodo y un fototransistor es decir con base a la luz emitida por el fotodiodo el fototransistor detectar una intensidad de luz resultante La intensidad de esta luz incidente puede correlacionarse con la distancia a la superficie de rodamiento x y esta a su vez con el desplazamiento angular 6 utilizando la siguiente configuraci n Por lo tanto si la medici n de intensidad se incrementa significa que el robot se inclina hacia el enfrente y en consecuencia el robot deber moverse hacia
3. atr s Mientras tanto si el medici n se decrementa significa que el robot se inclina hacia atr s y el robot debe accionarse al frente En consecuencia dentro del algoritmo de balanceo primeramente se debe programar una rutina para definir la posici n de equilibrio y guardarse esta medici n como referencia del algoritmo de control Enseguida con base al error de regulaci n error referencia medici n se sugiere utilizar una ley de control PD proporcional derivativa para accionar los motores del robot Cabe mencionar que se sugiere utilizar un 2 de 4 espejo como superficie de rodamiento de forma que exista un reflejo uniforme de la luz proveniente del fotodiodo en todo momento La plataforma de programaci n ser RobotC que es un lenguaje basado en C para implementar algoritmos en el Lego Mindstorm RCX y NXT http www robotc net La comunicaci n entre el robot Lego y la computadora se realiza por medio de una Torre de Transmisi n Infrarroja para enviar y recibir informaci n de forma inal mbrica aunque debe cuidarse siempre mantener una l nea de vista entre el robot y la torre Este lenguaje tiene funciones especiales para leer los puertos de medici n y activar los motores aunque deben cuidarse ciertos aspectos La implementaci n se realiza en tiempo discreto por lo que el control PD estar a dado por Accionamiento del motor k Kp error k Kd error k error k 1 Los c lculos en la implementaci n s
4. e realizan con n meros enteros Los motores no tienen una relaci n uniforme entre el voltaje aplicado y revoluciones de la flecha se sugieren ganancias de control diferentes por cada motor Las mediciones del sensor infrarrojo contienen ruido por lo que sugiere implementar un promediador de 2 orden gt medici n medici n lectura del sensor 2 En el calculo del error puede incluirse una zona muerta para evitar un accionamiento continuo de los motores Si lerror k gt umbral Accionamiento del motor gt Ley de Control PD Contrario Accionamiento del motor gt 0 La estructura global del algoritmo de control estar a dada por 3 de 4 La evaluaci n del algoritmo de control se realizar dependiendo del tiempo que el robot se mantenga balanceado y el equipo de logre el mayor tiempo con base a 3 mediciones ser el ganador La puntuaci n de la evaluaci n experimental ser como sigue Alcance Puntuaci n Construcci n apropiada y dise o robusto Estabilizaci n entre 5 y 10 segs Estabilizaci n entre 10 y 15 segs Estabilizaci n gt 15 segs 100 pts El equipo ganador y que cumpla con un tiempo mayor a 15 segs obtendr un punto extra sobre la calificaci n final Finalmente despu s de la evaluaci n cada equipo deber entregar un reporte donde incluyan fotos de su robot el o los programas implementados el registro del tiempo de estabilizaci n y conclusiones del proyecto La calificaci n del proy
5. ecto se conformar por el resultado de la evaluaci n experimental 50 y la calidad del reporte 50 e ETAPAS El desarrollo de los objetivos del proyecto puede llevarse a cabo a partir de 6 etapas clave I Construcci n del Robot II Pr cticas de prueba en el software RobotC II Desarrollo del algoritmo de balanceo IV Implementaci n del algoritmo de balanceo y depuraci n V Evaluaci n experimental y presentaci n del algoritmo de control gt lunes 24 mayo 12 hrs Sala de Usos M ltiples VI Elaboraci n y entrega del reporte final gt martes 25 mayo e EQUIPOS JeQUIPO EQUIPO 2BBNEOQUIPO 3BYWJEOUIPO 4 Hern ndez C Viramontes C Zamarripa C Le n C Padr n Gutierrez L pez Navarro o Joaqu n Cant Orlando Correa 4 de 4
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