Construcció d’un

robot a partir

de residus

electrónics

Iban Moscoso Rubert

Tutor: Jordi Sellarès

Juny 2012

Eng. Tèc. Industrial, esp.

Electrónica Industrial

Introducció

Justificació del projecte

En la societat de consum que vivim avui

en dia es generen gran quantitat de

residus.

Aquests contenen diversos contaminants

altaments perjudicials per el medi

ambient i la salut.

Filosofia “d’usar i llençar” instaurada a la

societat que agreuja més el problema.

Antecedents

Videocàmera de visió nocturna: Videocàmera modificada per poder

grabar en la foscor.

Dixi: Robot rastrejador fet amb

elements reciclats.

PH-Bot: Robot seguidor de vigilància a

Distància per persones amb mobilitat

reduïda i malaltes.

Objectius

Reciclar i recuperar components

electrònics, preparar-los per

posteriorment poder utilitzar-los i trobar les

seves especificacions técniques.

Demostrar que amb la majoria d’aquests

components es possible construïr un

robot.

Descripció general

El robot constarà de diferents parts:

• Motors (tracció i direcció): Encarregats de proporcionar

el moviment i gir del robot.

• Encoders: S’encarregaràn de controlar en tot moment la

posició del robot.

• Circuit de control: Es on hi haurà el

“cervell” del robot.

• Bateria: Proporcionarà electricitat

al robot.

• Carregador: Permetrà carregar

les bateries del robot.

Elements que s’han recuperat

Característiques del robot

Tracció: S’utilitzaràn motors de contínua.

Alimentació: Farem servir bateries

recarregables Ni-Mh AA.

Control robot: Es farà a través d’un

controlador Arduino i de dos encoders.

Control motors: Realitzat a travès de

l’Arduino i a través del driver L293D.

Disseny del

robot

Part mecànica

Estructura del robot Per al xassis utilitzarem una

carcassa de CD-rom.

Els eixos i les rodes les treurem d’una impressora i els tallarem a

mida.

El motor de tracció es col.locarà

paral.lel a l’eix de darrera unit amb aquest amb una corretja.

El motor de direcció farà girar un

eix vertical al qual hi ha unida la

roda boja.

Finalment es col.locarà el

connector del carregador a un

dels costats.

Disseny del

robot

Part elèctrica

Bateries AA Ni-Mh Cada bateria Ni-Mh té una

tensió d’1.2 V, i una capacitat de 2350 mAh.

Hem utilitzat 8 bateries Ni-Mh connectades en sèrie, el que dona un total de 9,6 V i 2350 mAh.

En el nostre cas, els motors consumeixen aproximadament 1 A, per tant la seva autonomia serà aproximadament de 2 hores, tal i com es pot veure a la gràfica de descàrrega.

Carregador de bateríes Per carregar les bateríes es connectarà el carregador i

s’apretarà l’interruptor de càrrega. El LED s’encendrà.

Quan ja estiguin carregades es treu el carregador i es

desactiva l’interruptor per que funcioni autónomament.

Les bateríes també es carreguen mentre estiguem fent

funcionar el robot amb el carregador connectat.

Disseny del

robot

Part electrònica

Proves de control dels motors

Per controlar els motors de

CC s’ha utilitzat el driver

L293D.

Aquest driver permet

controlar el motor i fer-lo

funcionar en ambdòs

sentits només invertint les

entrades 1A i 2A.

Posant EN a nivell baix o

totes les entrades a nivell

alt, fa que el motor s’aturi.

Connexionat dels motors Connectarem un motor a cadascún dels ponts H

del driver. El motor de tracció es connectarà a les sortides O1 i O2, i el de direcció a les sortides O3 i

O4.

Les entrades EN1, EN2, I1, I2, I3 i I4 es connectaràn a

les sortides digitals D2, D3, D4, D5, D6 i D7 de l’Arduino, respectivament.

El driver s’alimentarà i alimentarà els motors a 5 V.

Proves de funcionament dels

fotointerruptors

Els fotointerruptors consten d’un

emissor d’infrarrojos i un

fototransistor separats per una obertura on s’insertarà un element

mecánic que produïrà un tall del

feix de llum.

A la sortida s’obtenen 0 o 5 V, segons si passa llum o no.

Seràn els encarregats d’informar

l’Arduino de les voltes que aquests

han realitzat.

Connexionat dels fotointerruptors

Els fotointerruptors es connectaràn a les entrades analògiques A0 (tracció) i A1 (direcció).

En el cas del fotointerruptor de tracció, es col.locarà una resistència de 470 Ω a l’entrada Vin, i de 10 kΩ a la sortida analògica A.

En el cas del de direcció, es col.locarà una resistència de 470 Ω a GND i de 10 kΩ entre GND i A.

S’alimentaràn amb les

sortides digitals D8 i D9,

respectivament.

Controlador Arduino

L’Arduino Nano és una placa

basada en el ATmega168

(Arduino Nano 2.x

Funciona amb un cable USB

Mini-B.

Es pot alimentar per USB o

amb una font externa de 6 a

20 V. Operen a 5 V.

Té 14 entrades/sortides digitals

i 8 entrades analògiques.

Mesuren entre 5 V i massa.

Utilitza un llenguatge de

programació anomenat

Wired, que es subconjunt de

C.

Connexionat de totes les parts

del circuit

Connexionat del circuit Tots els components del circuit de

control es posaràn en una placa de topos, i per connectar-los

s’utilitzarà la tècnica del wire-wrap.

Aquesta tècnica consisteix en unir

dos components amb un cable enrotllat entre les potes que es

vulguin unir, mitjançant una eina

especial per aquesta tasca.

Resultats

Funcionament del programa recta(distancia, sentit): Es pot modificar la

distància que recorrerà el robot i el sentit de gir del motor (true=endavant o false=enrera).

corba(radi de gir, angle, direccio, sentit): Es pot modificar el radi de gir i l’angle que recorrerà el robot, la direcció (true=dreta o false=esquerra) i el sentit de gir del motor (true=endavant o false=enrera).

test_motors(): El que fa simplement es comprovar si el gir dels motors de tracció i direcció funciona correctamet, o sigui, si giren en ambdós sentits.

alinia(): Serveix per alinear la roda boja de direcció del robot. Es va pitjant el botó d’inici de programa fins que la roda quedi aliniada amb el robot.

Funcionament del programa

Pressupost Electrónica Unitats Preu €/ unitat Total del nostre

robot € Total del robot sense haver reciclat res €

Driver motor L293D 1 3.42 3.42 3.42

Resisténcies 6 0.01 0.06

Condensadors 2 0.02 0.04

Condensadors electrolítics 1 0.21 0.21

Díodes 3 0.11 0.33

LED 1 0.12 0.12

Regulador 7805 1 0.50 0.50 Arduino nano 1 39.20 39.20

Carregador bateries 1 8.00 8.00

Components eléctrics

Interruptor ON/OFF 1 1.50 1.50

Polsador 1 0.93 0.93

Pack bateries Ni-Mh 1.2 V 2350 mAh, 4 unitats

2 11.00 22.00 22.00

Cable unifilar 3 0.73 2.19 2.19

Connector carregador bateries

1 1.00 1.00 1.00

Sensors

Fotointerruptors 1 2.30 2.30

Actuadors

Motor tracció 1 4.76 4.76

Motor direcció amb encoder incorporat

1 30.56 30.56

Varis

Xassis xapa ferro 1 70.00 70.00

Hubs alumini per eixos 2 5.95 11.90

Desoldador estany 1 5.39 5.39

Porta-piles de 4 unitats 2 1.25 2.50 2.50

Placa de topos 1 2.68 2.68 2.68

Tornavís 1 2.00 2.00 2.00

Total € 41.18 206.20

Pla de treball realitzat 1. Recabar informació sobre com recuperar

components.

2. Obtenció eines per recuperar components.

3. Recerca d’aparells per reciclar.

4. Desmuntatge dels aparells.

5. Extracció de components dels aparells.

6. Documentació dels components recuperats.

7. Proves amb els motors recuperats.

8. Proves amb els encoders.

9. Proves circuit de control.

10. Construcció del xassís del robot.

11. Construcció del circuit de control.

12. Proves de funcionament del robot.

13. Realització memória.

Conclusions El controlador Arduino ofereix unes prestacions

óptimes, tant en la seva capacitat de connexió de sensors i actuadors, com en la facilitat de la seva programació.

Es necessita molta dedicació i molta cura per aconseguir desmuntar i treure els components electrònics dels aparells disponibles.

Aconseguir els datasheets de molts components electrònics, sobretot sensors i actuadors, es pràcticament impossible perquè no hi ha referéncies.

Malgrat les aparençes, utilitzant en la majoria dels casos components i material reciclat es pot arribar a construir un robot.

Millores futures Utilitzar encara més elements reciclats o

recuperats en el disseny del robot, com per exemple, aprofitar una bateria d’un portàtil, construir el driver del motor amb transistors, etc...

Tambè seria possible controlar-lo inalàmbricament en comptes de amb el cable USB, afegint una comunicació vía infrarrojos, wifi, radiofreqüència, etc...

Tambè es podria dissenyar un programa que contes les voltes dels motors també quan estan parats i no sols quan estan en marxa.

Una altra millora consistiria en afegir més sensors. Per exemple, un seguidor de línia que anés resseguint aquesta, utilitzar motors pas a pas per moure la roda de direcció amb més precisió, etc

Gràcies per la seva atenció

Alguna pregunta?