Material per a la construcció d'un robot econòmic

L'altra alternativa és fer un robot econòmic, amb l'inconvenient de que serà més pesat.
Aquí mostrem una taula on hi apareix el preu i pes de cada element:

Les piles estan en sèrie que donen 7,4 V amb el regulador de tensió corresponent.
Els motors, són servos trucats, on s'hi acoplava unes rodes reciclades dels ratolins d'ordinador.

Tipus d'alimentació

Sabem que el robot funciona a una tensió de 5V. Les nostres bateries de tipus LiPo funcionen a un voltatge de 3,7V, per tant, podem dissenyar dos tipus de circuits per aconseguir l'alimentació de 5V.

La primera opció és el circuit amb dues bateries LiPo i un regulador de tensió 7805 i la segona opció es el circuit amb una bateria LiPo i un regulador de tensió Step-up.

Circuit amb dues bateries LiPo i un regulador de tensió 7805

Per a aquest circuit s’utilitzen dues bateries LiPo, les quals tenen una tensió de 3,7 v, com que nosaltres necessitem una sortida de 5 volts, n’utilitzem dues i amb el regulador de tensió fem que tinguin una sortida de 5 volts.

El regulador que utilitzem un regulador 7805. Que té un preu de 1,60 €.

Suposant que les bateries estan en serie la tensió total seria de 7,4 volts.

En la següent fotografia es pot observar un exemple de placa per a generar els 5V.

És important saber quin consum tindran les bateries per veure quin dels dos sistemes és més eficient. Per a comprovar-ho em fet un seguit de càlculs per a saber a quina intensitat funcionen les bateries. Si posem com a ex emple que la potencia final es de 5 w, vol dir que la intensitat del circuit es d’1 amper (I=(P/V)=(5v/5W)=1A) . En aquest cas i suposant que el rendiment del regulador de tensió és del 90 %, voldria dir que les bateries només necessitarien 750 mA de intensitat.

Circuit amb una bateria LiPo i un regulador de tensió Step-Up

Per al segon tipus de circuit necessitem una bateria LiPo i un regulador de tensió Step-Up. La funció d'aquest regulador és pujar el voltage del circuit de 3,7 a 5 volts. Per tant la intensitat que necessita també variarà.

Per a regular la tensió utilitzar em una placa Pololu Adjustable Boost regulator 2.5-9.5 V.
Aquesta té un preu de 11,95€ i pot regular la tensió de 2 a 12 volts.

En la següent fotografia es pot observar la placa per a generar els 5V.

Les mides de la placa són de 10,16 x 17,78 x 4 mm.

Ajust de la tensió de sortida

La tensió de sortida es pot ajustar amb un metre i una càrrega lleugera (per exemple, una resistència de 1k). Girant el potenciòmetre en sentit horari augmenta la tensió de sortida. La tensió de sortida es pot veure afectada per un tornavís tocar el potenciòmetre, de manera que la mesura de la producció hauria de fer-se sense res de tocar el potenciòmetre. El potenciòmetre no té límits físics, el que significa que els eixugaparabrises es pot girar 360 graus i en una regió no vàlid en el qual s'estableix la tensió de sortida de 2,5 V (per al V 2,5-9,5 V i 4 V a 25 V versions ). El voltatge d'entrada no ha de superar la tensió de sortida, per la qual cosa es recomana ajustar la tensió de sortida amb la tensió d'entrada del sistema al voltant de 2,5 V.

De la mateixa manera que en el circuit anterior, també fem els mateixos càlculs per a veure el consum de la bateria.Com en el cas anterior, si posem com a exemple que la potencia final es de 5 w, vol dir que la intensitat del circuit es d’1 amper. Sabem que le regulador de tensió step-up té un rendiment del 55-65%, voldria dir que la bateria consumirà 2,25A, això és un consum molt més elevat que en el primer cas.

Conclusions

Tenim en compte que el segon métode d'alimentació és més car i consumeix més energia, per tant la seva durada sense canviar la bateria és molt menor que la del primer métode. Però sabem que el nostre circuit es fa en aproximadament uns 10 segons, això significa que no necessitem que el robot funcioni molta estona, sinò que l'unic que necessitem és que funcioni poca estona i molt ràpidament. Per tant creiem que la millor manera per a alimentar el robot es amb el regulador de tensió Step-Up.

Els sensors

Els sensors són dispositius capaços de mesurar magnituds físiques o químiques, anomenades variables d'instrumentació i transformar-les en variables elèctriques. Les variables d'instrumentació poden ser per exemple: temperatura, intensitat lumínica, distància acceleració, inclinació, desplaçament, pressió, força, torsió, humitat, etc.

Per a la construcció del nostre robot rastrejador necessitem un dispositiu format per 8 sensors d'intensitat lumínica. Tenim dues opcións per aconseguir el sistema de sensors: La primera és la compra de la placa QTR-8A Reflectance Sensor Array i la segona es montar manualment un circuit format per 8 sensors CNY 70.

QTR-8A Reflectance Sensor Array

Aquesta placa és un dispositiu a la venda, format per 8 sensors de llum. En cas de voler utilitzar aquest dispositiu per al robot únicament cal comprar-lo i incorporar-lo al robot. D'aquesta manera ja esta feta una gran part de la placa i només caldria fer-ne una de petita per a incorporar l'alimentació.

Les característiques més importants són:
- Preu: 14,95 $
- Té un consum de 100 mA.
- Redueix a la mitat el consum de corrent.
- Cada sensor proporciona una sortida independent del voltatge.
- Dimensions: 2.95 "x 0.5" x 0.125 "
- Gamma del voltatge de sortida: 0 V de la tensió d'alimentació- Òptima distància de detecció: 0.125 "(3 mm)- Distància de detecció màxima recomanada: 0.25 "(6 mm)- Pes sense passadors encapçalat: 0,11 unces (03/09 g)

Sensors CNY 70

El CNY-70 es un petit dispositiu amb forma de cub i amb quatre potes. Són uns petits sensors de llum en els quals l'emisor de llum esta en la mateixa direcció que el receptor. Per a aconseguir fer un dispositiu de 8 sensors com en el cas anterior s'ha de seguir l'exemple de conexió de l'esquema de la última imatge.

Les característiques més importants són un baix cost de cada sensor, pot variar una mica segons el lloc on es compri, el pes: 0,70 grams, les dimensions: 7 x 7 x 6 mm, voltatge de 5V, intensitat de 30mA i una poténcia de 100mW.

Conclusions:

Creiem que a l'hora d'utilitzar un dispositiu o un atre depen del tipus de robot que vulguis fer. En el cas que és vulgui fer un robot amb totes les millors qualitats i característiques és millor utilitzar la placa QTR-8A, però cal tenir en compte que aquesta és més cara. En el cas en el que es vulgui construir un robot amb el mínim cost possible i el més artesanal possible és recomanable utilitzar els sensors CNY-70. Per al disseny de la placa amb els sensors s'ha de tenir en compte quina es l'alimentació de que s'utilitzara i quin tipus de placa es vol fer servir.

Velocitats

Per a triar la roda i el motor òptims al circuit, hem fet un estudi de cada motor per cada roda.

 

En el polulu 10:1 s'utilitzaria una R9 

En el polulu 30:1 s'utilitzaria la R1

En el TG9e (petit) podríem triar entre la R3 i la R4 segons l'eix de sortida del motor.

 

Per al TG9e  podríem utilitzar la R4.

 

Disseny del circuit per al robot

Per a que el robot aconseguís fer un recorregut hem hagut de dissenyar un circuit per al qual el robot pogués passar. Hem agafat el model d'un circuit que vam trobar en un video. Com que sabiam la mida de les rodes del robot del video vam fer un seguit de càlculs per a trobar les mides reals que feia aquest circuit. Un cop obtingudes totes les mesures del circuit el vam dissenyar nosaltres amb un programa anomenat Qcad, aquest es gratuït i molt fàcil d'utilitzar. El disseny obtingut es el següent: Cal comentar alguns aspectes importants del circuit:

1. El circuit esta mesurat en metres
2. La longitud total de la línea 8,92 metres
3. la velocitat mitjana és de 1,56 m/s
4. la velocitat màxima és de 2 m/s
   

Rodes

Les rodes són molt importants, per a la seva elecció hem de tenir en compte característiques com: el material que les forma, el pes, el diametre, etc...

Una roda amb un gran diametre, ens permetrà una velocitat major per al robot, en canvi, la acceleració serà més lenta i la distància necesària per frenar el robot serà major, ja que agafa més inèrcia.

Bateries LiPo RC

Per a la construcció del nostre robot utilitzarem bateries LiPo RC. Es poden utilitzar molts altres tipus de bateries, però les LiPo són les que millor ens aniran per les seves característiques que es descriuen a continuació.
Aquest tipus de bateries són recarregables, lleugeres i poden agafar qualsevol forma. Són bateries que tenen grans capacitats. Però acostumen a ser més cares que altres tipus de bateries. A més, tenen algun problema de seguretat, com per exemple, que són imflamables i poden explotar.
Podem distingir dos tipus de bateries, les Ion i les de polimer. Les principals diferències entre aquestes dues són el tipus d’electròlit que utilitzen i el material del qual estan fetes les bateries. També trobem les LiPo híbrides que estan millorades respecte les altres dues ja que son més lleugeres. Abans s’utilitzaven més les Ion, actualment s’utilitzen més les de polímers.


Valoració de les bateries LiPo RC

Tensió
Les cèl·lules de les bateries LiPo s'han valorat en 3,7 Volts per cel·la. Les bateries RC tindran dos o més cèl·lules connectades en serie per proporcionar voltatges més elevats.
Per a indicar el nombre de cèl·lules connectades en serie s'utilitza la lletra S:
-3,7 Volts = 1 cèl·lula x 3,7V
-7,4 Volts = 2 cèl·lula x 3,7V (2S)

També és important saber que les cel·les connectades en paral·lel augmenten la capacitat. Això s'indica mitjançant la lletra P.
Per tant, per a calcular la tensió que acomulen s'ha de multiplicar el nombre de cèl·lules connectades en sèrie per la tensió d'una sola, d'aquesta manera obtenim la tensiò total. Per a calcular la capacitat utilitzem el mateix mètode, pero en el cas del paral·lel.

V(n)= n · Vº
n= nombre de cèl·lules connectades en sèrie
Vº= tènsió d'una cèl·lula

P(n)= n · Pº
n= nombre de cèl·lules connectades en paral·lel
Pº= capacitat d'una cèl·lula

Capacitat
La capacitat indica la quantitat d'energia de la bateria que pot mantenir i s'indica amb mil·liampers hora (mAh). En el cas d'un avió, per exemple, per augmentar el temps del vol cal augmentar la capacitat.

Velocitat de descàrrega
És la velocitat amb que una bateria es pot descarregar de forma segura. En el món de les bateries LiPo RC es denomina amb la lletra C. Com més gran és el valor de C, en general, més cara és la bateria. És important no anar amb una baixa C de descàrrega per tal de no espatllar la bateria.
Per tant, en el cas en que una bateria té una capacitat de 1000mAh i una velocitat de descàrrega de 10C significa que pots descarregar-la a un ritme 10 vegades més alt que la capacitat de la bateria, en aquest cas podries descarregar-la a 10000mAh. Una bateria de 15C = 15 vegades el ritme més alt, i aixi successivament.
Regla del 80%: Mai s'ha de descarregar un pack LiPo més enllà del 80% de la seva capacitat per tal de no estar en perill.

Càrrega de les bateries LiPo RC
Per a la càrrega de les bateries LiPo RC s’utilitzen uns carregadors molt especifics,.Aquestes bateries es poden carregar com a molt fins a 4.2 volts, que és el 100% de la seva carrega, un cop han arribat al 100% deixen de carregar-se automaticament. En aquest tipus de bateries s’utilitzen també equilibradors per a les cèl·lules.

Càrrega de seguretat Aquí trobem uns quants consells simples de seguretat per la càrrega de les bateries LiPo:



• Es pot carregar múltiples cèl·lules LiPo (7,4V o més) amb envasos a prova de foc.


• Sempre s'ha de esperar com a mínim 15 minuts a carregar una Lipo després de fer-la servir.


• Mai sortir de casa quan s'està carregant una LiPo.


• Tenir un detector de fum allà on es carrega les bateries i un extintor aprop per si una d'elles explota.


• A l'hora de guardar les càrregues és important no deixar-les a la seva màxima carga.


• Guardar les bateries a temperatura ambient.





Conclusió




Una vegada analitzades les bateries i totes les seves característiques, creiem que per a la construcció del nostre robot rastrejador utilitzarem una única bateria LiPo.

Característiques dels motors

Per fer moure el robot, necessitem un motor, amb unes característiques determinades. Per fer la tria del millor motor que podem utilitzar hem fet un petit estudi de la velocitat màxima que pot assolir, el seu pes, i el parell principalment, de cadascun.

L'exterior del TG9e i el polulu microgear és semblant, estan recoverts amb una carcassa blava de plàstic. L'interior i el pes són diferents, els tipus d'engranatges (en un s'han reduit al màxim) aixó també actua en el pes perqué un és més pesat que l'altre. Les seves mesures:

La velocitat màxima, en funció de la tensió

Mides dels diferents motors

TG9e

 

A = 30mm; B = 23mm; C = 27mm; D = 12mm; E = 33mm;  F = 16mm Motors reductors 30:1 i 10:1 El 30:1 i 10:1 comparteixen pes, preu i característiques exteriors, només es diferencien en el seu interior per la quantitat de dents dels seus engranatges. Pes.10g Preu: 11,21€

Aqui observem les mesures dels motors reductors:          

Motor TG9e (petit)

 

 

Presentació

Benvinguts al nostre blog.
Aquests blog a estat creat per el seguiment de la construcció d'un robot rastrejador d'alta velocitat.