universidad tecnologica equinoccial facultad de...
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I
II
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
INGENIERÍA INFORMÁTICA Y CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN
TEMA:
“CONTROL Y MANIPULACIÓN DE MOVIMIENTOS DE UN BRAZO
ROBÓTICO MEDIANTE UNA INTERFAZ WEB”
TESIS
PREVIA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERÍA EN INFORMÁTICA
Y CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN
AUTOR:
MARÍA FERNANDA CÓRDOVA C.
DIRECTOR DE TESIS:
ING. JUAN CARLOS RIVERA
2011
III
DECLARACIÓN
Del contenido del presente trabajo se responsabiliza él autor.
MARIA FERNANDA CORDOVA C.
C.I. 1712693629
IV
V
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a Dios y a su precioso hijo Jesús por haberme guiado y sostenido en el
transcurso de mi carrera ante las adversidades, dándome sabiduría y pasión para
desempeñar con excelencia todo lo propuesto. Gracias Dios por ser tu quien haya
guiado mi caminar durante toda mi vida y el privilegio de terminar honrando tu nombre
con esta tesis.
Agradezco a la Universidad Tecnológica Equinoccial por ser la Institución quien me
brindo las herramientas necesarias para mi formación académica.
Gracias a mi esposo y a mi hijo por la comprensión y el apoyo brindado durante este
tiempo, ustedes se convirtieron en el principal motor para culminar el presente trabajo.
A mis padres por apoyarme en todo momento en la formación de mi diario vivir sin
ellos no hubiera logrado cumplir este objetivo.
Un agradecimiento muy especial a mi director de tesis Ing. Juan Carlos Rivera por
guiarme en todo este arduo camino y su comprensión en todo momento, Gracias
ingeniero.
En fin agradecer a todas las personas que se preocuparon para que culmine con éxito
este trabajo.
VI
DEDICATORIA
Dedico este trabajo principalmente a mi padre celestial DIOS quien ya tuvo
predestinado el propósito mío en esta tierra guardando mi vida y formándome cada día
como una mujer esforzada y valiente, dedico a su hijo JESUS quien se hizo real en mi
vida y no me ha soltado desde aquel día.
Dedico de igual manera en forma muy especial a toda mi familia, a mi esposo Fernando
Ramos de quien estoy muy orgullosa, a mi hijo Israel el cual fue mi aliento para
terminar la presente tesis, a mis padres Gustavo y Susana Córdova gracias por todo el
apoyo brindado y el ánimo que me dieron para seguir formándome cada día, a mis
hermanos Amalia y David animándoles para que sigan adelante.
Dedico también esta tesis a todos mis amigos y a unos muy especiales Dina Rivera,
Elizabeth Campoverde, Gaby Mafla, Vivian Campos, Mirella Salinas a mis pastores
Gustavo y Patricia Sánchez gracias por su amistad que mediante su ayuda, sabiduría y
buenos deseos hicieron posible este trabajo.
VII
INDICE GENERAL
CARATURA……………………………………………………………………...........II
DECLARATORIA……………………………………………………………….…...III
INFORME DIRECTOR TESIS………………………………………………….…..IV
AGRADECIMIENTOS…………………………………………………………..........V
DEDICATORIA…………………………………………………………………........VI
INDICE GENERAL……………………………………………………………........VII
INDICE DE CONTENIDOS…………………………………………………….....VIII
LISTA DE FIGURAS……………………………………………………………… .XV
LISTA DE TABLAS……………………………………………………………...XVIII
LISTA DE FOTOS………………………………………………………………..XVIII
VIII
INDICE DE CONTENIDO
1. INTRODUCCION .................................................................................................. 1
1.1 OBJETIVO GENERAL ........................................................................................ 2
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................... 2
1.3 ALCANCE ............................................................................................................ 2
1.4 JUSTIFICACIÓN. ................................................................................................ 3
1.5 FACTIBILIDAD ................................................................................................... 4
ECONÓMICA .......................................................................................................... 4
TÉCNICA ................................................................................................................. 4
OPERATIVA ............................................................................................................ 4
CAPÍTULO II ............................................................................................................. 5
2. MARCO TEÓRICO ............................................................................................... 5
2.1 ROBÓTICA........................................................................................................... 5
2.1.1 Concepto ...................................................................................................... 6
2.1.2 Concepto de Robot .......................................................................................... 6
2.1.3 Estructura de un Brazo Robótico ...................................................................... 6
2.1.4 Funcionamiento de los Brazos Robóticos.......................................................... 7
2.2 MOTORES ELÉCTRICOS .................................................................................. 8
IX
2.2.1 Definición .................................................................................................... 9
2.2.2 Partes de un Motor Eléctrico............................................................................. 9
2.2.3 Funcionamiento del Motor.............................................................................. 10
2.2.3.1 Rotor ....................................................................................................... 11
2.2.3.2 Estator ..................................................................................................... 13
2.2.4 Control de Velocidad del Motor ..................................................................... 14
2.3 MICROCONTROLADOR ................................................................................. 14
2.3.1 Arquitectura Básica ........................................................................................ 15
2.3.2 PIC 18F4550 .................................................................................................. 17
2.3.2.1 Características Principales de los Microcontroladores PIC18 ................... 17
2.3.2.2 Nano Watt Technology ............................................................................ 18
2.3.3.2.1 Modo de ejecución alternativo ...................................................... 19
2.3.3.2.2 Modo múltiple inactivo ................................................................. 19
2.3.3.2.3 Modo de cambio sobre la marcha. ................................................. 19
2.3.3.2.4 Bajo consumo en módulos principales. ......................................... 19
2.3.2.3. Universal Serial Bus (USB) .................................................................... 20
2.3.2.4 Múltiples opciones de oscilador. .............................................................. 20
2.4 UNIVERSAL SERIAL BUS (USB) .................................................................... 24
2.4.1 EVOLUCIÓN DEL USB ............................................................................... 25
2.4.1.1 USB 1.0 ................................................................................................... 25
2.4.1.2 USB 1.1 ................................................................................................... 25
2.4.1.3 USB 2.0 ................................................................................................... 25
2.4.2 Nivel Físico .................................................................................................... 26
X
2.4.2.1 Definición................................................................................................ 26
2.4.3 Tipos de Conectores USB ............................................................................... 26
2.4.4 Funcionamiento del USB ................................................................................ 27
2.4.5 Estructura del USB ......................................................................................... 29
2.4.5.1 Controlador ............................................................................................. 29
2.4.5.2 Hub ......................................................................................................... 29
2.4.5.3 Periféricos. .............................................................................................. 30
2.4.6 Componentes del Cable USB ......................................................................... 31
2.4.7 Protocolo ........................................................................................................ 32
2.4.7.1 SYN ........................................................................................................ 32
2.4.7.2 PID .......................................................................................................... 32
2.4.8 Tipos de Paquetes ....................................................................................... 33
2.4.8.1 Token Packets.......................................................................................... 33
2.4.8.2 Data Packets .................................................................................... 33
2.4.8.3 Handshake Packets........................................................................... 34
2.4.9 Tipos de Transferencia de Datos ..................................................................... 34
2.4.9.1 Por Control (Control Transfer) ................................................................. 34
2.4.9.2 Isócrono (Isochronous Data Transfer) ...................................................... 35
2.4.9.3 Por Interrupción (Interrupt Data Transfer)................................................ 35
2.4.9.4 Por Volumen (Bulk Data Transfer) .......................................................... 35
2.4.10 Modelo Lógico ............................................................................................. 35
2.4.10.1 Clases USB ............................................................................................ 37
2.4.10.1.1 USB CDC (Communication Device Class) .................................. 39
2.4.10.1.2 USB HID (HUMAN INTERFACE DEVICES) ........................... 40
XI
2.4.11 MICROCHIP USB ....................................................................................... 41
2.5 CAMARAS WEBCAM ...................................................................................... 43
2.5.1 Concepto ........................................................................................................ 43
2.5.2 Tecnología ..................................................................................................... 44
2.5.3 Funcionamiento .............................................................................................. 44
2.5.4 Características de las Cámaras Web ................................................................ 45
2.5.5 Partes de la Cámara Web ................................................................................ 46
2.5.6 Capacidades de Resolución Cámara Web ....................................................... 47
2.5.7 Puerto para Cámara Web ................................................................................ 47
2.6 HERRAMIENTAS DE PROGRAMACIÓN ..................................................... 48
2.6.1 PIC C COMPILER ......................................................................................... 48
2.6.1.1 PCW COMPILER ................................................................................... 49
2.6.1.2 Características del PIC C PRO COMPILER ............................................ 49
2.6.2 HERRAMIENTA DE DESARROLLO WEB ................................................. 51
2.6.2.1 VISUAL STUDIO ................................................................................... 51
2.6.2.2 Entorno de Desarrollo .............................................................................. 51
2.6.2.3 Que es .NET? .......................................................................................... 51
2.6.2.4 Partes del Entorno .NET .......................................................................... 52
2.6.2.4.1 .NET FRAMEWORK ................................................................... 52
2.6.2.4.3 Bibliotecas de Clase Base (BCL) ................................................... 53
2.6.2.4.4 Entorno Común de Ejecución para Lenguajes (CLR) .................... 54
2.6.2.5 C#............................................................................................................ 54
2.6.2.5.1 Ventajas ........................................................................................ 55
XII
2.6.2.5.2 Características de C# ..................................................................... 55
CAPÍTULO III ......................................................................................................... 59
3. DESARROLLO DEL PROYECTO ..................................................................... 59
3.1. INTRODUCCIÓN.............................................................................................. 59
3.1.1 Definición Metodología Prototipos: ................................................................ 59
3.2 LINEAMIENTO DEL PROYECTO .................................................................. 59
3.3 EL ACTUADOR ................................................................................................ 61
3.3.1 Características del Actuador ........................................................................... 61
3.3.2 CONSTRUCCIÓN DEL BRAZO ROBÓTICO .............................................. 62
3.4 CIRCUITO DE CONTROL ............................................................................... 64
3.4.1 Driver de Control de Motores L293D Puente H .............................................. 65
3.4.1.1 Estructura L293D .................................................................................... 65
3.4.1.2 Distribución de Pines ............................................................................... 67
3.4.3 Oscilador ........................................................................................................ 68
3.4.4 Microcontrolador PIC 18F4550 ...................................................................... 69
3.4.4.1 Características PIC 18F4550 .................................................................... 70
3.4.4.2 Funcionamiento PIC 18F4550 ................................................................. 71
3.4.4.2 Distribución de Pines PIC 18F4550 ......................................................... 72
3.4.7 Diseño de Pistas para las Placas Electrónicas del Circuito de Control ......... 77
3.5 PROGRAMA PARA COMUNICACIÓN USB ................................................. 80
XIII
3.5.1 OBJETIVO .................................................................................................... 80
3.5.2 DIAGRAMA DE FLUJO ............................................................................... 80
3.5.3 DESARROLLO ............................................................................................. 82
3.5.3.2 Comunicación USB ................................................................................. 84
3.5.3.3 Recepción y Envió de Paquetes................................................................ 86
3.5.3.4 Movimiento de Motores ........................................................................... 87
3.6 SOFTWARE DE CONTROL PARA PC APLICACIÓN WEB ....................... 89
3.6.1 OBJETIVO .................................................................................................... 89
3.6.2 DIAGRAMA DE FLUJO ............................................................................... 90
3.6.3 DESARROLLO ............................................................................................ 92
3.6.3.1 Aplicaciones Web sobre la Plataforma .NET ........................................... 92
3.6.3.2 Comunicación por el Puerto USB ............................................................ 93
3.6.3.3 Drivers para Windows ............................................................................. 96
3.6.3.4 API mpusbapi.dll .................................................................................... 97
3.6.3.5 Comprobar comunicación ...................................................................... 100
3.6.3.6 Cargar Cámara WEB ............................................................................. 105
3.6.3.7 Asignar Ángulos de Giro ....................................................................... 111
3.6.3.8 Ejecutar Movimiento de Motores ........................................................... 112
3.6.3.9 Interfaz Gráfica Web ............................................................................. 117
CAPÍTULO IV ........................................................................................................ 121
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.................................................. 121
BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 126
XIV
GLOSARIO............................................................................................................. 128
ANEXOS ................................................................................................................. 133
ANEXO I ................................................................................................................. 134
FORMATO DE PRESUPUESTO PARA PLAN DE TESIS.................................. 134
ANEXO II ............................................................................................................... 137
MANUAL DE USUARIO .................................................................................... 137
XV
LISTA DE FIGURAS
CAPÍTULO II
FIGURA 2. 1 ROTOR Y ESTATOR DEL MOTOR .................................................................. 9
FIGURA 2. 2 POLARIDAD DEL MOTOR DE CORRIENTE .................................................... 10
FIGURA 2. 3 ROTOR DEL MOTOR .................................................................................. 12
FIGURA 2. 4 ESTATOR DEL MOTOR DE CORRIENTE ........................................................ 13
FIGURA 2. 5 MICROCONTROLADOR PIC ........................................................................ 15
FIGURA 2. 6 ARQUITECTURA VON NEUMAN ................................................................. 16
FIGURA 2. 7 ARQUITECTURA HARDVARD...................................................................... 16
FIGURA 2. 8 DIAGRAMA DE PINES PIC 18F4550, .......................................................... 22
FIGURA 2. 9 DIAGRAMA DE BLOQUES 18F4550 ............................................................ 23
FIGURA 2. 10 TIPO DE CONECTORES USB ..................................................................... 27
FIGURA 2. 11 ESTRUCTURA DE CAPAS DEL BUS USB .................................................... 28
FIGURA 2. 12 DISPOSITIVOS USB CONECTADOS A UN PC .............................................. 30
FIGURA 2. 13 COMPONENTES DE CABLE USB ............................................................... 31
FIGURA 2. 14 DIAGRAMA DE FLUJO DE SELECCIÓN DE CLASE USB ................................. 41
FIGURA 2. 15 CLASES USB CON MICROCHIP ............................................................. 42
FIGURA 2. 16 FUNCIONAMIENTO DE LA WEBCAM.......................................................... 45
FIGURA 2. 17 PARTES EXTERNAS DE LA CÁMARA WEB ................................................. 46
FIGURA 2. 18 PANTALLA PRINCIPAL DEL PIC C PRO COMPILER ................................ 50
XVI
CAPÍTULO III
FIGURA 3. 1 DIAGRAMA GENERAL ................................................................................ 60
FIGURA 3. 2 BRAZO ROBÓTICO ..................................................................................... 62
FIGURA 3. 3 CIRCUITO INTEGRADO L293D PUENTE H ................................................... 65
FIGURA 3. 4 DIAGRAMA DE PINES L293D ..................................................................... 66
FIGURA 3. 5 CIRCUITO INTEGRADO L293D MANEJO DE 2 MOTORES PEQUEÑOS A Y B ..... 68
FIGURA 3. 6 OSCILADOR DE CUARZO XT ...................................................................... 69
FIGURA 3. 7 MICROCONTROLADOR PIC 18F4550 ......................................................... 70
FIGURA 3. 8 DIAGRAMA DE PINES PIC 18F4550 ........................................................... 72
FIGURA 3. 9 CIRCUITO DE CONTROL ............................................................................. 76
FIGURA 3. 10 CARÁTULA PLACA DE CONTROL .............................................................. 77
FIGURA 3. 11 VISTA POR DEBAJO DE LA PLACA DE CONTROL......................................... 78
FIGURA 3. 12 PLACA DE CONTROL TERMINADA VISTA LATERAL ................................... 79
FIGURA 3. 13 PLACA DE CONTROL TERMINADA ............................................................ 79
FIGURA 3. 14 DIAGRAMA DE FLUJOS DEL PIC 18F4550 ................................................ 81
FIGURA 3. 15 DISTRIBUCIÓN DE PINES PUERTO B Y D ................................................... 83
FIGURA 3. 16 DIAGRAMA DE FLUJOS MACRO APLICACIÓN WEB.................................... 91
FIGURA 3. 17 ESTRUCTURA DE C# EN PLATAFORMA .NET ............................................ 93
FIGURA 3. 18 ACCESO AL PUERTO USB ........................................................................ 95
FIGURA 3. 19 DIAGRAMA DE FLUJO COMPROBACIÓN COMUNICACIÓN ......................... 101
FIGURA 3. 20 DIAGRAMA FLUJO DE LAS SUBRUTINAS PIDE VERIFICACIÓN USB Y ENVIAR
PAQUETE ........................................................................................................... 102
FIGURA 3. 21 DIAGRAMA DE FLUJO DE LAS SUBRUTINAS LEER DATO Y RECIBIR
PAQUETE ........................................................................................................... 104
XVII
FIGURA 3. 22 DIAGRAMA DE FLUJO CARGAR CÁMARA WEB ....................................... 107
FIGURA 3. 23 DIAGRAMA DE FLUJO MOVIMIENTO MOTORES Y LA SUBRUTINA DE ENVIAR
PAQ. .................................................................................................................. 115
FIGURA 3. 24 APLICACIÓN WEB PARA EL CONTROL Y MANIPULACIÓN DEL BRAZO
ROBÓTICO ......................................................................................................... 117
FIGURA 3. 25 VERIFICAR CONEXIÓN PUERTO USB ..................................................... 118
FIGURA 3. 26 BOTÓN PARA CARGAR CÁMARA WEB .................................................... 118
FIGURA 3. 27 LISTA PARA ESCOGER ÁNGULOS DE GIRO MOTORES .............................. 119
FIGURA 3. 28 BOTONES PARA EJECUTAR MOVIMIENTOS ACTUADOR (BR) ................... 120
XVIII
LISTA DE TABLAS
CAPÍTULO II
TABLA 2. 1 CARACTERÍSTICAS DE LA FAMILIA MICROCONTROLADORES PIC18, ............ 18
TABLA 2. 2 TIPOS DE CLASES DE DISPOSITIVOS ............................................................. 37
TABLA 2. 3 ALGUNOS DRIVERS DE WINDOWS PARA ALGUNAS CLASES USB ................... 38
CAPÍTULO III
TABLA 3. 1 DISTRIBUCIÓN DE PINES DEL PIC 18F4550 ................................................. 73
TABLA 3. 2 VALORES PARA MOTORES DEL ACTUADOR ............................................... 113
LISTA DE FOTOS
CAPÍTULO III
FOTO 3. 1 BRAZO ROBÓTICO EN LA FASE DE ARMADO ................................................... 63
FOTO 3. 2 BRAZO ROBÓTICO DESARMADO .................................................................... 63
CAPÍTULO IV
FOTO 4. 1 PROYECTO INTEGRADO Y TERMINADO ........................................................ 124
FOTO 4. 2 PROYECTO INTEGRADO Y FUNCIONANDO .................................................... 125
1
CAPÍTULO I
1. INTRODUCCION
Los robots, la parte más atractiva en la era de la automatización, representan una
pieza fundamental en el estudio de la ingeniería. La robótica se ha convertido en
una tecnología multidisciplinar, ya que hace uso de más recursos que le
proporcionan otras ciencias como (Mecánica, Electrónica, Informática, Matemática).
La robótica se ha caracterizado por el desarrollo de sistemas cada vez más flexibles
y versátiles, mediante la utilización de nuevas estructuras mecánicas y de nuevos
métodos de control, manipulación y percepción de su entorno.
Podemos contemplar la robótica como una ciencia que aunque se han conseguido
grandes avances todavía ofrece un amplio campo para el desarrollo y la innovación y
es precisamente este aspecto que me ha motivado investigar como poder controlar y
manipular un brazo robótico por medio de una interfaz Web, sirviendo a la vez como
un aporte al laboratorio virtual de la Universidad Tecnológica Equinoccial y para
futuros avances y estudios que podrían realizarlos en esta rama de la tecnología.
Es por ello que el presente proyecto se trata del Control y manipulación de
movimientos de un Brazo Robótico mediante una Interfaz Web.
2
1.1 OBJETIVO GENERAL
Desarrollar una aplicación Web que permita el control y manipulación de un Brazo
Robótico.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Investigar el funcionamiento electrónico y la interfaz que permita la
comunicación del prototipo brazo robótico y la PC.
• Investigar que herramienta Web podría utilizar para enviar comandos a los
circuitos eléctricos y la utilización de controladores que me permitirán resolver los
movimientos de objetos por medio del brazo robótico.
• Diseñar el circuito electrónico que permita ser el intermediario del prototipo del
brazo robótico y la PC.
• Diseñar la aplicación Web que permitirá la manipulación y el control de los
movimientos del brazo robótico.
• Poner en funcionamiento y realizar las respectivas pruebas para la manipulación
y control del brazo robótico.
1.3 ALCANCE
El presente proyecto tiene como finalidad desarrollar una interfaz Web para
manipular y controlar un brazo robótico, utilizando herramientas Web.
3
El proyecto constará de las siguientes partes:
- La construcción del circuito entre el brazo robótico y el computador y
- El desarrollo de la interfaz Web sea esta .NET o la herramienta Web que se
acople de mejor manera a este proyecto, siendo esta interfaz Web la que servirá
para el control y manipulación del brazo robótico utilizado por el usuario final.
- No se llevará a cabo la construcción del brazo robótico las pruebas se las
realizará con actuadores.
1.4 JUSTIFICACIÓN.
Este proyecto es de gran utilidad para conocer el comportamiento de los
componentes que intervienen tanto de hardware y software para el control y
manipulación de un brazo robótico mediante las herramientas Web utilizadas hoy en
día.
La fuerza capaz de producir, aporta considerablemente a los recursos físicos
disponibles, reduciendo el tiempo y el esfuerzo necesario para tareas específicas
como el movimiento de objetos.
Además será de ayuda para el aprendizaje de los alumnos que utilizan los
laboratorios de las carreras de Ingeniería de la Universidad Tecnológica
Equinoccial.
4
1.5 FACTIBILIDAD
ECONÓMICA
La interfaz Web para el control y manipulación de movimientos por medio de un
brazo robótico (actuador), es de gran factibilidad debido a que no se requiere de una
gran inversión económica para la demostración y objetivos propuestos.
TÉCNICA
En lo técnico los conocimientos tanto en hardware y software adquiridos en las
distintas asignaturas de la carrera de Ingeniería, servirá de guía de aprendizaje para
los temas planteados en los siguientes niveles.
OPERATIVA
La manipulación del prototipo por parte del usuario mediante la Interfaz Web será
sencilla, además podrá ser utilizado como herramienta didáctica en el laboratorio
virtual de la Carrera de Ingeniería de la Universidad Tecnológica Equinoccial.
5
CAPÍTULO II
2. MARCO TEÓRICO
Este capítulo explica cada unas las partes principales que compone el presente proyecto
que es del “Control y Manipulación de Movimientos de un Brazo Robótico mediante un
aplicación Web” y los puntos son los siguientes: Robótica, Motores Eléctricos,
Microcontrolador, Universal Serial Bus (USB), Cámaras Web, Herramientas de
Programación.
2.1 ROBÓTICA
La robótica es una rama de la era de la tecnología que permite crear, construir,
programar, armar y automatizar sistemas que se basan en estructuras mecánicas
articuladas dotados de un determinado grado de inteligencia la mayoría de ellos son
destinados a la producción industrial donde se necesita tareas específicas o muchas
de las veces para sustituir al hombre en alguna área específica.
Los sistemas robóticos tienen la capacidad de recibir información a través de
sensores, ingreso de datos, actualizaciones con ello comprenden el entorno en el que
se desenvuelven a través del empleo de modelos, formulas o tareas específicas y de
ejecutar planes con su debido control y supervisión de la operación.
6
La robótica es pluridisciplinaria se apoya de muchas ciencias como son: Informática,
Electrónica, Mecánica, Robótica e Inteligencia Artificial y está actualizándose en los
progresos de la microelectrónica y de la informática, así como en los de nuevas
disciplinas tales como el reconocimiento de patrones y de inteligencia artificial.
2.1.1 Concepto
“La robótica es la ciencia y la tecnología de los robots. Se ocupa del diseño,
manufactura y aplicaciones de los robots. La robótica combina diversos disciplinas
como son: la mecánica, la electrónica, la informática, la inteligencia artificial.”1
2.1.2 Concepto de Robot
Es un ente artificial mecánico o virtual, máquina usada para realizar un trabajo con la
habilidad de tomar decisiones en una secuencia pre-programada automática,
percibiendo elementos del ambiente adaptándose a ellos, con movimientos en uno o
más ejes de rotación o traslación, controlada por una computadora.
2.1.3 Estructura de un Brazo Robótico
En general cuando se habla de un brazo robótico se dice que está formado por:
1 Robótica.(s.f.).recuperado el 25 julio de 2010,de “http://es.wikipedia.org/wiki/Rob%C3%B3tica”
7
- Base
- Brazo
- Muñeca
- Tenaza, pinza
- Sensores
Los sensores son elementos electromecánicos, eléctricos que le permiten al robot
tomar información del ambiente exterior. Por ejemplo: ruido, luz, visión, calor, etc.
De acuerdo con la cantidad de movimientos que puede realizar un brazo robótico se
dividen en:
• 2 grados de libertad
• 3 grados de libertad
• 4 grados de libertad
• 5 grados de libertad
• 6 grados de libertad
2.1.4 Funcionamiento de los Brazos Robóticos
Existen varios brazos robóticos que se mueven con:
8
- Motores de pasos
- Motores eléctricos DC
- Servo motores
2.2 MOTORES ELÉCTRICOS
Los motores eléctricos suplen una diversa gama de necesidades de servicio, desde
arrancar, acelerar, mover o frenar, hasta sostener y detener una carga. A los motores
se los fabrica con una amplia variedad de velocidades, con valores fijos, ajustables o
variables, su tamaño varía desde motores muy pequeños para robots básicos o
maquinas utilizadas en la industria.
El uso de los motores eléctricos se ha extendido a nivel de todos los campos de la
actividad humana desde lo más básico como juguetes que utilizan motores pequeños
como en grandes maquinas industriales que han sustituido a las máquinas de vapor.
En el mercado encontramos motores eléctricos de las más variadas dimensiones,
tamaños, costos desde los pequeños motores fraccionarios empleados en pequeños
objetos hasta potentes motores que generan miles de caballos de fuerza, como los de
las grandes locomotoras eléctricas.
Los motores eléctricos por lo general están clasificados en la actualidad en dos
grandes categorías los de corriente alterna (CA) y los de corriente continua (CC)
estos últimos son en su totalidad pequeños motores, puede producir una alta potencia
a pesar del tamaño reducido, la velocidad puede ser fijada cambiando el voltaje
utilizado.
9
2.2.1 Definición
“Los motores eléctricos son máquinas eléctricas rotatorias que transforman la energía
eléctrica en energía mecánica a través de medios electromecánicos.”2
2.2.2 Partes de un Motor Eléctrico
De acuerdo a las características fundamentales de un motor de corriente continua se
compone de:
- Rotor
- Estator
Dentro de éstas se ubican los demás componentes:
- Carcaza
- Tapa interior frente.
- Caja de conexiones
- Tapa posterior
Figura 2. 1 Rotor y Estator del Motor
2 Motor de Corriente Continua (s.f.). recuperado el 8 de agosto de 2010, de “http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continua”
10
Fuente: http://www.todorobot.com.ar/documentos/dc-motor.html
2.2.3 Funcionamiento del Motor
“El funcionamiento de un motor se basa en la acción de los campos magnéticos
opuestos que hacen girar el rotor en dirección opuesta al estator, siendo el rotor el
único que gire, si se desea cambiar la dirección de giro en un motor de Corriente
Continua tan solo tenemos que invertir la polaridad de la alimentación del motor.”3
La velocidad de un motor se podría modificar variando su tensión de alimentación, y
así el motor alteraría su velocidad y su fuerza.
Figura 2. 2 Polaridad del Motor de Corriente
3 Mecánica.(s.f.). Recuperado el 8 septiembre del 2010, de “http://www.x- robotics.com/motorizacion.htm”
11
Fuente: http://perso.wanadoo.es/luis_ju/soft/files/motores.pdf
2.2.3.1 Rotor
El rotor cumple con el papel de ser una parte móvil y opera como base, constituye la
parte que permite la rotación del motor, el rotor se mueve magnéticamente.
Está formado por:
• Eje: Está formado por una barra de acero fresada, imparte la rotación al núcleo,
devanado y colector.
• Núcleo: Se localiza sobre el eje. La función principal es proporcionar un
trayecto magnético entre los polos para que el flujo del devanado circule.
• Devanado: Está constituido de bobinas aisladas entre sí, proporciona un
camino de conducción conmutado.4
4 Motores de Continua DC.(s.f.). Recuperado el 8 de septiembre del 2010, de “http://www.info-ab.uclm.es/labelec/solar/electronica/elementos/motores_de_continua.htm”
12
• Colector: Al colector se lo denomina también conmutador, éste está constituido
de láminas de material conductor, separadas entre sí y del centro del eje por un
material aislante, para evitar cortocircuito con dichos elementos.5
Figura 2. 3 Rotor del Motor
Fuente: http://www.todorobot.com.ar/documentos/dc-motor.html
5 Motores de Continua DC.(s.f.). Recuperado el 8 de septiembre del 2010, de “http://www.info-ab.uclm.es/labelec/solar/electronica/elementos/motores_de_continua.htm”
13
2.2.3.2 Estator
“El estator es la parte fija del motor. La función principal es suministrar el flujo
magnético que será usado por el bobinado del rotor para realizar su movimiento
giratorio.”6
Está formado por:
• Carcaza
• Imán permanente
• Escobillas
Figura 2. 4 Estator del Motor de Corriente
Fuente: http//www.todorobot.com.ar/documentos/dc-motor.html
6 Motores de Continua DC.(s.f.). Recuperado el 8 de septiembre del 2010, de “http://www.info-ab.uclm.es/labelec/solar/electronica/elementos/motores_de_continua.htm”
14
2.2.4 Control de Velocidad del Motor
Para el control de velocidad de cualquier motor se recomienda el control por
Modulación de Ancho de Pulso conocido como PWM, el ángulo de ubicación del
motor depende de la duración del nivel alto de la señal.
Se debe tomar en cuenta que ninguno de los valores del ángulo o de duración de
pulso puede estar fuera del rango de operación del dispositivo, no se puede exceder
con los límites establecidos por cada motor, cada motor tiene un límite de giro de
modo que no puede girar o excederse más de cierto ángulo en un mismo sentido
debido la limitación física del control de posición.
2.3 MICROCONTROLADOR
“Un Microcontrolador PIC (Peripheral Interface Controller), es un circuito integrado,
en cuyo interior posee toda la arquitectura de un computador, esto es unidad central
de procesamiento “CPU”, memoria y circuitos de entrada y salida.”7
En la actualidad existen diversas empresas que se dedican a la fabricación de estas
microcomputadoras, una de estas empresas con gran prestigio y líder en ventas de
este dispositivo a nivel mundial es MICROCHIP TECHNOLOGY Inc., su éxito se
debe a la gran variedad, versatilidad, velocidad, bajo costo, bajo consumo de
potencia y disponibilidad de herramientas para su programación.
7Reyes, C. (2006) “Microcontroladores PIC Programación en Basic”,Ecuador.
15
Si uno se adquiere un microcontrolador de fábrica, este no realiza ninguna tarea, para
que funcione un microcontrolador se requiere que sea programado en un lenguaje
determinado, los microcontroladores pueden realizar desde un simple parpadeo de un
LED hasta un sofisticado control de un robot.
Una de las ventajas es que simplifica todo el diseño a una placa de reducido tamaño
y pocos elementos.
Figura 2. 5 Microcontrolador PIC
Fuente: http://www.msebilbao.com/tienda/images/24PIC18F4520IP.jpg
2.3.1 Arquitectura Básica
16
En los inicios, los microcontroladores adoptaron la arquitectura clásica de Von
Neumann, en el momento presente se impone la arquitectura Harvard. La
arquitectura de Von Neumann se caracterizó por disponer de una sola memoria
principal donde se almacenan datos e instrucciones de forma indistinta. A dicha
memoria se accede a través de un sistema de buses único (direcciones, datos y
control).8
Figura 2. 6 Arquitectura Von Neuman
Fuente: http://www.unicrom.com/Tut_arquitectura_microcontrolador.asp
La arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientes una, que contiene
sólo instrucciones y otra, sólo datos. Las dos arquitecturas cuentan con sus
respectivos sistemas de buses de acceso y permiten realizar operaciones de acceso
lectura o escritura simultáneamente.9
Figura 2. 7 Arquitectura Hardvard
8Microcontroladores.(s.f.). Recuperado el 8 de julio del 2010, de http://es.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador 9Microcontroladores.(s.f.). Recuperado el 8 de julio del 2010, de http://es.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador
17
Fuente: http://www.unicrom.com/Tut_arquitectura_microcontrolador.asp
2.3.2 PIC 18F4550
Esta familia de productos PIC18, ofrece las ventajas de un alto rendimiento
computacional a un precio económico, además con alto rendimiento y con Watt
Nano Technology.
2.3.2.1 Características Principales de los Microcontroladores PIC18
a) Arquitectura RISC avanzada Harvard: 16 bit con 8 bit de datos.
b) 77 instrucciones
c) Desde 18 a 80 pines
d) Hasta 64 KB de programa
e) Hasta 3968 bytes de RAM y 1 KB de EEPROM
f) Frecuencia máxima de reloj 40 MHz.
g) Pila de 32 niveles
18
h) Múltiples fuentes de interrupción
i) Periféricos de comunicación avanzados (CAN Y USB)
Tabla 2. 1 Características de la Familia Microcontroladores PIC18,
Fuente: Microchip Technologies, (2006).” Data Sheet PIC 18”. (pp.11). USA
2.3.2.2 Nano Watt Technology10
10 Microchip Technologies, (2006).” Data Sheet PIC 18”. USA
19
Todos los dispositivos de la familia PIC18 incorporan una serie de características
que puede significativamente reducir el consumo de energía durante el
funcionamiento. Entre ellas figuran:
2.3.3.2.1 Modo de ejecución alternativo. El consumo de energía durante la
ejecución de código se puede reducir hasta en un 90%.
2.3.3.2.2 Modo múltiple inactivo. El controlador también puede ejecutarse con
su núcleo deshabilitado pero con los periféricos en actividad, En estos estados, el
consumo de energía podría reducirse más del 4% de los requerimientos normales de
operación.
2.3.3.2.3 Modo de cambio sobre la marcha. Los modos de gestión de energía
son invocados por el código de usuario durante la operación, permitiendo al usuario
incorporar ideas de reducción de energía.
2.3.3.2.4 Bajo consumo en módulos principales. El consumo de requerimientos
del Timer1 y el Watchdog Timer son minimizados.
20
2.3.2.3. Universal Serial Bus (USB)
Los dispositivos de la familia PIC18, incorporan un completo módulo de
comunicaciones bus universal en serie. El módulo soporta bajas y altas velocidades en
comunicaciones para todos los tipos de transferencias de datos. Tiene incorporado su
propio transmisor y receptor y un regulador de 3.3V.
2.3.2.4 Múltiples opciones de oscilador.
Todos los dispositivos de la familia PIC18F2455/2550/4455/4550, ofrecen 12 opciones
de osciladores, permitiendo a los usuarios una amplia variedad de opciones en el
desarrollo de aplicaciones hardware.
2.3.3 CONFIGURACIÓN PINES PIC 18F4550
El microcontrolador 18F4550 dispone de 5 puertos de I/O que incluyen
35 líneas de I/O.
- Puerto A 7 líneas de E/S
- Puerto B 8 líneas de E/S
- Puerto C 6 líneas de E/S + 2 líneas de entrada
- Puerto D 8 líneas de E/S
21
- Puerto E 3 líneas de E/S + 1 línea de entrada
La alimentación en general:
• GND = Vss = 0V
• VCC= 5V
• El valor de Vdd puede ir desde 3V hasta 5.5V
Es necesario tener en cuenta algunas recomendaciones a la hora de trabajar con
Microcontroladores PIC:
• Dado que los Microcontroladores PIC consumen poca energía, con
niveles de voltaje inferiores a 5.5V, es necesario que para su manipulación se
deba realizar con herramientas idóneas como una pinza debido a que son
susceptibles a daños por estática.
• No se debe sobrepasar los niveles de energía máxima de 25 Jouls que nos
proveen tanto los pines de Entrada como de Salida
22
Figura 2. 8 Diagrama de Pines PIC 18F4550,
Fuente: Microchip Technologies, (2006).” Data Sheet PIC 18”. (pp.5). USA
23
2.3.4 Diagrama de Bloques PIC 18F4550
Figura 2. 9 Diagrama de Bloques 18F4550
Fuente: Microchip Technologies, (2006).” Data Sheet PIC 18”. (pp.13). USA
24
2.4 UNIVERSAL SERIAL BUS (USB)
El avance tecnológico y la evolución rápida de la tecnología hacen más fácil el uso o
la manipulación por cualquier tipo de persona, en un ambiente amigable sin
necesidad de ser un experto en comprender el funcionamiento, usarlos o instalarlos, y
este es el caso del conocido USB.
El USB (Universal Serial Bus) es una nueva arquitectura de bus que desplazó a las
interfaces en serie y paralelo, creando una interfaz sencilla y de mayores
prestaciones, este nuevo bus USB fue desarrollado por un grupo de siete empresas
(COMPAQ, DIGITAL EQUIPMENT CORP, IBM PC Co, INTEL, MICROSOFT,
NEC Y NORTHERN TELECOM)
Es un avance plug and play y permite instalar periféricos sin necesidad de instalar
software. Con el transcurso del tiempo este dispositivo se ha ido perfeccionando
desde el USB. 1.0 y actualmente el USB 2.0.
25
2.4.1 EVOLUCIÓN DEL USB
2.4.1.1 USB 1.0
Conocido por su baja velocidad, utilizado para dispositivos de interfaz humana
(HID) como ratones, teclados, etc. Admite hasta 1.5 Mbps (192 Kb/s).
2.4.1.2 USB 1.1
Conocido como velocidad completa, este USB fue creado en 1996, un bus externo
que soporta tasas de transferencia de 12 Mbps (1.4 Mb/s), en un solo puerto USB se
puede utilizar para conectar 127 dispositivos periféricos, como ratones, módems,
teclados, joysticks, etc.
2.4.1.3 USB 2.0
Conocido como alta velocidad (esta versión fue creada en abril del 2000), debido a
que es un bus externo que soporta tasas de transferencia de datos de hasta 480 Mbps
(60 MB/s) es decir 40 veces más rápido que la versión USB1.0 y la versión USB 1.1.
El USB 1.0, USB 1.1 con el USB 2.0 son compatibles y ocupan los mismos cables y
conectadores, utilizados para conexiones a Internet.
26
2.4.2 Nivel Físico
2.4.2.1 Definición
“USB (Universal Serial Bus) es una interface plug & play entre la PC y ciertos
dispositivos tales como teclados, ratón (mouse), scanner, impresoras, módems,
placas de sonidos, cámaras, etc.”11
“Plug & Play (conocida también por su abreviatura PnP) es la tecnología que
permite a un dispositivo informático ser conectado a un computador sin tener que
configurar ni proporcionar parámetros a sus controladores. Para que sea posible, el
sistema operativo con el que funciona el computador debe tener soporte para dicho
dispositivo. La frase plug-and-play se traduce como enchufar y usar.”12
2.4.3 Tipos de Conectores USB
Existen dos tipos de conectores USB
• Los conectores USB tipo A, son utilizados para dispositivos que no
requieren demasiado ancho de banda (como el teclado, el ratón, las
cámaras Web, etc.), su forma es rectangular como lo muestra en la figura
2.9.
11 Echeveria,G. Morán,C. USB.(s.f.). Recuperado el 8 de agosto de 2010, de “http://www.monografias.com/trabajos11/usbmem/usbmem.shtml” 12Plug & Play.(s.f.). Recuperado el 8 de agosto de 2010, de “http://es.wikipedia.org/wiki/Plug-and-play"
27
• Los conectores USB tipo B son utilizados en dispositivos que requieren
alta velocidad (discos duros externos, etc.), su forma es cuadrada como lo
muestra en la figura 2.9.
Figura 2. 10 Tipo de Conectores USB
Fuente: http://es.kioskea.net/contents/pc/usb.php3
2.4.4 Funcionamiento del USB
El USB se comporta como una interfaz de transmisión de datos, trabaja como un bus
punto a punto, con inicio en el HOST y destino en un dispositivo USB o puede ser en
un HUB, solo puede existir un único HOST en la arquitectura USB.
HOST. – Funciona como el punto de inicio, dispositivo anfitrión.
HUB.- Es un dispositivo que permite conectar o contiene uno o más puertos hacia
otro dispositivo USB, este puede tener de 4 hasta 16 puertos.
28
Este bus se basa en el paso de testigo (TOKEN), el control USB distribuye testigos
por el bus, el dispositivo cuya dirección coincide con la que porta el testigo responde
aceptando o enviando datos al controlador y también gestiona la distribución de
energía a los periféricos que lo requieran.13
TOKEN.- Topología lógica en anillos, técnica de acceso de paso de testigo.
Este bus emplea una topología de estrella jerarquizada, se puede conectar
dispositivos en cadena, alcanzando a conectar hasta 127 dispositivos, permite un
máximo de 7 niveles de jerarquía, es por ello que no se produce retardo en el envío
de un paquete de datos hacia capas inferiores.
Figura 2. 11 Estructura de capas del Bus USB
Fuente: http://www.monografias.com/trabajos11/usbmem/usbmem.shtml
13 García, E (2008). “Compilador C CCS y Simulador PROTEUS para Microcontroladores PIC”. España: Marcombo.
29
2.4.5 Estructura del USB
El USB “Universal Serial Bus” consta de tres componentes:
- Controlador
- Hub
- Periféricos
2.4.5.1 Controlador
Es un programa que contiene las instrucciones de control que permiten el
funcionamiento de elementos, componentes o periféricos de un PC, es el responsable
de las comunicaciones entre los periféricos USB y la CPU de la PC.
Cada vez que un periférico es añadido, el controlador determina el tipo de dispositivo
y le asigna una dirección lógica para utilizarla, cuando existe un error comunica éste
a la CPU, y, ésta al usuario y cuando se establece una conexión correcta el
controlador asigna al periférico los recursos del sistema que este precise para su
funcionamiento óptimo.14
2.4.5.2 Hub
14 USB.(s.f.). Recuperado el 18 de julio del 2010, de http://www.scribd.com/doc/27880137/Funcionamiento-Del-Puerto-Usb
30
Los Hub son los encargados de la distribución de datos y alimentación, hacen posible
la conexión a un puerto USB de 127 dispositivos. Los datos y alimentación son
repartidos hacia sus puertas descendentes y permite la comunicación hacia su puerta
ascendente.
2.4.5.3 Periféricos.
Los periféricos son unidades o dispositivos auxiliares que están conectados a una
CPU de una PC, a través de los cuales una computadora se conecta con el mundo
exterior.
Figura 2. 12 Dispositivos USB conectados a un PC
Fuente: Autora
31
2.4.6 Componentes del Cable USB
“El USB transfiere señales y energía a los periféricos utilizando un cable de 4 hilos,
los datos del USB se transmiten por un par trenzado (D+ y D-), además de la masa y
alimentación (+5V) y tierra GND (-5V) , lo que permite la alimentación remota por
parte del dispositivo hasta unos 100 mA. Los conectores son de dos tipos estándar A
y estándar B con una versión especial, este bus admite cableados de hasta 5 metros.
La codificación de datos se realiza con la técnica NRZI (Non-return-to-Zero-
Inverted).”15
Figura 2. 13 Componentes de Cable USB
Fuente: Autora
15García, E (2008). “Compilador C CCS y Simulador PROTEUS para Microcontroladores PIC”. España: Marcombo.
32
2.4.7 Protocolo
Un paquete (packet) se inicia con un patrón de sincronización que permite al reloj
del receptor la sincronización; se transmiten los datos y se finaliza con el fin de
paquete (end of packet – EOP).
USB divide el tiempo en espacios de 1 ms denominados Tramas, durante las cuales
se llevan a cabo las comunicaciones a través de transacciones, las cuales se
componen a su vez de Paquetes.
Algunos campos son un estándar como el SYN y el PID para todos los paquetes, y
otros son específicos para cierto grupo de paquetes.
2.4.7.1 SYN
Todos los paquetes comienzan con una sincronización SYN, la misma que es una
secuencia codificada para proporcionar una densidad máxima de transición. Después
de este patrón se envía el identificador de paquetes.
2.4.7.2 PID
33
Un identificador de paquete (PID), sigue inmediatamente el ámbito de cada paquete
SYN USB, el PID indica el tipo de paquete, el formato del paquete y el tipo de
detección de errores que tendrá el paquete.
2.4.8 Tipos de Paquetes16
Existen cuatro tipos de paquetes:
- Token packets
- Data packets
- Handshake packets
2.4.8.1 Token Packets.
Se compone de un paquete de token enviado por el controlador USB, y siempre está
presente en toda transacción. El token packets está formado por los siguientes
campos: SYN, PID (1 byte), la dirección ADDR (4 bits address), ENDP el número
de endpoint (4 bits), CRC el checksum (5 bits) y el EOP.
2.4.8.2 Data Packets
Transfiere datos desde el controlador USB y el dispositivo. El paquete de datos está
formado por: SYN, PID, DATA los datos (de 0 a 1024 bytes), CRC y el EOP.
16 García, E (2008). “Compilador C CCS y Simulador PROTEUS para Microcontroladores PIC”. España: Marcombo.
34
2.4.8.3 Handshake Packets
Se utiliza para informar el estado de una transacción de datos, el Handshake paquetes
está formado por: SYN, PID y el EOP en el PID se especifica si la recepción de datos
es correcta (ACK), cuando el receptor no acepta el paquete (NAK). Cuando el
endpoint está parado (STALL) o cuando no hay respuesta en el receptor (NYET).
2.4.9 Tipos de Transferencia de Datos17
USB soporta cuatro tipos la transferencia de datos:
- Por Control
- Isócrono
- Por Interrupción
- Por Volumen
2.4.9.1 Por Control (Control Transfer)
Ayuda a configurar, control de dispositivos y para manejo del bus, es una
transferencia de datos bidireccional.
17 García, E (2008). “Compilador C CCS y Simulador PROTEUS para Microcontroladores PIC”. España: Marcombo.
35
2.4.9.2 Isócrono (Isochronous Data Transfer)
Para transmisión de información con ancho de banda y latencia garantizadas, se emplea
en telecomunicaciones. Permite una comunicación periódica y continua de datos. Por
ejemplo: altavoces, audio, video, etc.
2.4.9.3 Por Interrupción (Interrupt Data Transfer)
Es una transferencia unidireccional para transferencias de pocos datos, no periódicas, de
baja frecuencia pero con unos ciertos límites de latencia. Por ejemplo: teclado, ratones,
etc.
2.4.9.4 Por Volumen (Bulk Data Transfer)
Para transferencias de grandes cantidades de datos no periódica con dispositivos
asíncronos. Por ejemplo: impresoras, escáneres, cámaras de fotos (foto fija), etc.
2.4.10 Modelo Lógico
“El HOST conoce el tipo de transferencia de datos de cada endpoint, y se lo hace por
medio de los llamados DESCRIPTORES. Este tipo de descriptores se encuentran
dentro del dispositivo USB y dan información al HOST.
36
Cada vez que se conecte un dispositivo USB al bus, el HOST lo identifica mediante
la lectura de los descriptores y le asigna una dirección dentro del bus, el proceso se
llama ENUMERACIÓN.
A nivel lógico, una determinada configuración es un conjunto de Interfaces, donde
cada Interfaz especifica qué partes del hardware del dispositivo se comunican con el
sistema, donde cada una de estas partes de hardware se denomina Endpoint.”18
“La comunicación entre una aplicación y los distintos Endpoints de un dispositivo se
realiza a través de USB por medio de unos caminos lógicos de transferencias de
datos denominados Pipes, de forma que cada Pipe comunica la aplicación con un
determinado Endpoint en el dispositivo. Las Pipes pueden ser de tipo Control
(también denominadas de Mensaje), que son bidireccionales y con formato
especificado por la norma, y de tipo Stream, que son unidireccionales.
Todos los dispositivos USB deben implementar los dos Endpoints 0 (IN y OUT) para
permitir que el sistema pueda establecer la Pipe de Control por omisión y pueda
acceder a información de identificación y requisitos de configuración y consiga
configurar el dispositivo.”19
18Soporte, T.” Un paseo por USB”. España: OEM 19 Soporte, T.” Un paseo por USB”. España: OEM
37
2.4.10.1 Clases USB
Una clase USB es un grupo de dispositivos con características o atributos similares,
utilizan la misma forma de comunicarse con el entorno. Cada clase de dispositivo
tiene una característica propia como el número y tipo de endpoint. La clase de
dispositivo está definida en sus descriptores.
Existen varias clases de dispositivos, entre los que se puede indicar:
Tabla 2. 2 Tipos de Clases de dispositivos
Fuente: “Compilador C CCS y Simulador PROTEUS para microcontroladores PIC”
CLASE APLICACIÓN IDENTIFICACION
Reservada 0x00
Audio Altavoces, etc. 0x01
Comunicación (CDC) Modem, fax 0x02
Dispositivo para
interface humana
(HID)
Ratón, teclado, etc 0x03
Impresión Impresoras 0x04
Almacenamiento
masivo (MSD)
Tarjetas de memoria, discos duros,
etc
0x05
….. ….. …..
38
La clase de dispositivo permite conocer la forma en que la interfaz se comunica con
el sistema, la cual localiza la CLASS DRIVER que controla la conectividad entre la
interfaz y el sistema.
DRIVER: Puede está contenido en el mismo sistema operativo o puede ser creado
uno nuevo para una clase correcta.
Tabla 2. 3 Algunos drivers de Windows para algunas clases USB
Fuente: “Compilador C CCS y Simulador PROTEUS para microcontroladores PIC”
CLASE USB DRIVER VERSION WINDOWS
Human Interface
Device (HID)
Hidusb.sys Windows Server
2008,Vista,Server 2003, XP,
2000
Mass Storage Class
(MSC)
Usbsgtor.sys Windows Server 2008, Vista,
Server 2003, XP, 2000
Printing Class Usbprint.sys Windows Server 2008, Vista,
Server 2003, XP, 2000
Scanning / imaging
(PTP)
WpdUsb.sys Windows Server 2008, Vista,
Server 2003, XP, 2000
Modem Class Usbser.sys Windows Server 2008, Vista,
Server 2003, XP, 2000
39
“Cuando se conecta un dispositivo a un computador el sistema operativo (Window’s
Device Manager) compara la información de los descriptores del dispositivo con la
información de los archivos *.INF para asignar el tipo de driver específico para el
dispositivo conectado.”20
Pero también se puede crear un archivo .INF a medida.
2.4.10.1.1 USB CDC (Communication Device Class)
La comunicación clase del dispositivo (CDC) define algunos modelos de
comunicación, incluyendo la interface serie RS-232, viendo que en la actualidad la
comunicación serie está desapareciendo de las computadoras portátiles y los
problemas que existían porque muchas de las aplicaciones utilizaban este tipo de bus
pero buscaron una solución como emular el RS-232 con USB con la ventaja que el
PC verá la conexión USB como una conexión COM RS-232 sin requerir cambios en
el software.
Para la especificación CDC se utiliza dos interfaces USB, interface Communication
Class usando un IN INTERRUPT ENDPOINT de interrupción y la segunda es la
interface Data Class usando un OUT bulk endpoint y un IN bulk endpoint.
20 García, E (2008). “Compilador C CCS y Simulador PROTEUS para Microcontroladores PIC”. España: Marcombo.
40
2.4.10.1.2 USB HID (HUMAN INTERFACE DEVICES)
“Permite la interacción del usuario con el HOST, los requisitos de velocidad son
mínimos, se necesita una aplicación software (Client Software), los datos que el
dispositivo HID envía al HOST son interpretados por el Class Driver del sistema
operativo y entonces son utilizados por el Client Software. La ventaja de la clase
USB HID es que no es necesario desarrollarlo ya que lo suministra el sistema
operativo. Los dispositivos HID necesitan un FIRMWARE para el dispositivo físico,
el HID CLASS DRIVER, las llamadas a función API (Application Programming
Interface) y el software de aplicación.
API (Application Programming Interface). Es una interfaz de comunicación entre
componentes software, las API utilizadas en USB HID están contenidas en los
ficheros DLL (HID DLL, SETUPAPI.DLL, KERNELL23.DLL).
DLL (Dynamic Linking Library). Son archivos que contienen funciones que se
pueden llamar desde aplicaciones u otras DLL.
Una alternativa al HID es el dispositivo a medida (Custom Device) que permite una
mayor tasa de transmisión de datos, pero, por el contrario se necesita el desarrollo de
una class driver especifico.”21
21 García, E (2008). “Compilador C CCS y Simulador PROTEUS para Microcontroladores PIC”. España: Marcombo.
41
Figura 2. 14 Diagrama de flujo de selección de clase USB
Fuente: “Compilador C CCS y Simulador PROTEUS para microcontroladores PIC”
2.4.11 MICROCHIP USB
Microchip en sus nuevas versiones suministra una serie de microcontroladores con el
módulo USB integrado, lo que permite la conexión directa del conector USB al PIC
utilizando solo un componente externo. El PIC contiene un USB (SIE) Serial
Interface Engine compatible con alta y baja velocidad, el SIE permite la
comunicación entre el HOST y el PIC.
Las clases soportadas por Microchip son la CDC, HID, MSD y Custom Device
42
Figura 2. 15 Clases USB con MICROCHIP
Fuente: “Compilador C CCS y Simulador PROTEUS para microcontroladores PIC”
43
2.5 CAMARAS WEBCAM
El uso de las cámaras de video se ha popularizado masivamente en los sistemas de
cómputo como herramientas de comunicación, al igual que en el hogar como un
elemento que se ha incluido como una línea visual de entretenimiento.
Las webcams nacieron de un informático de la Universidad de Cambridge. En 1991
Quentin Stafford Fraser bajaba las gradas de su oficina para buscar café pero llego un
día que se cansó de bajar escaleras para ver si en el piso de debajo de su laboratorio
quedaba café y descubrir siempre que los demás ya se lo habían acabado, así que
conecto una videocámara a un ordenador mediante una tarjeta de video. Y así nació
la primera webcam.22
2.5.1 Concepto
Una Cámara Web es una cámara de video barata y sencilla ubicada cerca del monitor
del ordenador, están diseñadas para enviar videos en vivo, así como captura de
imágenes a través de la red a uno o más usuarios. Una cámara web también puede
ser una cámara digital, video que se ve a través de un sitio web conectada en el
puerto USB del computador, de modo que los usuarios puedan ver ciertos
acontecimientos en vivo.
22 Origen de las Webscam.(s.f.). Recuperado el 20 octubre del 2010, de http://historico.portalmix.com/webcams/origen.shtml
44
2.5.2 Tecnología
Las cámaras Web normalmente están formadas por:
- Lente,
- Sensor de imagen y
- Circuitería necesaria para manejarlos,
Existen distintos tipos de lentes, siendo las lentes plásticas más comunes.
2.5.3 Funcionamiento
Para el funcionamiento de la cámara Web la luz de la imagen pasa por la lente, ésta se
refleja en un filtro RGB (Red-Green-Blue), el cuál descompone la luz en tres colores
básicos: rojo, verde y azul. Esta división de rayos se concentra en un chip sensible a la
luz denominada CCD ("Charged Coupled Device"), el cuál asigna valores binarios a
cada píxel y envía los datos digitales para su codificación en video y posterior
almacenamiento o envío a través de Internet.23
23 La Cámara Web.(s.f.). Recuperado el 20 de octubre del 2010, de http://informaticamoderna.com/Camara_web.htm.
45
Figura 2. 16 Funcionamiento de la Webcam
Fuente: http://informaticamoderna.com/Camara_web.htm#ani
2.5.4 Características de las Cámaras Web
• Tiene una resolución por lo general baja, aproximadamente 640 X 480 pixeles,
ya que las imágenes trasmitidas instantáneamente por Internet deben de tener
un tamaño muy bajo.
• Dependiendo el modelo, tiene la lente giratoria de hasta 360° horizontales, una
base adaptable a la superficie, e incluso micrófono integrado.
• Pueden tomar fotos al instante pero con baja resolución.
• Su diseño es muy específico para aplicaciones de entretenimiento y en algunos
casos como cámara de vigilancia.
46
2.5.5 Partes de la Cámara Web
Las cámaras web internamente cuentan con los circuitos adecuados para el sensor de
imágenes y la transmisión hacia la computadora. Sus partes son:
Figura 2. 17 Partes Externas de la Cámara Web
Fuente: http://informaticamoderna.com/Camara_web.htm#ani
• Visor digital: se encarga de captar las imágenes a transmitir y grabar vía
Internet.
• Grabador de audio (opcional): capta el sonido a transmitir vía Internet.
• Base giratoria: permite colocar la cámara en la posición que el usuario decida.
47
• Cable de datos: transmite los datos de la cámara hacia la computadora.
• Cubierta: protege los circuitos internos y le da estética a la cámara Web.
2.5.6 Capacidades de Resolución Cámara Web
Es la cantidad máxima de píxeles que es capaz de capturar para generar la imagen.
Un píxel es cada uno de los puntos que conforman la imagen y a más cantidad de
ellos, se tendrá un mayor detalle de la imagen.
Ejemplo: cámara Web, marca Genius®, modelo Eye 110, 640X480, USB.
Esto es: (640) X (480 píxeles) = 307,200 píxeles de resolución ó 300 Kilopíxeles.
2.5.7 Puerto para Cámara Web
El conector con el que trabaja una cámara Web es de tipo USB; existen 2 versiones
de este conector, el USB 1.1 y el USB 2.0. En este tipo de conectores, el macho se
distingue por ser el que viene en los dispositivos extraíbles, y el conector hembra es
el que se encuentra montado en la computadora.
48
2.6 HERRAMIENTAS DE PROGRAMACIÓN
Es necesario saber que herramienta de programación se utilizará en el control y
manipulación del brazo robótico, por lo cual se indicará el software utilizado tanto
para el micro controlador PIC 18F4550 (PIC C COMPILER) y como la
programación de la interfaz web (Microsoft .net).
2.6.1 PIC C COMPILER
Es una tarea complicada trabajar con los PIC debido a que poseen un juego reducido de
instrucciones (RISC); tareas como las operaciones aritméticas; tratamientos de números,
otros por lo tanto actualmente existen diferentes lenguajes de alto nivel para trabajar con
micro controladores PIC.
El lenguaje C es un lenguaje de alto nivel que está presente en multitud de dispositivos
electrónicos programables, la programación en un lenguaje de alto nivel permite la
creación de programas independientemente de la plataforma utilizada, el lenguaje C
permite la programación desde un nivel más cercano al programador, además brinda la
posibilidad de controlar aspectos más cercanos del hardware como la manipulación
directa de bites, bytes.
Bajo este lenguaje existen en la actualidad en el mercado una gran oferta de
compiladores de C para PIC entre ellos está el PCW COMPILER (Custom Computer
Services) utilizado en el actual proyecto.
49
2.6.1.1 PCW COMPILER
PCW COMPILER es un lenguaje de programación con su fabricante CCS (Custom
Cumputer Services) el cual cuenta con una completa suite de herramientas integradas
para el desarrollo y depuración de aplicación en lenguaje ensamblador, cabe señalar
que el trabajo de este lenguaje de programación es compilar traducir un lenguaje alto
de programación en otro lenguaje de programación bajo en este caso un programa
equivalente que la máquina pueda interpretar.
2.6.1.2 Características del PIC C PRO COMPILER
• Permite la ejecución de los programas con mayor velocidad.
• Permite la reutilización de código.
• Lenguaje más cercano a la máquina.
• Optimización de código generado.
• Portabilidad entre sistemas.
• Biblioteca de funciones pre compiladas ahorrando mucho tiempo al
programador.
• Puede usarse con los microcontroladores PIC12C76x, PIC14C4000,
PIC16C55x, PIC16C6xx, PIC16C7xx, PIC 16c92x, PIC18Cxx y PIC18Fxx.
• Control directo de pantallas LCD mediante un simple comando.
• Soporta velocidades de reloj desde 3,58 a 20 MHz.
50
• Es aceptado por la empresa fabricante de microcontroladores MICROCHIP.
• Fácil mantenimiento de programas.
Desventajas:
• Tomar en cuenta la capacidad de la memoria del PIC a utilizar debido a
que los programas al compilarlos pueden resultar extensos y pesados.
• Control limitado de todos los tiempos y los registros bit a bit.
Figura 2. 18 Pantalla principal del PIC C PRO COMPILER
Fuente: Programa en funcionamiento del Autor
51
2.6.2 HERRAMIENTA DE DESARROLLO WEB
2.6.2.1 VISUAL STUDIO
Visual Studio es una más moderna herramienta de desarrollo de aplicaciones para
Windows, la plataforma .NET e Internet y posiblemente sea el entorno de desarrollo
más avanzado en este último tiempo, además la versión Visual Studio 2010 viene
acompañada .NET Framework 4.0, incluye las herramientas para desarrollo de
aplicación para Windows 7.
2.6.2.2 Entorno de Desarrollo
Un entorno de desarrollo informático (IDE Integrated Development Environment) es un
entorno de programación, proveen un marco de trabajo amigable permite utilizar el
lenguaje de programación de una forma interactiva, es posible que un mismo IDE pueda
trabajar con varios lenguajes de programación.
2.6.2.3 Que es .NET?
Es un lenguaje de programación de última generación, con un conjunto de
tecnologías de software, que contiene varios lenguajes de programación que se
ejecutan bajo el .NET FRAMEWORK, soporta encapsulación, herencia y
polimorfismo.
52
2.6.2.4 Partes del Entorno .NET
Net Framework. Engloba toda la plataforma .Net
• Lenguaje .NET (C#, VB .NET, J#)
• CRL Common Runtime Languaje. Motor de ejecución común para todos los
lenguajes .Net.
• MSIL Microsoft Intermedial Languaje. Lenguaje intermedio al que compilan las
aplicaciones.
• CLS Common Languaje Specification. Contiene las pautas que deben cumplir
los lenguajes .Net.
• ADO.NET Interfaz de Base de Datos.
• ASP.NET Tecnología de páginas Web dinámicas integrada dentro del entorno
.Net.
• Biblioteca de Clases .NET Conjunto de clases que componen el .Net
Framework.
2.6.2.4.1 .NET FRAMEWORK
Es una parte indispensable aquí se integran los lenguajes.NET.
Soporta los siguientes lenguajes de programación:
- C#
53
- VB .NET
- J#
- C++ (Controlado)
- Delphi (De Borland)
C# es el único lenguaje original debido a que ha sido el único desarrollado para .NET.
Los elementos con los que está compuesto el .NET FRAMEWORK son:
- Lenguajes de programación integrados en .NET FRAMEWORK
- La Biblioteca de Clases Base (BCL)
- El Entorno Común de Ejecución para Lenguajes (CLR)
2.6.2.4.3 Bibliotecas de Clase Base (BCL)
Las bibliotecas de la clase base se encarga principalmente de las tareas relacionadas
con el desarrollo de aplicaciones en la plataforma .NET, las tareas son las siguientes:
- Interrelación con los periféricos
- Manejo de datos de cada una de las aplicaciones
- Interacción con las APIS de Windows y API WIN 32
- Generación de Código
- Administra memoria
- Maneja excepciones
54
- Interactúa con otras aplicaciones
La BCL para mayor rendimiento se divide en capas y estas son:
1. ASP.NET.- Construye aplicaciones y servicios Web
2. WINDOWS FORMS.- Construye aplicaciones de escritorio
3. ADO.NET.- Conexión para base de datos.
2.6.2.4.4 Entorno Común de Ejecución para Lenguajes (CLR)
La principal función del Entorno Común de Ejecución para Lenguajes (CLR) de
cargar las aplicaciones que se crean en los distintos lenguajes de la plataforma .NET
y compilar su código fuente sea cual sea su lenguaje y convertirlos en código
máquina.
2.6.2.5 C#.
Es un lenguaje de programación orientado a objetos moderno, simple y poderoso
desarrollado y estandarizado por Microsoft como parte de su plataforma .NET.
Su sintaxis básica deriva de C/C++ y utiliza el modelo de objetos de la
plataforma.NET el cual es similar al de Java aunque incluye mejoras derivadas de
otros lenguajes en esos el Delphi. En el caso del lenguaje C#, la intención original de
55
los creadores del lenguaje fue llamarlo "C en re bemol", para denotar belleza e
inteligencia en el diseño de tal lenguaje.
En conclusión, C# es un lenguaje de programación que toma las mejores
características de lenguajes preexistentes como Visual Basic, Java o C++ y las
combina en uno solo.24
2.6.2.5.1 Ventajas
• C# es un lenguaje moderno, sencillo y muy seguro. Fue creado para
desarrollar aplicaciones orientadas a objetos.
• Incorpora las características de un lenguaje de última generación.
• C# es un lenguaje de propósito general
• C# profundiza el conocimiento del lenguaje mejorando la calidad del
software que escribe ya se trate de aplicaciones Web, Servicios Web,
aplicaciones de escritorio, etc.
2.6.2.5.2 Características de C#25
Sencillez.
24 C Sharp#.(s.f.). Recuperado el 8 de septiembre del 2010, de http://issuu.com/mamusillo/docs/lenguajes 25Características de C#.(s.f.). Recuperado el 15 de septiembre del 2010, de http://www.scribd.com/doc/7411856/Caracteristicas-de-C
56
Su código es conocido como auto contenido, mismo que no necesita ficheros
adicionales al propio código fuente. Por su tamaño independiente permite la
portabilidad de código.
Modernidad
A pesar del tiempo sigue trabajando con elementos conocidos y útiles para el
programador como tipos decimales, booleanos, strings
Orientación a Objetos
C# es orientado a objetos y cuenta con las principales características que son:
encapsulación, herencia y polimorfismo.
Orientación a Componentes
La propia sintaxis de C# incluye elementos propios del diseño de componentes que
otros lenguajes tienen que simular e incluye formas de definir atributos, propiedades
o eventos.
Gestión Automática de Memoria
57
C# también proporciona un mecanismo de liberación de recursos determinista a
través de la instrucción using.
Seguridad de Tipos
C# dispone de mecanismos para el control del acceso al tipo de datos, lo que permite
que los errores no sean difíciles de detectar.
Sistema de Tipos Unificados
A diferencia de C++, en C# todos los tipos de datos que se definan siempre
derivarán, aunque sea de manera implícita, de una clase base común llamada
System.Object, por lo que dispondrán de todos los miembros definidos en ésta clase
(es decir, serán “objetos”).
Versionable
C# permite crear nuevas versiones sin temor a que la introducción de nuevos
miembros provoquen errores difíciles de detectar.
58
Eficiente
En C# se puede manipular objetos a través de punteros, para ello basta marcar
regiones de código como inseguras (modificador unsafe), lo que puede resultar vital
para situaciones donde se necesite una eficiencia y velocidad procesamiento muy
grandes.
59
CAPÍTULO III
3. DESARROLLO DEL PROYECTO
3.1. INTRODUCCIÓN
En este capítulo se especifican los requerimientos tanto de hardware como de
software para el control y funcionamiento del actuador (Brazo Robótico), se
escogió para al desarrollo del proyecto la metodología basada en Prototipos y ciertas
técnicas que ayuda cumplir con los objetivos anteriormente mencionados.
3.1.1 Definición Metodología Prototipos: Es un modelo a escala de lo real, que
equivale a un software final, proporciona una retroalimentación temprana por parte
de los usuarios acerca del software. Un prototipo es un modelo, presentación,
demostración o simulación fácilmente ampliable y modificable de un software
planificado, incluyendo su interfaz y su funcionalidad de entradas y salidas.
3.2 LINEAMIENTO DEL PROYECTO
El presente proyecto consta de tres partes fundamentales:
60
- La primera parte se encuentra formada por: El Actuador (Brazo
Robótico).
- La segunda parte es: El Circuito de Control, el cual permite la
comunicación entre el host y el actuador, el mismo que se encuentra montado
sobre un circuito que recibe señales de entrada y salida para controlar los
movimientos del actuador conectado al host por medio del puerto USB.
- La tercera: El Host (computador portátil o de escritorio) el cual contiene
la aplicación web que sirve de interfaz entre el usuario y la manipulación de
movimientos del actuador.
Figura 3. 1 Diagrama general
Fuente de consulta: Diseñado por el Autor
61
3.3 EL ACTUADOR
El actuador (Brazo Robótico) como está claramente definido en el alcance del
proyecto no debía ser construido, en este caso fue adquirido de modo que sea de
ayuda para demostrar el resultado esperado. Se adquirió un Kit de Brazo Robótico
con mando S300355 cableado.
3.3.1 Características del Actuador
- 5 motores completamente independientes
- 5 grados de libertad (Base, Codo, Muñeca, Apertura y Cierre de las
Pinzas y Luz)
- Carga máxima de 100 g
- Corriente consumo 40 mA
- Plástico
62
Figura 3. 2 Brazo Robótico
Fuente: http://www.encuentraregalo.com/wp-content/uploads/2008/11/brazo-robotico-kit.jpg
3.3.2 CONSTRUCCIÓN DEL BRAZO ROBÓTICO
El Kit de brazo robótico se lo armó según el manual del fabricante, los motores con
los que cuenta tanto para la base, codo, muñeca y de las pinzas son de corriente
continua (CC), mismos que son comerciales y utilizados en este tipo de robots.
Estos brazos robóticos fueron creados para poder realizar prácticas de robótica o
como juguetes.
Cada motor requiere un voltaje 5V para su movimiento, cada uno se maneja de
forma independiente, el brazo robótico para el control de sus movimientos utilizará
63
un circuito de control para cada uno de los motores y que servirá de interfaz entre el
actuador y el host (computador).
Foto 3. 1 Brazo Robótico en la fase de armado
Fuente: Autor del trabajo de tesis
Foto 3. 2 Brazo Robótico desarmado
Fuente: Auto del trabajo de tesis
64
3.4 CIRCUITO DE CONTROL
Este circuito será diseñado para realizar el control de cada motor. Para construir
este circuito se necesitó de los materiales que a continuación se listan:
• 3 Driver de Control de Motores L293D Puente H
• Regulador de Voltaje 7805
• 1 Oscilador de cuarzo XT 20 MHz
• 1 Microcontrolador PIC 18F4550
• Conector USB Hembra tipo B
• 1 LED comprobación de la fuente
• 1 LED arranque del micro
• 2 Capacitores 22 pF
• 2 Capacitores lenteja #104
• 2 Resistencias 330 Ω
• 1 Capacitor electrolítico 10 µf a 25V para fuente USB
• 1 Capacitor 47 µf a 63 V para la fuente
• 1 Resistencia 330 Ω Reset
• Cable
• 6 Borneras 2 entradas
• Baquelita de un lado
• 1 Sócalo de 40 pines
• 3 Sócalos 16 pines
• 1 Switch de dos posiciones
65
3.4.1 Driver de Control de Motores L293D Puente H
El driver L293D contiene en su interior cuatro circuitos que se los puede utilizar
independientemente o formando dos puentes completos H que permitan el manejo
del control de giro de motores pequeños con una tensión de 1.5 V, estos pueden ser
motores de corriente continua o motores paso a paso y el manejo del giro se lo puede
hacer en ambos sentidos.
Figura 3. 3 Circuito Integrado L293D puente H
Fuente: http://www.hvwtech.com/products/341/17310_PV.jpg
3.4.1.1 Estructura L293D
Cada circuito que contiene el L293D controla una corriente de 600 mA y una tensión
de hasta 36V en cada uno.
66
Este puente H es una interfaz que está diseñada para recibir dos señales de entrada y
envían dos señales de salida al motor, permite, básicamente el control de dos señales
digitales de baja potencia, cuando la señal sea 1 lógico en una de sus entradas y en la
una habilitación, el puente H invierte las señales el 1 se convierte en 0 y el 0 en 1 y
así conecta al motor a la fuente de alimentación, y para el sentido contrario se
invertiría la polaridad.
Figura 3. 4 Diagrama de Pines L293D
Fuente: www.micropik.com
67
3.4.1.2 Distribución de Pines
- Pines 4, 5, 13, y 12 GND (tierra)
- Pines 8 y 16 VSS y VS 5V
- Pines 1 y 9 Enable 1 y Enable 2 5V
- Pines 6 y 3 Salida Motor
- Pines 11 y 14 Salida Motor
En este caso para manejar los cinco motores del actuador se debe utilizar tres
circuitos integrados L293D, la velocidad de cada motor dependerá de la
programación que se dé en el microcontrolador.
Cabe recalcar que los drivers de control de motores L293D reciben el voltaje de la
fuente de 5V.
En la figura se muestra el control de dos motores con un circuito integrado L293D.
68
Figura 3. 5 Circuito Integrado L293D manejo de 2 motores pequeños A y B
Fuente: http://www.ece.uvic.ca/~ece499/2001b/group06/schem.html
3.4.3 Oscilador
Los osciladores son utilizados como componentes de control de la frecuencia de
circuitos osciladores convirtiendo las vibraciones mecánicas en pulsos eléctricos de
una frecuencia específica.26
El oscilador permite controlar a la velocidad a la que trabajar el microcontrolador en
este caso 20 MHz.
26Osciladores.(s.f.). Recuperado el 8 de octubre del 2010, de http://es.wikipedia.org/wiki/Oscilador
69
Figura 3. 6 Oscilador de cuarzo XT
Fuente: http://ersonelectronica.com/images/191-CUARZO.jpg
El PIC 18F4550 tiene un oscilador interno de 32 KHz, el PIC ejecuta una instrucción
en un ciclo de máquina (4 periodos de reloj), cuando se requiere aumentar la
velocidad de debe conectar un oscilador externo con frecuencias de 8, 10, 12, 16, 20,
32, 40 y 48 MHz, este caso se utiliza un oscilador de 20 MHz.
3.4.4 Microcontrolador PIC 18F4550
El microcontrolador elegido es el PIC 18F4550 es uno de los más completos dentro
de la familia PIC 18FXXX de la marca Microchip, una de las marcas más vendidas
por su amplia gama que dispone y de acuerdo a las necesidades de cada aplicación, el
microcontrolador que seleccionado dentro de su funcionamiento maneja el periférico
70
de comunicación avanzada como es el USB el mismo que actualmente es manejado
en la mayoría de computadoras; tanto portátiles como de escritorio.
Figura 3. 7 Microcontrolador PIC 18F4550
Fuente: www.mercadolibre.com.mx/jm/img?s=MLM&f=30610953_6334.jpg&v=E
3.4.4.1 Características PIC 18F4550
a) Arquitectura RISC avanzada Hardvard: 16 bit con 8 bit de datos.
b) 77 instrucciones
c) Desde 18 a 80 pines
d) Hasta 64 K bytes de programa
e) Hasta 3968 bytes de RAM y 1 K bytes de EEPROM
f) Frecuencia máxima de reloj 40 MHz.
71
g) Pila de 32 niveles
h) Múltiples fuentes de interrupción
i) Periféricos de comunicación avanzados (CAN Y USB)
3.4.4.2 Funcionamiento PIC 18F4550
La principal función del PIC 18F4550 es el control de giro de cada uno de los
motores que posee el actuador (Brazo Robótico) dentro del cual se manejará valores
enviados por la aplicación web al PIC, para que éste a su vez permita dichos
movimientos, éste también direccionará cuál de todos los motores realizará una
acción y cuando deje de hacerla. Como se ha dicho, la familia de
microcontroladores PIC 18F4550 permite el manejo del puerto USB tanto en
computadoras portátiles como de escritorio, desplazando casi en su totalidad a los
puertos en serie y paralelo; por esta razón se escogió este tipo de comunicación,
actualmente existen librerías propias de los lenguajes de programación que hacen
más fácil la programación y el uso de esta tecnología del mundo de los
microcontroladores.
A continuación se muestra el Diagrama de pines que tiene el PIC 18F4550 y cuál es
la distribución dentro del circuito de control:
72
Figura 3. 8 Diagrama de Pines PIC 18F4550
Fuente: Microchip Technologies, (2006).” Data Sheet PIC 18”. (pp.5). USA
3.4.4.2 Distribución de Pines PIC 18F4550
En el microcontrolador PIC 18F4550 se utilizan los siguientes pines:
73
Tabla 3. 1 Distribución de Pines del PIC 18F4550
PIN SIMBOLO DESCRIPCION
1 MCLR Reset
2 RA0/AN0
LED (Indica si el microcontrolador está
encendido)
3 RA1
4 RA2
5 RA3
6 RA4
7 RA5
8 RE0
9 RE1
10 RE2
11 VDD Pin Conectado a Voltaje Conector USB
12 VSS Pin Conectado a Tierra GND
13 OSC1
Oscilador 20 MHZ --> Capacitor 22 pF --> Tierra
GND
14 OSC2
Oscilador 20 MHZ --> Capacitor 22 pF --> Tierra
GND
15 RC0
16 RC1
17 RC2
74
PIN SIMBOLO DESCRIPCION
18 VUSB Capacitor 104 --> Tierra GND
19 RD0 Pin Conectado al Pin 7 Input Driver 3
20 RD1 Pin Conectado al Pin 2 Input Driver 3
21 RD2 Pin Conectado al Pin 10 Input Driver 3
22 RD3 Pin Conectado al Pin 15 Input Driver 3
23 D- Conector -D USB
24 D+ Conector +D USB
25 RC6
27 RD4
28 RD5
29 RD6
30 RD7
31 VSS Pin Conectado a Tierra GND
32 VDD Pin Conectado a Voltaje Conector USB
33 RB0 Pin Conectado al Pin 14 Input Driver 2
34 RB1 Pin Conectado al Pin 10 Input Driver 2
35 RB2 Pin Conectado al Pin 7 Input Driver 2
36 RB3 Pin Conectado al Pin 2 Input Driver 2
37 RB4 Pin Conectado al Pin 15 Input Driver 1
38 RB5 Pin Conectado al Pin 10 Input Driver 1
39 RB6 Pin Conectado al Pin 7 Input Driver 1
40 RB7 Pin Conectado al Pin 2 Input Driver 1
Fuente: Autora del trabajo
75
Nota:
Los Driver 1, 2, 3 son los circuitos integrados L293D que controlan cada uno de los
motores.
Los motores consumen el voltaje de una fuente externa y no de la que consume el
microcontrolador mismo que utiliza el voltaje que le brinda el USB del HOST, se lo
hace por separado debido a que el micro puede sufrir daños porque los motores
consumen una corriente mayor a la que el microcontrolador puede entregar.
76
3.4.6 CIRCUITO DE CONTROL
Figura 3. 9 Circuito de Control
77
3.4.7 Diseño de Pistas para las Placas Electrónicas del Circuito de Control
El diseño de pista utilizado en el desarrollo del control y manipulación de un brazo
electrónico posee dos caras, la placa electrónica permite la unificación de forma
compacta los distintos dispositivos empleados.
• Placa de Circuito de Control: Carátula Ver Figura 3.10 y Cara posterior Figura
3.11.
Figura 3. 10 Carátula Placa de Control
Fuente: Realizado con Eagle por el Autor
78
Figura 3. 11 Vista por debajo de la Placa de Control
Fuente: Realizado con Eagle por el Autor
79
Figura 3. 12 Placa de Control Terminada Vista Lateral
Figura 3. 13 Placa de Control Terminada
Fuente: Autora
80
3.5 PROGRAMA PARA COMUNICACIÓN USB
3.5.1 OBJETIVO
Internamente el PIC 18F4550 debe realizar lo siguiente:
- Sincronizar de forma óptima la comunicación entre el puerto USB y el HOST.
- Recibir datos del PC mediante el bus USB.
- Transformar los datos receptados a un valor de tiempo (milisegundos) el mismo
que servirá para el movimiento de cada uno de los motores ingresados en
grados.
- Mover cada uno de los motores del actuador en grados (Brazo Robótico)
3.5.2 DIAGRAMA DE FLUJO
Con el siguiente diagrama se explica el funcionamiento del programa realizado en el
Microcontrolador PIC 18F4550.
81
Figura 3. 14 Diagrama de Flujos del PIC 18F4550
INICIO
Inicializar el Hardware USB
Habilitar el Periférico USB
Espera que sea configurado por el HOST
Recibo Datos???
Almacenar Datos
FIN
NO
SI
RecCommand VERIFICARUSB = 99
CONTROLMOTORB = 88CONTROLMOTORD = 77
Dispositivo enumerado por el
Host?
SI
NO
Reccomand = VERIFICADOR
Transmision de Dato a la PC valor 1 “Dispositivo Conectado”
RecComand = CONTROLMOTOR
B Retardo o pausa (mils)
RecComand = CONTROLMOTOR
D
Encender Motor ubicado en el Puerto D Retardo o pausa (mils)
Encerar Puerto B
(0x00)
Encerar Puerto D
(0x00)
SI
SI
SI
NO
NO
NO
Encender Motor ubicado en el Puerto B
Transformar el valor en milisegundos
aa
NO
a
a
Fuente: Autora
82
3.5.3 DESARROLLO
3.5.3.1 Definición de Constantes
Una constante es un dato cuyo valor no se altera o no cambia durante la ejecución del
programa. En este caso definimos las siguientes constantes.
- VERIFICARUSB = 99
- CONTROLMOTORB = 88
- CONTROLMOTORD = 77
Estas nos servirá como identificadores de comparación dentro del programa: el primero
para realizar la verificación de conexión USB y las otras dos constantes para
direccionar a que puerto pertenece el motor sea este al puerto B o D.
Para determinar al puerto correspondiente sea este B o D se debe saber la distribución
de los pines que corresponden al microcontrolador el micro dispone de 40 pines que
contiene 5 puertos con diferentes números de pines:
- Puerto A 6 pines
- Puerto B 8 pines
- Puerto C 6 pines
- Puerto D 8 pines
- Puerto E 3 pines
83
En nuestro caso ocupamos los puertos B y D para el control de cada motor del actuador,
debido a que trabajan cada uno de estos dos puertos con 8 pines lo que equivale a 1 byte
de 8 bits y así poder controlar los desplazamientos de los motores sean estos arriba,
abajo, derecha, izquierda, abrir, cerrar.
Figura 3. 15 Distribución de Pines Puerto B y D
Fuente: Autora
84
3.5.3.2 Comunicación USB
Para llevar a cabo este tipo de comunicación se debe tomar en cuenta el protocolo USB.
El compilador CCS contiene librerías para facilitar esta tarea. Se usarán las librerías:
1. #include <18F4550.h>
2. #fuses
HSPLL,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,NODEBUG,USBDIV,PLL5,CPUDI
V1,VREGEN
3. #use delay(clock=48000000)
4. #include <pic18_usb.h>
5. #include “header.h”
6. #include <usb.c>
- En la primera, se declara la librería del integrado a usar y el programa
automáticamente adopta los parámetros del PIC.
- En la segunda directiva, se define qué fusibles deben activarse en el dispositivo
cuando se programe.
- En la tercera directiva indica al compilador la frecuencia del procesador, en
ciclos por segundo [Hz].
85
- En la cuarta representa el driver de capa hardware de la familia PIC18F4550.
- En la quinta esta librería header.h contiene los descriptores del dispositivo
como son el VID (vendor id) y el PID (product id), son necesarios para evitar
conflictos en el momento de conectarse con otros dispositivos del mismo
fabricante.
- En la sexta esta librería maneja las interrupciones USB y el USB Setup
Requests en Endpoint 0.
Una vez que el bus USB es conectado al PC, el programa del microcontrolador ejecuta
esta serie de funciones sincronizadas para la comunicación. Son las que a continuación
se las explica y en el orden que son ejecutadas.
- usb_init().- Inicializa la pila USB, los periféricos USB y permite
interrupciones.
- usb_task().- Controla el pin de detección de conexión cuando se conecta y
se desconecta del bus.
- usb_wait_for_enumeration(void).- Espera hasta que el PicUSB sea configurado
por el HOST.
86
- usb_enumerated(void).- Esta función retorna TRUE si el PIC ya está
configurado y FALSE si no lo está.
- usb_kbhit(1).- Si el PIC ha recibido datos del PC esta función retorna TRUE,
sino FALSE.
3.5.3.3 Recepción y Envió de Paquetes
Una vez que el dispositivo está configurado se procede a ejecutar las siguientes
funciones que permite recibir y enviar los paquetes de datos por medio del bus USB.
- usb_get_packet (endpoint, ptr, max)
Esta función se utiliza para recibir datos que el PC envía al PIC
ENTRADAS * endpoint – es el buffer de datos de entrada, donde llega el
paquete de datos .
*prt – es el apuntador donde guardaremos el dato.
*max – es el tamaño del paquete en bytes.
SALIDAS Esta función guarda el paquete una vez que es configurado el
dispositivo, los tres bytes que se obtienen por parte del host son guardados en la
variable recbuf.
- usb_put_packet(endpoint, ptr, len, toggle)
Esta función se usa para enviar datos del PIC al HOST
87
ENTRADAS * endpoint – por donde se quieren enviar los datos
* ptr – apunta a la dirección del dato a enviar
* len – el tamaño del paquete en bytes
* toggle – porque canal de dato se debe enviar Data 0, Data 1 o
cambiar de Data a cada envío con USB_DTS_TOGGLE
SALIDAS (TRUE y FALSE)
Devuelve TRUE si los datos han sido enviados correctamente, FALSE en caso
contrario, la única razón por la que puede dar FALSE es porque el buffer está
todavía lleno desde la última vez que se trató de enviar un paquete.
Se puede decir que un endpoint es un buffer temporal de datos de entrada y salida, sin
olvidarse que cada endpoint tiene su respectivo (pipe) canales por los cuales son
enviados los paquetes comúnmente utilizados en el flujo de comunicación USB.
3.5.3.4 Movimiento de Motores
Una vez receptado el paquete de datos enviado por medio del puerto USB desde la
aplicación Web, el paquete se almacena en una variable determinada dentro del
programa del microcontrolador, el dato que se almaceno esta en sistema binario por esta
razón se procede a convertirlo a entero para realizar una operación y obtener un valor
de tiempo en este caso milisegundos, tiempo que se demora el motor en realizar el giro
o desplazamiento.
88
El actuador trabaja con motores eléctricos de corriente continua con caja de reducción
con un control limitado por ello realizamos la siguiente operación con un valor
aproximado tomado manualmente: 1550 milisegundos se tarda en mover un motor 30°.
Con esta comparación procedemos a realizar la operación por cada valor ingresado para
los diferentes motores del actuador. Ejemplo.
producto = (int32)AnguloMotor * 1550
pulsoalto = (int32)producto/30
• 1550 tiempo que se tarda en mover un motor 30 grados
Donde (int32) AnguloMotor es la variable donde se almacena el dato que es enviada
desde la aplicación web y es transformada de sistema binario a entero. Esta variable
recibirá los valores que envíe la aplicación web de acuerdo al ángulo del motor que se
requiera mover.
El valor que se obtiene en pulsoalto es un valor entero que nos permitirá obtener el
tiempo (milisegundos) que el motor eléctrico va a moverse. Es una regla de tres que se
realizará por cada valor (ángulo motor) almacenado y enviado desde el host.
El siguiente paso para realizar el movimiento de los motores consiste en obtener el
siguiente byte guardado en memoria del microcontrolador enviado por el host; el dato es
comparado con las constantes antes definidas CONTROLMOTORB = 88,
CONTROLMOTORD = 77, las mismas que nos permitirán direccionar la información
al puerto en el que está conectado el motor: B o D.
89
Una vez que sabemos a qué puerto del microcontrolador pertenece dicho motor se
procede a encender el motor y para finalizar enceramos todo puerto utilizado con el
valor 0x00, para que esté listo para ser utilizado por los demás motores.
3.6 SOFTWARE DE CONTROL PARA PC APLICACIÓN WEB
3.6.1 OBJETIVO
A continuación se describirá el software desarrollado para el computador personal
(PC), el objetivo perseguido durante la creación del software, fue el diseño de una
aplicación visual de fácil manejo entres sus principales características están:
- Ingresar a una Aplicación Web.
- Realizar la comunicación vía USB (Host – Placa de control - Actuador)
- Probar si el dispositivo está conectado al Host.
- Cargar cámara web para ayuda visual en el manejo y manipulación del
actuador.
- Asignar los valores de cada uno de los motores para establecer la cantidad de
grados a moverse.
- Ejecutar el movimiento de cada motor y el tipo de desplazamiento (arriba,
abajo, derecha, izquierda, abrir, cerrar)
- Movimiento del actuador en tiempo real (brazo robótico).
90
3.6.2 DIAGRAMA DE FLUJO
Los Diagramas de Flujo cumplen un papel muy importante porque representa
gráficamente la lógica utilizada para el desarrollo y la secuencia de toda sus
operaciones dentro un proyecto, en este punto se explica el funcionamiento macro de
cómo está compuesto la aplicación de Web encargada del control y manipulación de
un brazo robótico.
91
Figura 3. 16 Diagrama de Flujos Macro Aplicación Web
Fuente: Autora
92
3.6.3 DESARROLLO
3.6.3.1 Aplicaciones Web sobre la Plataforma .NET
El lenguaje seleccionado para el presente proyecto es C#, que permite desarrollar
aplicaciones sobre la plataforma .NET, esta plataforma se caracteriza por
proporcionar utilidades y servicios para combinar la informática con las nuevas
tecnologías de las comunicaciones, C# permite desarrollar aplicaciones Web
dinámicas e interactivas.
C# está desarrollado en un entorno multilenguaje diseñado para la creación y
ejecución de aplicación Web en la forma más cómoda para el programador sea el
lenguaje al que esté familiarizado. Está compuesta por cuatro componentes
principales:
• Una máquina virtual (CLR, Common Language Runtime).
• Un lenguaje intermedio (MSIL, Microsoft Intermediate Language).
• Una biblioteca de clases (.NET).
• Un conjunto de recursos para crear aplicaciones Web dinámicas (ASP.NET).
93
Figura 3. 17 Estructura de C# en plataforma .NET
Fuente:http://apuntesutn.foroactivo.com/teoria-f12/teoria-resumen-poo-net-t30.htm
Las grandes ventajas que aporta esta estructura de programación son:
• Creación entornos visuales y aplicaciones para Internet
• Manejo de las DLL de Windows
• Creación de aplicaciones Web, escritorio y su fácil integración.
• Posibilidad de utilizar varios lenguajes de programación (C#, Visual
Basic, C++, J#, SQL Server).
• Un código C# compilado para su portabilidad en cualquier plataforma
(Intel, Motorola, plataformas Unix, telefonía móvil, etc.).
3.6.3.2 Comunicación por el Puerto USB
El proceso de comunicación a través del puerto USB entre la aplicación Web
desarrollada en el PC y el circuito de control, es un proceso que requiere de una serie
de componentes.
94
Para la comunicación por el puerto USB los principales elementos son los drivers,
entendiéndose que un driver es una porción de código software que permite a los
programas acceder a las funciones de un dispositivo hardware.
En Windows 7, el control del bus USB se lleva a cabo por unos drivers específicos
del USB proporcionado por MICROCHIP.
Estos drivers propios del sistema operativo, tienen una estructura por capas donde
cada capa se encarga de una parte del proceso de la comunicación. Dividir la
comunicación por capas tiene una razón muy importante, debido a que si existen más
periféricos que realicen tareas parecidas pueden utilizar el mismo driver, haciendo la
comunicación más eficiente. Una aplicación que desee acceder a un periférico USB,
debe utilizar un driver que tenga capacidad para comunicarse con estos drivers USB
del sistema pero bajo el sistema operativo Windows.
Además del driver necesario para la comunicación del bus USB, se requiere de una API
(Application Programming Interface), esta API contiene las funciones necesarias para
que la aplicación se comunique con el driver.
95
Figura 3. 18 Acceso al Puerto USB
APLICACIÓN WEBSOFTWARE
DESARROLLADO EN C#
DRIVER BRAZO ROBOTICO
mchpusb.sys
WIN 32 SUBSISTEMA
CAPA FISICAFIRMWARE
USB Hub Driverusbhub.sys
Bus Driversusbd.sys
API (mpusbapi.dll)
DRIVERS USB DEL SISTEMA
Fuente: Autora
La creación de un driver para Windows no es una tarea tan sencilla como se piensa
primero se necesita la debida experiencia en programación C/C++, además de un buen
96
conocimiento sobre el sistema operativo, la comunicación con el hardware y las
aplicaciones.
Microchip como una empresa líder en la fabricación de microcontroladores involucrada
en las nuevas tecnologías y con la finalidad de acelerar el tiempo de desarrollo, ha
puesto a disposición de los usuarios un paquete de herramientas para establecer la
comunicación entre una aplicación propia y un microcontrolador PIC con capacidad
USB.
Las herramientas que proporciona MICROCHIP son:
• Un driver de acceso al puerto USB (mchpusb.sys) y
• La API correspondiente (mpusbapi.dll) para acceder a las funciones del driver.
3.6.3.3 Drivers para Windows
Cada dispositivo USB debe tener una única combinación de dos números de serie, como
son el:
- VID (Vendor Identification) y
- PID (Product Identification).
El VID y el PID son utilizados en archivos INF, así como en el descriptores de
dispositivo, estos números sirven para que el dispositivo sea reconocido por el
computador en el momento de la conexión y que el sistema operativo le pueda asignar
los drivers adecuados. Para que el driver funcione sin problemas con el USB los valores
97
del Vendor Identification VID y del Product Identification PID deben ser exactamente
los mismos en el:
- Fichero mchpusb.inf del driver creado por Microchip , y;
- Descriptor USB del software del PIC 18F4550.
3.6.3.4 API mpusbapi.dll
Microchip creó la API mpusbapi.dll que desde algún tiempo está siendo distribuida
conjuntamente con el driver USB, fue creada para facilitar el desarrollo de
aplicaciones que se basan en la utilización del bus USB, además pone a disposición
varias funciones que permite tener acceso a los comandos del driver antes
mencionado (mchpusb.sys).
Tiene seis funciones básicas:
• MPUSBGetDLLVersion(void)
Devuelve la versión de mpusbapi.dll en formato hexadecimal de 32 bits.
• MPUSBGetDeviceCount ((PVID_PID)
Informa sobre el número de dispositivos conectados con el VID y PID
especificados.
ENTRADA: pVID_PID Cadena de caracteres del número de identificación
asignados.
98
• MPUSBOpen (INSTANCE, PVID_PID, PEP, DWDIR, DWRESERVED)
Abre una conexión con el “endpoint” especificado, devuelve el acceso al pipe
del endpoint con el VID_PID asignado.
ENTRADAS:
- INSTANCE – Un número de dispositivos para abrir, es por ello que se utiliza
el MPUSBGetDeviceCount para determinar el número de dispositivos existen.
Cabe mencionar que el número devuelto debe ser menor o igual que los
dispositivos conectados y usando el driver genérico.
- PVID_PID – String que contiene el PID&VID del dispositivo prototipo, el
formato que utilizan es el hexadecimal y es el siguiente:
Si un dispositivo tiene un VID=0x04d8 y un PID=0x000b, el string de entrada
sería “vid_0x04d8&pid_0x000b”.
- PEP – Es un string con el número del endpoint que se va abrir el formato es
“\\MCHP_EPz” o “\MCHP_EPz” según el lenguaje que se va a utilizar y z es el
número del Endpoint en decimal.
Ejemplo:
“\\MCHP_EP1” o “\MCHP_EP1”
- DW-DIR – Especifica la dirección del endpoint.
• MPUSBClose (HANDLE)
Cierra la conexión con el “endpoint” especificado.
ENTRADA: Handle – Identifica la pipe del Endpoint que se va a cerrar.
99
• MPUSBRead(HANDLE, PDATA, DWLEN, PLENGTH,
DWMILISECONDS)
Lee el número de bytes especificados del “endpoint”.
ENTRADAS:
- HANDLE – Identifica la pipe del endpoint que se va a leer
- DWLEN – Especifica el número de bytes que hay que leer de la pipe.
- DWMILLSECONDS – Especifica el intervalo del time out en milisegundos,
la función vuelve si transcurre el intervalo aunque no se complete la operación.
SALIDAS:
- PDATA – Puntero al buffer que recibe el dato leído de la pipe
- PLENGTH – Puntero al número de bytes leídos.
• MPUSBWrite(HANDLE, PDATA, DWLEN, PLENGTH,
DWMILISECONDS)
Escribe el número de bytes especificados en el “endpoint”.
ENTRADAS:
- HANDLE – Identifica la pipe del endpoint que se va a escribir.
- DWLEN – Especifica el número de bytes que se van a escribir en la pipe.
- DWMILLISECONDS - Especifica el intervalo del time out en milisegundos,
la función vuelve si transcurre el intervalo aunque no se complete la operación.
SALIDAS:
- PDATA – Puntero al buffer que contiene los datos que se van a escribir en la
pipe.
100
- PLENGTH – Puntero al número de bytes que se escriben al llamar esta
función.
Estas funciones son las usadas para establecer la comunicación entre la aplicación del
PC y el Brazo USB. Desde el código del programa en C# se accede a ellas usando el
atributo DllImport.
3.6.3.5 Comprobar comunicación
Esta opción permite comprobar si efectivamente se realizó la conexión del dispositivo
USB, y si está apto para recibir y enviar datos por la línea de comunicación generada
entre el Host y el dispositivo USB de la placa de control. Esta opción conlleva una serie
de procesos los cuales nos permiten alcanzar el objetivo deseado.
Como primer punto se mostrará el proceso macro para realizar la comprobación de
conexión USB.
101
Figura 3. 19 Diagrama de Flujo Comprobación Comunicación
PideVerificarUsb ()
Lectura > 0
Inicio
FIN
Lectura = LeerDato ()
DISPOSITIVO NO CONECTADO
DISPOSITIVO CONECTADO
SI
NO
Fuente: Autora
Una vez que se presiona el botón para probar la comunicación en la aplicación web se
ejecuta en primera instancia el método PideVerificarUsb () que envía un dato al PIC
para comprobar la conexión.
Una vez ejecutado este método PideVerificarUsb () internamente se ejecuta un sub
método que ayudará con esta acción, el método se llama EnviarPaquete (), éste método
102
envía dos bytes; el primer byte contendrá un dato verificador el cual puede ser
comparado dentro del PIC situado en la placa de control y en el segundo byte será 0x00
como se muestra en los diagramas de flujo siguientes:
Figura 3. 20 Diagrama Flujo de las Subrutinas Pide Verificación USB y Enviar
Paquete
PideVerificarUsb
Enviar_buf[0] = cmd_VUEnviar_buf[1] = 0x00
Enviar Paquete Enviar Paquete
EnviarRetraso = 1000EnvioLongitudDato FIN
Abrir Pipes
Ejecuta_MPUSBWrite
Cerrar Pipes
FIN
Fuente: Autora
103
La función EnviarPaquete () ejecuta internamente tres funciones de la API mpusbapi.dll
que se utiliza como ayuda para la manipulación del puerto USB, siendo las funciones
las siguientes: AbriPipes (), MPUSBWrite (), CerrarPipes (), el objetivo de la función
EnviarPaquete() es enviar los dos bytes por el canal de comunicación USB.
Una vez enviados los datos se ejecuta el segundo proceso de la comprobación de la
conexión y es la función LeerDato(), cuyo objetivo principal es almacenar en una
variable lectura el dato recibido del PIC 18F4550, este método ejecuta un proceso
interno RecibirPaquete() siendo su objetivo recibir el dato desde el PIC 18F4550 y este
sirve para realizar la respectiva comprobación.
104
Figura 3. 21 Diagrama de Flujo de las Subrutinas Leer Dato y Recibir Paquete
LeerDato
RecibirPaquete
Fin
Retornarrecibe_buf[0]
RecibirPaquete
RecibirRetraso = 1000
Abrir Pipes
Ejecuta_MPUSBRead
Cerrar Pipes
Fin
Fuente: Autora
La función RecibirPaquete() ejecuta tres funciones de mpusbapi.dll para facilitar el
manejo del puerto USB y son las siguientes: AbriPipes(), MPUSBRead(),
105
CerrarPipes(), una vez recibido el paquete y el dato se procede la comprobación para
determinar si se efectuó con éxito la comunicación con el dispositivo o no.
El proceso de la comprobación de la conexión tiene como objetivo tomar medidas a
futuro para efectuar con éxito las demás procesos que conlleva la aplicación
desarrollada para el control y manipulación del brazo robótico.
3.6.3.6 Cargar Cámara WEB
En esta parte del proyecto se realiza la captura de imágenes con una cámara web,
este módulo permite entablar una conexión entre el driver de la webcam y la
aplicación, después de tener acceso al driver y mediante la API se puede obtener el
video de la webcam emite. Este módulo es desarrollado en una aplicación de
escritorio invocado desde la aplicación Web principal mediante un botón
direccionado a esta aplicación, además para la construcción de esta aplicación se
utilizó API para Windows las cuales nos permite el manejo de la captura de
imágenes.
Las API utilizadas son:
- AVICAP32.dll
- USER32.dll
106
Las API (Application Programming Interface) es un conjunto de funciones,
procedimiento o métodos si se refiere a programación orientada a objetos que
interactuar con Windows. Las funciones principales de la API se encuentran en unas
librerías .DLL que se alojan en el directorio System32 de Windows y con ellas se
puede realizar casi todas las tareas del Windows.
Una API representa una interfaz de comunicación entre componentes software.
AVICAP32.DLL. Soporte para la captura de video para los archivos AVI (Audio
Visual Interface)
USER32.DLL. Componente de núcleo de 32 bits, controla todo lo que tiene que ver
con la creación de ventanas, comunicaciones, hardware y mensajes.
Para explicar el funcionamiento general para la captura de imágenes con la cámara
web se mostrará con un diagrama de flujo, en el que se indican los procesos con los
que cuenta este módulo y cómo se comporta en cada fase establecida.
107
Figura 3. 22 Diagrama de Flujo Cargar Cámara Web
Fuente: Autora
108
La captura de imágenes comienza desde que el usuario presiona el botón de
comandos llamado “CAMARA” ubicado en la aplicación Web principal, dentro de
este evento se genera el direccionamiento a la aplicación de escritorio y se procede
abrir la pantalla con su respectiva configuración donde se proyectará la cámara Web.
Una vez abierta se procede a manipular la aplicación de escritorio llamada
CAMARABRAZOUSB la cual cuenta con una clase principal llamada
CAPTURAVIDEO la cual contiene las funciones de la API USER32 y AVICAP32
que manipula la captura de imágenes y sus respectivos métodos para dicha acción,
como se muestra a continuación.
[DllImport("avicap32.dll")]
public extern static int capCreateCaptureWindowA(string Nombre, int Stilo, int xpi,
int ypi, int Ancho, int Alto, int capvidPadre, int ID);
[DllImport("user32.dll")]
public extern static int SendMessageA(int capvid, int Msg, short wParam, int
lParam);
[DllImport("user32", EntryPoint = "OpenClipboard")]
public static extern int OpenClipboard(int capvid);
109
[DllImport("user32", EntryPoint = "EmptyClipboard")]
public static extern int EmptyClipboard();
[DllImport("user32", EntryPoint = "CloseClipboard")]
public static extern int CloseClipboard();
Una vez que procedemos a encender la cámara el primer método construye una
ventana de captura de ancho y alto variables.
capvid = capCreateCaptureWindowA("Ventana de Captura", WS_VISIBLE |
WS_CHILD, 0, 0, ancho, alto, Handle, 0);
El primer parámetro es el nombre de la ventana, después el estilo de la ventana
WS_VISIBLE | WS_CHILD, luego vienen los parámetros que indican la posición
inicial en X e Y, el alto y ancho de la ventana, después decidir dónde va a ir la
ventana en este caso en un Picturebox se indica el objeto con su manejador o
“Handle” y va indicado con la variable vidcap.
Como segundo paso conecta la ventana con el driver de la cámara
var1 = SendMessageA(capvid, WM_CAP_DRIVER_CONNECT, 0, 0);
Se tiene que conectar la ventana con el driver de la cámara, se le indica la ventana
con la variable capvid, se ordena conectarse al driver con la función
110
WM_CAP_DRIVER_CONNECT y el siguiente parámetro en este caso 0 muestra el
índice del driver al que tiene que conectar, puede variar del 0 a 10, como es 0 se
conectará al primer driver que encuentre.
Luego se procede a capturar la imagen indicando de inicio la velocidad con la que
mostrará el video y se utilizará la función WM_CAP_SET_PREVIEWRATE, la
misma que indica la velocidad en este caso 66 milisegundos máximo, que se puede
generar 30 cuadros por segundo.
var1 = SendMessageA(capvid, WM_CAP_SET_PREVIEWRATE, 66, 0);
Para empezar a mostrar el video se usa la función WM_CAP_SET_PREVIEW, que
indica que va mostrar el video; y la variable “TRUE” indica que empiece caso
contrario si fuera “FALSE” dejaría de hacerlo, pero el programa sigue capturando el
video con el driver solo que no mostraría la información.
var2 = SendMessageA(capvid, WM_CAP_SET_PREVIEW, 1, 0);
Si el usuario procede a desconectar la cámara Web se ejecuta un método final
llamado Detener () el mismo que realiza la tarea de desconectar la cámara Web
ejecutándose la función adecuada para esta tarea.
var2 = SendMessageA(capvid, WM_CAP_DRIVER_DISCONNECT, 0, 0);
111
El funcionamiento de la captura de video mediante una cámara web es de gran ayuda
para la manipulación y el control de movimientos del actuador (brazo robótico),
porque mediante a este sistema se obtiene una ayuda visual, sea que este actuador
permanezca cerca o lejos para ser manipulado.
3.6.3.7 Asignar Ángulos de Giro
El actuador (brazo robótico) cuenta con 5 motores independientes, los cuales
pueden realizar los movimientos con ángulos máximos sugeridos especificados por
cada motor para dicho actuador.
- BASE – 270°
- HOMBRO – 180°
- CODO – 270°
- MUÑECA – 120°
- PINZA – ABRIR Y CERRAR
Para listar los ángulos de cada motor se utilizó la propiedad Dropdownlist la cual
permite desplegar y poder escoger el ángulo de movimiento requerido, el
Dropdownlist es asignado a cada motor en grados que van desde el 1° hasta el
máximo sugerido por cada motor.
112
Para ayudarnos en este proceso se generaron dos métodos el primero llamado
Page_load () encargado de almacenar los valores máximos permitidos por cada
motor, cada vez que la página web se cargue se ejecutará este método.
listagrados(ddlhombro,180);
listagrados(ddlcodo, 270);
listagrados(ddlmeñeca, 120);
listagrados(ddlbase, 270);
Y este a la vez hace el llamado a un método interno listagrados() el cual recibe dos
valores el Dropdownlist específico y el tamaño asignado para este. Este evento genera
por cada motor la lista de grados máximos para proceder a escoger el grado del
movimiento que se desea realizar.
3.6.3.8 Ejecutar Movimiento de Motores
Esta opción permite ejecutar el movimiento de cada motor que comprende el
actuador mediante botones de comando asignados a su respectivo tipo de
movimiento y motor.
113
Para la ejecución del movimiento de cada motor, primero se toma en cuenta el tipo
de movimiento, si el motor pertenece al puerto B o D y que motor del puerto B o D
efectuará el movimiento. Eso muestra la figura siguiente:
Tabla 3. 2 Valores para Motores del Actuador
PUERTO MOTOR SALIDAS TIPO MOVIMIENTO
B
Identificador
(0) Hombro 0x01 Subir
Hombro 0x02 Bajar
Codo 0x04 Subir
Codo 0x08 Bajar
Muñeca 0x10 Subir
Muñeca 0x20 Bajar
Pinza 0x40 Cerrar
Pinza 0x80 Abrir
D
Identificador
(1) Base 0x01 Izquierda
Base 0x02 Derecha
Led 0x08 Encender
Fuente: Autora
114
A cada botón de comandos se le asignó un motor del actuador con su respectivo tipo
de movimiento, cada botón representa un método el cual contendrá un “salida” la
misma que almacena un valor hexadecimal y representa el tipo de movimiento que
realizará el motor. Además ejecutará un método interno llamado MoverMotor()
MoverMotor(salida, 0, leerangulo(ddlmuñeca)
Este método recibe la “salida” antes mencionada, un “identificador” ayuda a
determinar a qué puerto pertenece dicho motor en este caso los identificadores son
“0” puerto B y “1” puerto D y una función llamada LeerAngulo() que lee el dato en
grados ingresado, este método MoverMotor() principalmente se encarga de realizar
el envío de datos hacia el PIC18F4550, para que éste a su vez realice dicha
operación. Para extender la explicación se muestra el proceso en el siguiente
diagrama de flujo:
115
Figura 3. 23 Diagrama de Flujo Movimiento Motores y la Subrutina de Enviar
Paq.
Fuente: Autora
116
Una vez que se ejecuta este evento se realiza una serie de procesos los cuales son
importantes para cumplir el objetivo de mover cada uno de sus motores que
componen el actuador (brazo robótico), primero ejecuta una sentencia de condición
si el puertobd = 0 el valor cmd_CM (88) es almacenado en el primer byte del
arreglo, sino es 0 el valor cmd_CMD (77) es almacenado, los valores de cmd_CM o
cmd_CMD servirán en el microcontrolador como valores de comparación para
determinar si el motor pertenece al puerto B o D , en el segundo byte es almacenada
la salida correspondiente al motor que se activará y que acción ejecutará, y en el
tercer byte el valor del ángulo a mover.
El siguiente paso es ejecutar el método EnviarPaquete(), éste permite realizar el
envío del arreglo de bytes por medio del bus USB hacia el microcontrolador, este
método está completamente ligado con las funciones que corresponden a la DLL
mpusbapi.dll que ayuda a la comunicación por medio del bus USB y las funciones
internas de este método son el AbrirPipes(), MPUSBWrite(), CerrarPipes(), éstas se
ejecutan por cada motor y el tipo de movimiento que se desea realizar.
Una vez enviados los valores al microcontrolador, este último procede a realizar el
movimiento de los motores seleccionados.
117
3.6.3.9 Interfaz Gráfica Web
Usando el lenguaje de programación orientada a objetos C# y el entorno de
desarrollo para programadores Visual Studio, se ha diseñado la aplicación web que
desde el PC se encarga del control y manipulación de movimientos del actuador
(Brazo Robótico).
El modo de operación del interfaz web se basa en eventos, los cuales son
principalmente generados por un “click” con el botón izquierdo del ratón, donde se
haga “click”, se ejecutará la tarea asociada a ese determinado objeto, es un entorno
intuitivo que permite al usuario familiarizarse con todas las opciones en cuestión de
minutos.
Figura 3. 24 Aplicación Web para el control y manipulación del Brazo Robótico
118
Fuente: Autora
La aplicación Web se compone de un botón que verifica si existe comunicación con el
puerto USB. Si el puerto USB tiene conexión aparecerá el mensaje: DISPOSITIVO
CONECTADO 1, caso contrario DISPOSITIVO NO CONECTADO 0. Como muestra
la siguiente figura 3.35.
Figura 3. 25 Verificar Conexión Puerto USB
Fuente: Autora
Además cuenta con un botón que permite cargar una cámara Web para visualizar al
brazo robótico y ayuda a manipular de mejor manera los movimientos del actuador
(brazo robótico),
Figura 3. 26 Botón para Cargar Cámara Web
Fuente: Autora
119
También cuenta con una lista de ángulos máximos permitidos por cada motor, para
escoger el ángulo de giro y el motor que se requiere para dicho movimiento.
Figura 3. 27 Lista para escoger Ángulos de Giro Motores
Fuente: Autora
Y además con botones para realizar la ejecución de los movimientos de cada uno de los
motores con los que cuenta el actuador Base, Hombro, Codo, Muñeca, Pinza y LED.
120
Figura 3. 28 Botones para Ejecutar Movimientos Actuador (BR)
Fuente: Autora
121
CAPÍTULO IV
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
Después de la realización del proyecto final de la carrera se puede destacar que he
aprendido sobre la creación de una aplicación partiendo de una idea básica, como esa
idea se va desarrollando y como va pasando por todas las fases de desarrollo hasta
convertirse en el objetivo deseado.
En el transcurso de la realización de este proyecto que tiene como objetivo del control y
manipulación de un brazo robótico con comunicación USB hacia una Aplicación Web
se pudo sacar las siguientes conclusiones en los dos niveles trabajados tanto en
Hardware como en Software:
HARDWARE:
- Se construyó una placa de control, pequeña, económica y que realice las tareas
asignadas.
- Los Microcontroladores PIC 18F4550 son dispositivos muy interesantes que
funcionan eficientemente en cualquier proyecto que requiera el control de
acciones programadas.
122
- El conector USB trabaja de una manera flexible no necesita configuraciones
adicionales, solo los del driver.
- Cada dispositivo USB debe tener una única combinación de dos números de
serie el VID & PID así como en los descriptores del dispositivo, para
diferenciar un dispositivo del otro..
- Toda la parte del Hardware, actualmente funciona con los objetivos esperados.
SOFTWARE
- El lenguaje de programación PIC C Compiler es de gran ayuda debido a que es
un lenguaje de alto nivel conocido por la mayoría de programadores y que
permite acercarse al lenguaje máquina con el que trabajan los micro
controladores.
- La programación es C es más eficiente debido a que ocupa menos recursos.
- El lenguaje de última tecnología desarrollado en la plataforma .NET C# cubrió
las expectativas de acuerdo a las necesidades que se presentaron a lo largo del
proyecto principalmente con la implementación y el manejo de las DLL.
- La plataforma .NET permite trabajar con código inseguro para manejar los
puertos del HOST.
- Se consiguió desarrollar un Aplicación Web, sencilla, interactiva, que permite
manipular y controlar al actuador con mucha precisión.
- La Aplicación Web puede ser usada por todo tipo de personas porque su
interfaz es amigable y de fácil interacción.
123
- Me gustaría destacar la importación de las API cuando se quiere implementar
alguna aplicación relacionada con el sistema operativo Windows, la facilidad de
implementación en un entorno como .NET y de la robustez que tiene un
lenguaje como C#.
- La adquisición de un grado de experiencia en el desarrollo de este proyecto me
ha ayudado a obtener nuevos conocimientos en la parte electrónica y de
software.
RECOMENDACIONES
Las distintas pruebas efectuadas en la construcción y desarrollo tanto de Hardware
como de Software para el control y manipulación de movimientos del Brazo Robótico
mediante una aplicación Web dejan algunas recomendaciones:
HARDWARE:
• Manipular los Microcontroladores PIC con herramientas adecuadas (Pinzas),
porque si se manipula al Microcontrolador PIC 18F4550 con las manos corre el
riesgo de daños por estática.
• Es necesario siempre tomar en cuenta que no hay que sobrepasar los niveles de
corriente que proveen los pines de Entrada/Salida del PIC 18F4550 para evitar
que se dañe el microcontrolador.
124
• Es mejor que los motores del actuador consuman el voltaje y amperaje de una
fuente externa y no de la que consume el microcontrolador del USB del host
debido a que el micro puede sufrir daños o no va a funcionar óptimamente.
• Para un mejor control de los movimientos de los motores con los que cuenta el
actuador para futuro adquirir brazos robóticos que cuenten con servo motores.
• El Brazo Robótico didáctico no está diseñado para uso continuo debido a que
está hecho de plástico y sus motores son motores de corriente continua con caja
de reducción.
SOFTWARE:
- La versión del Framework .NET 4.0.
Foto 4. 1 Proyecto Integrado y Terminado
125
Fuente: Autora
Foto 4. 2 Proyecto Integrado y Funcionando
Fuente: Autora
126
BIBLIOGRAFIA
• C Sharp#. Recuperado el 8 de septiembre del 2010, de
http://issuu.com/mamusillo/docs/lenguajes
• Características de C#. Recuperado el 15 de septiembre del 2010, de
http://www.scribd.com/doc/7411856/Caracteristicas-de-C
• Echeveria,G. Morán,C. USB. Recuperado el 8 de agosto de 2010, de
http://www.monografias.com/trabajos11/usbmem/usbmem.shtml
• García, E (2008). Compilador C CCS y Simulador PROTEUS para
Microcontroladores PIC. España: Marcombo.
• La Cámara Web. Recuperado el 20 de octubre del 2010, de
http://informaticamoderna.com/Camara_web.htm.
• Mecánica. Recuperado el 8 septiembre del 2010, “http://www.x-
robotics.com/motorizacion.htm”
• Microchip Technologies, (2006). Data Sheet PIC 18. USA
• Microcontroladores. Recuperado el 8 de julio del 2010, de
http://es.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador
• Osciladores. Recuperado el 8 de octubre del 2010, de
http://es.wikipedia.org/wiki/Oscilador
• Origen de las Webcams. Recuperado el 20 octubre del 2010, de
http://historico.portalmix.com/webcams/origen.shtml
127
• Plug & Play. Recuperado el 8 de agosto de 2010, de
“http://es.wikipedia.org/wiki/Plug-and-play"
• Reyes, C. (2006). Microcontroladores PIC Programación en Basic,Ecuador.
• Soporte, T. Un paseo por USB. España: OEM
• USB. Recuperado el 18 de julio del 2010, de http://
www.scribd.com/doc/27880137/Funcionamiento-Del-Puerto-Usb
128
GLOSARIO
ACTUADOR.
Mecanismo que hace que un dispositivo se encienda o apague, se ajuste o se mueva. El
actuador es el componente que mueve la cabeza ensamblada en una unidad de disco o
un brazo de un robot.
API.
Formato de lenguaje y mensajes utilizado por un programa de aplicación para
comunicarse con otro programa que le suministra servicios.
BIT.
Dígito Binario. Unidad mínima de almacenamiento de la información cuyo valor puede
ser 0 ó 1 (falso o verdadero respectivamente). Hay 8 bits en un byte
BUS DE DATOS.
Cableado utilizado para transmitir un conjunto de señales de información (Datos) entre
dispositivos de una computadora.
BYTE.
Conjunto de 8 bit, el cual suele representar un valor asignado a un carácter.
129
C/C++.
Es un lenguaje de programación que abarca programación Estructurada, programación
genérica, y programación orientada a objetos. C++ está considerado por muchos como
el lenguaje más potente, debido a que permite trabajar tanto a alto como a bajo nivel.
CIRCUITO INTEGRADO.
Un circuito integrado es un pequeño chip que puede funcionar como un amplificador,
oscilador, microprocesador o incluso una memoria de computadora.
CAPACITOR.
Componente electrónico que almacena una carga.
COMPILADOR.
Software que traduce lenguajes de programación de alto nivel (COBOL, C, etc.) a
lenguaje de máquina.
DRIVER.
Controlador de dispositivos, es una rutina de programa que enlaza un dispositivo
periférico al sistema operativo.
ELECTRONIC SWITCH.
Interruptor electrónico. Interruptor on/off (de encendido/apagado) que se activa
mediante corriente eléctrica.
130
FIRMWARE.
Categoría de chips de memoria que mantienen su contenido sin energía eléctrica; e
incluye las tecnologías ROM, PROM, EPROM y EEPROM.
HEX.
El sistema numérico de base 16 se usa como una forma abreviada para representar
números binarios.
HERZT.
Frecuencia de vibraciones eléctricas (ciclos) por segundo.
HOST.
Servidor que nos provee de la información que requerimos para realizar algún
procedimiento desde una aplicación cliente
HUB.
El punto central de conexión para un grupo de nodos; útil para la administración
centralizada.
INPUT.
Dato que está listo para su ingreso al computador. Ingresar datos en el computador.
131
IIS.
Servicios de Información de Internet de Microsoft. IIS es un conjunto de servicios
basados en Internet, para maquinas con Windows.
INTERFAZ.
Conexión e interacción entre hardware, software y el usuario.
MICROPROCESADOR.
Microchip. Circuito integrado en un soporte de silicón el cual está formado por
transistores y otros elementos electrónicos miniaturizados.
NET.
Sigla que sirve para identificar el sitio web perteneciente a la Red (Network), (.net) el
cual es llamado Dominio.
PAQUETE.
Un paquete es un pedazo de información enviada a través de la red. La unidad de datos
que se envía a través de una red la cual se compone de un conjunto de bits que viajan
juntos.
PLUG AND PLAY.
Característica del sistema operativo de un PC en orden de reconocer los dispositivos
hardware a él conectados y ponerlos en funcionamiento de forma rápida y sencilla.
132
PROGRAMACION ORIENTADA A OBJETOS.
Programación Orientada a Objetos (POO) es una filosofía de programación que se basa
en la utilización de objetos. El objetivo de la POO es "imponer" una serie de normas de
desarrollo que aseguren y faciliten la mantenibilidad y reusabilidad del código.
PROTOCOLO DE COMUNICACIONES.
Estándares de hardware o software que gobiernan la transmisión entre estaciones.
PUERTO.
Canal de entrada/salida de una computadora.
SOFTWARE.
Se refiere a programas en general, aplicaciones, juegos, sistemas operativos, utilitarios,
antivirus, etc. Lo que se pueda ejecutar en la computadora.
ROBÓTICA.
Se puede considerar como la automatización por medios mecánicos, es decir, los
sistemas destinados a conseguir robots a nivel industrial originariamente, aunque tiende
a expandirse a otros ámbitos fuera del área de la fabricación.
USB.
Es una interface de tipo plug & play entre una computadora y ciertos dispositivos, por
ejemplo, teclados, teléfonos, scanner e impresoras.
133
ANEXOS
134
ANEXO I
FORMATO DE PRESUPUESTO PARA PLAN DE TESIS
PRESUPUESTO
En este documento se expone el presupuesto del proyecto acometido. Con la finalidad
de detallar el presupuesto, este se divide en hardware, herramientas de desarrollo,
recursos humanos y otros insumos. Cabe tener en cuenta que los precios de los
componentes deben servir como cantidad orientativa, ya que los precios del mercado
están en continuo cambio.
1.
- Herramientas de Desarrollo
Descripción Precio
Microsoft .NET 500
Microsoft Windows XP
Professional 200
TOTAL 700
135
2.
- Hardware
Descripción Cant. P.U. Subtotal
Disponibilida
d
Actuador Brazo Robótico 1 150 150
Circuito 1 100 100
Cables 1 20 20
Cámara Web
1
40
40
TOTAL 760
3.
- Recursos Humanos
Recursos
Nº
Horas V/H Total
Desarrollador 800
$
4.00
1,200.0
0
136
4.
- Otros Insumos
Descripción Cant. P.U. Subtotal
Libros 2 50 100
Revistas 2 10 10
TOTAL 110
5- Resumen
Descripción TOTAL
Herramientas de Desarrollo 700
Hardware 760
Recursos Humanos 1200
Otros Insumos 110
TOTAL 2770
137
ANEXO II
MANUAL DE USUARIO
138
INTRODUCCION
Para el control y manipulación de un Brazo Robótico se requiere:
SOFTWARE
• Windows 7 Profesional SP2.0
• Microsoft NET.Framework 4.0
• IIS7 (Internet Information Services)
HARDWARE
• Procesador Core Duo
• Memoria RAM 1 GB o superior
139
MANUAL DE INSTALACIÓN BRAZO USB
INSTRUCCIONES
INSTALACIÓN SOFTWARE
El proyecto BRAZO USB requiere de la instalación de algunos componentes para su
correcto funcionamiento por esta razón se establece el siguiente orden de instalación.
1. NET.Framework 4.0
2. ISS 7
3. Copiar carpeta PROYECTO WEB BRAZO USB en la ruta C:\inetpub\wwwroot
4. Convertir en aplicación Web en Administración de equipos.
5. Instalación Driver para la Cámara Web Genius iLook 300 V1.4
6. Verificar si la página Web con la siguiente ruta
http://localhost/brazousbMF/brazoUSB.aspx
NET.Framework 4.0
Instala los archivos del NET Framework necesarios para ejecutar aplicaciones
desarrolladas para NET Framework 4.0 ( VISUAL STUDIO 2010)
Genius iLook 300
Instala el driver para el funcionamiento de la cámara web la misma que soporta
Windows 7/Vista/XP.
140
INSTALACIÓN HARDWARE
La primera vez que el USB del circuito de control es conectado a un computador (Host),
el sistema operativo Windows informará de que un nuevo dispositivo ha sido detectado.
A partir de este momento quedará de manifiesto el potencial “plug & play” (conectar y
trabajar) del bus de comunicaciones USB.
Mediante la información contenida en los descriptores contenidos en el programa del
micro (“string descriptors”), se indica al usuario el nombre del dispositivo conectado.
141
Detección del Brazo USB por primera vez que es conectado al PC
Ahora lo que hace Windows es decidir que driver se debe asignar al Brazo USB.
El Sistema Operativo lee el descriptor del dispositivo conectado y busca en su base de
datos del registro un driver que haga coincidencia con la información leída desde el
dispositivo.
Buscando el Driver para el Brazo USB
Como el Brazo USB es un dispositivo USB específico no encontrará ninguna
coincidencia en la primera búsqueda. Por lo tanto tenemos una manera para poder
realizar la instalación:
142
Inicio Panel de Control Sistema y Seguridad Sistema Administración de
Dispositivos
Encontraremos un dispositivo sin definirse aun con un signo de interrogación, dando a
conocer que aun ese dispositivo no pude ser definido.
Driver todavía no específico para el Brazo USB
Debemos en este caso dar un clic derecho y mandamos Actualizar Software de
Controlador. Una vez presionado debe salir una pantalla donde nos pregunta que
debemos buscar dentro del equipo la localización del controlador o driver.
143
Búsqueda del Driver en la PC
Windows ejecutará un asistente para la instalación del nuevo hardware con la finalidad
de instalar los controladores o drivers del nuevo dispositivo.
144
Ubicamos dentro del PC el driver
Secuencia de Instalacion del Driver
Fin de la Instalación del Driver para el Brazo USB
145
Para comprobar que se efectuó la instalación y el Brazo USB fue reconocido por el
ordenador se puede acceder al “ADMINISTRADOR DE DISPOSITIVOS” por Inicio
Panel de Control Sistema y Seguridad Sistema Administración de
Dispositivos
Administrador de Dispositivos, donde se muestra que el USB del dispositivo
BRAZO está reconocido
146
Esta instalación se lo realiza una sola vez las siguientes veces que el USB de la tarjeta
de control sea conectada será reconocida por el driver especifico.
PANTALLA DE CONTROL DEL BRAZO USB
Es la pantalla donde se realizará el control y la manipulación del actuador (Brazo
Robótico), es una aplicación dinámica, sencilla y de fácil familiarización.
147
Una vez que la placa de control sea conectada al computador por medio del bus USB la
aplicación Web se la puede manipular de forma sencilla debido a que cuenta con
botones de control los cuales permiten una determinada acción como se explica a
continuación:
Comprobación de la Comunicación.
Este nos permite verificar la conexión de la placa de control con el ordenador por medio
del puerto USB una vez que esta comunicación sea optima tendrá un mensaje de
DISPOSITIVO CONECTADO caso contrario DISPOSITIVO NO CONECTADO.
Cámara.
Ésta se enciende para tener una ayuda visual de cada movimiento realizado al actuador
(brazo robótico), nos permite tener un control específico de la posición actual y la
posición futura.
Ángulos de Giro.
Nos permite determinar el ángulo requerido para el movimiento de cada motor que
constituye el actuador (brazo robótico), estos van desde el grado 1 hasta el máximo
grado que permite el movimiento de cada motor.
148
Giro Derecha.
Nos permite realizar la acción de girar la base a lado derecho del actuador dependiendo
del ángulo seleccionado.
Giro Izquierda.
Nos permite realizar la acción de girar la base a lado izquierdo del actuador
dependiendo del ángulo seleccionado.
Subir Hombro.
Nos permite realizar la acción de subir el hombro del actuador dependiendo del ángulo
seleccionado.
Bajar Hombro.
Nos permite realizar la acción de bajar el hombro del actuador dependiendo del ángulo
seleccionado.
149
Subir Codo.
Nos permite realizar la acción de subir el codo del actuador dependiendo del ángulo
seleccionado.
Bajar Codo.
Nos permite realizar la acción de bajar el codo del actuador dependiendo del ángulo
seleccionado.
Subir Muñeca.
Nos permite realizar la acción de subir la muñeca del actuador dependiendo del ángulo
seleccionado.
Bajar Muñeca.
Nos permite realizar la acción de bajar la muñeca del actuador dependiendo del ángulo
seleccionado.
Abrir y Cerrar Pinza.
Nos permite realizar la acción de abrir y cerrar la pinza no depende del ángulo de
movimiento debido a que solo dispone de dos ángulos abrir y cerrar.
150
Encender LED.
Nos permite realizar la acción de encender una luz con la que cuenta el actuador tiene
una duración de 5 segundos y a continuación se apaga.