Diseño y fabricación de placas PCB para el control de un robot móvil

Abstract

Para el desarrollo de este proyecto se ha planteado como objetivo la actualización del protocolo de comunicaciones empleado entre los módulos de control de un robot móvil ya existente, sustituyendo la comunicación I²C por comunicación serie mediante módulo UART. El motivo de esta decisión está soportado por condicionantes externos que provocan fallos con la configuración actual.

En primer lugar, se ha realizado una serie de pruebas orientadas a comprobar la correcta comunicación serie entre el microcontrolador presente en las placas de control y el computador de tipo Raspberry Pi, en el que se despliega el resto del software del robot.

A continuación, se han actualizado los diseños esquemáticos de dos de las placas PCB pertenecientes a este robot, realizando la sustitución de los conectores de comunicaciones como principal modificación. A partir de estos diseños esquemáticos se han generado nuevos diseños físicos orientados a la fabricación de nuevas placas PCB.
Tras finalizar los diseños, se han fabricado dichas placas, obteniendo las pistas de cobre mediante fotolitografía, y procediendo al posterior taladrado de las mismas y la soldadura de los componentes eléctricos y electrónicos.
Posteriormente, se ha verificado el correcto funcionamiento de estas placas mediante la grabación y ejecución de programas de prueba en los microcontroladores. Dichas pruebas han probado el adecuado comportamiento de todos los periféricos necesarios para el sistema robótico.
Por último, se ha programado un controlador PID multivariable para el control de los motores.

Para concluir, con el desarrollo de este proyecto se ha obtenido una nueva versión de parte de los circuitos electrónicos de un robot, lo cual facilitará el desarrollo de nuevos componentes software necesarios para su correcto funcionamiento.

ABSTRACT

This project has been developed with the aim of updating the communication protocol used among the control modules of a pre-existing mobile robot. The previous I²C interface has been replaced with serial communication using the UART module. This decision is supported by the presence of faults in the current configuration caused by external factors.
First of all, a set of tests were carried out to test adequate communication between the microcontrollers and the Raspberry Pi computer, which will embed the rest of the robot’s software.

Afterwards, the schematic designs of two of the printed circuit boards were upgraded. As a result, the communication connectors within the boards were replaced. New physical designs were generated after these schematic designs.
After the design process was completed, new printed circuit boards were manufactured. The copper tracks were first obtained by photolithography, followed by the drilling of the boards and the soldering of the electrical and electronic components.

Subsequently, the boards were tested by uploading and executing a set of test programs in the microcontrollers. These tests have been used to verify the correct operation of all the necessary peripherals for the robotic system.
Lastly, a multivariable PID controller was programmed for motor control.

To conclude, the necessary printed circuit boards to partially upgrade the robot’s hardware have been successfully manufactured. This is essential to build new software components at higher levels of the robot architecture.