Telémetro láser 3D con sensor Hokuyo UTM-30LX

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Este proyecto se basa en la sincronización del sensor Hokuyo UTM-30lx con un motor paso a paso que tiene acoplado. El conjunto forma un láser motorizado que realiza barridos láser en tres dimensiones y el resultado es la formación de imágenes 3D. Mediante la representación de estas se puede comprobar la buena sincronización del conjunto sensor-motor siempre que en las imágenes se representen los objetos barridos con sus correspondientes medidas. __________________________________________________
The proyect is based on the timing of Hokuyo UTM-30lx sensor with a stepper motor, which are connected. The whole make a motorized that perform laser scans in three dimensions, and the result is the formation of 3D images. By representing these we can check the good timing of the sensor-stepper motor assembly if the images represent the scans object with their correspondings measures.
Ingeniería Industrial
Publicado el : viernes, 01 de enero de 2010
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Universidad Carlos III de Madrid
Tel´emetrol´aser3Dconsensor Hokuyo UTM-30lxProyectofindecarreraIngenier´ıaIndustrial
´Ingenierı´adeSistemasyAutomatica
Autor:Carlos Cano Olivera
Tutor:FernandoMart´ınMonar
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Tı´tulo:Tele´metrol´aser3DconsensorHokuyoUTM-30lxAutor:Carlos Cano OliveraTutor:FernandoMartı´nMonar
EL TRIBUNAL
Presidente:
Vocal:
Secretario:
Realizado el acto de defensa y lectura del Proyecto Fin de Carrera el d´ıa−−−−−de−−−−−−−−−−−−de 20−−−−enLegan´es,enlaEscuelaPolite´cni-ca Superior de la Universidad Carlos III de Madrid, acuerda otorgarle la´CALIFICACION de
SECRETARIO
VOCAL
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PRESIDENTE
Agradecimientos
Agradezco el apoyo que me han ofrecido mis padres y mi hermana parapoder aprobar la Ingenier´ıa. Al igual que mis amigos, muchos de los cualeshansidomiscompan˜erosdeestudioenlabiblioteca.
Poru´ltimograciasatodosmiscompa˜nerosdeUniversidadportodoslosmomentosquehemospasadojuntosduranteestosa˜nos.
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Resumen
Esteproyectosebasaenlasincronizacio´ndelsensorHokuyoUTM-30lxconunmotorpasoapasoquetieneacoplado.Elconjuntoformaunla´sermotorizadoquerealizabarridosla´serentresdimensionesyelresultadoeslaformaci´ondeim´agenes3D.Mediantelarepresentaci´ondee´stassepuedecomprobarlabuenasincronizacio´ndelconjuntosensor-motorsiemprequeenlasim´agenesserepresentenlosobjetosbarridosconsuscorrespondientesmedidas.
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Abstract
The proyect is based on the timing of Hokuyo UTM-30lx sensor witha stepper motor, which are connected. The whole make a motorized thatperform laser scans in three dimensions, and the result is the formationof 3D images. By representing these we can check the good timing of thesensor-stepper motor assembly if the images represent the scans object withtheir correspondings measures.
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´Indice general
1.Introducci´on11.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32. Estado del arte 52.1. Lidar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.1.1. Aplicaciones Lidar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2. Radar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2.1. Aplicaciones Radar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.3.S´onar...............................122.3.1.AplicacionesSo´nar....................133.Conceptosteo´ricos143.1. Motores paso a paso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.2.L´aserdelocalizacio´nderangos.................184. Hardware utilizado 224.1.La´serHokuyoUTM-30lx.....................224.1.1. Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244.1.2.Protocolodecomunicacio´n...............264.1.3.SeguridaddelL´aser...................324.1.4.Calibracio´ndelsensor..................334.2. Plataforma rotativa Standa 8MR151 . . . . . . . . . . . . . . 394.3. Controladora Standa(8SMC1-USBhf-B1-1) . . . . . . . . . . . 404.4. Montaje total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435. Resultados 455.1. Entornos 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475.2. Tiempos de barrido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
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6. Desarrollo del software6.1. Fases del desarrollo . . . . . . . . .6.2. Archivos necesarios . . . . . . . . .6.3. Diagrama de flujo . . . . . . . . . .
7. Conclusiones y aplicaciones futuras
Presupuesto
Anexos
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´Indice de figuras
1.1. Imagen creada mediante Hokuyo UTM-30lx . . . . . . . . . . 22.1. Red de radares de banda S NEXRAD . . . . . . . . . . . . . 102.2. Radar Doppler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.3.Izquierda:S´onarActivoDerecha:S´onarPasivo........123.1. Motor paso a paso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.2. Rotor Motor paso a paso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.3. Estator Motor paso a paso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.4.Distribucio´ndelbobinadoenmotorunipolar.........163.5.Distribuci´ondelbobinadoenmotorbipolar..........173.6.Secuenciadeactivacio´nmotorespasoapasobipolares....183.7. Pulso Gausiano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193.8. Dos longitudes de onda moduladas con onda portadora . . . . 203.9.Esquemadelat´ecnicadetriangulaci´on.............214.1. Rango medida UTM-30lx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234.2. UTM-30lx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244.3.Alimentacio´nUTM-30lx.....................244.4. Salida s´ıncrona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.5.Estructuradelcomandoylarespuestaenlacomunicacio´nla´ser284.6.Clasedela´sersegu´nsulongituddeonda,tiempodeexposicio´ny potencia emitida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324.7. Sensor tomando medidas para el caso 1 . . . . . . . . . . . . 344.8.Modeloestadı´sticocaso1....................344.9. Sensor tomando medidas para el caso 2 . . . . . . . . . . . . 354.10.Modeloestadı´sticocaso2....................354.11. Modelo estad´ıstico caso 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364.12. Sensor tomando medidas para el caso 4 . . . . . . . . . . . . 374.13. Modelo estad´ıstico caso 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
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4.14. Sensor tomando medidas para el caso 5 . . . . . . . . . . . .4.15. Motor paso a paso 8MR151 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.16. Controladora 8SMC1-USBhf-B1-1 . . . . . . . . . . . . . . .4.17. Conector de 15 pines D-sub . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.18. Cableado del conector D-sub . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.19. Controladora con conexiones . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.20.Fuenteparaalimentarl´aserHokuyo..............5.1.Disposicio´nla´ser.........................5.2. Entorno 3D de armarios de laboratorio I . . . . . . . . . . . .5.3. Imagen armarios laboratorio real, parte superior . . . . . . .5.4. Imagen armarios de laboratorio real, parte inferior . . . . . .5.5. Entorno 3D de armarios de laboratorio II . . . . . . . . . . .5.6. Entorno 3D de pasillo Betancourt . . . . . . . . . . . . . . . .5.7. Pasillo tercera planta edificio Betancourt real . . . . . . . . .5.8.Entorno3Ddepasilloconpersonaest´atica..........5.9.Imagenpersonaesta´ticaenpasilloreal.............5.10.Demostracio´ndealturarealdelagura5.8..........5.11. Entorno 3D de pasillo c st´tica . . . . . . . . .on persona no e a6.1. Diagrama de flujo programa principal I . . . . . . . . . . . .6.2. Diagrama de flujo programa principal II . . . . . . . . . . . .6.3. Diagrama de flujo realizar barrido . . . . . . . . . . . . . . .
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