INTRODUCCIÓN A LA MICROBÓTICA - … · Tecnología Electrónica Universidad de ... – “Robota”->Trabajo Obligatorio – K. Capek: Obra de teatro ... • Cajas reductoras ->

INTRODUCCIÓN A LAMICROBÓTICA

Ignacio Herrero Reder

Dpto. Tecnología Electrónica

Universidad de Málaga

ROBOT

•Máquina mecánica •Ayudar al ser humano•Tareas desagradables/peligrosas

Microbótica y Robótica

• Robótica– “Robota”->Trabajo Obligatorio

– K. Capek: Obra de teatro R.U.R.(1921)

Microbótica y Robótica

• Robótica– “Robota”->Trabajo Obligatorio

– K. Capek: Obra de teatro R.U.R.(1921)

ROBOT

•Máquina mecánica •Ayudar al ser humano•Tareas desagradables/peligrosas

ØElectrodomésticos!ØBrazos articulados montaje fábricasØVehículos exploración (NASA)

¿¡!?

Microbótica

Robot

Microbot

• Microbot– Pequeño tamaño

– Sencillez de operaciones

Microbótica



• Experimentos R. Beckers (Alemania)

TAREA 1

Microbótica



• Experimentos R. Beckers (Alemania)

– Comunidad de robots ðCooperación para tareas

– Sistemas flexibles y robustos

TAREA 2TAREA 3

Aplicaciones Microbótica

• Juguetería

• Educación

• Limpieza

• Reparto

• ……. AIBOLEGO

Mindstorm

AspiradoraRobot

El Microbot y sus características

• Características variadas, según aplicación

• Clasificación TORREBOT

• Ejemplo:

NIVEL FÍSICO

NIVEL REACCIÓN

NIVEL CONTROL

INTELIGENCIA

COMUNIDAD

COOPERACIÓN

ROBOTVIGILANTE

NIVEL FÍSICO

La Torrebot

• Estructura y motores

• Capaz de moverse

• No reacciona con su entorno

• SENSORES: Infrarrojos, ultrasonidos, bumpers,…

• Capaz de moverse

• No reacciona con su entorno

NIVEL REACCIÓN

La Torrebot

¿¡!?

La TorrebotNIVEL CONTROL

• Procesar información sensores para movimiento y acciones

• Actuación controlada (según algoritmos básicos o reactivos)

• Esquivar obstáculos, moverse por un recinto, coger objetos,….

La TorrebotNIVEL INTELIGENCIA

• Control a largo plazo

• Menos relacionado con sensores

• Calcular rutas de vigilancia + esquivar obstáculos

• Máximo nivel microbot individual

1

2

3

4

5

6

La TorrebotNIVEL COMUNIDAD

• Mas de un microbot

• No tienen noción de la existencia de otros

• No hay actuación coordinada

La TorrebotNIVEL COOPERACIÓN

• Planificación o programación de los microbots tiene en cuenta la existencia de otros microbots

• Acción coordinada para un objetivo común

• Se habla de Agentes

3

Estructura de un Microbot

Cuerpo

Brazos/Piernas

Cerebro

Sentidos

Cuerpo•Semejanza cuerpo humano


• Cuerpo: Esqueleto o Armazón– Estructura Movil. Soporte de elementos

– Depende de la aplicación• Velocidad

• Robustez

• Debe ser flexible y moldeable –> Mejoras

– 3 tipos o clases básicas:• Metálicas

• Plástico

• A Medida

Tarjeta Control

Motores

Sensores

Baterías

Interconexión


• Estructuras Metálicas: MECCANO– Piezas metálicas normalizadas y agujereadas.Tornillos

– Buena Resistencia

– Poca flexibilidad y moldeabilidad DC

PICBOT-1


• Estructuras Plásticas: LEGO– Piezas normalizadas de plástico.

– Peso y tamaño menor.

– Mayor variedad, piezas modificables.

– Menor Resistencia D

C

TRITT

C


• Estructuras A Medida• Madera, metacrilato, metal,….

– Más trabajo (buscar, modificar,…)

– Mucho más barato

– Se necesita imaginación

– Material de desecho:• CDs -> Ruedas

• Cajas Metálicas

• Mando a Distancia Infrarrojos

• ……

D

BICHO

C


• Cerebro

– Elemento de control del microbot

– Tarjeta microcontrolador + Programas

– Microcontroladores: PIC16F84, 68HC11, 8051

– Tarjetas: CT6811, Handyboard (68HC11)

– Libre distribución; baratas (10000 ptas)

– Programación en ensamblador y C.

– Diseño Modular


CT6811Handyboard

Diagrama de Bloques Handyboard

Diagrama de Bloques CT6811

Comunicación con PC

Alimentación

Reset Led Prueba

Configuración

Microcontrol

Puertos

Puertos

Puertos


• Brazos y Piernas– Movimiento y acciones del microbot

– Motores acoplados a ruedas o patas, y pinzas o brazos

– Suelen ser los elementos de mayor coste y consumo del microbot

– Motores de desecho: disketeras, vídeos,….

– Dos tipos de motores básicos:• Paso a Paso (PAP)

• Continuos (DC)

Motores Continuos

• Giran de forma continua con velocidad proporcional a su tensión de entrada

• Control en lazo cerrado, a partir de sensores o detectores (encoders).

• Cajas reductoras -> Velocidad a cambio de Potencia

• Suelen ser más baratos que los PAP

• Servos: Motores DC con circuito de control asociado

Motores Paso a Paso

• Funcionan con valores discretos de V, que determinan un sentido y un ángulo discreto de giro

• Se puede conocer en todo momento la posición de giro

• Giros completos à Secuencias de V de entrada

• Control en bucle abierto

• Chips de control à Indicando sentido y magnitud de giro,generan la secuencia adecuada


• Sentidos (Vista, oido, tacto,…)– Colocación estratégica de sensores y actuadores

diversos

– Sensores/Actuadores más empleados:

• Infrarrojos (Reflexión, Directos, de Barrido)

• Interruptores, pulsadores y conmutadores

• Bumpers

• Inclinómetros (mercurio)

• Sonar

• Camaras CCD

• …….

Sensores y actuadores

• Ópticos: Infrarrojos– Emisión/detección de radiación en rango

infrarrojo

– Por reflexión: Seguimiento línea negra fondo blanco

– Directo: Encoder

• Mecánicos: Posición

A C

K EK

A

C

E

K

AC

E

– Apertura/Cierre circuito eléctrico mediante movimiento de láminas metálicas

– Entradas accionadas de forma manual

– Problemas de rebotes

Pulsador e interruptor SPST

Interruptor SPDT Interruptor DPST


• Mecánicos: Contacto– Al presionar la lámina, el borne común C se conecta con el borne

activado A. Si no hay presión el borne C vuelve a unirse al R

– Detección de obstáculos u otros cuerpos

C

R

AC A R

• Inclinación de Mercurio– Interruptor que usa mercurio líquido para abrir y cerrar contactos.

– Sensor de “horizontalidad” MERCURIOLÍQUIDO


• SONAR– Detecta la presencia de objetos mediante ultrasonidos

– Más propio de robots (grandes y caros).

– Muy usados para “navegación” por habitaciones

TX

RX

Señal

Eco

Objeto


• Baterías à Equivale a la “comida” del ser humano

– Microbot “debe” consumir poco

– Las baterías pesan y cuestan dinero

– Separar alimentación de motores y electrónica. Motores, sensores, radio,… !CONSUMEN MUCHO¡

– Buscar baterías recargables:• Pilas Alcalinas: aguantan bien, pero… no recargables

• Niquel-Cadmio: Recargables, se estropean por efecto memoria

• Acido (Hidruro Ni-Mn): Recargables; sin efecto memoria. Caras

Impacto de la Microbótica en la formación de Ingenieros

• Conocimiento multidisciplinar– Electrónica

– Informática

– Mecánica

– Sensores

– Comunicaciones

– Inteligencia Artificial

• Motivación en el alumnoà Identificación con Microbot

• Probar nuevas ideas

• Buscar diversas formas de implementación

• Buscar materiales adecuados

• Programas con los mejores algoritmos

!! Importante para futura actividad profesional del

Ingeniero ¡¡

Microbótica y Universidad• Universidad

• Asociaciones o clubes de microbots (Alumnos)• Instituto Tecnológico de Massachusset (MIT) à LEGO• En España:

– Autónoma de Madrid– Politécnica de Cataluña– Deusto (Bilbao)– …….

• En Málaga. – Robótica: Dpto. Ingeniería de Sistemas y Automática (ISA)– Microbótica: Grupo en formación

• (Rama Alumnos IEEE).• Profesores del Dpto. Tecnología Electrónica (DTE).• PFCs, asignatura “Virtual”, cursos (en proyecto),…

Pionera en investigación e implementación de microbots

Ejemplos de Microbots. Concursos

• Microbots existentes relacionados con aplicaciones comerciales y con concursos (ámbito universitario)

• Tipos de robots según pruebas:

• Encerrar dos microbots en un circulo; intentar echar al otro fuera o inutilizarlo

• Robots bajos y robustos. Basados en:– Potencia (empujar a otro fuera del círculo),

– Volcar al otro robot (introducir pala por debajo), o

– !Destruirlo¡; algunos concursos permiten hachas, martillos, y lanzallamas (la mayoría no).

SUMO


HANNIBAL

TAURO-VIPER BACKLASH


• Robots ligeros,veloces, y maniobrables.

• Seguir una pista con diseño simple en el menor tiempo posible

CARRERAS (CYBERRACE)

ABSOLUT QUARK


• Se introduce el robot en un laberinto, y trata de salir en el menor tiempo posible.

• Se busca sobre todo inteligencia y control.

• Suelen ser más importantes los algoritmos(programas), que los componentes físicos.

NAVEGACIÓN (LABERINTOS)



• Tareas más sofisticadas– Búsqueda y recolección de objetos en un área, luchando con

otro microbot y contra el tiempo.

– Robots más completos, incluyen sensores, motores, manipuladores, y algoritmos bastante complejos.

MANIPULACION/BÚSQUEDAS

Ejemplo:

Concurso MIT 99


BERTIE

EL CONDE

HERMES(ganador)


• Varios microbots cooperando en una tarea común.

• Debe existir una comunicación entre los robots (radio, infrarrojos codificados).

• A menudo, control centralizado por un ordenador

EQUIPOS DE MICROBOTS

Microbots con Patas

• La mayoría de los ejemplos anteriores usan ruedas.

• Otros microbots tienen patas, simulando comportamiento de insectos (4 ó + patas).

• Cyberinsectos: Poca inteligencia. Interacción con el entorno y tareas muy básicasà Más parecido al modelo humano que los robots con ruedas.

HORMIGA(hexápodo)

CUBE(gusano)Puchobot

(cuadrúpedo)

Conclusiones

• !TU¡ puedes hacer un microbot

• Se necesita:– Afición al “cacharreo”

– Curiosidad para aprender cosas nuevas:• Diseño y creación de plazas de CI

• Soldadura

• Programación en ensamblador y C,….

– Imaginación• Ideas novedosas

• Reciclar material: CDs àRuedas, video ó disketera rota àMotores, mando de la teleàInfrarrojos, ratón roto àEncoders,…

Bibliografía y enlaces

• Microbótica. J.M. Angulo, S. Romero, e I. Angulo.Ed. Paraninfo, 1999.

• 6.270 Autonomous LEGO Robot Design Competition. Massachuset

Institute of Technology (MIT), 1999.

• Manual de Microbótica. Microbótica S.L. 2000.

• Embedded Microcontrollers. T.D. Morton. Prentice-Hall, 2001.

• www.microbotica.es• www.ai.mit.edu

• www.depeca.alcala.es/alcabot/alcabot2001

Documents

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