Intro robòtica

20/12/2011

Robot

Definició de Robot Màquina electro-mecànica guiada per un ordinador.  Robot intel·ligent: robot capaç de realitzar tasques per si mateix o sota la guia d’un usuari.  Poden ser: Autònoms o Semi-autònoms  Una característica dels robots intel·ligents, és que per la seva aparença o moviments, fan pensar que tenen la intenció de fer les coses per si mateixos. 

1

20/12/2011

Aparença dels robots 

La forma dels robots depèn de l’ús que se’n fa d’ells.

Aparença dels robots

2

20/12/2011

Aparenรงa dels robots

Aparenรงa dels robots

3

20/12/2011

Funcionament d’un Robot 

Per tenir autonomia un robot necessita percebre el seu entorn, prendre decisions i actuar per fer els canvis desitjats.



Necessita de:   

Sensors Microprocessador Actuadors

Funcionament d’un Robot SENSORS: dispositius electrònics que li permeten veure, oir, tocar, olorar i tastar.  Transformen els estímuls físics (vibracions, ones, etc.) en un senyal elèctric que un ordinador és capaç d’entendre. 

Sensor Ultrasònic

Sensor Fotosensible

Vista

Sensor Acústic

Oïda

Sensor Tàctil

Tacte

4

20/12/2011

Funcionament d’un Robot 

ACTUADORS: dispositius mecànics que s’utilitzen per moure o controlar un sistema. Són operats per una font d’energia elèctrica (més comuna), neumàtica o hidràulica i converteixen l’energia en moviment.

Motor

Funcionament d’un Robot MICROPROCESSADOR: és un xip que realitza la majoria de les operacions d’un ordinador.  Necessita d’una memòria, uns dispositius d’entrada i sortida i un conjunt d’instruccions (programa) 

5

20/12/2011

Funcionament d’un Robot 

Elements: Sensor Acústic

Oïda Motor

Sensor Tàctil

Tacte

Sensor Ultrasònic

Sensor Fotosensible

Vista

Funcionament d’un Robot 

Connexions:   

3 ports de sortida (motors), 4 ports d’entrada (sensors) Bluetooth USB

6

20/12/2011

Funcionament d’un Robot 

El microprocessador rep la informació que donen els sensors, decideix que fer i envia les ordres als actuadors per que executin l’acció decidida.

Funcionament del Robot (microprocessador) Entrades

Memòria

Sortides

Processador

El Processador executa comandes.  La Memòria emmagatzema el programa i les dades.  Els dispositius d’entrada transfereixen la informació des del món exterior a l’ordinador.  Els dispositius de sortida transfereixen la informació des de l’ordinador al món exterior. 

7

20/12/2011

Funcionament d’un Robot (NXT) 3 Sortides per a Motors (A, B, C)

Port de comunicacions USB

Pantalla LCD Botó On/Selecció Botó esquerre

Botó dret

Botó retrocés 4 Entrades de Sensors (1, 2, 3, 4) Processador: 32 bit ARM Atmel AT91SAM256 funcionant a 50 Mhz Memòria: 64K RAM Estàtica, 256K Flash

Funcionament d’un Robot Per prendre les decisions, l’ordinador del robot necessita d’un programa informàtic.  Un programa és conjunt d’instruccions escrit en un llenguatge determinat. 

8

20/12/2011

Funcionament d’un Robot (programa) 

Conjunt d’ordres especificades en un llenguatge de programació.



Modelen un procés real o mental.



En funció de la informació de les entrades, un algorisme determina les accions de sortida.

Funcionament d’un Robot Execució d’un programa en el NXT Escriu el programa en un PC NxtPL)

El converteix a codi de bytes (Programa de texte)

Es descarrega al NXT

SetPower(A,3)

Move X to register 001 1000111...

NXT executa els comandaments

El codi de bytes es converteix en ARM (NXT) comandaments en codi màquina

9

20/12/2011

Sensors

Sensor de llum ď °

Distingeix entre llum i foscor o entre blanc i negre i els valors entre mig (tons de grisos) El que veuen els nostres ulls El que veu el sensor de llum

ď °

Valor de 0 (fosc o negre) fins a 100 (molta llum o blanc brillant).

10

20/12/2011

Sensor de llum

Sensor de llum Format per un LED emissor de llum i un fotodetector  Fotodetector més sensible als infrarojos 

11

20/12/2011

Sensor de llum 

Funcionament 

Llum d’ambient

Sensor de llum 

Funcionament 

Llum reflectida

12

20/12/2011

Sensor de llum

Copyright ©2009 J. Sluka

Sensor de so



Les ones de so entren en el transductor intern del sensor i es transformen en senyal elèctric

13

20/12/2011

Sensor de so 

Dóna dos tipus de valors:  

dBa, elimina les baixes i altes freqüències dB, no filtra cap freqüència

Sensor de so

Soroll suau

14

20/12/2011

Sensor de so

Soroll fort

Sensor de tacte És un commutador  Indica 0 si no està polsat 

15

20/12/2011

Sensor de tacte 

Indica 1 si està polsat

Sensor d’ultrasons Permet reconèixer objectes, evitar obstacles, mesurar distàncies i detectar moviment  Pot mesurar distàncies entre 0 i 2,5 m amb una precisió de ±3 cm  Objectes grans amb superfícies dures proporcionen millors lectures 

16

20/12/2011

Sensor d’ultrasons 

Per determinar la distància mesura el temps (T) que passa des de que emet l’ona d'ultrasò fins que rep la part reflectida (quan rebota en l’obstacle)



La velocitat del so és aproximadament 341 m/s

Sensor d’ultrasons

17

20/12/2011

Servomotor Motor més encoder  Permet conèixer quants graus gira el motor amb una precisió de ±1º 

Encoder 

És un dispositiu que dóna una sortida digital com a resultat del moviment angular o lineal

Fotodetector LED

18

20/12/2011

Encoder 

Codificadors incrementals: que detecten canvis en la rotació a partir d’una posició de referència Señal fotointerruptor principal

t Señal índice

t

Encoder Fotodetectores

Fotodetectores

A

A

B B

LED

LED

(a)

(b)

A

A

t B

t B

t

(c)

t

(d)

19

20/12/2011

Encoder 

Codificadors absoluts: que donen la posició angular actual Fotodetectores 0000

0001

0011

Fuente de luz (LED) y óptica

Encoder

20

20/12/2011

Servomotor 

El motor està controlat per un pont H

Servomotor La velocitat dels motors es controla per modulació PWM (Pulse Width Modulation)  Els cicles són de 128μs, 7800 Hz amb el firmware estàndard  Amb aquests és controla la potència  La velocitat del motor depèn de la potència 

21

20/12/2011

Altres sensors

Altres Sensors Giroscopi  



Per mesurar o mantenir l’orientació Es basa en el principi de conservació del moment angular L’electrònic mesura l’acceleració angular i integra dues vegades

22

20/12/2011

Altres Sensors Brúixola  Per mesurar l’orientació relativa amb els pols magnètics de la terra  L’electrònica té dos o més sensors magnètics en quadratura i composa el vector per saber on és el nord

Altres Sensors Acceleròmetre  És un instrument electromecànic que mesura les forces d’acceleració  Pot mesurar forces estàtiques (gravetat) o dinàmiques (moviment)  Permeten saber si el robot està pujant, si cau, si hi ha un element que vibra, etc.

23

20/12/2011

Altres Sensors Sensor de color  Permet detectar colors en funció de la longitud d’ona reflectida  Distingeix fins a 18 colors.  Funciona com els sensor de llum

Altres Sensors Càmera

Processa les imatges en temps real  Permet detectar fins a 8 objectes (8 colors definits per l’usuari) a 30fps  Té un filtre d’infrarojos 

24

20/12/2011

Altres Sensors Vector de sensors de llum

8 sensors amb llum controlada  Permet fer el seguiment de línies, trobar patrons de fosc i clar, etc.  Porta un bloc PID 

25