Trabajo Nº 03 Sensores Aplicados a Robots

CONSTRUCCION DE UN HEXAPODO

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO Página 1

Curso : Robótica.

Tema : Construcción de un Hexapodo.

Docente : Ing. Rodriguez Chirinos Frank

Alumnos : Fernández Ferreyra Fiorella.

Niño Mendoza Abel.

Quispe Abad Ericson Luis.

Sánchez Silva Jesús Rolando.

Valdiviezo Yovera Cesar.

Vargas Zatta Felipe Alejandro.

Fecha: 03/02/2015

2014-II

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO



PROYECTO: SENSORES APLICADOS A LOS ROBOTS

HOGAR: ROOMBA

Roomba es un aspirador robótico fabricado y vendido por iRobot. El Roomba se lanzó al mercado en 2002, y se calcula que en febrero de 2014 ya se habían vendido más de 10 millones de unidades en todo el mundo. El robot aspirador Roomba incluye un seguido de sensores (táctiles, de contacto ópticos y acústicos, dependiendo de cada serie y modelo) que le permite, entre otras cosas, detectar obstáculos, acumulaciones de residuos en el suelo y desniveles pronunciados tales como escaleras. Utiliza dos ruedas motrices independientes que le permiten ejecutar giros de 360 grados. Adicionalmente, se le puede programar para realizar otras funciones más “creativas” mediante un ordenar y haciendo uso de la denominada "Roomba Open Interface".

Sensores a utilizar son:

Sensores de contacto

Para detectar contacto físico del robot con un obstáculo se suelen utilizar interruptores que se accionan por medio de actuadores físicos. Un ejemplo muy clásico serían unos alambres elásticos que cumplen una función similar a la de las antenas de los insectos, trasladando hasta el interruptor, para accionarlo, el desplazamiento mecánico que se produce por el choque o contacto. En inglés les llaman "whiskers" (bigotes), relacionándolos con los bigotes sensibles de los animales como, por ejemplo, los perros y gatos.



Se pueden encontrar también bandas metálicas que rodean al robot, o sólo su frente (e incluso en la parte trasera, en algunos diseños), con una distribución similar a la de los paragolpes de los autos ("bumper", en inglés). También se utilizan contactos que se accionan al presionar sobre la "carrocería" del robot, es decir, sobre la cobertura que protege los mecanismos internos y le da el acabado exterior.

Sensores reflectivos y por intercepción (de ranura)

Para detección a corta distancia se suele utilizar en robótica el sensor de reflexión CNY70, de Telefunken, que está especificado en su hoja de datos para detección a 0,3 mm (ya que fue pensado para usarlo en la detección en discos de encoders, en los que el dibujo de ranuras está bien cerca del sensor), pero se usa en robots para detectar objetos a 10 ó 20 mm, según informan los artículos que encontré en la red. Consta de un diodo emisor de infrarrojos y un fototransistor como elemento sensible. Tiene la ventaja de ser pequeño, compacto y de precio muy accesible.

Para distancias mayores existe una serie de detectores de Sharp, entre los que menciono al GP2D02, uno de los más conocidos, capaz de detectar objetos a 80 cm de distancia. Tiene interesantes prestaciones integradas, ya que entrega un valor ya digitalizado en 8 bits, a través de una salida serie. Un hermanito es el GP2D12, con la diferencia de que su salida de datos es analógica.

Con elementos ópticos similares, es decir emisor-receptor, existen los sensores "de ranura" (en algunos lugares lo he visto referenciado como "de barrera"), donde se establece un haz directo entre el emisor y el receptor, con un espacio entre ellos que puede ser ocupado por un objeto. Al interceptar el haz se activa la detección. Este tipo de elemento (en especial los más comunes disponibles en el mercado, cuya apertura o zona sensible es muy estrecha) no es tan útil en un robot, aunque es posible encontrarlos en algunas aplicaciones. Existen además módulos para control industrial con una apertura mucho mayor.



HOGAR: ROBOT SR1 S300010

El robot SR1 cuenta con un chasis lo suficientemente robusto para proteger todos los componentes mecánicos y electrónicos del robot mientras se desplaza en cualquier entorno interior. El chasis admite ampliaciones como plataformas de carga, techos con sensores, motores dc, tracción por orugas, etc.

Desde el punto de vista de la electrónica, se ha buscado un compromiso entre versatilidad de funciones y facilidad de programación que le permita disponer de gran cantidad de sensores, además de poder incluir accesorios extras como cámaras, servos, etc. y todo ello controlable y programable desde cualquier PC sin necesidad de otro software que el proporcionado.

Por último se ha perseguido que todo el conjunto una vez montado permita hacer modificaciones, configuraciones, ampliaciones, cambios de sensores, etc. de forma muy sencilla y con la ayuda de un destornillador y poco más.

El resultado es un robot compacto, robusto y duradero que destaca por sus múltiples y avanzadas posibilidades, su versatilidad y su gran cantidad de accesorios que incluyen ruedas todo terreno, torreta móvil, cámara inalámbrica, radio módem, etc



El hardware

El Robot SR1 por el contrario este diseñado para que pueda desenvolverse de forma autónoma y segura en cualquier tipo de entorno interior como el hogar, la escuela o la oficina, siendo capaz de eludir y superar los obstáculos y trampas, como muebles, cables, patas, rincones, etc, que encuentra a su paso gracias a su gran cantidad de sensores entre los que destacan:

2 Sensores de contacto.

1 Sensor de inclinación

2 Sensores de luz.

1 Sensor de infrarrojos modulados

1 Sensor de distancia pos ultrasonido + 1 sensor de luz central

1 Sensor de temperatura digital

1 Sensor brújula digital (Opcional en el modelo básico)

Existen sensores adicionales que se conectan igualmente en el circuito mediante cables, pero que no van montados directamente sobre el circuito, sino que se colocan en otras partes del chasis. El más popular de ellos es el sensor de líneas (opcional en el modelo básico), que permite al robot seguir el trazado de una línea pintada en el suelo.

Entre los dispositivos de salida del robot SR1 se encuentran:

1 Zumbador piezoeléctrico.

2 Emisores de infrarrojos.

2 Diodos led de alta potencia

2 Leds rojo y verde de señalización.

4 Conexiones para servomotores

1 Controlador para 2 motores de corriente continua.

1 Puerto serie RS232.

1 Radio Módem inalámbrico (opcional en el modelo básico)



1 Conector para periféricos.

1 Alimentación Auxiliar.

SENSOR DE INFRARROJOS TSOP4838

TSOP4838 es un sensor de infrarrojos empleado para recibir las señales infrarrojas de los mandos a distancia empleados normalmente en los electrodomésticos. El sensor tiene un su interior un circuito amplificador y un oscilador a 38 Khz que permiten la recepción de las señales incluso en presencia de fuentes de luz intensas. Este sensor se conecta a un microcontrolador permitiendo recibir las señales de control de la mayoría de los mandos a distancias y hacer mediante software que el circuito ejecute diferentes instrucciones en función de las ordenes recibidas. Este sensor reemplaza al TSOP 1838.

SENSOR DISTANCIAS POR ULTRASONIDOS I2C SRF08

SRF08 es un medidor ultrasónico de distancias para robots que representa la última generación en sistemas de medidas de distancias por sonar, consiguiendo niveles de precisión y alcance únicos e impensables hasta ahora con esta tecnología. El sensor es capaz de detectar objetos a una distancia de 6 m con facilidad además de conectarse al micro controlador mediante un bus I2C, por lo que se pueden conectar cuantos sensores sean necesarios en el mismo bus. Con una alimentación única de 5V, solo requiere 15 mA, para funcionar y 3mA mientras esta en reposo, lo que representa una gran ventaja para robots alimentados por pilas. El sensor SRF08 Incluye además un sensor de luz que permite conocer el nivel de luminosidad usando igualmente el bus I2C y sin necesidad de recursos adicionales.

Controlando el sensor de distancias ultrasónico SRF08

La comunicación con el sensor ultrasónico SRF08 se realiza a través del bus I2C. Este está disponible en la mayoría de los controladores del mercado como BasicX-24, OOPic y Basic Stamp 2P, así como en una amplia gama de microcontroladores. Para el programador, el sensor SRF08 se comporta de la misma manera que las EEPROM de las series 24xx,



con la excepción de que la dirección I2C es diferente. La dirección por defecto de fábrica del SRF08 es 0xE0. El usuario puede cambiar esta dirección con 16 direcciones diferentes: E0, E2, E4, E6, E8, EA, EC, EE, F0, F2, F4, F6, F8, FA, FC o FE, por lo que es posible utilizar hasta 16 sensores sobre un mismo bus I2C.

Conexiones

El pin señalado como "Do Not Connect" (No conectar) debería permanecer sin conexión. En realidad, se trata de la línea MCLR de la CPU y se utiliza solamente en la fabrica para programar el PIC16F872 después del montaje, dispone de una resistencia interna de tipo pull-up. Las líneas SCL y SDA deberían tener cada una de ellas una resistencia pull-up de +5v en el bus I2C. Sólo necesita un par de resistencias en todo el bus, no un par por cada módulo o circuito conectado al bus I2C. Normalmente se ubican en el bus maestro en vez de en los buses esclavos. El sensor SRF08 es siempre un bus esclavo - y nunca un bus maestro. Un valor apropiado seria el de 1,8 K en caso de que las necesitase. Algunos módulos como el OOPic ya disponen de resistencias pull-up por lo que no es necesario añadir ninguna más.

Modo de cálculo de distancia con el SRF08

Para iniciar la medición de la distancia, deberá escribir uno de los comandos anteriores en el registro de comando (registro 0) y esperar el tiempo necesario para la ejecución de la operación. A continuación, deberá leer el resultado en el formato que desee (pulgadas, centímetros, etc). El búfer de eco se pone a cero al comienzo de cada medición. La primera medición del eco se coloca en las ubicaciones 2 y 3, la segunda en 4 y 5, etc. Si una ubicación (niveles altos o bajos de bytes) es 0, entonces no se encontrará ningún otro valor en el resto de los registros. El tiempo recomendado y establecido por defecto para realizar la operación es de 65mS, sin embargo es posible acortar este periodo escribiendo en el registro de alcance antes de lanzar el comando de medición. Los datos del sensor de luz de la ubicación 1 se actualizarán también después del comando de medición.



Sensor de luz

El medidor ultrasónico SRF08 dispone de un sensor fotoeléctrico en la propia placa. Este medidor realiza una lectura de la intensidad de la luz cada vez que se calcula la distancia en los modos Ranging o ANN (La conversión analógica/digital se realiza realmente justo antes de que se lance el "ping" mientras el generador de 10v +/- se encuentra en fase de estabilización). EL valor de la lectura va aumentando a medida que aumenta la intensidad de la luz, por lo que valor máximo lo obtendrá con una luz brillante y el valor mínimo en total oscuridad. La lectura debería acercarse a 2-3 en total oscuridad y aproximadamente a 248 (0xF8) en luz diurna. La intensidad de la luz puede leerse en el registro del sensor de luz en la ubicación 1 al mismo tiempo que puede leer los datos del alcance.

Precio del sensor ultrasonido SRF08:

SENSOR INFRARROJOS SHARP GP2D12

El Sharp GP2D12 es un sensor medidor de distancias por infrarrojos que indica mediante una salida analógica la distancia medida. La tensión de salida varia de forma no lineal cuando se detecta un objeto en una distancia entre 10 y 80 cm. La salida esta disponible de forma continua y su valor es actualizado cada 32 ms. Normalmente se conecta esta salida a la entrada de un convertidor analógico digital el cual convierte la distancia en un numero que puede ser usado por el microprocesador. La salida también puede ser usada directamente en un



circuito analógico. Hay que tener en cuenta que la salida no es lineal. El sensor utiliza solo una línea de salida para comunicarse con el procesador principal. El sensor se entrega con un conector de 3 pines. Tensión de funcionamiento 5V, Temperatura funcionamiento:-10 a 60ºC, Consumo Medio: 35 mA. Margen de medida 10cm a 80 cm.

Precio



ROBOT HUMANOIDE ROBONOVA 1 MONTADO

Robonova 1 es la versión completamente montada de este fantástico robot humanoide. Robonova representa un importante hito en el campo de la robótica personal ya que pone a su disposición un avanzadísimo robot capaz de ejecutar toda clase de movimientos, saltos y piruetas impensables hasta ahora en un robot de su categoría. El robot desarrollado por Hitec basa sus actitudes en la utilización de 16 servos digitales especialmente diseñados para él y que además de una gran fuerza y precisión.

El corazón del Robonova es un potente circuito electrónico de control con mas de 40 puertos de entrada y salida que pueden utilizarse no solo para mover servos, si no que además puede emplearse para controlar y leer sensores, displays, señales analógicas y digitales y un largo etc.

El resultado es un robot robusto y resistente capaz de hacer toda clase de movimientos y secuencias. El Robonova se entrega completamente montado y listo para su utilización, incluyendo la batería recargable y el cargador rápido necesario.

Además se incluye un disco con todo el software necesario para manejar y programar el robot de forma fácil y sencilla sin necesidad de conocimientos especiales y un mando a distancia por infrarrojos capaz de controlar el robot a distancia.

La Mecanica

El esqueleto del robot Robonova 1 está formado por los propios servos que hacen de musculos, unidos por pletinas de aluminio anodizado en color oro que además de darle la rigidez necesaria, le confiere una imagen de alta calidad y aspecto imponente. El resto del cuerpo lo forman piezas de plástico rígido que protege el circuito y asegura que el robot es suficientemente robusto para el uso diario. Con estos tres elemento se consigue un esqueleto ligero y robusto que posibilita unos grados de libertad de movimientos y una potencia única en su clase.



La Electrónica

El robot Robonova 1 está controlado por un circuito electrónico que viene completamente montado y listo para funcionar. El circuito esta gobernado por un microcontrolador Atmel ATMega 128 que cuenta entre otras cosas con 40 puertos de entrada y salida digitales, puerto serie, bus I2C y 8 entradas analógicas.

Con este elevado número de puertos de pueden controlar dispositivos de todas clases como servos, sensores de distancia, giróscopos, displays LCD, sensores de infrarrojos, etc. Además la placa cuenta con un altavoz para generar tonos de diferentes frecuencias y un conector para un led que se puede gobernar a voluntad.

Otros componentes de la placa incluyen más de 64 Kbytes de memoria para los programas, que permiten que una vez que se han descargado, el robot sea completamente autonomo y pueda ejecutar los movimientos sin necesidad de estar conectado al ordenador.

Sensores a utilizar

SENSOR INFRARROJOS SHARP GP2Y0D02YK

El sensor Sharp GP2Y0D02YK es un sensor de distancia por infrarrojos cuyas características eléctricas son idénticas a la del sensor GP2D15, pero emplea unas lentes especiales que le proporcionan un rango de trabajo mucho mayor.

La distancia de detección viene fijada de fábrica a 80 cm +- 10 cm. La salida esta disponible de forma continua, esto significa que no es necesario ningún tipo de circuito de control ni temporización externo. Basta con aplicar tensión para que la medida esté disponible cada 50 ms.

El sensor utiliza solo una línea de salida para comunicarse con el procesador principal. El sensor se entrega con un conector de 3 pines. Tensión de funcionamiento 5V, Temperatura funcionamiento:-10 a 60ºC, Consumo Medio: 35 mA. Margen de medida 80cm +- 10 cm. Recuerde que la salida es de tipo colector abierto, por lo que debe utilizar una resistencia de polarización positiva de 10 -12K ohmios.



Precio de sensor GP2Y0D02YK

Robot orientado a la educación, investigación y entretenimiento

ROBOT ORIENTADO A LA EDUCACIÓN, INVESTIGACIÓN Y ENTRETENIMIENTO.

Moway Versión 2 es un robot autonomo y programable que destaca por sus pequeñas dimensiones, sus grandes prestaciones y su reducido precio, que lo convierten en uno de los mejores robots para la enseñanza, investigación y entretenimiento del mercado. El robot Moway utiliza un el popular PIC16F876 como procesador principal, e incluye múltiples sensores entre los que se encuentran sensores de infrarrojos anticolisión y sensores reflectivos para el seguimiento de líneas, detección de bordes, etc, y sensor de luz.

Entre los elementos de salida estan los dos motores con encoder controlados mediante bus I2C, emisores de infrarrojos para comunicación, leds rojos de señalización y un conector de expansión que permite entre otros la utilización de un modulo de radiofrecuencia de bajo coste para conectar el robot a un PC sin cables, o bien para intercomunicar varios robots.



Entre los componentes que incluye el robot están:

PIC18f86j50 como microcontrolador principal

Grupo motor con encoders y control de trayectoria comandado por I2C

Sensores infrarrojos anticolisión

Sensores encoders

Sensor de intensidad de luz direccional

Sensores optorreflectivos infrarrojos para el suelo

Indicador luminoso superior bicolor

Leds rojos frontales

Sensor de Temperatura

Acelerómetro de 3 ejes

Micrófono

Altavoz

Bus de expansión SPI/I2C para tarjetas electrónicas

Módulo de radiofrecuencia para comunicación inalámbrica

Batería LI-PO recargable por USB

Autonomía de 2 horas

Preparado para robótica colaborativa

Características

Gobernado por microcontrolador PIC16F876A.

Baterías recargables de Li-Po.

Carga software y batería por USB.

Controlador de motores por comandos.

Detectores de obstáculos por infrarojos.

Sensor direccional de luz.

Sensores optoreflectivos analógicos.

Indicadores LED.

Puerto de expansión para tarjetas

Comunicación por RF

Programable en Ensamblador, C y con Compilador Gráfico.



Sensores a utilizar son:

Sensores de velocidad Codificadores (encoders):

Un codificador incremental de rotación está formado por un disco con ranuras radiales ubicadas por lo general muy juntas en toda su circunferencia, o sino con líneas alternadas en color claro y oscuro, que giran frente a un fotosensor (o un conjunto de éstos, para más precisión), generando un pulso por cada ranura o cambio de color.

Los codificadores absolutos ópticos funcionan con un concepto similar al de los tipos incrementales, sólo que poseen un disco con un dibujo complejo, distribuido en anillos concéntricos que representan los bits de una palabra binaria. Deben tener un detector óptico por cada uno de estos anillos. Por ejemplo un disco con 8 anillos (como el de la figura), tendrá una resolución de 8 bits, o sea que podrá dividir su circunferencia en 256 porciones (más de 1 grado, si hablamos de ángulo). Un disco con más anillos concéntricos ofrecerá más bits de resolución y dará un dato de posición angular más preciso.



SENSOR DE LUZ HITEC

Sensor de luz para robot. El sensor reacciona cuando hay luz, lo que permite detectar entre zonas iluminadas y oscuras. Muy útil para hacer seguimiento de luz o hacer que el robot reaccione ante cambios repentinos de iluminación, como por ejemplo al encender una luz en una habitación. Es muy pequeño y fácil de utilizar, ya que solo hay que conectarlo en un puerto de la placa controladora como si fuera un servo mas, desde donde también recibe la alimentación. Dimensiones: 13 x 15 mm. Peso:6g. Alimentación: 5V. Longitud del cable 322 Mm.

Precio:

Trabajo Nº 03 Sensores Aplicados a Robots

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