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Este es el tercer robot que he construido,
actualmente operativo, construido tomando como base un un
kit de Lynxmotion,
está controlado por microcontrolador Basic Stamp IIsx
de Parallax, y tiene capacidad de movimiento, ya que esta
montado sobre una base que anteriormente tenía tres
ruedas, pero en la actualidad esta movido por dos orugas
de goma comandadas por sendos servomotores HiTec HS300, modificados.
Esta provisto de un brazo que lleva adosado en la parte superior
de su pinza manipuladora con un par de sensores de infrarrojo,
para detección de obstaculos, proximidad y medición
de luz ambiente, tambien posee un sistema de videocámara
CCD montada sobre el brazo, que envía imagenes
a la tarjeta capturadora del PC por medio de un transmisor
de televisión VHF que emite imagen y sonido en
una frecuencia de 224 Mhz, Además esta equipado con
un sensor volumetrico de ultrasonidos para captar movimiento,
y dos encoders ópticos en las orugas para determinar
su giro. Está alimentado por dos bloques
de baterias de 6 voltios y 700 mA/h que proporcionan 12
voltios a los circuitos de control y sensores y otra mas de
7,2 voltios y 1600 mA/hora para los servomotores.
Como
proximas mejoras, tengo previsto dotarle de medidor de distancia
por sonar ultrasónico, aprovechando
la circuiteria de un metro electrónico de la marca
COATI, y un sistema de comunicacion de datos por via radiofrecuencia
entre el robot y un PC para envio de ordenes y recepción
de información desde los sensores del robot.
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Este
es el area de acción del brazo, en la imagen
la zona azul indica que partes puede acceder la pinza.
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EL
BRAZO
El brazo tiene 5 grados de libertad que le permiten giro de
cintura, hombro comandado por 2 servos colocados en tandem,
funcionando en paralelo, para mejorar el par motor, codo,
muñeca y pinza con una capacidad de apertura de unos
30 milimetros, que puede manipular objetos de pequeño
peso (unos 100 gramos aproximadamente), total 6 servomotores.
LOS
SERVOMOTORES
El conjunto robot esta movido por un total de 8 servomotores
HITEC HS300, funcionando a 5 voltios y que proporcionan un
par de unos 3,5 Kg con una palanca de 25,4 milimetros, suficiente
para las especificaciones de tamaño y peso de la máquina.
Estos servomotores del tipo de los utilizados en modelos de
radiocontrol, son del tipo digital proporcional y reciben
sus pulsos de control de posición de una tarjeta controladora
Mini SSCII de Scott Edwars que proporciona la referencia de
posicion para cada uno de los motores:
todo
ello a traves de una linea serie, y tres bytes de datos con
el siguiente formato:
Byte1
= Sync (255) 'Este byte es solo con el proposito de que
el controlador de servos identifique el comienzo de una nueva
orden a procesar.
Byte2 = Servo #(0-7) 'El segundo byte determina a que
servo estamos haciendo referencia
Byte3 = Position (0-254) 'Por ultimo, el tercer byte,
determina la posición, pero ojo, que no todos los servos
permiten el mismo recorrido.
Habrá que averiguar de manera práctica cuales
son los limites reales de cada servo que utilicemos para no
forzarlos.
Para
los servomotores Hitec, asi como muchos otros de los usados
para radiocontrol, la duración del pulso alto, determina
la posición final del servo, que será de 0,5
milisegundos para una posición completamente a la izquierda,
y de unos 2 milisegundos para estar completamente a la derecha.
Estos
pulsos, deben ser refrescados con cierta frecuencia, ya que
si no se hace asi, el servo se "relaja", yo he comprobado
que entre 20 y 40 milisegundos de estado de pulso bajo, proporcionan
un buen funcionamiento (esta duración no es demasiado
rigida y no interfiere con la posición final del servo).
LA
BASE MÓVIL
El robot está montado sobre una base móvil
con dos orugas procedentres de una excavadora de juguete,
y estan movidas por dos servomotores Hitec-HS300 modificados
para rotación continua y que lo dotan de dirección
diferencial. Anteriormente la base tenia tres ruedas, dos
de las cuales estaban comandadas por motores y una tercera
en la parte trasera giratoria, el motivo de sustituir estas
ruedas por las orugas fue para evitar que el robot quedara
atascado frente a pequeños obstaculos, y ahora es capaz
de deambular por terreno con ciertas irregularidades.
La
manera de modificar servomotores, no es demasiado complicada:
- Desmontar el servomotor, quitando
sus cuatro tornillos.
- Levantar con mucho cuidado la placa
de control para acceder al potenciometro que toma la referencia
de la posición.
- Sustituir el potenciometro por dos
resistencias de valor igual a la mitad de la resistencia
del potenciometro (mas o menos), de manera que hagan de
divisor de tensión, es decir, soldarlas en serie
y con el punto central al cable que iba al cursor del pot,
los extremos libres de las resistencias, donde iban los
extremos del potenciometro.
- Sujetar las resistencias con algun
tipo de pegamento o cinta adhesiva de doble cara.
- Acceder al compartimento de los
piñones de la reductora. En concreto al ultimo de
ellos, el de los dientes mas grandes. A este hay que eliminarle
una leva que impide su giro mas de 180 grados, cortandola
con un alicate y despues asentandolo con una lima.
- Montar los piñones como al
principio.
- Atornillar de nuevo.
- Ya tenemos un servomotor para utilizarlo
como giros completos, ahora cuando le mandemos posiciones
proximas al centro, el servomotor, estara parado. Con posiciones
mas bajas que el centro, girara hacia la izquierda, tanto
mas rapido como mas lejos la posición logica lo este
del centro, y viceversa para los giros a derecha.
Ya
tenemos un servomotor para utilizarlo como giros completos,
ahora cuando le mandemos posiciones proximas al centro, el
servomotor, estara parado. Con posiciones mas bajas que el
centro, girara hacia la izquierda, tanto mas rapido como mas
lejos la posición logica lo este del centro, y viceversa
para los giros a derecha.
NUEVO
SISTEMA DE TRACCIÓN POR ORUGAS.
Se acabó el atascarse en cualquier pequeño obstaculo,
con la incorporación de estas orugas el robot se convirtión
en un pequeño "Todo-terreno". Estas orugas
provienen de una excavadora de juguete y fueron montadas en
la base del robot, cortandolas del chasis original del juguete
y sustituyendo sus motores originales por unos servos HiTec
HS300 modificados para giro libre.
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Detalle de la oruga
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ENCODERS
OPTICOS DE RUEDAS
Aunque no se aprecia en la fotografía, las orugas
van provistas en su cara interior de unos encoders opticos
de infrarrojos que determinan la cantidad de giro de cada
rueda y que llevan la información de retorno al computador
a traves del puerto paralelo, estos fueron construidos tomando
como base fotodiodos de infrarrojos y leds, obtenidos de un
raton de ordenador antiguo. El conjunto de cada encoder se
monto con macarron termorretractil de distintos diametros,
y fue enviado a unos inversores con disparador de schmitt
a traves de un potenciometro para ajustar la sensibilidad.
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Primera
fase del Robot
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MODIFICACIONES
En su origen, el robot NR3 era un brazo construido en
base a un kit de Lynxmotion, controlado a traves del PC, con
5 grados de libertad, montado sobre una base fija y con conexión
RS-232 para recibir la informacion de posición para
cada servomotor con una placa mini SSC-II.
No
tenia ningún tipo de realimentación de información
a la computadora de control, debido a que utiliza para el
posicionamiento de sus distintas articulaciones un control
de lazo cerrado local, es decir, que la computadora manda
ordenes para colocar un servo en un determinado angulo, y
este lo ejecuta, pero, la computadora no tiene constancia
de que el robot llegue a conseguir su tarea (Closed loop).
La
siguiente mejora fue el añadirle una base movil CARPET
ROVER, tambien en kit de Lynxmotion con tres ruedas y dos
servos para dotarle de dirección diferencial.
Con
el diametro de las ruedas a 5 centimetros, se conseguía
una velocidad de unos 25 cm por segundo.
Mas
tarde fueron añadidos unos encoders opticos a las ruedas,
construidos artesanalmente. Montando el brazo sobre la base
movil, se consiguió, dotar de capacidad de movimiento
al brazo robótico.
Siguiente
añadido: Un detector volumetrico de ultrasonidos, procedente
de una alarma para automóvil, y que lleva información
de vuelta al ordenador a traves del puerto paralelo, y con
el cual es capaz de detectar movimiento, con un alcance de
unos 4 metros (ajustable).
Vista (por decirlo de alguna forma). Formado por dos detectores
de reflexión de infrarrojo, montados sobre la pinza
manipuladora, y con un circuito de control que oscila , y
cuya frecuencia, depende de la distancia a la que pongamos
un objeto, el paso siguiente es contar cuanto dura un periodo
de esa oscilación, determinando la frecuencia y por
consiguiente la cantidad de luz reflejada que se recibe, dotandolo
de capacidad para detectar diferentes objetos en base a su
tono, seguir lineas marcadas en el suelo, etc.
Con todo esto, mostrado hasta ahora, el robot quedó
como se muestra a continuación:
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| Sensor
de movimiento |
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| Robot
NR3, con sensores de luz infrarrojos y sensor de
movimiento, en su base movil con ruedas de neopreno. |
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Actualmente he eliminado las tres ruedas, y desmontado los
servomotores, y sus correspondientes encoders, para modificar
su sistema de tracción, incorporando al robot unas
orugas de goma procedentes de una excavadora de juguete, sustituyendo
los motores originales del juguete por unos servomotores HITEC-300,
y acoplados a la base del robot.
Llego
el momento de incorporar el microcontrolador Basic Stamp II
Sx y probar algo de inteligencia, NR3 sigue la linea perfectamente
pero... Problema a la vista: reducida autonomia con baterias
procedentes de telefonos moviles de desecho. Hay que pensar
en cambiar su alimentación.
Fue
necesario adaptar la base del brazo agrandando su parte trasera
para acomodar los motores de las orugas asi como para colocar
las baterias y el radio-transmisor de de audio y video. Siguiente
incorporación: Transmisor de imagen y bloques de baterias
mejoradas:
BATERIAS
En
un principio, el robot estaba conectado al Ordenador que lo
controlaba y le proveia de alimentación, pero al decidir
hacerlo autonomo, fue necesario dotarlo de alimentación
a base de baterias, y primeramente probe a hacerlo con unos
bloques construidos con partes de baterias de antiguos telefonos
móviles para conseguir, unos 5 v con 5 celulas de 1,2
voltios, y otra pila auxiliar de NiCd de 8,4 voltios para
alimentar la circuiteria de control.
Con
la adición del transmisor de video y sus requisitos
de alimentacion de 12 voltios, pense en cambiar la pequeña
pila recargable de 8,4 v por dos bloques de 6 voltios, conectados
en serie, con lo cual se consiguen 12 voltios con una autonomia
de 700 mA/hora, suficiente para mantener funcionando un buen
rato el sistema de microcontrolador, sensores, camara de video
y transmisor de imagen.
El
apartado de alimentacion de los servomotores, fue mejorado
con la adicion de una bateria de 7,2 v y 1600 mA /hora, que
dotan a los motores de un mayor par, que el que proporcionan
funcionando a los 5 voltios que proporcionaba la fuente de
alimentacion conmutada del PC.
¡Al fin es autónomo, ya no cuelga del PC 386!
COLOCACIÓN
DE LA CÁMARA
Para la transmisión de imagenes desde el robot a la
tarjeta capturadora en el PC añadí una videocamara
marca PRO-BASIC, obtenida de un sistema de vigilancia por
circuito cerrado de TV, con sensor CCD, con una alimentación
de 8v, y un consumo de poco mas de 100 mA.
La
cámara tambien va equipada con un microfono para captar
el sonido ambiental.
Esta
cámara se montó en la parte trasera del codo
del robot para asi, no cargar demasiado al propio brazo robot:
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Cámara
CCD color.
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Colocación
de la videocámara
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TRANSMISOR
DE IMAGEN Y SONIDO POR RADIOFRECUENCIA
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Circuito
transmisor de Video y Audio
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La
imagen y sonido recibidos de la cámara
CCD equipada con microfono se envian a este
transmisor, adquirido en forma de Kit (
www.iberfutura.es
)
Este
circuito, permite enviar señal audio/video
a una distancia de unos 300 metros en función
del entorno; para la recepción puede
utilizarse un televisor normal, o sintonizadora
de TV para ordenador, ajustada al canal
12 de la VHF.
El uso en la etapa de RF de dos módulos
Aurel premontados y ajustados, permitió
realizar este montaje de manera bastante
sencilla.
Posee entradas separadas para las señales
de audio y vídeo. El circuito comprende
una capsula microfónica y tambien
puede utilizarse otra fuente de sonido exterior.
La potencia de salida del modulador es de
2 mW que luego se envian a un amplificador
que entrega en antena una potencia de 50
mW con una alimentación de 12 voltios
y un consumo de unos 150 mA.
Como antena utilizo un trozo de cobre rígido
de 34 cm de longitud.
MEDIDA
DE DISTANCIAS POR ULTRASONIDOS
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Circuito
del Metro Electrónico COATI
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Este
es el circuito del metro electronico que
voy a modificar para incorporar al robot
un sistema de sonar de ultrasonidos para
medida de distancia a diferentes objetos,
que ira montado sobre el brazo para poder
variar el objetivo. Es similar al utilizado
por las maquinas de fotos de la marca POLAROID,
para su sistema de enfoque:
Bibliografía:
-
A little description about this robot: http://www.lynxmotion.com/proj036.htm
- Página personal del autor:
http://perso.wanadoo.es/carabaza/descr_NR3.htm
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