Características del Robot y Simulador Empleado

En esta sección se presentan las características generales del mini robot e-puck en la subsección 4.6.1 y las características generales del simulador Webots un CAD robots software en la subsección 4.6.2. El contenido de esta sección se desarrolló sobre la base del documento Cyberbotics Robot Curriculum Cyberbotics Ltd., Olivier Michel, Fabien Rohrer, Nicolas Heiniger and wikibooks, (2009) [84].

4.6.1 Características generales del Mini Robot E-Puck

El robot e-puck fue diseñado por el Dr. Francesco Mondada y Michael Bonani en 2006 en la EPFL, el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausanne (Figura 4.32).con el propósito de ser un instrumento para la educación universitaria y el campo de la investigación. El robot (e- puck) cumple una serie de requisitos, entre ellos se destacan el diseño de una estructura simple que le permite la integración de diversos sensores, el software de simulación del robot e-puck (webots), brinda una fácil programación, simulación y control remoto del robot con Bluetooth. El robot e-puck ha sido utilizado en una amplia gama de aplicaciones en: robótica móvil, comunicación entre robots, robótica evolutiva (robots autónomos que pueden sobrevivir en los entornos en los que se encuentran, siempre con la menor intervención humana posible), robótica colectiva (trabajo de robots en equipo), robótica bio- inspirada (diseño de robots inspirados en animales, insectos).

Figura 4.32 Robot móvil e-puck

El e-robot (e-puck) tiene un procesador dsPIC (Digital Signal Programmable Integrated Circuit) de Microchip. El robot e-puck

también cuenta con un gran número de sensores y actuadores como se muestra en la Figura 4.33, los que se detallan en la tabla 4-5. Los aspectos generales de movilidad y sensorística empleados en el sistema desarrollado se presentan en el Anexo Ñ.

Figura 4.33 Sensores y actuadores del robot e-puck

Características Detalle

Dimensiones Altura 70 mm diametro, 55 mm, peso150 g

Autonomía Batería Batería recargable y renovable (5Wh LiION),

provee tres (3) horas de autonomía

Procesador dsPIC 30F6014A @ 60 Mhz (~15 MIPS) 16 bit

microcontroller con DSP core

Memoria RAM: 8 KB; FLASH: 144 KB

Motores 2 motores paso a paso con una reducción de

50:1,resolución: 0.13 mm, velocidad máxima: 15 cm/s

Estructura

Mecánica Cuerpo de plástico transparente que soporta PCBs, la batería y los motores

Sensores IR 8 sensores infra-red miden la luz ambiente y la

proximidad los objetos hasta 6 cm

Cámara VGA Cámara color con una resolución of 480 x 640

(típico uso: 52x39 or 480x1)

Micrófonos 3 micrófonos omni-direccionales para la

localización de sonidos

Acelerómetro 3D acelerómetro a lo largo de los ejes X, Y and Z

LEDs 8 LEDs independientes color rojo sobre el anillo

del cuerpo del robot, un LED verde sobre el cuerpo del robot y un LED rojo fuerte en el frente del robot

Parlante Parlante incorporado en el robot, capaz de

Características Detalle

Switch Switch de rotación de 16 posiciones, ubicado en la

parte superior del robot

Conexión PC Port serie standard, velocidad hasta 115 Kbps

Wireless Bluetooth Para la comunicación inalámbrica entre robot y computadora y la comunicación inalámbrica entre robots

Control Remoto Receptor Infra-rojo, para comandos de control

remoto standard

Bus de expansión bus de expansión diseñado para añadir nuevas

capacidades

Programación: C programming con free GNU GCC compiler

Ambiente Grafico

IDE Ambiente de desarrollo integrado IDE (integrated development environment) provisto por el

simulador Webots Facilidades con

Webots

El uso robot e-puck robot: con simulación, control remoto y ambiente grafico gráficos y la

programación del robot en C

Tabla 4.5 Características del robot e-puck

4.6.2 Características del Simulador Webots

Webots es un software de prototipado y simulación para robots móviles [82], en la actualidad es empleado por más de 700 universidades en el mundo, Se ha desarrollado desde 1996 y fue diseñado originalmente por el Dr. Olivier Michel de la EPFL, del Instituto Federal Suizo de Tecnología de Lausana, Suiza. Es utilizado principalmente para la investigación y la educación en la robótica. Además de la universidad, Webots también es utilizado por organizaciones de investigación y de centros de investigación de las empresas, incluyendo Toyota, Honda, Sony, Panasonic, Pioneer, NTT, Samsung, La NASA, Stanford Research Institute, la investigación Tanner, BAE Systems, Vorverk, etc. Webots es un software para prototipado rápido y simulación de robots móviles, permite visualizar rápidamente el comportamiento del robot y comprobar si cumplen los requisitos esperados, en el contexto de un control inteligente del robot y finalmente permite la transferencia de los resultados de la simulación a un robot real. Webots permite realizar las cuatro etapas básicas en el desarrollo de un proyecto de robótica como se muestra en la Figura 4.34.

La primera etapa, consiste en el diseño del cuerpo físico de los robots, incluyendo sus sensores y actuadores (color, forma, características técnicas de los sensores y actuadores, etc.) así como el modelo físico del ambiente de actuación del robot con sus propiedades. De esta

manera, cualquier tipo de robot puede ser creado, incluyendo los robots de ruedas, robots de cuatro patas, robots humanoides. El entorno de los robots se crea poblando el espacio con objetos como paredes, puertas, escaleras, pelotas, obstáculos, etc.

Los parámetros físicos del objeto pueden ser definidos, como la distribución de la masa, los objetos de delimitación, la fricción, los parámetros de rebote, etc, para que el motor de simulación en Webots pueda simular su física

.La Figura 4.35 muestra el modelo de la simulación del robot e-puck en exploración de un entorno con obstáculos. Una vez creados los robots virtuales y entornos virtuales, puede pasar a la segunda etapa.

Figura 4.34 Etapas de desarrollo con

Webots Figura 4.35.puck in Webots Modelo de un e-

En la segunda etapa se realiza la programación del comportamiento del robot. Webots incluye herramientas de programación gráfica que son fáciles de utilizar para los principiantes y los lenguajes de programación (como C, C + + o Java), que son más poderosos y permiten el desarrollo de comportamientos más complejos.

El programa de control de un robot es generalmente un bucle sin fin que se divide en tres partes: (1) leer los valores medidos por los sensores del robot, (2) calcular cuál debe ser la acción siguiente del robot y (3) enviar comandos a los actuadores que llevan a cabo estas acciones. La parte más fácil son las partes (1) y (3). La más difícil es la parte (2), ya que es aquí donde se encuentra toda la inteligencia del robot. La parte (2) puede ser dividida en sub-partes, como el procesamiento de datos de sensores, el aprendizaje, la generación de las acciones.

En la tercera etapa se aplica la simulación, ésta permite probar si el programa se comporta correctamente. Mediante la ejecución de la

simulación, se puede ver el comportamiento del robot, pudiendo interactuar con el robot en forma interactiva, moviendo los obstáculos o el robot con el Mouse. También se pueden visualizar los valores medidos por los sensores, los resultados de la transformación del programa, etc. Por último, la cuarta etapa es la transferencia del programa de control a un robot real, que actúa en el mundo real.

En la Figura 4.36 se muestran dos ventanas, la ventana de la izquierda muestra la interfase de e-puck con los valores de los sensores y actuadores del robot, esta ventan permite la transferencia desde la simulación al robot real, a la derecha de esta ventana, se puede ver el punto de vista de la cámara del robot simulado e-puck. En la ventana derecha, se puede ver el punto de vista de la cámara real del robot y el valor de los sensores del robot.

Figura 4.36 Transferencia desde el simulador al robot real

Se muestra en la Figura 4.36 la visualización de los dispositivos (sensores y actuadores) del robot. las mediciones de distancia se muestran en azul, fuera del cuerpo del robot. Las mediciones de luz se muestran en color verde, en el interior del cuerpo. Los LEDs se muestran en gris cuando está apagado y rojo cuando está conectado. Las velocidades del motor se muestran en rojo, y la posición del motor se muestra en verde justo debajo de la velocidad de cada motor. La imagen de la cámara (si está presente) se muestra en la parte derecha de la ventana. Los valores de los sensores de piso (si se encuentran instalados) se muestran en la parte superior del cuerpo.