Reparación y puesta en servicio de los robots Rhino y Gamma de la Universidad de Los Andes

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(1)REPARACIÓN Y PUESTA EN SERVICIO DE LOS ROBOTS RHINO Y GAMMA DE LA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. LUIS IGNACIO LOPERA GONZÁLEZ. ASESOR: PROFESOR ALAIN GAUTHIER. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA BOGOTÁ 2003.

(2) IEL2-I-2003-14. AGRADECIMIENTOS. Este trabajo marca la culminación de 5 años de arduos estudios, trasnochadas constantes, disertaciones, luchas, alegrías y tristezas. Por esto se lo dedico a mis padres, Luis Enrique Lopera Ch. y Martha Lucia González R. por que siempre creyeron en mí e hicieron todo esto posible, también a mis compañeros de clase y amigos que me que estuvieron con migo en las buenas y en las malas y me ayudaron en los momentos que más los necesité. También quisiera agradecer a Alain Gauthier, quien me dio total libertad para la realización de este proyecto, y a Alfredo Restrepo quien me enseñó que la matemática es un tercer idioma y que con la perseverancia alcanza grandes metas..

(3) CONTENIDO. 1. INTRODUCCIÓN. 1. 1.1. 2. OBJETIVOS. 1.1.1. Objetivo principal. 2. 1.1.2. Objetivo específico. 2. 1.2. ALCANCE. 2. 1.3. METODOLOGÍA. 3. 2.. MARCO TEORICO. 5. 2.1. ROBOT RHINO. 5. 2.2. ROBOT GAMMA. 6. 3.. ESTADO PREVIO Y POSTERIOR A MANTENIMIENTO. 3.1. SÍNTOMAS PRESENTADOS. 8 8. 3.1.1. Robot Rhino. 8. 3.1.2. Robot Gamma. 9. 3.2. REPARACIONES REALIZADAS. 3.2.1. Robot Rhino. 3.2.2. Robot Gamma. 4.. PROGRAMA BOTCONSOLE. 9 9 10 11. 4.1. JUSTIFICACIÓN. 11. 4.2. DESCRIPCIÓN. 11.

(4) IEL2-I-2003-14. 4.2.1. BotID. 12. 4.2.2. PuertoDirect. 14. 4.2.3. ScriptMaker. 15. 5.. PRÁCTICAS DE LABORATORIO. 17. 5.1. CONCEPTO. 17. 5.2. PRÁCTICAS PROPUESTAS. 17. 5.2.1. Mantenimiento. 18. 5.2.1.1. Objetivos. 18. 5.2.1.2. Materiales. 18. 5.2.1.3. Procedimiento. 19. 5.2.1.4. Recomendaciones. 20. Rangos de Movimiento. 20. 5.2.2 5.2.2.1. Objetivos. 21. 5.2.2.2. Materiales. 21. 5.2.2.3. Procedimiento. 21. 5.2.2.4. Recomendaciones. 22. Transporte de Objetos I. 22. 5.2.3 5.2.3.1. Objetivos. 23. 5.2.3.2. Materiales. 23. 5.2.3.3. Procedimiento. 23. 5.2.3.4. Recomendaciones. 24. Transporte de Objetos II. 24. 5.2.4 5.2.4.1. Objetivos. 24.

(5) IEL2-I-2003-14. 5.2.4.2. Materiales. 24. 5.2.4.3. Procedimiento. 25. 5.2.4.4. Recomendaciones. 26. 5.2.5. Sistema Compuesto (Inteligencia Artificial). 26. 5.2.5.1. Objetivos. 26. 5.2.5.2. Materiales. 26. 5.2.5.3. Procedimiento. 27. 5.2.5.4. Recomendaciones. 27. 5.2.6. Sistema de Automatización. 27. 5.2.6.1. Objetivos. 27. 5.2.6.2. Materiales. 28. 5.2.6.3. Procedimiento. 28. 5.2.6.4. Recomendaciones. 28. 6.. DEMOSTRACIÓN. 29. 6.1. MATERIALES. 29. 6.2. CIRCUITO ELÉCTRICO. 29. 6.3. DESCRIPCIÓN DE FUNCIONAMIENTO. 30. 6.4. ALGORITMO. 30. 6.5. OBSERVACIONES. 32. 7.. CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS. 33. 8.. REFERENCIAS. 35.

(6) IEL2-I-2003-14. TABLA DE FIGURAS. Figura 1: Editor de perfiles. ..............................................................................................13 Figura 2: Asistente para perfiles. ....................................................................................14 Figura 3: Programa PuertoDirect ....................................................................................15 Figura 4: Programa BotConsole ......................................................................................16 Figura 5: Detector de variaciones de luz .......................................................................29.

(7) IEL2-I-2003-14. 1. INTRODUCCIÓN. Este trabajo obedece al interés que existe por crear nuevas herramientas didácticas, en los diversos campos de la ingeniería electrónica y que puedan ser utilizadas en la universidad. También surge como propuesta el recuperar equipos que se encuentran almacenados, ahorrándole así a la universidad la adquisición de costosos (y no necesariamente mejores) equipos para realizar prácticas de laboratorio.. Las nuevas corrientes de la docencia se están encaminando hacia lo que se denomina una educación experiencial, la cual consiste en hacer que el estudiante participe activamente en su aprendizaje. Esta nueva filosofía de educación se puede dividir en dos corrientes distintas, la primera es aquella donde los ejercicios son independientes, es decir cada vez que el estudiante realiza un ejercicio, el siguiente puede ser totalmente nuevo, y la segunda es una serie de ejercicios progresivos, en donde cada práctica construye algo que será utilizado en la siguiente.. En la universidad ambos estilos están presentes, tenemos los laboratorios tipo APA (Aprender Haciendo), muy utilizados en el área de control, y tenemos. 1.

(8) IEL2-I-2003-14. aquellos no progresivos donde el estudiante se enfrenta en cada práctica con un problema totalmente nuevo. Sin embargo estas prácticas no son el origen del aprendizaje, el conocimiento no surge inicialmente de acá, este es el lugar donde se refuerza la teoría vista previamente en clase.. En este documento no se pretende romper con el esquema actual que la universidad lleva utilizando más bien se trata de aportar a estas prácticas con herramientas y actividades nuevas para que los estudiantes obtengan el mayor provecho de estos espacios.. 1.1. OBJETIVOS. 1.1.1. Objetivo principal. Reparar los robots Rhino y Gamma de la Universidad de los Andes, y realizar unas prácticas de laboratorio para que regresen al servicio activo.. 1.1.2. Objetivo específico. Desarrollar un programa de computador que sea capaz de controlar robots conectados a los puertos serial y paralelo del computador y en particular los robots Rhino y Gamma.. 1.2. ALCANCE •. Readecuación de equipos de la universidad.. 2.

(9) IEL2-I-2003-14. •. Utilización de elementos didácticos para la comprensión de principios fundamentales.. •. Creación de guías de laboratorio para que futuras generaciones utilicen los robots y aprendan con ellos.. •. Se crea un elemento motivador para estudiantes en nuestra carrera, para que se interesen en el área y puedan hacer aportes interesantes.. •. Se crea un aplicativo permanente que puede ser utilizados en exposiciones y muestras de la universidad.. •. Se crea un documento que sirve para que diferentes profesores que vean la utilidad de los robots en su clase puedan desarrollar fácilmente prácticas o experimentos para ilustrar temas de clase.. •. Se actualiza la plataforma robótica que puede ser utilizada en diversas clases de proyectos.. •. Los robots pueden ser utilizados para prueba de algoritmos, es decir sirvan como herramientas en la implementación de prototipos.. •. Se convierten en base para mecanismos robóticos mucho más complejos y de mayor grado de funcionalidad.. 1.3. METODOLOGÍA. El trabajo será realizado de la siguiente manera: §. Análisis del Estado actual de los robots. •. Revisión mecánica.. •. Revisión eléctrica.. 3.

(10) IEL2-I-2003-14. §. §. •. Revisión de controladores existentes.. •. Búsqueda y Revisión de dispositivos utilizables por los robots.. Análisis de las capacidades y limitaciones de los robots. •. Revisión de documentación. •. Revisión de proyectos realizados anteriormente. •. Análisis de posibles ejercicios y experimentos. Desarrollo y Montaje de demostraciones. Basado en los pasos anteriores, se realizará una sencilla pero llamativa demostración con cada uno de los robots.. §. Elaboración de las guías de laboratorio. •. Escogencia de las materias a las cuales los robots son pertinentes.. •. Revisión de sus objetivos de curso y número de estudiantes, con base a esto la planeación de las prácticas.. • §. Elaboración de las guías de laboratorio.. Elaboración de un documento que facilite la elaboración de guías de laboratorio en el futuro o en materias las cuales no hayan sido contempladas en la elaboración de este proyecto.. 4.

(11) IEL2-I-2003-14. 2.. 2.1. MARCO TEORICO. ROBOT RHINO. El robot Rhino es una mano mecánica hecha en EE.UU. acoplada de 6 grados de libertad, con capacidad de manejar 2 periféricos que en este caso pueden ser una banda transportadora, una plataforma móvil, y una bandeja rotatoria. Cada eje de la mano o periférico, es movido por un motor DC con encoder óptico que es conectado al controlador Mark III. Los motores están ubicados convenientemente, con respecto al eje de movimiento y teniendo en cuenta la necesidad de acoplar el movimiento de la muñeca el antebrazo y el brazo.. El controlador Mark III tiene 8 salidas para manejar motores, 8 pines de entrada y 8 de salida compatibles con niveles TTL, 2 fuentes de 20V de polaridad reversible mediante sus respectivo selector, un conector D25 para conectarse al puerto serial del computador, un interruptor de reset, un interruptor para apagar los motores, un conector D25 para el Teach Pendant y el selector de modo de control que escoge entre el computador y el Teach Pendant.. 5.

(12) IEL2-I-2003-14. El Teach Pendant es un dispositivo separado del controlador que sirve para manejar y programar el robot en ausencia de un computador. Ofrece todas las posibilidades del computador y es capaz de aprender rutinas de movimiento para que el robot trabaje de manera autónoma.. La placa circuital del encoder está acoplada a la base del motor DC, y de la placa de circuito se conecta el interruptor de tope, la energía para el motor, las referencias lógicas y del motor. El encoder funciona con dos emisores receptores que emiten luz hacia una placa que se encuentra montada en el rotor del motor y toman la lectura al ser reflejada por las bandas brillantes de la placa. Este tren de pulso que es generado es transmitido al controlador quien se encarga de contar el número de pasos que ha tomado.. El robot adopta la siguiente nomenclatura para identificar los diferentes ejes del motor: A para la pinza, B para la rotación de la pinza, C para la muñeca, D para el codo, E para el Hombro y F para la cintura, como aparece en el manual del usuario del Rhino.. 2.2. ROBOT GAMMA. El robot Gamma es también una mano mecánica acoplada de seis grados de libertad de fabricación francesa, utiliza motores de paso y encoders ópticos para controlar estados.. 6.

(13) IEL2-I-2003-14. El controlador es una unidad cerrada con 4 conectores D25 para conectar sensores, motores, un puerto para monitorear los estados del robot conectándolo al puerto paralelo del computador. y otro puerto centronics; un interruptor de. emergencia para cortar la energía de los motores y un botón de reset.. Los motores de este robot se encuentran en el hombro, los mecanismos de conteo son ruedas dentadas con bandas blancas y negras en sus costados, se utiliza un sistema de diodo emisor receptor, para realizar la lectura y por ende un conteo de verificación.. 7.

(14) IEL2-I-2003-14. 3.. ESTADO PREVIO Y POSTERIOR A MANTENIMIENTO. En esta sección del documento se describe el estado en el que se encontraron los robots, las reparaciones que se realizaron y su estado actual.. 3.1. 3.1.1. SÍNTOMAS PRESENTADOS. Robot Rhino. El robot Rhino se encontró con los siguientes daños: algunos motores F y G eran reiniciados por el Teach Pendant pero nunca quedaban activos, los motores A y B no respondían a los comandos de iniciación del Teach Pendant. El Teach Pendant presentaba dígitos incoherentes y no todos los botones funcionaban adecuadamente.. El tornillo de sujeción del eje dentado que conecta el motor B con la pinza estaba había reventado las paredes del engrane. Lo demás funcionaban correctamente. El Software original del Rhino no se encontró.. 8.

(15) IEL2-I-2003-14. 3.1.2. Robot Gamma. El robot presentaba buen funcionamiento de todos sus motores ya que era capaz de. energizarlos.. Los. sensores. de. fin. de. carrera. estaban. funcionando. adecuadamente pero el controlador no respondía a ningún comando mandado por el computador. El Software tampoco fue encontrado.. 3.2 3.2.1. REPARACIONES REALIZADAS Robot Rhino. Se encontró que el problema de inicialización de los motores era debido a daños en los multiplexadores y los negadores de entrada que le dicen al Microcontrolador cual motor es el que está funcionando. Se cambiaron los multiplexadores por unos de la misma referencia 74LS151 y lo mismo se hizo con los negadores 74LS14. Además se encontró que algunos de los amplificadores operacionales de los encoders estaban quemados, haciendo que este no contara apropiadamente. Los motores A y B tenían completamente quemada la etapa de potencia, así que se remplazaron los TIPs quemados por nuevos de la misma referencia TIP 122. El problema de los dígitos del Teach Pendant resultó ser el bus que lo conecta con el controlador, así que se acortó el bus 3 cm. y quedó funcionando. Para arreglar los botones se desmontó todo el teclado del Teach Pendant, se limpiaron los contactos y se reorganizaron los resortes.. 9.

(16) IEL2-I-2003-14. 3.2.2. Robot Gamma. Al robot solo se le hizo una limpieza porque no se logró hacer que los motores respondieran.. 10.

(17) IEL2-I-2003-14. 4.. 4.1. PROGRAMA BOTCONSOLE. JUSTIFICACIÓN. El programa nace como una respuesta al problema de no haber encontrado los programas originales de cada uno de los robots, y de haberlo hecho de todas maneras necesitarían una renovación ya que son muy viejos. También se buscaba conseguir una plataforma unificada para controlar robots y que los estudiantes pudieran realizar sus prácticas desde un origen común y probarlas en múltiples plataformas.. 4.2. DESCRIPCIÓN. El programa BotConsole es una plataforma unificada de control de robots, pensada en las necesidades del estudiante, como tener una herramienta poderosa que le permita experimentar con los robots ya existentes (Rhino y Gamma) o nuevas plataformas que sean de su propio diseño pero que estén pensadas para comunicarse con un computador. El programa es la unión de tres módulos básicos, BotID, PuertoDirect y ScriptMaker, esta división es importante porque ayuda al estudiante a organizar su trabajo, logrando una reducción en el tiempo de diseño y desarrollo.. 11.

(18) IEL2-I-2003-14. Está concebido para que genere ejecutables, así que si se desea llevar el robot a otro sitio no es necesario llevar todo el BotConsole sino que con solo llevar el programa generado por el ScriptMaker es suficiente, además se aprovecha la velocidad del computador al ser un programa en lenguaje de máquina y no interpretado.. 4.2.1. BotID. Este modulo es una base de datos de robots, donde se pueden almacenar características importantes como número de ejes, como accionar cada eje, número de sensores, como leer de los sensorers, puertos de comunicación, comandos especiales etc. Cada registro del robot se denomina perfil, y cada perfil está constituido por tres entidades importantes, la primera es la caracterización de los ejes, aquí se registran el número de ejes, unidades en que el eje responde, un nombre a cada eje, desplazamientos máximo, origen del movimiento y el comando que hace que cada eje se mueva; luego la caracterización de los senesores y actuadores, nuevamente se pide una serie de información relevante como nombre la forma del dato que el sensor o el actuador envía y código o la forma en que se le indica al robot que lea el sensor y envíe la información al computador. La siguiente parte es donde se ingresan una serie de variables globales, como por ejemplo el puerto (o los puertos) al que se conecta el robot, el carácter que indica el fin de comando y. 12.

(19) IEL2-I-2003-14. un poco la sintaxis de los comandos específicos del robot y un nombre para el perfil. El módulo se compone de dos interfaces accesibles desde el menú de Archivo del programa principal: la primera interfaz es un ayudante que guía al estudiante ingresar inequívocamente los datos del perfil y la segunda es una forma donde se pueden editar y ajustar el perfil por si se desea hacer cambios, también sirve como elemento de consulta.. Figura 1: Editor de perfiles.. 13.

(20) IEL2-I-2003-14. Figura 2: Asistente para perfiles.. 4.2.2. PuertoDirect. Este módulo es un programa independiente, cuyo propósito es servir de interfaz estándar para realizar pruebas de comunicación con el robot, es decir, solo abre el puerto donde se quieren hacer las pruebas y se pueden escribir comandos que son enviados al oprimir la tecla retorno, está escrito para que constante mente lea información del puerto y la escriba en una nueva línea inmediatamente fue enviada por el robot. También sirve como simulador, se conecta entre dos computadores y se realiza la conexión por el puerto en el que supuestamente está conectado el robot, se escriben las posibles respuestas que daría el robot y se observa si el programa escrito está haciendo lo que debe.. 14.

(21) IEL2-I-2003-14. Figura 3: Programa PuertoDirect. 4.2.3. ScriptMaker. Este módulo es el centro del BotConsole, tiene como función servir de plataforma para escribir códgo que luego es compilado en programas para utilizar los robots.. El lenguaje de programación es C++ y tiene formas predefinidas que pueden ser utilizadas para crear aplicaciones que resulten agradables para el usuario, y útiles para llevar acabo ejercicios didácticos, demostraciones etc.. 15.

(22) IEL2-I-2003-14. Está basado en el compilador bcc32 de Borland 1, este es el que se encarga de hacer la verificación de la sintaxis y ensamblar el ejecutable.. Figura 4: Programa BotConsole. 1. Borland y bcc32 son marcas registradas de Borland Software Corporation.. 16.

(23) IEL2-I-2003-14. 5. 5.1. PRÁCTICAS DE LABORATORIO. CONCEPTO. La idea detrás de las prácticas de laboratorio es mantener en servicio continuo los robots Rhino y Gamma y presentar al estudiante con ejercicios que reten su capacidad para resolver problemas. Además se busca que el estudiante se involucre de manera activa con el cuidado del robot, para que los que vengan después de el cuenten con las mismas herramientas y posibilidades para trabajar.. 5.2. PRÁCTICAS PROPUESTAS. Después de un estudio riguroso se consideró que para cualquier curso que desee utilizar los robots para afianzar la teoría, estas son las prácticas básicas. que. garantizan el buen uso del robot por parte de los estudiantes y brindan una idea de cómo se podrían construir prácticas adicionales. Las prácticas están pensadas para grupos de estudiantes con 4 integrantes como máximo y no más de 4 grupos por sesión de laboratorio.. 17.

(24) IEL2-I-2003-14. 5.2.1. Mantenimiento. Esta práctica es creada con el fin de que el estudiante conozca a fondo el funcionamiento de los robots y garantizar que durante el semestre este funcione al 100%.. 5.2.1.1 •. Objetivos Lograr que el estudiante reconozca las fallas en el robot y sea capaz de arreglarlas.. •. 5.2.1.2. Familiarización con el funcionamiento básico del robot.. Materiales. •. Aceite.. •. Cautín y soldadura.. •. Multímetro.. •. Trapo.. •. Grasa.. •. Disolvente para grasa (gasolina).. •. Cepillo de dientes.. •. Kit de llaves y destornilladores.. 18.

(25) IEL2-I-2003-14. 5.2.1.3. Procedimiento. Hay 4 tareas básicas para realizar: limpieza, lubricación, reparaciones mecánicas y reparaciones eléctricas. Dado que hay un máximo de 4 grupos por sección, a cada grupo se le otorgará una de las tareas, si este grupo no logra terminar en el tiempo asignado para la práctica, un grupo de la sección siguiente se encargará de terminar la tarea, igualmente si se determina que hay que conseguir repuestos, un grupo de la sección siguiente se encargará de instalarlos.. 5.2.1.3.1. Limpieza. Se debe desarmar el cuerpo del robot y limpiar el polvo acumulado, dejándolo lo más limpio que sea posible, se debe abrir las cajas de engranajes de los motores y quitar la grasa, se debe soplar la caja del controlador para quitar el polvo y por último se debe organizar el cableado.. 5.2.1.3.2. Lubricación. Estos deben armar el cuerpo del robot lubricando rodamientos, engrasando las cajas de los motores procurando no ensuciar el armazón. Deben asegurarse que el robot quede bien armado.. 5.2.1.3.3. Reparaciones Mecánicas. En el caso de encontrar partes gastadas y que necesariamente deben ser remplazadas se deben hacer una completa descripción de cual es la parte para. 19.

(26) IEL2-I-2003-14. que el responsable del laboratorio la consiga (puede ser un estudiante). Si el daño es menor los estudiantes deben tratar de repararlo de la mejor manera posible.. 5.2.1.3.4. Reparaciones Eléctricas. Los estudiantes encargados de realizar la verificación del funcionamiento eléctrico del robot, deben arreglar todos aquellos daños que no impliquen reemplazo de partes, en el caso de tener que cambiar algún componente deben dejar especificado cual es y el lugar donde va, para que los estudiantes de la siguiente sección lo puedan reemplazar fácilmente.. 5.2.1.4. Recomendaciones. Debido que el robot puede estar listo en una sola sesión, los estudiantes de las demás secciones deberán realizar comprobaciones del buen funcionamiento, y lógicamente si algo llegase a fallar, deberán proceder a arreglarlo. Los estudiantes deberán leer el manual del usuario del robot para que estén familiarizados con sus partes y su funcionamiento.. 5.2.2. Rangos de Movimiento. Es importante que el estudiante conozca las limitaciones de los robots, para que en el momento de realizar programas no fuerce los mecanismos a estados en los cuales pueda averiarse.. 20.

(27) IEL2-I-2003-14. 5.2.2.1. Objetivos. •. Entender la forma en que le robot realiza los movimientos.. •. Realizar transformaciones para diferentes ejes de coordenadas.. 5.2.2.2. Materiales. •. 1 Pliego de cartulina blanco.. •. Una regla de 50cm o más.. •. Escuadra.. •. Transportador. •. Lápiz. •. Compás. 5.2.2.3. Procedimiento. Coloque el robot sobre el pliego de cartulina de tal manera que la cartulina le sirva para realizar una cuadrícula de referencia. Primero el debe anotar cuales son los puntos máximos del robot para cada eje en términos de las unidades intrínsecas del robot ej, número de pasos para el Rhino. Para esto se debe escoger una posición de inicio, y calcular los topes y el rango. Luego se debe calcular la extensión máxima del robot, esta se mide desde el centro de rotación de la cintura hasta la base de la pinza. Sobre la cartulina marque la máxima extensión horizontal y trace un círculo de tal forma que le sea fácil visualizar las regiones de acción.. 21.

(28) IEL2-I-2003-14. Luego se debe calcular la ecuación de acople relativa a cada eje, es decir la forma en que la pinza se mueve cuando movemos cada uno de los ejes acoplados. Luego se deben calcular los subrangos de acción, esto es sacar funciones para cada eje de tal manera que sepamos si movemos un eje, como afecta directamente el campo de acción de los ejes dependientes. Trate de proyectarlos sobre la cartulina dándole nombre a cada región resultante. Una vez terminada la descripción se debe sacar un modelo para pasar de las unidades intrínsecas a un sistema de coordenadas cartesianas, se debe realizar un programa para comprobar que el modelo es valido. Calcule los errores en la conversión. Trace referencias del plano cartesiano escogido en la cartulina y compruebe que el robot si se desplaza al lugar deseado.. 5.2.2.4. Recomendaciones. Se puede pegar al cada punto de rotación escalas de medida para facilitar la medición de ángulos y por ende las conversiones. Se puede pasar a diferentes sistemas de coordenadas como polares, o esféricas, con el fin de que el estudiante afiance sus conocimientos.. 5.2.3. Transporte de Objetos I. El estudiante debe familiarizarse con la manipulación de todo tipo de objetos, y la forma en que los robot reaccionan a ellos, debe ponerle total atención a. 22.

(29) IEL2-I-2003-14. características como peso forma tamaño, de tal manera que no se dañe ni el robot ni el objeto que está siendo manipulado. 5.2.3.1 •. Objetivos Llevar objetos de un punto A a un punto B.. 5.2.3.2. Materiales. •. 3 Cubos de 3 x 3 x 3 cm. (Balso, Papel, Metal o madera fina).. •. 3 Cubos de 6 x 6 x 6 cm. (Balso, Papel, Metal o madera fina).. •. 2 Cilindros de 1 cm. de diámetro por 10cm de largo (Balso, Papel).. •. Objetos propuestos por el estudiante de diferentes formas, pesos y materiales (Vidrio, plástico, espuma, arcilla, etc.). •. Banda transportadora.. 5.2.3.3. Procedimiento. Determinar cuales objetos el brazo del robot es capaz de mover por peso y por dimensión. Una vez escogidos los objetos que pueden ser movidos determine en que forma debe ser sujetados, tenga en cuenta que no se debe auxiliar al robot en ningún momento, pero este si puede utilizar objetos cercanos para lograr su objetivo.. Hecho esto haga un primer ensayo, debe iniciar desde cualquier. posición, recoger el objeto, desplazarse y colocar el objeto en otro sitio sin dejarlo caer; si esta rutina no es cumplida el ejercicio no vale. Intente ahora con los objetos que trajo, recuerde que el objetivo es que el objeto transportado no sea. 23.

(30) IEL2-I-2003-14. dañado. Luego intente armar una pirámide con los 3 cubos de 6 cm y los 3 de 3 cm.. Primero utilice el programa PuertoDirect para mover los objetos, luego intente escribir un programa que pida el sitio donde debe recoger el objeto, el sitio donde debe llevarlo y alguna condiciones más como posición de la pinza etc, de tal manera que el robot ejecute el movimiento solo, si desea puede utilizar el programa escrito en la práctica anterior.. 5.2.3.4. Recomendaciones. Podría ser interesante que al final el estudiante monte un sistema complejo de movilización utilizando la banda transportadora y la base móvil. Se puede utilizar también el Teach Pendant.. 5.2.4. Transporte de Objetos II. Una vez el estudiante á dominado el transporte de toda clase de objetos, debe lograr trabajar en ambientes complejos y de manera exitosa 5.2.4.1 •. Objetivos Llevar objetos de un punto A a un punto B esquivando los obstáculos en el camino.. 5.2.4.2 •. Materiales 3 Cubos de 3 x 3 x 3 cm. (Balso, Papel, Metal o madera fina).. 24.

(31) IEL2-I-2003-14. •. 3 Cubos de 6 x 6 x 6 cm. (Balso, Papel, Metal o madera fina).. •. 2 Cilindros de 1 cm. de diámetro por 10 cm de largo (Balso, Papel).. •. Objetos propuestos por el estudiante de diferentes formas, pesos y materiales (Vidrio, plástico, espuma, arcilla, etc.). •. Base Móvil. 5.2.4.3. Procedimiento. El instructor montará un escenario donde el robot tendrá una serie de obstáculos que el estudiante debe superar, inicialmente el robot estará montado sobre la plataforma móvil y guardado en una especie de hangar, robot debe salir de allí y colocarse en el extremo opuesto del riel de la base mobil, allí debe extenderse para iniciar a trabajar, una ves terminado el ensayo el robot debe volver a el hangar.. En el punto de trabajo se encuentran una serie de obstáculos que no permiten que el desplazamiento de la zona de carga a la zona de descarga sea directo, el brazo tendrá que evitar todos los obstáculos.. Nuevamente haga el ejercicio con el programa PuertoDirect y luego elabore un programa que cumpla con lo establecido, tenga en cuenta que el programa debe realizar todo lo que se explicó anteriormente y debe ser total mente automático.. 25.

(32) IEL2-I-2003-14. 5.2.4.4. Recomendaciones. Por facilidad esta práctica está pensada para el robot Rhino, pero si se logra montar el Gama en la base móvil del Rhino y controlarla de alguna manera sería interesante hacerlo.. 5.2.5 La. Sistema Compuesto (Inteligencia Artificial). ciencia. moderna. está. muy. interesada. en. desarrollar. sistemas. que. aparentemente estén vivos, máquinas que sean capaces de replicar el comportamiento de la naturaleza hasta cierto grado, y todo esto con el fin de lograr sistemas y mecanismos eficientes. Esta es una práctica abierta, es decir el estudiante plantea un proyecto a ser trabajado durante un periodo de tiempo, debe estar relacionado con el tema de Inteligencia Artificial, como por ejemplo hacer que el robot busque la luz o reaccione a comandos de voz.. 5.2.5.1 •. 5.2.5.2. Objetivos Desarrollar un sistema donde el robot reacciones a su ambiente.. Materiales. El estudiante debe determinar cuales materiales requiere para implementar su sistema de I.A.. 26.

(33) IEL2-I-2003-14. 5.2.5.3. Procedimiento. Se debe presentar un anteproyecto, al cual debe contener introducción, marco teórico, descripción del sistema, materiales, y un cronograma. Una vez se decida el número de prácticas que se van a destinar a la elaboración de este proyecto, se debe aprovechar las horas con instructor para que ayude en la solución de problemas que puedan surgir durante el ejercicio. Cada grupo debe montar una demostración de nomás de 15 minutos donde se explicarán los logros y fracasos de la práctica.. 5.2.5.4. Recomendaciones. Se puede pedir asesoría en toda la parte de los sensores, y se debe hacer énfasis en que los estudiantes den respuestas muy creativas y de bajo costo.. 5.2.6. Sistema de Automatización. El estudiante debe familiarizarse con el uso más común de los robots actualmente, y este es su participación en líneas de ensamblaje, o tareas automatizadas en las que se remplaza la presencia del operario.. 5.2.6.1 •. Objetivos Desarrollar un sistema donde el robot tenga una serie de tareas las cuales realice de forma autónoma.. 27.

(34) IEL2-I-2003-14. 5.2.6.2. Materiales. El estudiante debe determinar cuales materiales requiere para implementar su sistema de automatización. Se propone utilice los siguientes periféricos. •. Banda transportadora (Rhino). •. Base móvil (Rhino). 5.2.6.3. Procedimiento. Se debe presentar un anteproyecto, al cual debe contener introducción, marco teórico, descripción del sistema, materiales, y un cronograma. Una vez se decida el número de prácticas que se van a destinar a la elaboración de este proyecto, se debe aprovechar las horas con instructor para que ayude en la solución de problemas que puedan surgir durante el ejercicio. Cada grupo debe montar una demostración de nomás de 15 minutos donde se explicarán los logros y fracasos de la práctica.. 5.2.6.4. Recomendaciones. Hay que buscar que las tareas escogidas por los estudiantes tengan la mayor cantidad de partes móviles, es decir que los sistema sea bastante dinámico.. 28.

(35) IEL2-I-2003-14. 6.. DEMOSTRACIÓN. La demostración montada es un sistema que sigue el punto de luz más intenso, lo que se que se pretendió mostrar con esto fue que con circuitos muy básicos y económicos se pueden realizar experimentos muy interesantes.. 6.1. MATERIALES. •. 2 Totoceldas. •. 2 Transistores C547B. •. 2 Comparadores LM339.. •. 2 Potenciómetros se 20K.. •. 16 Resistencia de 2K.. 6.2. CIRCUITO ELÉCTRICO. Figura 5: Detector de variaciones de luz. 29.

(36) IEL2-I-2003-14. 6.3. DESCRIPCIÓN DE FUNCIONAMIENTO. El sensor está constituido por dos “ojos”, cada ojo tiene un comparador que sirve para determinar la posición del nivel de voltaje, la salida de cada comparador está conectado a uno de los bits de entrada del controlador MarkIII, esto hace que cada ojo tenga 5 estados posible, 0000, 0001, 0011, 0111, 1111. Se escogieron cuatro comparadores por ojo porque el controlador hace la lectura del puerto de entradas en dos momentos separados, con un comando lee los puertos del 5 al 8 y con otro comando lee del 1 al 4 entonces resultaba fácil por código hacer la distinción de cual era el ojo que se estaba leyendo.. 6.4. ALGORITMO. El algoritmo escogido es basado en un manejo de estados, se definen una serie de estados donde se puede encontrar la mano, y se toman acciones pertinentes para buscar o que se llamaría el estado óptimo que en nuestro caso sería 0001 para ambos ojos. El algoritmo empieza leyendo el ojo izquierdo y aplicando las conversiones necesarias obtiene la representación decimal de los estados anteriores, es decir 1, 3, 7 o 15, luego hace lo mismo para el ojo derecho. Una vez obtenidos los estados para el ojo izquierdo y el derecho se prosigue a detectar el estado en que se encuentra, entonces las acciones que toma son las siguientes: Si ojo izquierdo > ojo derecho. 30.

(37) IEL2-I-2003-14. Mueva F 10 pasos Si ojo izquierdo < ojo derecho Mueva F -10 pasos Si ojo izquierdo = ojo derecho Caso 1, ojo derecho = 15 Mueva E 10 pasos Caso 2, ojo derecho = 7 Mueva E 10 pasos Caso 3, ojo derecho = 3 Mueva E 10 pasos Caso 4, ojo derecho = 0 Mueva E -10 pasos Volver a leer los estados de los ojos fin este algoritmo en principio funciona, pero resulta que tiene un problema, y es que si los sensores están calibrados para estados muy sensibles, puede quedar brincado entre el estado 3 y el estado 0 infinitamente, para esto se incluyó la variable de última dirección con la cuál se varía el tamaño del paso dependiendo del último movimiento, así se evita el quedar atrapado en ciclos y que el robot nunca encuentre el estado óptimo. Por ejemplo si estaba en el estado 3, se mueve 10 pasos, pero supongamos que quedó en el estado 0, si se mueve -10 pasos queda en el mismo sitio y por ende queda brincando de un lugar a otro, con la. 31.

(38) IEL2-I-2003-14. variable de dirección el hace que de cada vez menos pasos, siguiendo con el ejemplo, cuando llega al estado 0 pregunta ¿la última dirección fue hacia adelante? (entiéndase +X pasos) si sí entonces retroceda X-2 pasos, suponga que nuevamente llega al estado 3, así que se pregunta ¿La última dirección fue hacia atrás? Si sí, muévase X-2 pasos hacia adelante. Como podemos ver en el ejemplo el algoritmo se asegura de encontrar eventualmente el centro.. 6.5. OBSERVACIONES. Hay que ser muy cuidadosos con la calibración del sensor, ya que si por algún motivo estos varían de manera distinta va ser muy difícil que el robot llegue al estado óptimo.. 32.

(39) IEL2-I-2003-14. 7.. CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS. El programa BotConsole debe ser mejorado, de tal manera que sea cada vez más y más amigable con el usuario y sea mucho más potente.. El robot Gamma hay que terminar de arreglarlo, quedan los esquemáticos pero se espera que se logre poner a funcionar nuevamente y en su totalidad.. El robot Rhino aunque ya está funcionando se puede pensar en actualizar su circuitería para mejorar su rendimiento, ya que él tiene un puerto para periféricos, se puede pensar en construir nuevos periféricos que puedan resultar mucho más interesantes en el momento de hacer aplicaciones.. Las prácticas tienen que estar sujetas a reevaluación constante, para que se mantenga su validez, sin dejar a un lado la posibilidad de aumentar el número de prácticas.. La falta de un sistema de manejo independiente para el robot Gamma hizo que hubiera que esperar a que se terminara el programa PuertoDirect para que se. 33.

(40) IEL2-I-2003-14. probara, luego de intentar varias veces que el robot respondiera a las instrucciones del programa se llegó a la conclusión que probablemente el daño si sea en uno de los procesadores, o por que se encontró que le hacían falta circuitos integrados, los cuales no se pudieron determinar tras una primera inspección de la tarjeta de circuito. Se puede pensar en construir una especie de Teach Pendant para el robot Gamma.. Se encontró que uno de los principales problemas del control de puertos es que para cada proyecto hay que escribir mucho código para hacerse cargo de esto. Por esto BotConsole es importante que sea lo más amplio posible en este aspecto para que nuevos robots y proyectos más interesantes puedan ser desarrollados. Queda por ampliar compatibilidad con puertos como Fire Wire y USB.. 34.

(41) IEL2-I-2003-14. 8.. REFERENCIAS. 1. Manual del Usuario Robot Rhino 2. Manual del Usuario Robot Gamma. 3. http://www.national.com/pf/LM/LM339.html. 35.

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