6/03/2015


Saludos.

Hoy vengo a hablaros de unos robots  que hemos estado desarrollando en el trabajo, la finalidad de los cuales es  emplearlos  para realizar experimentos o de introducción a la robótica. La idea empezó hace años cuando comencé a trabajar con arduino. En la universidad los estudiantes empleaban un robot e-puck un robot muy versátil y muy caro para que negarlo. La cuestión es que para algunos experimentos no era necesaria la potencia que tenía el e-puck y quizá con un robot más “tonto” podríamos realizar las mismas funciones.





Figura 1a.E-puck

Figura 1b.Prototipo de robot
Las diferencias son muchas, pero el coste también, la plataforma de la figura 1b es un hibrido de la estructura que fue y la nueva placa de control, pero para haceros una idea  de lo que era la idea principal. El modelo en si no fue un diseño mio me inspire en los carritos que llevan los barrenderos de la ciudad condal.



Figura 2. Carro de recogida de basuras de la ciudad de Barcelona

El material empleado para la estructura fue metacrilato y el prototipo quedo como una curiosidad que podías conectar al móvil  y jugar con el como un radio control. Pues bien la cosa fue evolucionando y fraguando en un nuevo proyecto crear una plataforma económicamente asequible y que pudiese emplearse para cursos de iniciación a la robótica y la neurociencia. Evidentemente con la incursión de  las impresoras 3D el resultado era mucho más versátil.







Figura 3a.
Figura 3b.
Figura 3c

Los robots mostrados en las imágenes anteriores son diferentes versiones del mismo concepto modificando el tipo de sensores y actuadores. En la figura 3a. se muestra la versión que se empleó para el primer curso que se realizó para profesores de Bachillerato, el robot tiene un seguidor  de línea, antenas y un sensor de distancia GP2Y. Como actuador lleva una pinza accionada por un servo, las ruedas son servos de 360, y un módulo de bluetooth . En la figura 3b, se ha añadido la pixy y se ha quitado las antenas y la pinza. El modelo de la figura 3c. es una evolución a hacer el modulo más compacto pero con más sensores, al seguidor de línea se le ha añadido cuatro sensores de distancia la cámara Pixy y una pinza. Así mismo bajo la plataforma lleva un fiducial que se emplea para traquear sus movimientos por la reactable.

Todos estos modelos han sido desarrollado con sketchup  una herramienta simple, fácil de usar y gratuita  para comenzar a hacer piezas en 3D.


Figura 4 diferentes modelos de robos en Sketchup

Al igual que la estructura ha ido evolucionando he hecho lo mismo con la electrónica,  la necesidad ha sido la principal razón. Para desarrollar una placa con conectores no es necesario gastarse mucho dinero os podéis hacer una con una Proto shield, cuando tienes que hacer 15 para un curso es un trabajo muy pesado y hay muchas posibilidades que algo falle. Por ello decidí hacer una placa para ahorrarme trabajo en cablear que no en soldar. Encontré un distribuidor americano OSH Park que da un servicio muy bueno, obviamente si sabéis de algún distribuidor nacional que ofrezca este servicio hacédmelo saber. He pedido placas en dos ocasiones y han sido rápidos, y económicamente asequibles.




Figura 5 muestras de las diferentes placas empleadas


Como se puede observar en la figura 5, aquí vemos la evolución que han tenido las placas, el empleo del regulador viene dado que con los nuevos servos en continua, requieren más potencia y cuando se ponen en marcha hacen que el arduino se reinicie, por ello normalmente hago que tengan un circuito de alimentación independiente con un L7805cv. La segunda placa fue la primera que solicitamos y la tercera la que se ha usado en el curso de este año. La mayor dificultad a la hora de hacer una placa para arduino está en que los pines no están colocados en una medida estándar. Para hacer los esquemas podéis emplear la aplicación eagle que esta en libre distribución. Yo en mi caso he empleado Proteus, que lo he utilizado para simular algún proyecto con pics.  Aquí entra la imaginación y el espacio que necesites, las dos placas  fabricadas tienen bus I2C, conector para Servos, entradas/salidas digitales alimentadas, al igual que las analógicas, luego algunas variaciones, la tercena placa de la figura tiene  un conector para instalar un L298 (equivalente a  esta placa) que da la opción de conectar 2 motores en continua o un motor paso a paso. Con la misma placa añadimos una placa para montar los sensores de línea y como teníamos espacio otro circuito L298, el precio del conjunto era 15$ por tres placas.



Figura 6 diseño de PCB


Con todo esto este año teníamos nuevamente un curso para profesores de bachillerato “La Neuro-Robótica como herramienta para entender el cerebro” Para esta ocasión llame a los robots Martibots, mi compañero que imparte el curso se llama Marti, si no ganare un premio de originalidad.
Para este curso necesitábamos que los sensores de línea estuvieran lo más próximo al centro del giro del robot, por lo que tuve que variar el diseño para que la altura de la base quedara más pegada al suelo.






Figura 7a  modelo diseñado en Sketchup
Figura 7b modelo impreso

De esta forma la base está más próxima al suelo y los sensores quedan mas centrados, a diferencia de otros montajes en esta ocasión los seguidores de line están conectados a unas entradas analógicas lo que permite hacer una discretización de colores aparte de seguir la línea, se simplifica el número de sensores a emplear pues se iba a utilizar una pixy. Como con las versiones anteriores modificarlo para añadirle amas elementos es posible.


Figura 8 modelo con pinza y “casco” 

Un punto importante y que en esta sesión nos ha dado quebraderos de cabeza es las baterías no parece ser complicado pero cuando tienes un  presupuesto limitado es fácil cagarla. En esta ocasión calcule mal, y compre un porta pilas 4xAA con interruptor a lo sumo tendríamos 6 Vdc y la corriente que proporcionases las baterías. Al pasar por los diodos y los reguladores la corriente que recibía los motores era de 3Vdc, menos si utilizábamos baterías recargables pues no suelen tener 1,5Vdc.  Tal y como estaba montada el circuito el arduino y las entradas digitales se podrían emplear cuando este estaba conectado al pc, pero los motores y las entradas analógicas solo cuando estaba conectado a la batería. La solución fue comprar porta pilas de 6x AA, que suele dar 9V y la corriente en función de las baterías. El curso al ser una introducción a la robótica se emplean sensores pasivos como LDR, potenciómetros o sensores de distancia que ayudan a los profesores a tener una primera toma de contacto con el software del arduino. Y con el software de la pixy . Así como principios de neurociencia, ya sé que esto queda muy vago, pero no es mi especialidad. En nuestro laboratorio empleamos estos robots para simular modelos neuronales de insectos, ratones o comprobar teorías como el de las grid cell.

Con la introducción de las impresoras 3D hemos conseguido robots realmente asequibles y que cumplen con las expectativas ahora os pongo una foto de la familia :p.




Figura 9 Brazo automatizado, balancing robot, spider y dos tanques



Figura 10 el robot iCub H5W o como le llamamos nosotros Jordi


Anakleto

3 comentarios:

  1. Impresionante trabajo querido Anakleto, y esto es solo el principio.

    ResponderEliminar
  2. Muy interesante, gracias por compartirlo.

    Por cierto, los diseñadores del carrito de barrendero a su vez se están "inspirando" en tu robot, para diseñar y acoplar una pinza frontal que agarre a los cochinos que van tirando basura por la calle. xD

    ResponderEliminar
  3. Quizá en una distopía LOL.

    ResponderEliminar