2008 ITAM 1

Laboratorio de Robótica

Diseño Electrónico SSL

Octavio Ponce MadrigalJesús G. Rodríguez Ordoñez

Profr: Dr. Alfredo Weitzenfeld Ridel

INSTITUTO TECNOLÓGICO AUTÓNOMO DE MÉXICO

2008 ITAM 2

Agenda

Introducción Diseño Electrónico

Suministro de energía Módulo Digital Módulo Analógico DSP

Software para diseño electrónico

2008 ITAM 3

Arquitectura de un equipo SSL

Sistema de Inteligencia Artificial

Módulo de Comunicación

Control del Árbitro

Sistema de Visión

Señal de Video #1

Señal de Video #2

Posiciones de los Robots y Pelota

Señales del Árbitro

Comandos a los Robots

RobotMódulo de

Comunicación

Electrónica

Mecánica

2008 ITAM 4

Funcionalidad Básica

Recibir la información enviada por IA, procesarla y ejecutarla.

Desplazarse dentro de la cancha. “Patear” la pelota para enviar pases y

marcar goles. “Controlar” la pelota, de modo que se

puedan desplazar sin perderla. Bloquear tiros del equipo contrario para

evitar pases y goles.

15 cm

18 cm

2008 ITAM 5

Componentes de un Robot SSL

Procesador Central

Módulo de Comunicación

Sistema de PateoSistema de Control de

Pelota

Sistema de Control Motriz

Sistema de Identificación

Suministro de Energía

Sensores Sistema de Monitoreo

2008 ITAM 6

Arquitectura de un Robot SSL

Procesador Digital de Señales (DSP)

Controladores de Motores

Módulo de Comunicación(Transceiver)

Controlador de Pelota (Dribbler)

Controlador de Carga

Identificador del Robot

Sensor de Pelota

El transceiver recibe la información de IA y la entrega

al DSP.

El DSP procesa la información y ejecuta las instrucciones enviando señales a otros

circuitos.

El DSP obtiene el número identificador del robot.

Los circuitos reciben señales lógicas y envían señales eléctricas a los

actuadotes.

Motores Solenoide Motor

Controlador de Descarga

Encoders

Capacitores

Los actuadotes reciben señales eléctricas que se

traducen en alguna acción del robot

2008 ITAM 7

Módulos Electrónica

2008 ITAM 8

Tarjetas Electrónicas

2008 ITAM 9

SUMINISTRO DE ENERGÍA

Alimentar de voltaje y corriente al robot.

Suministro analógica Suministro digital Medidores de baterías

2008 ITAM 10

SUMINISTRO ANALÓGICO

La parte analógica se alimenta con un voltaje de 16 volts provenientes de un arreglo de 6 baterías de 8 volts.

2008 ITAM 11

SUMINISTRO DIGITAL La parte digital se alimenta con un voltaje

de 8 volts provenientes de un arreglo de 3 baterías de 8 volts.

2008 ITAM 12

Medidor de Baterías Analógico

Tres “leds” indicadores. Led verde: voltaje > 16 volts Led amarillo: 14.8 <voltaje<16 Led rojo: voltaje < 14.8 volts

SI A < BA

B

“1” lógico

2008 ITAM 13

Medidor de Baterías Analógico

El comparador funciona con voltajes entre [0,5] volts. Por lo tanto usamos un divisor de voltaje:

VinRR

RVout

21

2

)5(5.2

21

2 VRR

RV

)16(5.221

2 VRR

RV

)8.14(5.221

2 VRR

RV

R1= R2

(5/27)*R1=R2

(25/123)*R1=R2

R1

R2

Vin Vout

2008 ITAM 14

Medidor de Baterías Analógico

2008 ITAM 15

Medidor de Baterías Digital

Led verde: voltaje > 8 volts Led amarillo: 7.4 <voltaje<8 Led rojo: voltaje < 7.4 volts

)5(5.221

2 VRR

RV

R1= R2

(5/11)*R1=R2

(25/49)*R1=R2

)8(5.221

2 VRR

RV

)4.7(5.221

2 VRR

RV

2008 ITAM 16

Tarjeta Suministro de Energía

2008 ITAM 17

Módulo Digital

Circuitos lógicos para la identificación, comunicación y sensado del robot.

ID Robot Transceiver Sensores de pelota

2008 ITAM 18

IDENTIFICADOR DEL ROBOT Identificar el robot mediante un

Switch ID y un Display de 7 segmentos.

Un Switch que manda una señal lógica de 4 bits al DSP, el cual decodifica para obtener el ID. El DSP manda la misma señala un Driver que controlara cada uno de los segmentos del display.

2008 ITAM 19

IDENTIFICADOR DEL ROBOT

2008 ITAM 20

TRANSCEIVER

Recibir los comandos de IA

Bloque Dispositivo Cantidad de información

Control Control de pelota (Cpel) 1 bit

Pateo de pelota (Ppel) 1 bit

Dirección motor1 (DM1) 1 bit

Dirección motor2 (DM2) 1 bit

Dirección motorN (DMN) 1 bit

Velocidades Velocidad motor1 8 bits

Velocidad motor2 8 bits

Velocidad motorN 8 bits

Estructura del paquete de información para un robot.

2008 ITAM 21

TRANSCEIVER

T = 5N + 6 [bytes]

Donde: T=tamaño de la tramaN=número de motores

Control Robot1 Robot2 Robot3 Robot4 Robot5

1 byte P bytes P bytes P bytes P bytes P bytes

Estructura de la trama del módulo de comunicación.

2008 ITAM 22

TRANSCEIVER

Radiometrix (RPC-914/869-64) Frecuencias de 914MHz o 869MHz

2008 ITAM 23

TRANSCEIVER

2008 ITAM 24

CONTROL DE MOTORES

Circuito Integrado L6207D

Entradas Función

EN = Vcc DIR1=Vcc,DIR2=GND

Adelante

DIR1=GND,DIR2=Vcc

Atrás

EN = GND DIR1=X,DIR2=X

Detenido

X=Cualquier valor, Vcc o GNDVoltajes para el funcionamiento de los motores

2008 ITAM 25

CONTROL DE MOTORES

2008 ITAM 26

Acoplamiento Evitar daños al DSP. El acoplamiento se hace con un led

infrarrojo y un fototransistor. Cuando el LED emite luz, ilumina el

fototransistor y éste conduce. La corriente de salida es proporcional

a la corriente de entrada. La entrada y la salida están 100%

aisladas.

2008 ITAM 27

Optoacoplador

2008 ITAM 28

Señales PWM Un motor puede controlarse mediante la

disminución del voltaje aplicado al rotor. Hay dos problemas con este enfoque.

Para solucionar este problema se utiliza la Modulación por Ancho de Pulso (PWM Pulse Width Modulation).

Es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (generalmente cuadrada).

2008 ITAM 29

Señales PWM

Ciclo de trabajo 20%

Ciclo de trabajo 50%

Ciclo de trabajo 80%

2008 ITAM 30

Señales PWM

En lugar de aplicar al motor un voltaje reducido en 50%, se aplica el voltaje máximo, pero sólo la mitad de las veces.

El efecto total es una serie de aceleraciones y desaceleraciones, que producen un efecto similar a la reducción del voltaje aplicado.

2008 ITAM 31

Señales PWM

2008 ITAM 32

Diagrama Lógico TarjetaDigital-Analógica

2008 ITAM 33

PCB Tarjeta Digital-Analógica

2008 ITAM 34

“Pateo” de la pelota

Encontrar un dispositivo lo suficientemente pequeño para que

quepa en el robot y lo suficientemente poderoso para que la pelota salga impulsada con fuerza.

Se ha generalizado el uso de un solenoide

2008 ITAM 35

Solenoide

Cuando la corriente fluye por la bobina, las líneas de fuerza salen por uno de sus extremos y entran por el extremo opuesto.

2008 ITAM 36

Solenoide

esas líneas de fuerza se aprovechan para que un núcleo ferromagnético sea impulsado con fuerza para que el robot pueda lanzar la pelota.

2008 ITAM 37

Componentes del Kicker

Requiere una gran cantidad de voltaje y corriente eléctrica.

Necesita de un circuito permita almacenar carga y permita disponer de ella cuando sea necesario patear la pelota.

2008 ITAM 38

Componentes del Kicker

2008 ITAM 39

Generador de alto voltaje

DC-DC Voltaje de entrada de 16V (DC), lo

eleva a 110V (DC). Mientras este encendido sigue

convirtiendo (se acaban las baterías) Se necesita un interruptor: “Relay” Relay = interruptor electromagnético

2008 ITAM 40

Capacitores

El voltaje generado se almacena en un par de capacitores (2200μF y 200 V) conectados en paralelo.

La carga permanece almacenada para que cuando se requiera, se descarguen y accionen el solenoide.

2008 ITAM 41

Descarga

El voltaje de los capacitores se envía al solenoide.

Es importante que el robot tenga la pelota al momento de la descarga y no se desperdicie energía

Dos etapas: Sensado y activación.

2008 ITAM 42

Descarga

Sensado: Se utilizó un diodo emisor de luz infrarroja y un fototransistor.

Activación: La activación del sistema de pateo se realiza por software.

2008 ITAM 43

Control electrónico de intensidad de la corriente de descarga, por medio de un MOSFET

2008 ITAM 44

Tarjeta del Kicker

2008 ITAM 45

Dribbler

Hacer desplazamientos manteniendo la pelota en su poder.

Un motor hace girar un rodillo de algún material que brinde adherencia a la pelota.

2008 ITAM 46

Procesamiento en el Robot

La unidad central de procesamiento del robot es la encargada de recibir el paquete del módulo de comunicación inalámbrica y que, de acuerdo con un

programa residente en la memoria del mismo, interpreta los comandos

de IA para enviar señales a los circuitos del robot para ejecutar

alguna acción.

2008 ITAM 47

DSP

A partir de la generación de robots EK2004 se ha utilizado un Procesador Digital de Señales (DSP).

Procesa señales en tiempo real. Ideal para aplicaciones que no toleran

el retardo. eZdsp LF2407 Espectrum Digital, Inc. DSP Texas Instrument TMS320F2812