Download - Intro robòtica

20/12/2011

1

Robot

Definició de Robot

Màquina electro-mecànica guiada per un ordinador.

Robot intel·ligent: robot capaç de realitzar tasques per si mateix o sota la guia d’un usuari.

Poden ser: Autònoms o Semi-autònoms

Una característica dels robots intel·ligents, és que per la seva aparença o moviments, fan pensar que tenen la intenció de fer les coses per si mateixos.

20/12/2011

2

Aparença dels robots

La forma dels robots depèn de l’ús que se’n fa d’ells.


20/12/2011

3



20/12/2011

4

Funcionament d’un Robot

Per tenir autonomia un robot necessita percebre el seu entorn, prendre decisions i actuar per fer els canvis desitjats.

Necessita de:

Sensors

Microprocessador

Actuadors


SENSORS: dispositius electrònics que li permeten veure, oir, tocar, olorar i tastar.

Transformen els estímuls físics (vibracions, ones, etc.) en un senyal elèctric que un ordinador és capaç d’entendre.

Sensor Ultrasònic

Sensor Fotosensible

Sensor Acústic

Sensor Tàctil

Vista Oïda Tacte

20/12/2011

5


ACTUADORS: dispositius mecànics que s’utilitzen per moure o controlar un sistema. Són operats per una font d’energia elèctrica (més comuna), neumàtica o hidràulica i converteixen l’energia en moviment.

Motor


MICROPROCESSADOR: és un xip que realitza la majoria de les operacions d’un ordinador.

Necessita d’una memòria, uns dispositius d’entrada i sortida i un conjunt d’instruccions (programa)

20/12/2011

6


Elements:

Sensor Ultrasònic

Sensor Fotosensible

Vista

Sensor Acústic

Oïda

Sensor Tàctil

Tacte

Motor


Connexions:

3 ports de sortida (motors), 4 ports d’entrada (sensors)

Bluetooth

USB

20/12/2011

7


El microprocessador rep la informació que donen els sensors, decideix que fer i envia les ordres als actuadors per que executin l’acció decidida.

Funcionament del Robot

(microprocessador)

El Processador executa comandes.

La Memòria emmagatzema el programa i les dades.

Els dispositius d’entrada transfereixen la informació des del món exterior a l’ordinador.

Els dispositius de sortida transfereixen la informació des de l’ordinador al món exterior.

Memòria

Processador

Entrades Sortides

20/12/2011

8

Funcionament d’un Robot (NXT)

Processador: 32 bit ARM Atmel AT91SAM256 funcionant a 50 Mhz

Memòria: 64K RAM Estàtica, 256K Flash

3 Sortides per a Motors (A, B, C)

4 Entrades de Sensors (1, 2, 3, 4)

Botó retrocés

Botó dret Botó On/Selecció

Pantalla LCD

Port de comunicacions USB

Botó esquerre


Per prendre les decisions, l’ordinador del robot necessita d’un programa informàtic.

Un programa és conjunt d’instruccions escrit en un llenguatge determinat.

20/12/2011

9


(programa)

Conjunt d’ordres especificades en un llenguatge de programació.

Modelen un procés real o mental.

En funció de la informació de les entrades, un algorisme determina les accions de sortida.


Execució d’un programa en el NXT

Escriu el programa en

un PC NxtPL)

Es descarrega

al NXT

NXT executa els

comandaments

El converteix a codi de bytes (Programa de

texte)

El codi de bytes es converteix en

ARM (NXT) comandaments en

codi màquina

Move X to register 001 1000111...

SetPower(A,3)

20/12/2011

10

Sensors

Distingeix entre llum i foscor o entre blanc i negre i els valors entre mig (tons de grisos)

Valor de 0 (fosc o negre) fins a 100 (molta llum o blanc brillant).

Sensor de llum

El que veuen els nostres ulls

El que veu el sensor de llum

20/12/2011

11

Sensor de llum

Format per un LED emissor de llum i un fotodetector

Fotodetector més sensible als infrarojos

Sensor de llum

20/12/2011

12

Funcionament

Llum d’ambient

Sensor de llum

Funcionament

Llum reflectida

Sensor de llum

20/12/2011

13

Sensor de llum

Copyright ©2009 J. Sluka

Les ones de so entren en el transductor intern del sensor i es transformen en senyal elèctric

Sensor de so

20/12/2011

14

Dóna dos tipus de valors:

dBa, elimina les baixes i altes freqüències

dB, no filtra cap freqüència

Sensor de so

Sensor de so

Soroll suau

20/12/2011

15

Sensor de so

Soroll fort

Sensor de tacte

És un commutador

Indica 0 si no està polsat

20/12/2011

16

Sensor de tacte

Indica 1 si està polsat

Sensor d’ultrasons

Permet reconèixer objectes, evitar obstacles, mesurar distàncies i detectar moviment

Pot mesurar distàncies entre 0 i 2,5 m amb una precisió de ±3 cm

Objectes grans amb superfícies dures proporcionen millors lectures

20/12/2011

17


Per determinar la distància mesura el temps (T) que passa des de que emet l’ona d'ultrasò fins que rep la part reflectida (quan rebota en l’obstacle)

La velocitat del so és aproximadament 341 m/s


20/12/2011

18

Motor més encoder

Permet conèixer quants graus gira el motor amb una precisió de ±1º

Servomotor

Encoder És un dispositiu que dóna una sortida digital com

a resultat del moviment angular o lineal

Fotodetector

LED

20/12/2011

19

Encoder

Codificadors incrementals: que detecten canvis en la rotació a partir d’una posició de referència

Señal fotointerruptor

principal

Señal índice

t

t

Encoder Fotodetectores

LED

A

B

Fotodetectores

LED

A

B

A

B

t

t

A

B

t

t

(a) (b)

(c) (d)

20/12/2011

20

Encoder

Codificadors absoluts: que donen la posició angular actual

Fuente de luz

(LED) y óptica

0000

0001

0011

Fotodetectores

Encoder

20/12/2011

21

El motor està controlat per un pont H

Servomotor

La velocitat dels motors es controla per modulació PWM (Pulse Width Modulation)

Els cicles són de 128μs, 7800 Hz amb el firmware estàndard

Amb aquests és controla la potència

La velocitat del motor depèn de la potència

Servomotor

20/12/2011

22

Altres sensors

Altres Sensors

Giroscopi

Per mesurar o mantenir l’orientació

Es basa en el principi de conservació del moment angular

L’electrònic mesura l’acceleració angular i integra dues vegades

20/12/2011

23

Altres Sensors

Brúixola

Per mesurar l’orientació relativa amb els pols magnètics de la terra

L’electrònica té dos o més sensors magnètics en quadratura i composa el vector per saber on és el nord

Altres Sensors

Acceleròmetre

És un instrument electromecànic que mesura les forces d’acceleració

Pot mesurar forces estàtiques (gravetat) o dinàmiques (moviment)

Permeten saber si el robot està pujant, si cau, si hi ha un element que vibra, etc.

20/12/2011

24

Altres Sensors

Sensor de color

Permet detectar colors en funció de la longitud d’ona reflectida

Distingeix fins a 18 colors.

Funciona com els sensor de llum

Altres Sensors

Càmera

Processa les imatges en temps real

Permet detectar fins a 8 objectes (8 colors definits per l’usuari) a 30fps

Té un filtre d’infrarojos

20/12/2011

25

Altres Sensors

Vector de sensors de llum

8 sensors amb llum controlada

Permet fer el seguiment de línies, trobar patrons de fosc i clar, etc.

Porta un bloc PID