disseny i construcció d'un robot bípede

Curs 2010/2011

IES Torre del Palau | Núria Ciuró i Cristina Rincón

. DISSENY I CONSTRUCCIÓ D’UN ROBOT BÍPEDE

Disseny i construcció d‟un robot bípede Núria Ciuró i Cristina Rincón

~ 2 ~

Índex

1. Agraïments .............................................................................................................. 3

2. Introducció ............................................................................................................... 4

3. Introducció a la robòtica ........................................................................................ 7

3.1 Aplicació de la robòtica .................................................................................. 8

4. Història de la robòtica ......................................................................................... 11

5. Tipus de robots ..................................................................................................... 13

6. Disseny i construcció del robot .......................................................................... 16

6.1 Part mecànica ................................................................................................ 17

6.1.1 Estudi del materials de construcció .................................................... 17

6.1.2 Plànols del robot. ................................................................................... 19

6.1.3 Llistat de material. .................................................................................. 22

6.1.4 Eines per a la construcció .................................................................... 23

6.1.5 Procés de muntatge. ............................................................................. 24

6.2 Part electrònica. ............................................................................................. 33

6.2.1 Placa de control 21 Channel Servo Driver Module. ......................... 33

6.2.2 Sensor SHARP GP2D 120 ................................................................... 34

6.2.3 Servomotor ............................................................................................. 35

6.2.4 Microcontrolador Picaxe 18X. .............................................................. 36

6.2.5 Bateries ................................................................................................... 37

6.2.6 Cable de comunicacions. ..................................................................... 37

6.2.7 Placa circuit imprès SP21 ..................................................................... 38

7. Programació ......................................................................................................... 39

8. Funcionament ....................................................................................................... 45

9. Pressupost ............................................................................................................ 47

10. Conclusions ....................................................................................................... 49

11. Bibliografia ......................................................................................................... 51

12. Referències ........................................................................................................ 52

Annex 1. ........................................................................................................................ 53

Manual del sensor SHARP GP2D120 ...................................................................... 53

Annex 2. ........................................................................................................................ 62

SD21 - 21 Channel Servo Driver Module ................................................................. 62

Annex 3. ........................................................................................................................ 72

Manual Picaxe secció 1 .............................................................................................. 72


~ 3 ~

1. Agraïments En aquest apartat donarem les gràcies a totes aquelles persones que han fet

possible la realització del nostre treball.

La primera persona que ens va ajudar va ser en Fernando Hernández que ens

va guiar a decidir el tema del nostre treball i ha sigut el nostre tutor de recerca,

que ens ha anat controlant dia a dia i ens ha ajudat en tots els problemes que

hem anat trobant.

En segon lloc donem les gràcies a Francesc Ciuró, pare d‟una de les alumnes i

components del grup de treball. Ell ens ha ajudat ha realitzar la part dels

plànols ja que era amb el programa QCAD i ell sabia fer servir.

En últim lloc volem donar les gràcies al institut IES Torre del Palau, que gràcies

a ell hem pogut realitzar aquest treball perquè ens ha deixat les instal·lacions i

el material.


~ 4 ~

2. Introducció La robòtica és per nosaltres un tema que a quart d‟ESO la vam tractar a la

matèria de tecnologia i ens va cridar l‟atenció. El nostre primer contacte amb la

robòtica va ser construint un robot rastrejador a partir de CD‟s vells, va ser aquí

on vam veure que era un tema diferent i que ens motivava. Amb el segon robot

vam tenir clar que podria ser un bon treball de recerca.

Quan a primer de batxillerat ens van preguntar pels temes dels treballs

nosaltres ja teníem decidit de que tractaria el nostre. Ens vam trobar amb el

problema que la robòtica avarca molts temes, però vam consultar amb el que

seria el nostre tutor de recerca que ens va donar diverses opcions i ens va

aconsellar la construcció un robot bípede.

Abans de començar qualsevol estudi i investigació en un treball has de

plantejar-te unes preguntes. Les nostres són les següents:

Com funciona un robot?

Com es programa un robot?

Quines tasques pot realitzar el robot?

Com es dissenya i es construeix un robot?

Un cop teníem les qüestions, vam començar a buscar diferents tipus de robots

bípedes però com n‟hi ha molts, ens van recomanar una pàgina anomenada

lynxmotion (www.lynxmotion.com), d‟on en vam treure l‟estructura del robot, el

disseny i l‟estudi de les peces.

El següent pas va ser marcar-nos uns objectius:

Realitzar la part pràctica del robot.

Aprendre a treballar en equip.

Aprendre a redactar i realitzar un treball de recerca.

Aprendre a expressar-se oralment davant de la gent.

Aprendre com funciona i quins són els elements d‟un robot.

Aprendre a programar un robot.

http://www.lynxmotion.com/


~ 5 ~

Aprendre a dissenyar tots els elements d‟un robot i construir

l‟estructura.

Aprendre a realitzar els plans del robot.

Aconseguir que el robot realitzi la tasca de caminar.

Aconseguir que el robot realitzi la tasca de xutar una pilota.

El camí per assolir els objectius marcats no va ser fàcil, ens vam trobar amb

diferents dificultats. A l‟hora de fer les peces vam veure que eren molt

complexes i que portaven molt de temps. També en el muntatge on es

necessitava molta paciència i precisió. Per altra banda, una de les dificultats ha

sigut la programació ja que el robot s‟havia de mantenir en equilibri mentre

caminava.

En un principi volíem ampliar el nostre treball fent que els robots es

comuniquessin a través d‟una placa de radiofreqüència, però no hem pogut

perquè havíem de muntar tota la placa i era molt complex i llarg.

Com ja hem dit el procés per construir el robot va ser llarg.

Vam començar dissenyant els plànols de les peces en

brut, seguidament vam construir cada peça. Per fer-ho

vam tallar i foradar la peça d‟alumini tal i com havíem

previst als plànols. Posteriorment, vam començar el

muntatge ensamblant peça per peça, des dels peus fins el

cap. Per acabar vam muntar la placa, el sensor, el

portapiles i les espumes antilliscament.

Per construir el treball vam necessitar una gran varietat

d‟elements i materials, els més importants dels quals són:

La placa de control AXE021 que té la capacitat de controlar 21

servomotors mitjançant dos microcontroladors, un per generar els pulsos

de control i l‟altre que conté el programa de control principal.

10 servomotors muntats en les diferents articulacions del robot i que

proporciona el desplaçament de la màquina.

Il·lustració 1: resultat final.


~ 6 ~

El sensor analògic SHARP GP2D120 el qual és un sensor de distància i

detecta objectes a una distància indicada.


~ 7 ~

3. Introducció a la robòtica La robòtica és la ciència i la tecnologia dels robots. És el disseny, la fabricació i

la utilització de màquines automàtiques programables amb la finalitat de

realitzar tasques repetitives. Combina diferents disciplines com la mecànica,

l‟electrònica, la informàtica, la intel·ligència artificial i l‟enginyeria de control. És

una disciplina amb els seus problemes i les seves normes. Té dos parts, la

teòrica i la pràctica. En la part teòrica s‟uneixen les aportacions de l‟automàtica,

l‟informàtica i la intel·ligència artificial. Per la part pràctica hi ha aspectes de

construcció ( mecànica, electrònica), i de gestió (control, programació).

Molts robots han estat pensats i dissenyats per a satisfer necessitats dels

éssers humans o simplement per realitzar treballs que a les persones no els hi

agrada fer o són perillosos.

En general la definició de robot depèn dels diferents punts vista de les

persones i dels diferents nivells de sofisticació d‟aquests. Per exemple, un

tècnic de manteniment pot veure un robot com una col·lecció de components

mecànics i electrònics, un enginyer en sistemes pot pensar que un robot és una

col·lecció de subsistemes relacionats i un programador simplement ho veu com

una màquina que s‟ha de programar.

Des del nostre punt de vista veiem el robot com un conjunt dispositius formats

per sensors que reben dades d‟entrada amb les quals realitzen una acció i

poden estar connectats a l‟ordinador.


~ 8 ~

3.1 Aplicació de la robòtica

Els robots els podem trobar en gran part de la nostre vida laboral. En el cas de

la indústria s‟utilitzen per fer treballs perillosos, per aplicar pintura en spray, per

realitzar transports pesats o modelats amb plàstic. En els laboratoris mèdics

s‟utilitzen per realitzar tasques repetitives de mesura de pes, quantitat de

matèria, pH... També en activitats d‟investigació de l‟espai s‟utilitzen per recollir

informació dels planetes com les sondes de Galileu que investiguen Júpiter.

Els robots presenten tres avantatges sobre el treball humà: major productivitat,

major control de qualitat i reducció de l‟exposició humana a substàncies

perjudicials per la salut.

Tipus de robòtica:

a) Industrials

La robòtica industrial es defineix com

l‟estudi, el disseny i l‟ús de robots per

executar processos industrials. Segons

l‟Associació d‟Indústria Robòtiques (RIA)

es defineix com:

- Un manipulador multifuncional

reprogramable, capaç de moure

matèries, peces, eines, o dispositius

especials segons la seva trajectòria

variable, programades per realitzar

tasques diverses.

Aquests són els més utilitzats en la fabricació com a substituts d‟operadors en

les tasques perilloses o que necessiten gran precisió. Aquesta part de la

robòtica és molt ample i hi ha molts tipus segons les seves funcions i formes.

Il·lustració 2: Robot industrial.


~ 9 ~

b) Mèdics

Són aquells que s‟utilitzen per realitzar tasques útils pel benestar de les

persones com en intervencions quirúrgiques. Els avantatges més notables

d‟aquests robots són la gran precisió que tenen respecte a la de l‟ésser humà.

S‟utilitzen molt en l‟àmbit de la cirurgia cardíaca, gastrointestinal, pediàtrica o

neurocirurgia.

Quan parlem de robots mèdics també ens referim a les pròtesis que utilitzen els

discapacitats físics. Aquests aparells s‟adapten al cos i estan dotats de

sistemes que igualant els moviments i funcions dels òrgans que supleixen.

c) Teleoperadors

Els robots teleoperadors es poden definir com dispositius robòtics amb braços

manipuladors i sensors amb mobilitat i que estan controlats per control remot

dirigit per un operador humà que pot ser de

manera directa o mitjançant un ordinador.

Aquestes màquines són sofisticades i molt útils

en tasques perilloses com en el tractament de

residus químics o nuclears i en la desactivació

de bombes.

a) Educatius

La robòtica també juga un gran paper en l‟educació, ja que en moltes escoles i

sobretot en instituts es comencen a fer pràctiques de programació i construcció

amb robots.

A Europa trobem una tenda virtual anomenada ro-botica on podem aconseguir

una gran varietat de robots utilitzats a l‟educació com són els robots Lego, els

Moway, els Robobuilder, etc.

Il·lustració 3: Cotxe a control remot.


~ 10 ~

A continuació explicarem els més utilitzats al nostre entorn que són els robots

de Lego Mindstorms i Moway.

El robot Lego Mindstorms és un joc de robòtica fabricat per l‟empresa Lego,

amb el qual és poden unir peces per formar diferents objectes o formes i

programar perquè realitzin tasques de forma interactiva.

Il·lustració 4: Lego Mindstorms.

Els Moways són petits robots programables que a diferència dels Lego no s‟han

de muntar. Aquesta novetat va néixer al País Basc gràcies a l‟empresa

MiniRobots i contenen diferents tipus de sensors com els d‟infrarojos i els de

llum. Quan parlem de programació, aquests tipus de robots tenen el seu propi

programa anomenat MowayGUI.

Il·lustració 5: Moway.


~ 11 ~

4. Història de la robòtica El ser humà ha construït màquines que imiten les parts del cos humà. Els

antics egipcis van unir braços mecànics a les estàtues dels seus déus. Aquests

braços es van operar per sacerdots, els que aclamaven que el moviment

d‟aquests era inspiració dels seus Déus. Els grecs van construir estàtues que

funcionaven amb sistemes hidràulics, els quals s‟utilitzaven per a fascinar els

temples adorats.

L‟inici de la robòtica actual es pot fixar en la

indústria tèxtil del segle XVIII, quan el 1801

Joseph Jacquard inventa una màquina tèxtil

programable mitjançant targetes perforades.

Llavors, la Revolució Industrial va impulsar el

desenvolupament d‟aquests mecanismes. A més

a més, durant els segles XVII i XVIII a Europa es

van construir ninots mecànics molt enginyosos

que tenien algunes característiques de robots.

Jacques de Vauncansos va construir diferents músics de la mida d‟un humà a

mitjans del segle XVIII. Es tractava d‟uns robots mecànics dissenyats per la

diversió.

El 1805, Henri Maillardert va construir una nina mecànica que era capaç de

dibuixar. Aquestes creacions mecàniques de forma humana s‟han de

considerar com a inversions aïllades que reflecteixen el geni dels homes que es

van anticipar a la seva època. Hi van haver altres invencions mecàniques

durant la revolució industrial, creades per ments del mateix geni, moltes de les

quals estaven dirigides al sector de la producció tèxtil.

El desenvolupament en la tecnologia, on s‟inclouen les poderoses

computadores electròniques, els actuadors de control, la transmissió de

potència a través d‟engranatges, i la tecnologia en sensors han contribuït a

flexibilitzar els mecanismes autòmats per a realitzar tasques dins la indústria.

Són diferents els factors que intervenen per a que es realitzessin els primers

Il·lustració 6: Joseph Jacquard.


~ 12 ~

robots en la dècada dels 50. La investigació en intel·ligència artificial va

desenvolupar maneres de copiar el procés d‟informació humana amb

ordinadors electrònics i es va inventar una gran varietat de mecanismes per

provar les seves teories.

Va ser al 1917 quan Karel Kapek va publicar una obra txecoslovaca que va

donar lloc al terme robot. En txec, “robota” significa servidor o treballador forçat,

i quan es va traduir a l‟anglès es va convertir en la paraula robot, que es

refereix a un científic brillant anomenat Rossum i el seu fill, que van

desenvolupar una substància química similar al protoplasma. Aquesta

substància es va utilitzar per a crear robots, els seus plans consistien en que

els robots havien de servir a la classe humana de forma obedient per poder

realitzar tots els treballs físics. Rossum va seguir realitzant millores en el

disseny dels robots: va eliminar òrgans i altres elements innecessaris, i

finalment va crear un ser perfecte. L‟argument experimenta una gir

desagradable quan els robots perfectes comencen a fallar en el seu paper de

servidors i es revelen contra els seus amos destruint la tota la vida humana.

Entre els escriptors de ciència ficció, Isaac Asimov va començar a contribuir

amb diferents narracions relatives dels robots el 1939. La imatge de robot que

apareix a la seva obra és el d‟una màquina ben dissenyada i amb una

seguretat assegurada que actua d‟acord amb tres principis.

Aquests principis els va anomenar Asimov com les Tres Lleis de la Robòtica, i

són:

1. Un robot no pot actuar contra un ésser humà o, per mitjà de la inacció,

que un ésser humà pateixi danys.

2. Un robot ha d‟obeir les ordres donades pels éssers humans, llevat que

estiguin en conflictes amb la primera llei.

3. Un robot ha de protegir la seva pròpia existència, llevat que estigui en

conflicte amb les dues primeres lleis.

Són varis els factors que intervenen per a que es desenvolupin els primers

robots en la dècada dels 50.


~ 13 ~

5. Tipus de robots Podem trobar una gran varietat de robots, i es classifiquen en diferents tipus

segons els seus moviments i les seves funcions. Donada la gran varietat de

classificacions que podem establir, nosaltres hem escollit la que ens ha semblat

més important i interessant. La classificació és la següent:

a) Poliarticulars

Són robots secundaris, per tant no es poden desplaçar a excepció d‟alguns que

es poden desplaçar però molt

limitadament. El seu disseny està fet

perquè només puguin moure els seus

braços i eines en un determinat espai de

treball. En aquest grup trobem els robots

manipuladors, alguns industrials i els

cartesians.

b) Androides

La paraula androide posseeix un origen etimològic

grec, ja que esta formada per andro, que significa

home, i eides, que es tradueix com a forma. Els

androides són robots antropomorfs que imiten

l‟aparença humana i alguns aspectes de la seva

conducta de manera autònoma.

En aquest bloc trobem els robots bípedes que són

els formats per dos cames que els permet desplaçar-

se. N‟hi ha dos tipus:

- Dinàmic: el seu sistema de locomoció està basat en dos cames i és

capaç de caminar sense la necessitat d‟interrompre el seu avanç.

Il·lustració 7: Robot poliarticular.

Il·lustració 8: Androide ASIMO.


~ 14 ~

- Estàtic: el seu sistema de locomoció està basat en dos cames i que

ha d‟interrompre el seu avanç al caminar per a garantir l‟equilibri.

En el nostre cas es tracta d‟un robot bípede dinàmic, ja que està preparat i

construït perquè pugui mobilitzar-se amb dos cames simulant el caminar d‟una

persona.

c) Mòbils

Els robots mòbils estan constituïts per potes, rodes o erugues que els permet

desplaçar-se segons la seva programació, asseguren el transport d‟un lloc a un

altre de peces o materials i estan dotats d‟intel·ligència.

Aquest tipus de màquines són molt utilitzades en determinades instal·lacions

industrials, sobretot pel transport de mercaderies en cadenes de producció i

magatzems. Una altra aplicació d‟aquest tipus de robot és a les investigacions

on hi ha dificultat per accedir com en exploracions espacials, les investigacions

o rescats submarins.

Il·lustració 9: Robots mòbils.


~ 15 ~

d) Nanorobots

La nanorobòtica és la fabricació de

màquines i robots de dimensions

nanomètriques i amb la capacitat d‟operar

de forma molt precisa amb objectes

d‟escales molt petites.

Aplicacions dels nanorobots

En l‟àmbit de la medicina aquests robots són molt importants i es pensa

realitzar robots que millorin a l‟eritròcit, a la mitocòndria, als leucòcits i fins i tot

que modifiquin la cadena de l‟ADN.

En l‟àmbit de la informàtica es volen

millorar els xips perquè cada cop siguin

més petits però que augmentin la seva

capacitat de processament.

e) Zoomòrfics

Aquests robots tenen unes característiques

concretes ja que imiten el sistema de locomoció

d‟alguns éssers vius. En l‟actualitat es troben en

un procés de desenvolupament i s‟utilitzen per

desplaçar-se sobre les superfícies accidentades i

amb obstacles. Principalment, es volen utilitzar

per l‟exploració d‟altres planetes, per estudiar els

volcans i sobretot per entorns de difícil accés humà.

Il·lustració 10: Nanorobot.

Il·lustració 11: Microxip.

Il·lustració 12: Aranya robòtica.


~ 16 ~

6. Disseny i construcció del robot

Un dels primers reptes als que ens vam enfrontar va ser

el disseny i l‟elaboració de la part mecànica dels robots.

El nostre objectiu era construir un robot com el de la

il·lustració 10 i per fer-ho vam tenir que dissenyar

diferents tipus de peces que correspondrien a les

diferents parts del nostre cos com les cames, els peus, el

tronc i el cap.

La peça que forma les cames i part del cap té forma d‟U i està construïda a

partir d‟una placa metàl·lica d‟alumini de 2 metres de llargada i 0,025 metres

d‟amplada, és l‟encarregada d‟unir els motors amb les altres peces i serveix

com articulació perquè el robot pugui caminar i moure el cap.

L‟altre peça que també forma el cap i les cames està construïda a partir d‟una

placa metàl·lica en forma d‟ela de 40x40 centímetres i 2 metres de llargada.

Aquesta és la que subjecta el motor i va unida a les explicades anteriorment.

Les altres tres peces són menys abundants, ja que són específiques per a llocs

del cos concrets com els peus, el tronc o el coll. La que representa el tronc està

construïda a partir de la placa metàl·lica en forma d‟ela i és el mateix disseny

de la peça que subjecta el motor però més gran. El coll del robot no és altre

cosa que dos terços de la peça en forma d‟U i per últim els peus són dos

trossos d‟alumini de 10 centímetres de llargada.

Pel que fa a la part de control del robot hem utilitzat uns servomotors,

subjectats per les peces d‟alumini, i aquestes encaixades de tal manera que

quan el servo es mogui, les peces no impedeixin aquests moviments.

El moviment dels servos esta guardat a la placa de control 21 Channel Servo

Driver Module. En aquesta placa s‟hi connecten els servos del robot i el sensor.

El que fa aquesta placa és transmetre la informació que nosaltres li em donat a

través de la targeta de connexió per tal d‟enviar-la a les connexions del robot i

Il·lustració 13: Robot model.


~ 17 ~

que aquestes realitzin les ordres que nosaltres li em donat i que la placa de

control ha emmagatzemat.

Per passar tots els programes que hem realitzat pel robot, hem fet servir el

cable de connexions, que es connecta al port USB de l‟ordinador, i alhora, a la

placa de connexions, aquesta connectada a la placa de control.

També hem utilitzat un sensor de distàncies perquè així, quan el robot camini

no xoqui al trobar-se amb algun obstacle, sinó que quan el sensor detecti la

presència d‟algun objecte el robot realitzi les ordres programades anteriorment i

emmagatzemades.

Per últim, perquè el robot funcioni, és a dir, pugui caminar i utilitzar el sensor

correctament hem utilitzat dos tipus de fonts. La primera les piles

alcalines,situades amb el portapiles al coll del robot. I segona, una font

d‟alimentació. Aquesta la utilitzàvem perquè podíem donar el màxim voltatge

que el robot ens permetia i els servos tenien molta més força.

6.1 Part mecànica

En aquest apartat explicarem la nostre part pràctica que és la més important

del treball. Comentarem el procés que hem seguit per fer el muntatge dels

robots, explicant les eines, els materials i els plànols utilitzats en aquest treball.

6.1.1 Estudi del materials de construcció

Abans de començar a construir el robot vam haver d‟estudiar els diferents tipus

de material que podíem utilitzar. Hi havia varis materials per escollir entre ells

es trobava el ferro, el metacrilat, la fusta i l‟alumini; així que els vam estudiar i

vam arribar a la següent conclusió:

En estudiar el ferro vam veure que era mal·leable i ens podia ser útil,

però tenia l‟inconvenient de que era molt pesat i per tant el vam

descartar.

Amb el metacrilat no trobàvem cap problema amb el pes ja que era

lleuger, però era molt fràgil cosa que hagués provocat un fàcil

trencament del robot.

En el cas de la fusta vam veure que era un material poc resistent.


~ 18 ~

En canvi l‟alumini tenia totes les característiques que necessitava el

nostre robot lleuger, resistent, mal·leable, dúctil i soldable.

Després de l‟estudi vam arribar a la conclusió

que l‟alumini era el material adient per poder

realitzar el robot sense problemes tècnics.

Il·lustració 14: Peces d'alumini construïdes.


~ 19 ~

6.1.2 Plànols del robot.

En aquest apartat trobem els plànols que vam dissenyar per construir les peces

del robot. Les vistes són: alçat, planta, perfil i finalment la figura plana amb

totes les mides.

A continuació es poden veure els plànols de la peça en forma d‟U. Aquesta

peça és la que permet transmetre el moviment del servomotor. A partir

d‟aquesta peça vam formar la del coll, que és la mateixa però sense un dels

dos laterals de 40mm.


~ 20 ~

Aquí es poden veure els plànols de la peça en forma d‟ela, la més complexa.

Aquesta peça és la que fa de suport al servomotor.

El tronc del robot està format per dues peces d‟aquestes unides amb una

separació de 20 mm entre elles.


~ 21 ~


~ 22 ~

6.1.3 Llistat de material.

El material que hem fet servir està format per:

Imatge 1: material utilitzat.

- Femella mètric 3 auto blocant.

- Volandera mètric 3 ampla.

- Caragol mètric 3x10 cap pla.

- Caragol mètric 3x10 cap rodó.

- Caragol 2.5x12.

- Placa de control.

- Sensor Sharp.

- Separador hexagonal mètric 3.

- Connector jack estèreo.

- Cable pel sensor.

- Interruptor.

- Tira de pins mascle.

- Tira de pins femella.

- Termoretràctil.

- Porta piles.

- Servomotors.

- Tira de pins (mascle

femella).

- Interruptor.

- Placa per a circuit imprès

presoldat.


~ 23 ~

6.1.4 Eines per a la construcció

Un dels elements indispensable per poder construir els robots han sigut les

eines mecàniques. Principalment hem utilitzat:

Imatge 2: Eines de treball.

1) Cargol

2) Soldador

3) Desoldador

4) Alicates

5) Cargol

6) Estany

7) Tornavís

8) Llimes

9) Martell

10) Serra

11) Fresa

12) Sergent

13) Font d‟alimentació/piles

14) Regla


~ 24 ~

6.1.5 Procés de muntatge.

Per fer el muntatge d‟aquest robot en seguit els següents passos que estan

detallats a continuació:

1. Per començar el muntatge hem pres mesures i hem realitzar els plànols

de les dues peces que necessitarem per realitzar el robot.

2. Després d‟haver dissenyat les

peces, les hem marcat amb un

retolador a la peça d‟alumini més

senzilla (en forma de U).

Imatge 3: Esborrany dels plànols.

3. El següent pas ha sigut tallar i

llimar cada peça amb l‟ajuda

d‟una serra i una llima per

treballar metall.

Imatge 4: Tallant les peces.


~ 25 ~

4. Quan hem tingut totes les peces

tallades, hem marcat les

mesures a una peça per fer-la

servir com a model i hem

arrodonit les quatre cantonades

de cada peça.

5. Una vegada tenim la peça

model, la marquem on hem de

fer els forats per els tornavisos i

realitzem els forats.

6. El següent pas serà marca totes

les peces a partir de la que ja

hem fet i foradar-les.

Imatge 5: Llimant les peces.

Imatge 6: Foradant les peces.

Imatge 7: Marcant les peces.


~ 26 ~

7. Un cop foradades hem de llimar

els forats per treure l‟alumini

sobrant amb una fresa.

8. Per acabar les peces en forma

d‟U, les hem de doblegar. Un cop

acabades totes les peces en

forma d‟U, passem ha realitzar

les peces més complexes.

9. Per començar tallem la peça

llarga d‟alumini en parts d‟uns sis

centímetres i les llimem pel

costat que hem tallat, perquè

quedi bé.

10. Després marquem, amb l‟ajuda

d‟un retolador, on hem de

realitzar els forats i els talls

corresponents.

Imatge 8: Repassant els forats.

Imatge 9: Doblegant les peces.

Imatge 10: Tallant la peça en forma d'ela.

Imatge 11: Marcant les peces per tallar-les.


~ 27 ~

11. Realitzem els forats i els talls.

12. Doblem les peces pel lloc indicat.

Les peces més complexes ja

estan acabades, ara realitzarem

la part del tronc del robot i el coll.

Imatge 13: Doblegant les peces més complexes.

13. El tronc del robot consisteix en

dos peces complexes unides

més un centímetre de separació.

Per fer-ho ho hem fet iguales que

a les altres.

Imatge 12: Tallant.

Imatge 14: Tronc del robot.


~ 28 ~

14. Per realitzar el coll, hem tallat de

la peça d‟alumini més senzilla a

nou centímetres i la hem

doblegat després de marcar les

mesures i realitzar els forats.

Imatge 15: Coll del robot vist de perfil.

15. Per acabar de realitzar totes les

peces hem tallat d‟un tira

d‟alumini, dos trossos d‟uns deu

centímetres i hem realitzat dos

forats a cada tros. Aquests són

els peus del robot.

Imatge 16: Planta dels peus del robot.

16. Un cop acabades totes les peces

comencem el muntatge del dos

robots. Primer comencem unint

els peus amb una peça

complexa i el seu servomotor

corresponent.

Imatge 17: Peus del robot.


~ 29 ~

17. Després muntem la part del

tronc, col·locant els servomotors

al seu lloc.

Imatge 18: Peus i tronc.

18. El següent pas es muntar la

cama. Per fer-ho hem unit les

peces en forma d‟U i les peces

complexes amb els servomotors.

Imatge 19: Muntatge de les cames.

19. Les cames del nostre robot

tindran tres servomotors.

Imatge 20: Cama esquerra.


~ 30 ~

20. Un cop hem muntat les cames,

les hem d‟unir amb la part del

tronc.

Imatge 21: Estructura principal.

21. Ja tenim les cames i el tronc

muntat, el següent pas és

construir el cap. Per fer-ho hem

col·locat la peça en forma d‟ela

entre els dos motors del tronc i

hem muntat dos motors amb les

seves peces respectives.

Imatge 22: Realitzant forats.

22. Quan el cap del robot ja es

muntat, podem passar a col·locar

la placa. La placa l‟hem posat a

l‟esquena del robot utilitzant uns

separadors hexagonals.

Imatge 23: Col·locant la placa.


~ 31 ~

23. Una peça important del robot és

el sensor que va col·locat al cap.

Imatge 24: El sensor.

24. Per acabar el muntatge hem de

connectar el cables del motors

en els pins de la placa de control.

Com els cables dels peus no

arribaven a la placa hem tingut

que allargar-los soldant un tros

de cable amb l‟ajuda d‟un mascle

i una femella.

Imatge 25: Cablejat.


~ 32 ~

25. Per acabar de perfilar els robots

hem enganxat el porta piles amb

velcro al coll de cada robot i hem

anivellat els peus amb esponges.

Imatge 26: Robot acabat.


~ 33 ~

6.2 Part electrònica.

En aquest apartat explicarem tots els components electrònics dels que consta

el nostre robot.

6.2.1 Placa de control 21 Channel Servo Driver Module.

La placa de control SD21 és capaç de controlar 21 servos simultàniament.

Aquests servos és controlen mitjançant l'enviament de comandes a

l'PIC18F2220 a bord a través del bus I2C. Hi ha 3 connectors I2C en el tauler,

un dels quals es poden utilitzar per connectar amb el controlador.

Il·lustració 15: Placa de control.

Les característiques principals de la placa són les següents:

Nombre de Servos 21

Freqüència d‟actualització 20mS en totes les condicions

Interfície de control I2C

Controls opcionals Picaxe 18x, BS2p Atom, o BX 24 es

pot muntar

Controls de posició Directament programat en uS

Control de velocitat del màxim, a 20 segons per a la

rotació completa

Servo Power terminals independents per al voltatge

de la seva elecció

Terminals lògiques de poder per separat o de la prestació del servo

quan la bateria 7.2v s'utilitza

Expansió 3 x I2C connectors


~ 34 ~

6.2.2 Sensor SHARP GP2D 120

Al mercat trobem una gran varietat de sensors, en

el nostre cas hem utilitzat un sensor de distància

anomenat SHARP GP2D 120.

El sensor SHARP GP2D 120 forma part de la

família de sensors GP2DXX de Sharp. Aquest

dispositiu es un mesurador de distància per infraroig que indica mitjançant una

sortida analògica la distància mesurada. Aquesta component electrònica es

caracteritza per:

1. Ser reflectiu, ja que té una petita influència sobre el color dels objectes.

2. Tenir una detecció de distància de 40 a 30 cm.

3. Tenir un circuit extern de control innecessari.

En la següent il·lustració podem observar el connector que connecta els cables

amb el sensor i els cables que connecten el sensor amb la placa de control.

Il·lustració 17: Connector del sensor.

En aquest cas el cable groc és la senyal i es connecta en el pin10, el negre és

la massa i és connecta en el pin4 i per últim el cable vermell que és el positiu i

és connecta en el pin16 de la placa de control.

Il·lustració 16: Sensor de distància.


~ 35 ~

Il·lustració 18: Connexió del sensor a la placa.

6.2.3 Servomotor

El servomotor és un dels elements bàsics perquè el

nostre treball tingui vida ja que ens proporciona el

moviment del robot.

El servo és un dispositiu format per un circuit de

corrent continu, una caixa reductora i un circuit de

control. Es capaç d‟adquirir qualsevol posició dins del

seu rang d‟operació (més petit que una volta) i de

mantenir-se estable en aquesta.

6.2.3.1 Estructura interna del servomotor

Com ja hem dit el servomotor esta format per un motor de corrent continu, el

qual és el component principal. Aquest component realitza la funció d‟actuador,

que al aplicar-li un voltatge entre els seus dos terminals el motor gira en un

sentit a alta velocitat i produeix un baix parell.

Aquests dispositius utilitzen, també, un circuit de control per saber el punt on es

trobar el motor (control proporcional). Si observem la imatge podem saber com

funciona el circuit de control. La senyal de control quadrada és el punt de

referència o setpoint que indica el valor de la posició desitjada pel motor.

Seguidament trobem l‟ample de pols de la senyal que ens indica l‟angle de

posició ( una senyal amb polsos més amples indicarà que el motor té un angle

major i al inrevés). Després trobem l‟amplificador d‟error el qual calcula la

diferència entre la referència i la posició on es troba el motor. El potenciòmetre

serveix per obtenir el valor de la posició del motor.

Il·lustració 19: Servomotor.


~ 36 ~

6.2.4 Microcontrolador Picaxe 18X.

Aquest component és un circuit controlador de 21

servos que funciona mitjançant senyals I2C.

Aquestes senyals procedeixen, en el nostre cas,

directament d‟un processador col·locat en el mateix

circuit anomenat Picaxe 18. Aquest microcontrolador

és un sistema totalment autònom que ens permet

controlar el robot.

Les principals característiques del microcontrolador Picaxe 18 les exposarem a

la taula següent:

Pins 18

Entrades / sortides (pins) 14

Entrades 5

Sortides 9

Memòria programa 600 Basic lines

Variables d‟emmagatzematge 96 bytes

Dades de memòria 256 bytes

Il·lustració 20: Funcionament del circuit de control.

Il·lustració 21: Microcontrolador.


~ 37 ~

6.2.5 Bateries

Les bateries que utilitza el nostre treball són quatre piles alcalines de 1,5 vols

cadascuna. Les hem acoplat al robot amb un porta piles situat al coll del robot

amb l‟ajuda d‟un velcro. Aquestes piles que utilitzem alimenta la part de control

de la placa AXE021 i els motors, però si en algú cas és vol també es pot

utilitzar una alimentació per a cada cosa, és a dir, separada. En el nostre cas,

per a realitzar les pràctiques hem utilitzat una font d‟alimentació ja que ens

donava més potència als motors. El problema que teníem és que amb les piles

normals, els motors no tenien prou força per moure tota l‟estructura i la

programació és feia més complicada.

Il·lustració 22: Piles alcalines.

6.2.6 Cable de comunicacions.

El cable de comunicacions que hem utilitzat ha sigut el AXE027. Aquest cable

ens ha permès passar la informació del programa PICAXE al robot. Per poder

connectar el cable amb l‟ordinador havíem d‟instal·lar el programa del cable, el

qual et podies descarregar des de la pàgina de PICAXE.

Il·lustració 23: Cable de comunicacions.


~ 38 ~

6.2.7 Placa circuit imprès SP21

La placa de circuit imprès és un dels components més importants, ja que sense

ella no podríem connectar el robot i el cable AXE027. Aquesta placa la vam

construir nosaltres, per fer-ho vam soldar un connector a una petita placa on es

pot introduir el cable AXE027. Per poder connectar la placa de circuit imprès

amb la placa AXE021 vam soldar quatre pins femella.

Il·lustració 24: circuit imprès.


~ 39 ~

7. Programació Per programar els robots hem

utilitzat el software PICAXE. Aquest

software permet realitzar programes

de dues maneres, una és utilitzant

llistats de comandaments BASIC i

l‟altre utilitzant gràfics mitjançant

organigrames.

Nosaltres hem fet servir els llistats

de comandaments BASIC. Les

característiques d„aquest programa

són:

Utilització de variables.

Utilització de comentaris per

especificar la tasca. Aquests

han de ser introduïts per un apòstrof o un punt i coma.

Utilització d‟etiquetes per designar les tasques. Poden ser qualsevol

paraula i quan l‟etiqueta és definida per primera vegada han de portar el

símbol (:).

Instruccions: són paraules clau que serveixen per determinar al

microcontrolador una determinada tasca. Les més importants que hem

fet servir són:

- Gosub: serveix per anar a una subrutina indicada, es permeten

fins a 16 subrutines per programa.

- Writei2c: aquest comandament s‟utilitza per escriure dades al

dispositiu i2c.

- Symbol: l‟hem utilitzat per assignar noms a variables, els quals no

poden començar per un número sinó que han de començar per

una lletra.

- Pause/wait: ens permet fer una pausa per un període de temps

determinat i s‟indica amb milisegons.

Il·lustració 25: Organigrama a dalt i BASIC a baix.


~ 40 ~

- Return: ens serveix per retornar a una subrutina.

- Goto: serveix per anar a una direcció especificada.

Per començar a programar el nostre robot vam haver de fer varies pràctiques i

probes per assegurar-nos que tots els servomotors funcionessin. A continuació

explicarem alguna d‟elles.

En aquesta primera imatge trobem totes les variables definides, necessàries

per començar a programar el nostre treball.

Il·lustració 26: Pràctica1.

Amb la variable i2cslave $c2, i2cslow, i2cbyte definim el port I2C per

controlar els servomotors.

Amb symbol Servo1 = 63 definim la posició de base de cada servomotor.

Amb symbol Servo1p = 84 definim la posició del servomotor quan gira

cap a l‟esquerra.

Amb symbol Servo1n = 105 definim la posició del servomotor quan gira

cap a la dreta.


~ 41 ~

En la segona imatge trobem el primer programa que vam fer per tal de

començar la programació.

Il·lustració 27: Pràctica 2.

Aquest programa consistia en posar el robot en equilibri esperar un segon i

anar a una subrutina anomenada “paso”. En aquesta subrutina feia un

moviment però no vam aconseguir que es mantingués en equilibri.

El programa es troba en el CD-ROM amb el nom de pràctica1.bas.


~ 42 ~

En la següent imatge podem veure un programa més elaborat i més avançat

que l‟anterior.


Aquest programa començava posant el robot en equilibri (gosub equilibrio),

després esperava un segon i anava a l‟etiqueta “andar” la qual l‟enviava a un

cicle on feia el moviment de caminar. Amb aquest programa el robot

començava a imitar el moviment humà, però encara tenia algunes carències ja

que queia cap enrere després de fer alguns passos.

Com podem veure trobem un bucle en l‟apartat de “cabeza”. Aquest va ser una

prova per tal de veure si el cap funcionava correctament.

El programa es troba en el CD-ROM amb el nom de camina.bas.


~ 43 ~

Aquesta imatge correspon al programa anterior però amb algunes

modificacions.


Si ens fixem en el programa anterior no apareixien els servos 7 i 8, en canvi en

aquest si hi apareixen i també vam canviar alguns valors. En la part d‟equilibri

l‟únic canvi que hem introduït ha sigut una pausa entre cada servomotor.

Aquest programa el trobem al CD-ROM amb el nom de camina2.bas.


~ 44 ~

La següent imatge ens mostra les proves que vam realitzar pel sensor.


Amb aquest programa el robot el que fa és el següent:

- Si b5 és més gran que 100 el programa va a la subrutina mov1 i

realitza el moviment, que en aquest cas és el cap.

- Si b5, en canvi, és més petit o igual a 100 el programa va la

subrutina mov2 i realitza un moviment diferent.

El programa es troba al CD-ROM amb el nom de sensor.


~ 45 ~

8. Funcionament En aquest apartat explicarem com funciona el nostre robot a partir del

programa que hem fet.

Il·lustració 31: Programa.

Després de totes les proves que hem realitzat hem arribat a aquest programa

que podem veure a la imatge superior, on combinem la programació del sensor

amb la dels servomotors.

Quan posem en marxa el robot la primera acció que realitza és anar a la

posició d‟equilibri, en el cas que no trobi cap obstacle a la distància indicada

començarà a caminar ja que l‟acció que li hem indicat a sigut “if b5>=100 then

gosub ciclo2”.


~ 46 ~

Si el robot troba un obstacle més a prop a la distància indicada s‟aturarà i anirà

a la posició d‟equilibri ja que li hem manat que faci això amb les instruccions “if

b5<100 then gosub equilibrio”. També quan troba un obstacle anirà a una

subrutina on mourà el cap, a part de anar a la posició d‟equilibri.


~ 47 ~

9. Pressupost En aquest apartat exposarem el pressupost utilitzat per realitzar el nostre

treball. El pressupost ve donat per la taula següent:

Material Unitats Preu unitari

(€)

Preu (€)

Femella mètric 3

autoblocant

64 0,004 0,256

Volandera mètric 3

estreta

36 0,006 0,216

Volandera mètric 3

ampla

63 0,009 0,567

Caragol mètric 3x10

cap pla

33 0,005 0,165


cap rodó

20 0,082 1,64

Caragol 2.5x12 22 0,005 0,11


cap pla

27 0,005 0,135

Separador hexagonal

mètric 3

2 1,041 2,082

Servomotors 10 4,95 49,5

Tira d‟alumini plana 1 6 6

Tira d‟alumini 1 18 18

Interruptor 1 0,632 0,632

Tira de pins mascle 27 0,148 3,996

Tira de pins femella 27 1,214 32,778

Sensor 1 6,78 6,78

Espuma antilliscament 1 2,50 2,50

Connector Jack

estereo

1 0,125 0,125


~ 48 ~

Termoretràctil 3 0,53 1,59

Portapiles 1 0,338 0,338

Placa circuit imprès 1 3,056 3,056

Cable JST sensor 1 1,10 1,10

Cable AXE027 1 31,73 31,73

Cable USB 1 13,79 13,79

Hores de treball 40h. 7€/h 280

Despeses

d’enviament

25,48

Preu total 485,622

Aquestes despeses únicament són d‟un robot, per tant el pressupost final s‟ha

de multiplicar per dos ja que hem construït dos màquines.


~ 49 ~

10. Conclusions

Al començar aquest treball ens vam proposar el disseny, la construcció i la

programació d‟un robot bípede. Després vam fer un llistat d‟objectius dels quals

no els hem pogut realitzar tots. Els objectius que hem aconseguit realitzar han

sigut que el robot sigui capaç de caminar, quedar-se en equilibri i programar

correctament el sensor perquè quan trobi un obstacle el robot s‟aturi i mogui el

cap.

Un dels objectius principals que volíem assolir és que el robot xutes una pilota,

però per la dificultat en la programació no l‟hem arribat a aconseguir.

Al principi del treball també vam pensar en una part d‟ampliació la qual

consistia a comunicar els dos robots a partir d‟una placa de radiofreqüència. En

la pràctica ens vam trobar un problema, el qual va ser que nosaltres havíem de

muntar cada component a la placa i això ens portava molt de temps i, per tant,

no ho hem pogut fer. Tot i que no hem pogut realitzar aquesta part, pensem

que pot ser un futur treball de recerca.

Vam començar amb aquest treball de recerca el Maig de 2010, realitzant primer

de tot una proposta de treball amb unes qüestions, uns objectius i la planificació

de cada mes. Una vegada acabada la proposta i entregada al tutor, ell ens va

ensenyar un prototip del nostre futur robot i una plantilla de cada peça que

nosaltres vam haver de construir.

Al principi era una cosa diferent i divertida per nosaltres. Però al haver de

construir dos robots eren moltes les peces que havíem de serrar, foradar i

doblar. La feina se‟ns va duplicar i el temps se‟ns va tirar a sobre, cosa que

també ha influït en que no haguem pogut realitzar tots els objectius desitjats.

Un cop acabats els robots vam pensar que la feina més dura ja s‟havia acabat,

però estàvem equivocades. Encara quedava tota la part de programació i

acabar d‟escriure el treball. La part de programació ens pensàvem en un

principi que seria fàcil, ja que a quart d‟ESO ho vam estar treballant, però ja

vam veure que no era el mateix. Aquesta programació era molt més complexa i


~ 50 ~

cal dir que a causa d‟això, també ens hem enrederit en el treball i han quedat

objectius penjats.

A part de les dificultats esmentades anteriorment com les de programació, ens

vam trobar amb altres en la part pràctica. Al començament de la construcció

vam tenir alguns problemes, ja que en varies ocasions vam haver de repetir

peces o forats ja que no eren molt precisos però un cop vam agafar pràctica no

vam tenir cap problema. També ens vam trobar que en moltes ocasions els

cables que connectaven l‟interruptor amb la placa de control es separaven ja

que no estava soldat correctament. Aquestes petites coses ens feien perdre

temps, cosa que ens ha condicionat alhora de complir tots els objectius.

En tots aquest mesos que hem estat treballant hem après diferents coses,

moltes d‟elles ja constaven en els objectius principals. En la part teòrica hem

après a repartir-nos les tasques i a realitzar una recerca i tria d‟informació per

tal d‟elaborar un bon treball. Pel que fa a la part pràctica, cal dir que hem

agafat pràctica a l‟hora de fer manualitats, és a dir, a manejar els materials d‟un

taller, i sobretot a guanyar paciència, ja que se‟n necessitava molta en el

muntatge del robot. També hem après, gràcies a professors nostres, a

programar robots bípedes, a dissenyar-los i a fer plànols amb programes

especialitzats.

Per nosaltres aquest treball ha suposat un gran esforç, però també ha sigut

divertit i amè ja que és un tema que hem pogut escollir i ens agrada. Al principi

del muntatge del robot ens va resultar bastant fàcil, però a mesura que

avançàvem en la construcció se‟ns va fer pesat ja que era un treball que

requeria molta paciència i precisió.

La nostra sensació final del treball és que totes les hores que li hem dedicat no

han sigut suficients per a complir tots els objectius que al principi veiem que

assoliríem.


~ 51 ~

11. Bibliografia Per realitzar un part del treball hem utilitzat el llibre de tecnologia de primer de

Batxillerat: Tecnologia industrial, editorial McGrawHill.


~ 52 ~

12. Referències La idea del treball va ser extreta de la pàgina de lynxmotion:

www.lynxmotion.com.

La pàgina de PICAXE va ser una de les més visitades, ja que ens era molt útil

per trobar informació i fotografies a part de proporcionar-nos el programa per

realitzar la programació. www.picaxe.com.

Per explicar tots els components electrònics del robot hem utilitzar la pàgina de

www.superrobotica.com.

Per realitzar els aparts de la introducció a la robòtica i la breu història de la

robòtica hem utilitzat la pàgina següent: www.monografias.com.

Tota la informació relacionada amb els tipus de robots la hem extret d‟un blog

anomenat www.informaticafrida.blogspot.com.

La pàgina www.ro-botica.com és l‟única d‟Europa on venen robots educatius i

d‟aquí hem tret la informació de l‟apartat “robòtica educativa”.

http://www.lynxmotion.com/

http://www.picaxe.com/

http://www.superrobotica.com/

http://www.monografias.com/

http://www.informaticafrida.blogspot.com/

http://www.ro-botica.com/


~ 53 ~

Annex 1.

Manual del sensor

SHARP GP2D120


~ 54 ~

El Sharp GP2D120 és un sensor mesurador de distàncies per infrarojos que

indica, mitjançant una sortida analògica la distància mesurada. Aquest sensor,

és una versió modificada del sensor GP2D12, pel que elèctricament és igual i

l‟únic que varia es el rang del treball, gràcies al funcionament d‟una lent

especial. La tensió de sortida varia de forma contínua i el seu valor s‟actualitza

cada 32 milisegons aproximadament. Normalment es connecta aquesta sortida

a l‟entrada d‟un conversor analògic digital el qual converteix la distància en un

número que pot ser utilitzat pel microprocessador. La sortida també es pot

utilitzar directament a un circuit analògic. S‟ha de tenir en compte que la sortida

no és lineal. El sensor només utilitza una línia de sortida per comunicar-se amb

el processador principal. Els sensor es lliura amb un connector de 3 pins.

Tensió de funcionament: 5V

Temperatura de funcionament: -10 a 60ºC

Consum mitjà: 35mA

Marge de mesura: 4 cm a 30 cm

Il·lustració 33. Sensor SHARP GP2D120.

Il·lustració 32. Connector del sensor.


~ 55 ~

GP2D120

Característiques

- Petita influència sobre el color dels

objectes reflexius, reflectivitat.

- Alineació de la distància de

sortida/distància del tipus de sentència

- Tipus de distància de sortida (senyal

analògic): GP2D120

- Detecció de distància: de 40 a 30 cm

- Circuit de control extern innecessari.

Descripció

El GP2D120 és un sensor de mesura de distància amb el processament de

senyals integrat i sortida de tensió analògica.

Il·lustració 34. Pinout.

Il·lustració 35. Diagrama de blocs interns.


~ 56 ~

Dimensions d’esquema

Aplicacions

1. TVs

2. Ordinadors personals

3. Fotocopiadores

Il·lustració 36: Dimensions del sensor.


~ 57 ~

Absoluta de les limitacions maxims

(Ta=25ºC, Vcc=5V)

Paràmetre Símbol Classificació Unitat

Tensió d‟alimentació Vcc -0.3 a +7 V

Sortida de tensió en els terminals Vo -0.3 a Vcc +0.3 V

Temperatura de funcionament Topr -10 a +60 ºC

Temperatura d‟emmagatzematge Tstg -40 a +70 ºC

Recomanació de les condicions de funcionament

Paràmetre Símbol Classificació Unitat

Tensió de subministrament Vcc 4.5 a +5.5 v

Característiques electroòptiques

Paràmetres Símbol Condicions MIN. TYP. MAX. Unitat

Rang de mesura

de distància

ΔL 4 - 30 Cm

Sortida de tensió

en els terminals

Vo L=30cm 0.25 0.4 0.55 V

Diferència de

voltatge de sortida

ΔVo Canvi de

sortida de

L=30cm a 4cm

1.95 2.25 2.55 V

Mitjana de la

dissipació del

corrent

Icc L=30cm - 33 50 mA


~ 58 ~

Il·lustració 37: Taula de temps.

Il·lustració 38 Tensió de sortida analògica vs. Superfície d’il·luminació de l’objecte reflectant.

Il·lustració 39: Tensió de sortida analògica vs. Distància a l’objecte de reflexió.

Il·lustració 40: Tensió de sortida analògica vs. Temperatura ambient.

Il·lustració 41: Tensió de sortida analògica vs. Distància de detecció.


~ 59 ~

AVÍS

Els exemples d'aplicació del circuit en aquesta publicació es proporcionen

per explicar les aplicacions representant els dispositius de SHARP i no

pretén garantir cap disseny de circuits o llicència dels drets de propietat

intel·lectual. SHARP no assumeix cap responsabilitat per qualsevol problema

relacionat amb qualsevol dret de propietat intel·lectual d'un tercer que resulti

forma l'ús dels dispositius de SHARP.

Poseu-vos en contacte amb SHARP per obtenir els fulls d'especificacions

dels dispositius més recents abans d'usar qualsevol dispositiu SHARP.

SHARP es reserva el dret de fer canvis en les especificacions,

característiques, dades, materials, estructura i contingut descrit en qualsevol

moment sense previ avís per tal de millorar el disseny o la fiabilitat. Els llocs

de fabricació estan subjectes a canvis sense previ avís.

Observeu els següents punts en utilitzar qualsevol dispositiu en aquesta

publicació. SHARP no assumeix cap responsabilitat pels danys causats per

un ús inadequat dels productes que no compleixen amb les condicions i

qualificacions màximes absolutes per a ser utilitzat s'especifica en el full

d'especificacions pertinents, ni complir les condicions següents:

i. Els dispositius en aquesta publicació han estat dissenyats per al seu ús

en general dels dissenys d'equips electrònics, com ara:

- Ordinadors personals.

- Oficina d‟equips d‟automatització.

- Equips de Telecomunicacions [terminal].

- Assajos i equips de mesurament.

- Control industrial.

- Equips audiovisuals.

- Electrònica de consum.


~ 60 ~

ii. Mesures com ara la funció de seguretat i disseny redundant s'han de

prendre per garantir la fiabilitat i seguretat en els dispositius de SHARP

s'utilitzen per o en connexió amb l'equip que requereix una major

fiabilitat, com ara:

- Transport de control i seguretat.

- Senyals de trànsit.

- Interruptors de gas amb sensor de fuga.

- Equip d‟alarma.

- Dispositius de seguretat, etc.

iii. Els dispositius de SHARP no s'utilitzaran per o en connexió amb l'equip

que requereix un nivell extremadament alt de fiabilitat i de seguretat,

com:

- Aplicacions espacials.

- Equips de telecomunicació [línies interurbanes].

- Energia nuclear de control de l'equip.

- Equip mèdic i altres de suport vital

Poseu-vos en contacte amb un representant de SHARP quan la intenció

d'utilitzar dispositius de SHARP per qualsevol aplicació "específica" que no

sigui la recomanada per SHARP.

Si els dispositius SHARP esmentats en aquesta publicació cauen en

l‟amplitud dels productes estratègics que es descriuen a la Borsa de

Relacions Exteriors i Comerç Exterior de Control de Llei del Japó, és

necessari obtenir l'aprovació per exportar aquests dispositius SHARP.

Aquesta publicació és de propietat dels productes SHARP i té copyright, amb

tots els drets reservats. Sota les lleis de drets d'autor, cap part d'aquesta

publicació pot ser reproduïda o transmesa en qualsevol forma o per

qualsevol mitjà, electrònic o mecànic, per a qualsevol propòsit sense el

permís exprés i per escrit de Sharp. L‟autorització expressa per escrit és

requerida abans de qualsevol utilització d'aquesta publicació, que pot ser

feta per un tercer.


~ 61 ~

Si hi ha alguna pregunta sobre el contingut d'aquesta sol·licitud poden

contactar i consultar amb el representant de SHARP.


~ 62 ~

Annex 2.

SD21 - 21 Channel

Servo Driver

Module


~ 63 ~

SD21 - 21 Channel Servo Driver Module

Especificacions tècniques

El SD21 és un canal de 21 servo mòdul controlador. S'elevarà al 21 de servo

RC i mantindrà una taxa de refresc de 20ms, independentment del nombre de

servo o les seves posicions (ample de pols). Es controlarà la posició i velocitat

dels servos. És controlat mitjançant l'enviament de comandes a l'PIC18F2220 a

bord a través del bus I2C. Hi ha 3 connectors I2C en el tauler, un dels quals es

poden utilitzar per connectar amb el controlador. D'altra banda, molts

controladors, com el Picaxe, BS2p, Atom, etc BX-24 poden ser instal·lats

directament en el mòdul, de manera que sigui un gran controlador

animatronics.

Nombre de Servos - 21

Freqüència d'actualització - 20mS en totes les condicions

Interfície de control - I2C

Controls opcionals - Picaxe 18x, BS2p Atom, o BX 24 es pot muntar

Controls de posició - Directament programat en uS

Control de velocitat - del màxim, a 20 segons per a la rotació completa

Servo Power - terminals independents per al voltatge de la seva elecció

Terminals lògiques de poder - per separat o de la prestació del servo quan la

bateria 7.2v s'utilitza.

Expansió - 3 x I2C connectors


~ 64 ~

Potència

Hi ha dues formes de poder de la SD21. La primera consisteix a utilitzar una

font de 5V per a la secció de processador i una font independent 6v-7.2v per

als servos. Aquest és el mètode recomanat, i el bloc de terminals de 4 vies

permet aquesta opció. Els motius lògica i servo estan connectats internament al

PCB. No tothom vol utilitzar dues bateries, de manera que han permès l'ús d'un

sola (en general 7.2v) bateria per alimentar els servos i el mòdul. Per fer això,

poseu un enllaç a la capçalera de dos pins sota el bloc de terminals. Aquest

poder envia el servo a un regulador de baixa caiguda de 5v que alimenta la

lògica. Les connexions s'han de fer als terminals del servo en el bloc de

terminals - no a les de la lògica. La SD21 supervisa el voltatge de la bateria del

servo, que està disponible per a la lectura d'un registre intern.

Il·lustració 42: Connexions de la SD21.


~ 65 ~

Servo

Els servos es connecten directament a la SD21, amb el pin de terra (cable

negre en un servo Hitec) més propera a l'exterior de la PCB.

Picaxe controlador

Un connector de 18 pins a la SD21 acceptarà el PICAXE-18X. Les sortides 1 i 4

s'utilitzen per l‟I2C (són el port de maquinari I2C al PIC) i la resta d'entrades i

sortides estan disponibles a la capçalera de 16 pins. El Picaxe està equipat

amb el pin 1 més proper a l'exterior del mòdul i lluny dels connectors dels

servos.

Il·lustració 43: Connexió del servo.

Il·lustració 44: Entrades i sortides.


~ 66 ~

PICAXE

La SP21 té un connector de descàrrega no estàndard. El diagrama mostra com

connectar un endoll estàndard de descàrrega PICAXE als pins de programació.

Servo processador

El cor de la SD21 és un xip PIC18F2220 preprogramat. S'hi accedeix a través

del bus I2C a la direcció 0xC2 ($ C2) per una de les opcions del controlador

anterior, instal·lat al mòdul, o des d'un controlador extern connectat a un dels

connectors I2C. Hi ha tres registres interns associats amb cada un dels 21

servos. El byte de velocitat i baix / byte alt de la posició.

Il·lustració 45: SD21 programa de connexió.


~ 67 ~

Servo de posició

La posició (byte baix / byte alt) és un número de 16 bits que directament

estableix l'ample de pols de sortida als uS. Ajust de la posició de 1500 (1500uS

o 1,5 ms) de fixar la majoria de servos a la seva posició central. El rang

d'amples de pols que es recolza normalment són de 1000uS (1ms) a 2000uS

(2ms). Normalment és possible anar més enllà d'aquests límits. En un servo

Hitec HS311, podem establir la posició 800-2200 per donar una bona gamma

àmplia de moviments. Aneu amb compte encara que, com és fàcil fer la carrera

del servo en el seu interior es deté si li dones ample de pols en els extrems

superior i inferior. Els registres també es poden llegir de nou. La posició serà la

posició actual del servo durant un moviment de control de velocitat, perquè

pugui controlar el seu progrés cap a la posició desitjada.

Servo de velocitat

El registre de velocitat controla la velocitat a la qual es mou el servo a la seva

nova posició. Els polsos del servo s'actualitzen automàticament cada 20 ms. Si

el registre de velocitat és zero (0x00) llavors el servo és simplement en la

posició requerida. En encendre els registres de velocitat s'estableix en zero per

donar a tota velocitat, almenys que sigui necessari per frenar els registres de

velocitat que pot ser ignorada. Si el registre de velocitat s'estableix en una cosa

diferent de zero, llavors aquest valor s'afegeix a la posició actual de cada 20ms

fins que assoleix posició desitjada. Si voleu moure des de 1000 fins 2000 i el

registre de velocitat s'estableix en 10, llavors es pren 2 segons per arribar a la

posició normal. La fórmula per al temps que prendrà per fer el moviment és:

((posició del blanc la posició d'inici) / Velocitat Reg)*20ms

Aquí tenim alguns exemples:


~ 68 ~

Més registres!

Els servos poden ser totalment controlats pels registres anteriors, però per

facilitar les coses per als controladors de baixos recursos, com el Picaxe, hi ha

un altre conjunt de registres (63-83 inclosos). Aquests poden establir la posició

en escriure un sol byte en lloc de doble byte. Aquests no són registres

implantats físicament, de manera que no es pot llegir de nou. En escriure-hi, el

processador es multiplica el nombre escrit per 6 i afegeix una compensació de

732 i emmagatzema el resultat en els registres reals de 16 bits descrits

anteriorment. Això li dóna un rang de 732 (0*6+732) a 2268 (256*6732) en 6uS

passos. Aquest conjunt de registres es diu el conjunt base. La fórmula és:

Base Reg*6732uS

Tot i que no es poden llegir de nou, les dades s'emmagatzemen internament, i

s'utilitza amb dos conjunts de registres. Aquests són positius (84-104) i

negatius (105-125). En escriure a l'adreça de desplaçament positiu el

processador l‟afegeix a la posició de base, es multiplica per 6 i afegeix 732. Es

realitza una funció similar per als desplaçaments negatius. Les fórmules són:

(BaseReg + PosReg)*6+732

(BaseReg – NegReg)*6+732

Posició inicial Posició de destinació Velocitat Reg Temps per moure

2000 1000 10 2000mS(2Sec)

1000 2000 10 2000mS(2Sec)

1000 2000 1 20000mS(20Sec)

1000 200 100 200mS(0.2Sec)

1234 1987 69 220mS(0.22Sec)


~ 69 ~

Servo Base Reg Pos Offset Reg Neg Offset Reg

1 63 84 105

2 64 85 106

3 65 86 107

4 66 87 108

5 67 88 109

6 68 89 110

7 69 90 111

8 70 91 112

9 71 92 113

10 72 93 114

11 73 94 115

12 74 95 116

13 75 96 117

14 76 97 118

15 77 98 119

16 78 99 120

17 79 100 121

18 80 101 122

19 81 102 123

20 82 102 124

21 83 104 125


~ 70 ~

Resum del Registre

Per al control de precisió dels servos es troba el registre real de 16 bits que

estableix la posició del servo directament en uS. Per als controladors de baixos

recursos el servo pot ser controlat pels valors de 8 bits. Els registres de

desplaçament positiu i negatiu dissenyats per robots caminants és molt fàcil

quan les cames es poden moure fàcilment a banda i banda d'una posició

central. Tenim exemples de controlar un robot Lynxmotion EH2 amb un segell

BS2p utilitzant els registres de 16 bits i el PICAXE, fent el mateix amb els 8 bits

de base i els registres de desplaçament.

Revisió del programari

Número de registre 64 és el número de revisió de programari (3 en el moment

d'escriure això).

Voltatge de la bateria

Registre 65 conté el voltatge de la bateria del servo a 39mV unitats fins a un

màxim de 10v. Un voltatge de la bateria de 7.2V a llegir al voltant de 184. 6v a

llegir al voltant de 154. S'actualitza cada 20ms si s‟ha llegit o no.

Direcció

El mòdul SD21 servo es troba en la direcció 0xC2 al bus I2C.


~ 71 ~

Exemple de codi

Això mostra com utilitzar un PICAXE per controlar un servo. Es crea un bucle

simple que envia el servo entre dues posicions utilitzant el conjunt de registres

alternatius.

symbol Servo1 = 63 ' servo 1 base register symbol Servo1p = 84 ' servo 1 positive offset register symbol Servo1n = 105 ' servo 1 negative offset register symbol Base = 128 ' centre position symbol Offset = 50 ' +/- 50 from centre position ProgStart: i2cslave $c2, i2cslow, i2cbyte ' setup i2c port for servo controller writei2c Servo1, (Base) Loop: writei2c Servo1p, (Offset) pause 300 writei2c Servo1n, (Offset) pause 300 goto Loop


~ 72 ~

Annex 3.

Manual Picaxe

secció 1


~ 73 ~

PICAXE-08M/08 Pinout i circuit

Els diagrames dels dispositius de 8 pins són els següents:

Il·lustració 45: Diagrama de PICAXE-08.

El circuit de funcionament dels 8 dispositius pins són els següents:

Il·lustració 46: Funcionament.

Vegi la secció de Serial de Circuit d'aquest manual per obtenir més detalls

sobre el circuit de descàrrega.

Notes:

1) Les resistències 10k/22k han de ser incloses per a un funcionament fiable.

NO deixi la sèrie en el pin flotant, EL PROGRAMA NO FUNCIONA!

2) pin de sortida 0 (leg7) s'utilitza durant la descàrrega del programa, però pot

ser també utilitzada com a sortida de propòsit general, una vegada finalitzada la

descàrrega. En el taules del projecte, un enllaç pont permet que el

microcontrolador es relacioni amb la presa de descàrrega (posició PROG) o a

la sortida (OUT posició). Recordi que ha de col·locar el pont en la posició

correcta quan proves el programa.


~ 74 ~

Si vostè està fent el seu propi PCB pot incloure un enllaç pont similar o petits

interruptors, o pot ser que prefereixi connectar el microcontrolador tant a la

sortida del dispositiu com a la presa del programa al mateix temps. En aquest

cas vostè ha de recordar que el dispositiu de sortida ràpida s'encén i apaga

com la descàrrega (no és un problema amb sortides simples, com els LED,

però pot causar problemes amb altres dispositius tals com a motors).

El circuit de funcionament mínim dels 28 dispositius de pins és la següent:

Il·lustració 47: Circuit de funcionament.

Veure la USB / Serial secció del circuit d'aquest manual per obtenir més detalls

sobre el circuit de descàrrega.

Notes:

1) Les resistències 10k/22k han de ser incloses per a un funcionament fiable.

NO deixi la sèrie en el pin flotant EL PROGRAMA NO FUNCIONA!

2) El pin de reset ha d'estar vinculat amb l'alta resistència de 4K7 per operar.


~ 75 ~

3) Ressonador:

28X2 (opcional) 4(16), 8(32), 10(40) or 16(64) MHz

28X2-5V (opcional) 4(16), 8(32) or 10(40) MHz

28X2-3V (opcional) 4(16), 8(32), 10(40) or 16(64) MHz

28X1 (opcional) 16MHz

28X 4, 8 or 16MHz

28 / 28A 4MHz

El 28x1 i 28X2 té un ressonador intern (4 o 8 MHz) i per a exteriors el

ressonador és opcional. Per 28A i 28X és obligatori. El 28X2 té un circuit 4xPLL

interior. Això multiplica la velocitat externa per 4. Per tant un ressonador 8*MHz

extern dóna un funcionament intern real d‟una freqüència de 4x8*MHz =

32MHz.

NOTA IMPORTANT - Aquest manual descriu l'ús de la gamma estàndard (3-

5V). Les parts X2 també estan disponibles en baixa potència especial (1.8V a

3.3V) variants.


~ 76 ~

PICAXE-28X2 Mòdul (AXE200/AXE201)

El mòdul de 28X2 és un circuit complet PICAXE en 28 pins (0.6 "d'ample) DIL.

El mòdul està dissenyat per ser col·locat en IC estil d'un "passador de tornada"

sòcol en la placa final del projecte d'usuari (per exemple, pren part ICH028W).

Notes:

El mòdul és lliura en un sòcol de 28 pins del portador. És molt recomanable que

el mòdul es deixi en aquesta presa a cada moment - és a dir, utilitzar una presa

per separat en el projecte de la targeta.


~ 77 ~

AXE201/AXE200

El AXE201 i AXE200 són físicament idèntics, a part de l'encenall i ressonador:

AXE201 AXE200

- PICAXE-28X2 - PICAXE-28X2-5V

- 16MHz (=64MHz) - 8MHZ

Potència

Es pot alimentar a les 7-12V DC a través de 28 pins. Està regulada a bord a

través d'un 5V 500dt. baixa caiguda de regulador. La sortida de 5V està

disponible en el pin 25. Alternativament una font de 4.5V o 5V es pot connectar

directament a la clavilla 25, deixant patilles 28 sense connectar.

Interruptor de reposició

Hi ha un interruptor de reajustament a bord (amb 4k7 llevant inclòs a bord). El

mòdul també es pot restablir mitjançant la connexió del pin de reset (pin 26) a

0V.

Descàrregues

Descarrega pot realitzar-se a través de la presa de bord (AXE027 USB o sèrie

AXE026 descàrrega per cable) o a través de la sèrie *n / Fos de Sèrie agulles.

LED El pin de LED (pin 3) es connecta a una resistència LED/330R a bord que

a continuació es connecta a 0V. Si deixa sense connectar el LED no funciona, i

per tant no actua (de vegades desitjable en els sistemes basats en la bateria).

Per utilitzar el LED com a indicador d'alimentació només ha de connectar el pin

del LED (pin 3) a 5V (pin 25). Alternativament el pin del LED pot ser connectat

a un pin de sortida i per tant controlat per alt/comandos de baix al programa

d'usuari.

PICAXE-14M2/18M2/20M2 SFR

pinsB - els pins d'entrada PORTB

outpinsB - els pins de sortida PORTB

dirsB - l'adreça de les dades de registre PORTB

pinsC - els pins d'entrada PORTC

outpinsC - els pins de sortida PORTC


~ 78 ~

dirsC - l'adreça de les dades de registre PORTC

BPTR - el punter del bloc de notes de bytes

@BPTR - el valor bloc de notes byte apuntat per ptr

@bptrinc - el valor bloc de notes byte apuntat per ptr

@bptrdec - el valor bloc de notes byte apuntat per ptr

temps - l'hora actual

tasca - la tasca actual

Quan s‟utilitza a l‟esquerra l‟assignació pins s‟aplica als perns de la sortida, per

exemple:

let outpinsB = %11000000

Quan s‟utilitza a la dreta l‟assignació pins s‟aplica als pins d‟entrada, per

exemple:

let b1 = pinsB

La variable pinsX és divideix en les variables de bit individuals per a la lectura

d‟entrades individuals amb If...then. Només pins d‟entrada són vàlids, per

exemple:

pinsB = pinB.7 : pinB.6 : pinB.5 : pinB.4 : pinB.3: pinB.2 : pinB.1 : pinB.0

La variable outpinX és divideix en les variables de bit individual per l‟escriptura

directa. Pins de sortida només són vàlids a aplicacions com per exemple:

outpinsB = outpinB.7 : outpinB.6 : outpinB.5 : outpinB.4 : outpinB.3: outpinB.2: outpinB.1: outpinB.0

La variable dirsX és divideix en les variables de bit individual per l‟establiment

de les entrades/sortides directament, per exemple:

dirsB = dirB.7 : dirB.6 : dirB.5 : dirB.4 : dirB.3: dirB.2: dirB.1: dirB.0

disseny i construcció d'un robot bípede

Documents