maquinas inteligentes · 2018-09-27 · internamente, por lo que no vienen como un dispositivo...
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Maquinas Inteligentes
Esta unidad introduce a los estudiantes al uso de sensores VEX IQ. Esto sensores permiten un
control autónomo e híbrido (autónomo y controlado a distancia) para robots VEX IQ y otras
creaciones. Los sensores VEX IQ se conectan a un robot o mecanismo de forma rápida y son fáciles
de programar para ayudar a medir tiempo, distancia de posición, rotación, percibir tacto, proveer
retroalimentación, permitir interacción humana a robot, y mucho más.
Términos claves
Un Sensor es un dispositivo que detecta y responde a algún tipo de entrada del ambiente físico.
Los sensores VEX IQ pueden detectar luz, colores, objetos, movimiento y más.
Programar es el proceso de proveer a una computadora u otra máquina, con instrucciones
codificadas para la actuación automática de una tarea en particular.
Ondas de sonido ultrasónicas son sonidos de frecuencia muy alta que los humanos no escuchan.
El Sensor de Distancia VEX IQ envía ondas de ultrasonido que rebotan si algo esta en su camino,
midiendo la distancia por la cantidad de tiempo que tarda en regresar.
Un Giroscopio (o Gyro) es un sensor que detecta y mide la rotación o giro de un objeto.
Los Grados de Rotación describen que tan lejos un objeto, como un robot, ha girado. Un objeto
que gira completamente alrededor de su posición inicial original ha girado 360 grados. Los
sensores VEX IQ pueden medir Grados de Rotación, permitiendo un control preciso.
Un Encoder percibe movimiento mecánico y convierte la información (velocidad, posición,
aceleración) en datos útiles. Los Smart Motors de VEX IQ tienen Encoders internos.
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Sensor Bumper Switch
El sensor Bumper Switch es el sensor mas sencillo de ocupar y
programar, ya que su función es percibir si está presionado o no.
Se utiliza para detectar si el robot choca con una pared, si un brazo
o mecanismo ha llegado a un límite de movimiento, o si una garra
esta presionando un objeto.
Si se utilizan varios sensores Bumper Switch, también se puede
detectar por cual lado el robot está chocando con una pared,
definir los 2 limites de movimiento de un brazo.
El sensor solo entrega 2 valores:
Presionado = 1 – True Suelto = 0 – False
Sensor de distancia Ultrasónico
El sensor de distancia ultrasónico permite medir la distancia
de un objeto.
Este sensor utiliza ondas ultrasónicas para medir distancia,
calculando la distancia recorrida del sonido sobre el tiempo
que tarda en ir y volver. Este sensor entrega la distancia
obtenida en milímetros.
Los rangos de funcionamiento optimo son de 50 mm a 300
mm de distancia, fuera de este rango, puede que el sensor
no sea capaz de calcular con precisión la distancia.
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Sensor de Luz
El Sensor de Luz tiene 2 funciones: Detectar luz de ambiente
(escala de grises) y Detectar colores (colores simples
predeterminados, escala HUE, escala RGB de 256 niveles cada
uno). Utiliza un haz de luz y un sensor de luz para detectar las
diferentes tonalidades de una superficie.
La luz del ambiente puede perjudicar el correcto
funcionamiento del sensor, por lo que se recomienda que
siempre se cubra el sensor de cualquier luz externa para que
sus lecturas sean lo más fieles posibles. Internamente incluye
una luz LED blanca para ayudar a la lectura del sensor, para que no necesite de la luz ambiental
para percibir luz/color.
El sensor de color es capaz de detectar 12 colores que están categorizados de fábrica, pero la
experiencia determina que la mejor forma de trabajar en robótica y programación es con números
y datos cuantificables.
Para cuantificar colores y luces, o convertir lo que el sensor de luz detecta en números, existen 3
métodos que se pueden utilizar según la aplicación: Escala de grises (para variaciones de luces),
Escala HUE y Escala RGB (para colores).
Sensor de Luz: Escala de grises
Escala de grises
Para trabajar con escala de grises, lo mejor es intentar detectar el funcionamiento mediante
ensayo y error, para saber cuáles son los valores correspondientes según el software de
programación. En RobotC, los valores varían de 0 a 400, siendo un valor mayor para tonos claros, y
menor para tonos oscuros. Este sensor se puede utilizar para hacer un seguidor o detector de
líneas sobre una superficie, entre otras aplicaciones. Para esta función, el sensor utiliza un sensor
infrarrojo y poca luz ambiental, por lo que hay que asegurar que el sensor este bien cubierto de
cualquier luz externa.
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Sensor de Colores: Escala HUE
La escala HUE es una escala que cuantifica todos los colores en valores de 0 a 360 grados,
siguiendo la forma de un circulo. Como se puede apreciar en la imagen, el primer y ultimo color es
el rojo, y cada 60 grados hay un color diferente, esta escala utiliza estos 6 colores para representar
todas las tonalidades posibles.
Esta es la escala más común para cuantificar colores ya que representa en un número que color es
la superficie de lectura.
La escala HUE en VEX IQ funciona de 0 a 255, en la imagen se especifica la escala para cada color
Sensor de Colores: Escala RGB
La Escala RGB no es una, si no 3 escalas para
convertir colores en números. El sensor en escala
RGB separa el color que detecta en 3: Rojo, Verde y
Azul; y utiliza una escala de 0 a 255 para
representar cada color:
• Escala R: 0 = Negro – 255 = Rojo
• Escala G: 0 = Negro – 255 = Verde
• Escala B: 0 = Negro – 255 = Azul
Para evaluar un color con esta escala, es necesario saber el
valor en las 3 escalas diferentes, por lo que hay que utilizar
3 funciones para obtener valores, mediante una
combinación de estos 3 valores, el robot es capaz de
identificar con gran precisión que color es la superficie en
cuestión.
Utilizando esta escala, el sensor es capaz de percibir:
¡¡¡16.777.216 colores diferentes!!!
Escala HUE
Escala RGB individual
Combinaciones de colores en escala
RGB
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Sensor Touch Led
El sensor Touch Led es un sensor de tacto con un LED RGB
incorporado, por lo que se puede utilizar como sensor de toques más
una baliza de señales.
El sensor de tacto funciona exactamente igual que el sensor Bumper,
con la diferencia que solo percibe el tacto humano.
La luz RGB se puede configurar mediante Escala HUE o escala RGB
Giroscopio
El giroscopio es un sensor que detecta la posición de giro de un
robot o un mecanismo. Este sensor puede representar la posición en
grados. Para calcular la posición, utiliza la posición que tenía el
sensor, robot o mecanismo antes de girar como referencia.
Cuando se utiliza este sensor para mover el robot, lo que hace uno
es indicar la posición a la cual el robot o mecanismo debe moverse,
no la cantidad de grados que debe moverse.
Para entender cómo funciona este sensor, si se considera
que el robot empieza en esta posición (con la flecha
indicando el frente del robot), esta sería su posición en 0°
(grados).
Cuando hay que hacer que el robot gire a una posición, hay
que tener en cuenta la dirección que debe girar, como
indica este esquema, si el robot quiere girar a un ángulo
mayor que su posición actual, debe girar en contra las
agujas del reloj, por el contrario, si quiere girar a un ángulo
menor que su posición actual, debe girar a favor de las
agujas del reloj.
Posición inicial 0°
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Considerando lo dicho anteriormente, si se quiere que el
robot gire hacia la posición 90° (grados), el robot deberá
girar en sentido contrario a las agujas del reloj hasta que el
giroscopio llegue a la posición 90°.
Ahora, si se quiere que el robot gire hasta 45° desde su
posición actual, el robot deberá girar en sentido a las agujas
del reloj, hasta que el giroscopio detecte los 45°
Hay que tener en cuenta siempre que el giroscopio trabaja utilizando como referencia la posición
que tenía cuando empezó a funcionar. Si se presentan fallas de lectura, siempre se puede reiniciar
el giroscopio, pero el reinicio cambiará la posición inicial de referencia.
Posición final 90°
Posición final 45°
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Por ejemplo, si el robot inicia en una posición 0°, luego el robot gira a los
135° y se reinicia el giroscopio, esta posición será la nueva posición 0°
Robot en posición inicial 0° (izquierda), avanza a la posición de 135° (centro), y luego se reinicia el
giroscopio, adoptando su actual posición como posición inicial (derecha).
Encoder
El Encoder es un sensor que mide la posición angular de un eje, tiene un
funcionamiento idéntico al giroscopio, con la diferencia que el encoder
solo funciona para un eje girando en su centro y no para una superficie.
En VEX IQ, los encoders están anadidos a los Smart Motors
internamente, por lo que no vienen como un dispositivo aparte.
El encoder de un Smart motor mide la posición angular del eje del
motor, expresada en grados. Con este sensor, se puede averiguar
cuando ha avanzado un robot desde su posición inicial, la altura de un
mecanismo de elevación, la velocidad de un lanzador, entre otras cosas.
Para calcular la ubicación, utiliza como referencia la posición inicial desde que empezó a funcionar
(similar al giroscopio).
Por ejemplo: Sabiendo que las ruedas de un VEX IQ Clawbot avanzan 20 cm por vuelta. ¿Cuántos
grados de rotación tiene que dar la rueda para avanzar 300 cm?
Nota: Una vuelta completa equivalen a 360° de rotación
Primero, hay que saber la relación de grados de rotación por distancia de movimiento, y que con
360° de rotación el robot avanza 20 cm:
360° = 20𝑐𝑚 →360°
20𝑐𝑚=
18°
𝑐𝑚
Se puede deducir que con 18° de rotación el robot avanza 1 centímetro. Entonces, para saber
cuantos grados debe avanzar para llegar a 300 cm
18°
𝑐𝑚∗ 300 𝑐𝑚 = 5400°
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Entonces, cuando el encoder detecte 5400° (o 15 vueltas de rueda) de
rotación, el robot habrá avanzado 300 cm.
Posición inicial 0 cm
Posición final 300 cm
Segundo ejemplo: De la posición actual del robot, se desea retroceder 100 cm.
Para lograrlo, hay 2 formar de hacerlo, pero se explicará la mas sencilla para evitar confusión.
Desde su posición actual, se reiniciará el encoder para que empiece la lectura nuevamente desde
cero.
Posición actual 300 cm
Reinicio del encoder, adoptando su posición actual como inicial.
Luego, se calcula cuantos grados de rotación equivalen a 100 cm:
18°
𝑐𝑚∗ 100𝑐𝑚 = 1800°
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Ahora, como el robot va a retroceder 1800° (100 cm), la lectura del encoder
será negativa. Por lo que retrocederá hasta que el encoder llegue a -1800° (-100 cm).
Posición inicial actual
Posición final (-100 cm)
Y así es como se puede lograr un movimiento lineal preciso utilizando encoder.
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VEX IQ Brain
El cerebro del robot es el elemento principal de todo robot VEX IQ. Cuenta con 12 puertos de
entrada y salida, los cuales pueden utilizarse para leer sensores o controlar motores.
En el costado izquierdo (siguiendo la orientación de la imagen) hay un puerto micro-USB, en el
cual se conecta el computador para programar el robot, y un puerto Ethernet el cual se conecta al
Joystick para parear y calibrar el control.
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En el lado derecho, hay un puerto para colocar el modulo de
radiofrecuencia, estos pueden variar de 900 MHz, 2.4 GHz y Smart Radio. Nosotros tenemos un
módulo de 900 Mhz. Puede que tu tengas uno diferente, de cualquier forma, la funcionalidad no
va a cambiar.
En esta sección, mostraremos todas las configuraciones y opciones que existen en el cerebro, para
que puedas ir al paso, te recomendamos tener todos los sensores, un motor y un joystick
conectado al cerebro, como se muestra en la imagen:
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Físicamente, los sensores están conectados de la siguiente forma
Puerto 1: Sensor de Color
Puerto 2: Touch Led
Puerto 3: Giroscopio
Puerto 4: Sensor de distancia Ultrasónico
Puerto 5: Bumper
Puerto 6: Motor
Puerto Tether: Joystick
Encender el Brain
Para encender el Brain, hay que oprimir el botón check
una vez.
Cuando encendemos el robot, aparecerá
inmediatamente en este menú, este menú es el Menú
Principal, que es de donde se acceden a todas las
configuraciones y opciones del robot.
Los botones de flecha al costado izquierdo son para mover el indicador en el menú para acceder a
las diferentes opciones de los menús
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El botón check es para:
• Acceder a los diferentes menús
• Hacer funcionar una programación dentro de la memoria
El botón cruz es para:
• Salir de los menús
• Volver al menú anterior
• Parar una programación
• Ingresar a las configuraciones del cerebro desde el menú principal
Configuraciones
Empezaremos primero con la configuración del sistema del robot. Para acceder, hay que oprimir el
botón cruz en el menú principal una vez. Luego utilizaremos los botones flechas para movernos en
el menú.
El primer menú es System Info, este menú contiene la
información del sistema del cerebro y del joystick
Para acceder a él, basta con oprimir el botón check
La primera ventana indica el estado del cerebro
• Versión del Firmware
• Estado de la batería
• ID del cerebro
• Calidad de comunicación de radiofrecuencia
Al oprimir las flechas, podemos ver la información del
Joystick.
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Si el joystick esta conectado al Brain, la pantalla solo
dira “Tether mode”, indicando que el joystick esta
conectado al Brain mediante el cable Tether
Si el Joystick esta desconectado y sincronizado con el
cerebro, la información que entrega será:
• Estado de la batería
• Calidad de comunicación de radiofrecuencia
• Canal de Comunicación
Si oprimimos el botón cruz, volveremos al menú anterior.
La segunda opción en el menú de configuraciones es
Device Info (información de dispositivos), en este menú
se puede ver el estado de los puertos 1 al 12, si tienen
un sensor o motor conectado.
Oprimimos el botón Check para entrar para ver los
dispositivos que tenemos conectados al cerebro.
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El primer puerto (1), tiene conectado el sensor de color. El sensor de Color también es un sensor
de Luz, y detecta el color de una superficie (en modo de colores), la intensidad de la luz sobre una
superficie (escala de grises), y la cercanía del objeto al sensor mediante un índice de 10 bits. Para
cambiar el modo de medición, basta con oprimir el botón check
• La primera línea indica el Nombre del sensor.
• La segunda línea indica el modo de funcionamiento
del sensor de color. Puede cambiar de 3 colores, 12
colores y Escala de Grises
• La tercera línea es el color que está detectando en
este minuto, como no está detectando ningún color
valido, devuelve un valor igual a NONE
• La cuarta línea indica la distancia a la cual se
encuentra el objeto del sensor. Como no está
detectando ningún objeto, lo considera como “Lejos”
El segundo puerto (2), tiene conectado el sensor Touch Led. El sensor Touch Led contiene un
sensor de tacto que detecta cuando una persona lo presiona con un dedo, también tiene
incorporado un led RGB, el cual puede cambiar de color según el valor que un quiera programarle.
En este menú, para cambiar el color del LED, hay que oprimir el sensor.
• La primera línea indica el Nombre del sensor.
• La segunda línea indica si el sensor está oprimido
(Pressed) o suelto (Released).
• La tercera línea indica si el LED está encendido o
apagado
• La cuarta línea indica el color del LED cuando está
encendido, si está apagado, el color será NONE
El tercer puerto (3) tiene conectado el Giroscopio, el giroscopio es un sensor de giro, por lo qué al
girar el sensor, el valor mostrado cambiará.
• La primera línea indica el Nombre del sensor.
• La segunda línea indica la velocidad angular a la
cual el sensor gira.
• La tercera línea indica la posición a la cual se
encuentra el sensor desde su punto inicial.
• La cuarta línea indica cuantas vueltas completas ha
dado el sensor
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El cuarto puerto (4) tiene conectado el sensor Ultrasónico, el cual detecta la distancia de un objeto
en línea recta.
• La primera línea indica el nombre del sensor
• La segunda línea indica la distancia a la cual se
encuentra el objeto en mm. Si no detecta un objeto
o si se encuentra fuera del rango de detección, dira
“No Object”
El quinto puerto (5) tiene conectado el sensor Bumper, el cual detecta colisiones y si esta
presionado o no.
• La primera línea indica el nombre del sensor
• La segunda línea indica si el Bumper esta
presionado (Pressed) o suelto (Released)
El sexto puerto (6) tiene conectado el Smart Motor, el cual es un motor que incluye un encoder
interno. Con esto podemos saber cuando va avanzando el motor a medida que vamos girando el
eje del motor. Si oprimimos el botón check, el motor empezará a girar, para detenerlo, hay que
oprimir nuevamente el botón check.
• La primera línea indica el nombre del dispositivo
• La segunda línea indica a la velocidad que gira el
eje del motor en RPM.
• La tercera línea indica cuantos grados de rotación
giró el motor.
• La cuarta línea indica cuantas vueltas giró el motor.
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Como en los demás puertos no tenemos nada conectado, si los revisamos solo dirán que están
vacios “empty”.
Nota: Este menú es solo para revisar el funcionamiento correcto de cada dispositivo, no es
programación de los sensores ni nada similar.
Cuando hayamos terminado con la información de dispositivos, oprimimos el botón cruz.
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La siguiente opción en el menú de configuraciones es
Sound (Sonido), esta opción es solamente para
activar o desactivar las alertas por sonido del cerebro.
Para cambiar esta configuración, hay que oprimir el
botón Check
La siguiente opción es Calibrate Controller
(Calibración del control), este menú es para calibrar
el Joystick de VEX IQ y sincronizarlo con el Brain para
que se pueda utilizar de forma inalámbrica. Para esta
configuración, hay que tener el Joystick conectado al
Brain con el cable Tether. Para ingresar, oprimimos el
botón Check
Para calibrar el control, hay que mover cada palanca
del joystick en círculo, hasta que los 4 puntos de
cada círculo estén de color negro.
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Una vez calibrado el control, se oprime un botón del joystick, y luego oprimimos el botón check
para guardar la calibración.
No hay que olvidar que cada cerebro solo puede tener sincronizado un (1) Joystick, por lo que cada
vez que sincronicemos un Joystick nuevo, el antiguo quedará liberado.
Ahora oprimimos el botón cruz para volver al menú de configuraciones.
La siguiente opción es la pantalla de inicio, esta opción nos permite configurar en que menú va a
iniciar el Brain cada vez que lo encendamos. El valor por defecto es Home (Menú principal). Las
otras opciones son Driver, Slot 1, Slot 2, Slot 3, Slot 4.
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La siguiente configuración es para
devolver todas las configuraciones a los valores de fábrica.
Con esta función, el Brain volverá a las configuraciones
iniciales.
La última configuración es para borrar todas las
programaciones grabadas por el usuario. Con esta
función, se borrarán los códigos que se hayan
descargado en el Brain desde RobotC o ModKit.
Menú principal
La primera opción del menú principal es Driver
Control (Control por conductor), esta opción nos
permite hacer funcionar la programación del
joystick predeterminada.
Una opción ideal para quienes no saber bien cómo
funciona un control mediante joystick
La segunda opción son programaciones de
demostración, las cuales están predeterminadas y
varían según los dispositivos que estén conectados
en el Brain
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La tercera y cuarta opción son
las de programaciones personalizadas por el usuario,
las cuales se descargan con RobotC.
• El espacio 1 es para hacer funcionar los códigos en
modo tele-operado o controlado por conductor
• El espacio 2 es para hacer funcionar los códigos en
modo autónomo o controlado por código.
Para ambos casos, los programas que se muestran son los mismos, la diferencia es que al ingresar
al menú TeleOp el Brain nos exige que haya un control sincronizado y encendido para funcionar,
mientras que en Auto no es necesario.
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Para terminar
Esta ha sido una breve descripción de cada uno de los sensores que existen en VEX IQ y como
funcionan, si bien el énfasis de que utilidades se le pueden dar no es mucho, es muy importante
saber cómo estos componentes se comportan, y así al momento de hacer un sistema de control o
un robot de competencia, todo funcione como nosotros esperamos.