sandria2009 pr nxt j 05e

7/22/2019 Sandria2009 Pr Nxt j 05e

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Taller:

Programacin de

Robots Lego NXT con Java

M.I.A. Julio Csar Sandria [email protected]

RobotSA

Congreso Internacional de Tecnologas de Informacin y Robtica (CITIR09)

12 al 14 de Noviembre de 2009 Boca del Ro, Ver. Mxico

ACM Mexico Chapter


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Programacin de Robots Lego NXT con Java M.I.A. Julio Csar Sandria Reynoso

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Objetivo

Proporcionar al participante los conocimientos

bsicos para programar robots Lego MindstormsNXT usando el lenguaje de programacin Java.

Se construir un robot mvil con los motores y

sensores del paquete NXT y se usarnalgunos mtodos bsicos Java para el NXT.


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Agenda

1. Introduccin

2. Software Java y NXT3. Piezas LEGO

4. Estrategias de construccin

5. Construccin de un robot mvil

6. Programacin del robot mvil

7. Mini-concurso de robtica

8. Otros cursos y talleres


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1. Introduccin

Lego

Lego Mindstorms El NXT

Sensor de contacto Sensor de sonido

Sensor de luz

Sensor ultrasnico

Servo motores

Software Mindstorms NXT


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Lego

Compaa de juguetes que produce

ladrillitos de colores. Es uno de los juguetes ms populares del

platena.


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Lego lnea de tiempo


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Lego Mindstorms

RIS 1.0 (1998), 1.5 (1999), 2.0 (2001)

NXT (2006)


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El NXT

El NXT es el cerebro de los robots MINDSTORMS. Esun bloque LEGO que contiene una computadora-

controlador que permite a los robots MINDSTORMStener vida y realizar diferentes tareas.

Puertos para motores: A, B y C.

Puertos para sensores: 1, 2, 3 y 4.

Puerto USB.

Conexin inalmbrica Bluetooth.

Bocina Botones

Pantalla


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El NXT: Caractersticas tcnicas

Microcontrolador 32-bit ARM7

256 Kbytes FLASH, 64 Kbytes RAM

Microcontrolador 8-bit AVR

4 Kbytes FLASH, 512 Bytes RAM

Comunicacin inalmbrica Bluetooth (Bluetooth Clase IIV2.0)

4 puertos de entrada, cable de 6 hilos

3 puertos de salida, cable de 6 hilos

Pantalla grfica LCD de 100 x 64 pixeles

Bocina - 8 kHz calidad de sonido

Fuente de poder: 6 bateras AA


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Sensor de contacto

El Sensor de Contacto le da al robot el

sentido del tacto. Detecta cuando estsiendo presionado por algo y cuando es

liberado.

Se puede usar el sensor de contacto parahacer que el robot sujete cosas: un brazo

robtico equipado con un

Sensor de Contacto permiteal robot saber si tiene o no

algo en su brazo para sujetar.


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Sensor de sonido

El Sensor de Sonido puede detectardecibeles (dB) y decibeles ajustados (dBA).Un decibel es una medida de presin delsonido.

dBA: en la deteccin de decibelesajustados, la sensibilidad del sensor esadaptada a la sensibilidad del odo humano.

dB: en la deteccin de decibeles estndar(sin ajustar), todos los sonidos sonmedidos con igual sensibilidad.


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Sensor de luz

El Sensor de Luz es uno de los dos

sensores que le dan visin al robot. ElSensor de Luz permite al robot distinguir

entre luz y obscuridad. Puede leer la

intensidad de luz en una habitacin y

medir la intensidad de luz de superficies

coloreadas.Lo que ven nuestros ojos

Lo que ve el sensor de luz

P i d R b t L NXT J M I A J li C S d i R


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Sensor ultrasnico

El Sensor Ultrasnico es uno de los dos

sensores que le dan visin al robot. El SensorUltrasnico permite al robot ver y detectar

objetos. Tambin se puede usar para hacer que

el robot evada obstculos, sense y midadistancia y detecte movimiento.

El Sensor Ultrasnico mide distancia en

centmetros y en pulgadas. Es capazde medir distancias de 0 a 255 cm con

una precisin de +/- 3 cm.



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Sensor ultrasnico

El Sensor Ultrasnico usa el mismo principioque los murcilagos: mide distanciamediante el clculo del tiempo que le toma auna onda de sonido golpear un objeto yregresar (as como el eco).

Los objetos grandes con superficie duraregresan las mejores lecturas. Los objetoshechos de material suave o que son curvos(como una pelota) o son muy delgados opequeos pueden ser difciles de detectarpor el sensor.



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Servo motores

Los tres Servo Motores le dan al robot la

capacidad de moverse. Si se usa el bloque Move

del software LEGO

MINDSTORMS NXT paraprogramar los motores, losdos motores se sincronizarnautomticamente, de modo que el robotse mover en lnea recta.

Programacin de Robots Lego NXT con Ja a M I A J lio Csar Sandria Re noso


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Servo motor: sensor de rotacin

Cada servo motor tiene incorporado un

Sensor de Rotacin. Esto permitecontrolar los movimientos del robot con

mucha precisin. El Sensor de Rotacin

mide rotaciones del motor en grados o

rotaciones completas (con

exactitud de +/- 1).

Programacin de Robots Lego NXT con Java M I A Julio Csar Sandria Reynoso


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Servo motor: sensor de rotacin

Una rotacin es igual a 360, de modo que

si se indica a un motor girar 180, susalida producir medio giro.

El Sensor de Rotacin incorporado encada motor tambin permite establecer

diferentes velocidades para los motores

(estableciendo diferentes parmetros depoder en el software).



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El software LEGO MINDSTORMS NXT

permite programar el NXT desde unacomputadora y cargarle programas via USB o

Bluetooth. El software intuitivo de arrastrar y

soltar para Mac y PC, co-desarrollado porNational Instruments LabVIEW, viene con

instrucciones de armado y guas de

programacin para empezar fcilmente aconstruir y programar robots con el

MINDSTORMS NXT.



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Es fcil empezar a armar y programar

robots con el LEGO MINDSTORMS NXTya que el Software viene con instrucciones

para armar y programar 4 interesantes

modelos que se pueden armar y

programar para que hagan lo uno desea.



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Se empieza seleccionando un modelo de

robot para armar y programar. LEGOrecomienda empezar con el TriBot ya que

es una continuacin del modelo incluido

en la gua de inicio rpido (Quick Start)

incluida en la caja del LEGO

MINDSTORMS NXT.



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Requierimientos para Windows:

Procesador Intel Pentium o compatible, mnimo a 800MHz

Windows XP Professional o Home Edition con ServicePack 2

256MB de RAM mnimo Hasta 300MB de espacio disponible en disco duro

Pantalla XGA (1024x768)

1 puerto USB disponible Lector CD-ROM

Adaptador Bluetooth compatible (opcional)



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Requerimientos para Macintosh:

Procesador PowerPC G3, G4, G5, mnimo a 600 MHz

Apple MacOS X v. 10.3.9 10.4

256MB de RAM mnimo

Hasta 300MB de espacio disponible en disco duro

Pantalla XGA (1024x768)

1 puerto USB disponible

Lector CD-ROM

Adaptador Bluetooth compatible (opcional)*



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El Software LEGO MINDSTORMS NXT es

desarrollado por NI LabVIEW, un software deprogramacin grfica intuitivo usado por

cientficos e ingenieros de todo el mundo para

disear, controlar y probar productos deconsumo y sistemas tales como reproductores

MP3 y DVD, telfonos celulares y sistemas de

seguridad de bolsas de aire en vehculos.Pathfinder de la NASA en Marte.

Xbox de Microsoft.



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2. Software Java y NXT

Java Development Kit

Driver del NXT

Driver USB

leJOS NXJ La Interfaz de Programacin de

Aplicaciones (API) leJOS NXJ



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Java Development Kit

Obtener e instalar Java Development Kit 6

Update 16 o superior (java.sun.com)

http://java.sun.com



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g g y

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Ejecutar Javac y Java

Asegurarse de poder ejecutarjavac.exe y

java.exe desde la lnea de comandos. Para compilar un programa:

C: \ J ava>j avac pr ogr ama. j ava Para ejecutar un programa

C: \ J ava>j ava pr ogr ama

Ejemplo:

Hol a. j ava



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g g y

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Ejemplo Hola.java

Escriba, compile y ejecute el programa:

public class Hola {

public static void main (String[] args) {

System.out.println("Hola mundo");

}

}

Ejercicio:1. Copiar programa en bloc

de notas

2. Guardarlo con nombre

Hola.java

3. Compilarlo4. Ejecutarlo



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g g y

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No se ejecuta javac.exe?

Agregar el trayecto donde se encuentra

javac.exe a la variable de ambientePATH. Para compilar Hola.java:

C: \ J ava>j avac Hol a. j ava Windows NO

encuentra javac.exe

Agregamos carpeta de

binarios a la variable

PATH

Windows SI encuentra

javac.exe y lo ejecuta,

compilando as el

programa Hola.java

Ejecutamos Hola.class



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Driver del NXT

Obtener e instalar el MINDSTORMS NXT

Driver v1.02 o superior.



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leJOS NXJ

leJOS NXJ es un ambiente de

programacin Java para el LegoMindstorms NXT.

leJOS NXJPermite programar

robots Lego NXT

con Java



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Instalacin de leJOS NXJ

Obtener e instalar leJOS NXJ

http://lejos.sourceforge.net



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Cargar firmware al NXT

leJOS NXJ requiere reemplazar el

firmware del NXT El firmware se puede instalar con:

El programa nxjflash en la lnea decomandos, o

El programa grfico nxjflashg

NOTA: Es necesario instalar el firmware leJOS

NXJ en el NXT para correr programas Java



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Compilar y cargar programas

Desde una venta de smbolo de sistema

se compilan y cargan programas al NXT Para compilar un programa:

C: \ J ava>nxj c pr ogr ama. j ava Para cargar un programa al NXT

C: \ J ava>nxj pr ogr ama

Ejemplos:

Hol aNXT. j ava y Pr uebaMot or . j ava



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Ejemplo: HolaNXT.java

import lejos.nxt.*;

public class HolaNXT {

public static void main (String[] args) {

System.out.println("Hola NXT");Button.waitForPress();

}

}

Ejercicio:

1. Copiar programa en bloc de

notas2. Guardarlo con nombre

HolaNXT.java

3. Compilarlo (nxjc)

4. Cargarlo al NXT (nxj)

5. Ejecutarlo en el NXT

Prueba usando nxj r HolaNXT



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Ejemplo: PruebaMotor.javaimport lejos.nxt.*;

/**

* Programacin de Robots Lego NXT con Java (Noviembre-2009)

* @author Julio C. Sandria Reynoso

*/

public class PruebaMotor {

public static void main(String[] args) {

LCD.drawString("PruebaMotor", 0, 0); // Escribir cadena en posicin x, y

Motor.A.forward(); // Avanzar motor A

LCD.drawString("Forward", 1, 1); // Escribir cadenaButton.waitForPress(); // Esperar hasta oprimir un botn

Motor.A.backward();

LCD.drawString("Backward", 1, 2);

Button.waitForPress();

Motor.A.reverseDirection();

LCD.drawString("Forward", 1, 3);


Motor.A.stop();

LCD.drawString("Stop", 1, 4);


}}

Ejercicio:

1. Conectar un motor al

puerto A del NXT2. Copiar programa en bloc

de notas

3. Guardarlo con nombre

PruebaMotor.java

4. Compilarlo (nxjc)5. Cargarlo al NXT (nxj)

6. Ejecutarlo en el NXT



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La API leJOS NXJ

Un robot se mueve dentro de una casa evitando objetos

con el sensor de distancia. Si el sensor no detecta un

objeto, el robot puede an detectar si las ruedas estnatoradas monitoreando un decremento en la velocidad

de rotacin. Si el robot se voltea puede usar un sensor

de inclinacin para identificar el problema. Puede usarsu bocina para emitir voces que digan me ca. Puede

tratar de levantarse l mismo. Tal robot puede estar solo

durante horas, y cuando uno regresa podra an estarexplorando la casa.

Esto es posible con leJOS NXJ. Solo necesitamos saber

dnde encontrar los mtodos en la API.



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La API leJOS NXJ

lejos.nxt



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Paquete lejos.nxt

Las clases y mtodos del paquete lejos.nxt

acceden directamente a las funciones del NXT

Battery

Button

ColorSensor

CompassSensor

I2CSensor

LCDLightSensor

Motor

MotorPort

RCXLightSensor

RCXLink

RCXMotor

RCXMotorMultiplexer

SensorPort

SoundSoundSensor

TiltSensor

TouchSensorUltrasonicSensor



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3. Piezas LEGO

La mayor parte de las piezas del paquete

Lego Mindstorms NXT son partes LegoTechnic.

La lnea de productos Lego Technic esten el mercado desde 1977.

Estas piezas difieren de las piezas

estndar Lego en que se

pueden usar para complejas

mquinas con movimiento.



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Piezas del NXT

Todas las piezas del paquete NXT son de

alta calidad. El proceso de moldeo no dejadefectos y vestigios de plstico.

El paquete NXT contiene 577 piezas, delas cuales 81 son nicas, mientras

que el RIS, traa 141 partes

nicas.



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Piezas del NXT

Beams

Liftarms Pins

Axles

Axle accesories

Tires and wheels

Gears

Cables

otras partes



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4. Estrategias de construccin

(En curso extendido) Patrones de diseo

Las piezas se ensamblan para producir unafuncin especfica.

No hay necesidad de reinventar la rueda.

Muchos patrones de diseo comunes dan

una idea para empezar proyectos propios.

Leyes LEGO Metas ingenieriles

Metas de diseo comunes


5 C t i d b t


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5. Construccin de un robot

mvil Ver manual para armar el robot TaskBot

Algunas piezas son de otro color Reemplazar pgina 16

por diapositivasiguiente

TaskBot



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Rueda loca



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TaskBot con sensor de luz



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6. Programacin del robot mvil

Programas en el NXT

Robot seguidor de lneaRobot peleador de sumo

Programas en la PC (usando Bluetooth encurso extendido)

Robot peleador de sumo a control remoto

Robot futbolista a control remoto



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Programas en el NXT

HolaNXT.java

PruebaMotor.java PruebaMotores.java

SensorLuz.java SensorContacto.java



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POO en el NXT

POO = Programacin Orientada a Objetos

nxbot.java nxbotDemo.java

nxbotContacto.java nxbotContLuz.java

nxbotSigueLinea.java



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Clase nxbotimport lejos.nxt.*;

/**



*/

public class nxbot {

public static void avanza(int ms) throws InterruptedException {

Motor.A.forward();

Motor.C.forward();

Thread.sleep(ms); /* espera ms milisegundos */

}

public static void retrocede(int ms) throws InterruptedException {

Motor.A.backward();

Motor.C.backward();

Thread.sleep(ms);

}

public static void alto() {

Motor.A.stop();

Motor.C.stop();

}

}

Ejercicio:

1. Compilar esta clase.NOTA: no tiene mtodo

main()

2. Agregar mtodos

izquierda yderecha

3. Compilar al terminar deagregar ambos mtodos



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Clase nxbotDemo

import lejos.nxt.*;

/**



*/

public class nxbotDemo extends nxbot {

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

LCD.drawString("nxbot", 0, 0);

avanza(1000);

retrocede(1000);

izquierda(1000);

avanza(1000);derecha(1000);

avanza(1000);

alto();

}

}

Ejercicio:

1. Compilar esta clase.2. Transferir al NXT y

ejecutar.

3. Modificar el programa para

que el NXT trace un 8

(ocho) en el suelo.



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7. Miniconcursos de robtica

Robot seguidor de lnea

Robot peleador de sumo (En curso

extendido)

Robot futbolista (En curso extendido)



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Hacer programa nxbotSigueLinea

Ejercicio:1. Hacer el programa para

que el robot siga una lnea

negra.

2. Comparar con otros

equipos y mejorar suvelocidad.



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Seguidor de lnea bsico



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8. Otros cursos y talleres

Cursos y talleres de 3, 10, 20 ms horas

Introduccin al Lego Mindstorms NXT Programacin de Lego Mindstorms NXT con Java

Programacin avanzada de Lego Mindstorms NXT

con Java Diseo y construccin de robots usando

microcontroladores PIC de Microchip

Programacin de PICs con PICBasic, Ensamblador

o Niple



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Niple



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Gracias por su atencin!

M.I.A. Julio Csar Sandria [email protected]

Ing. Mauricio Vargas Drame

RobotSA Robtica, Sistemas y Automatizacin

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