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Elaborado por Cristián Calvo

Sistemas de control automáticoy robótica móvil autónoma

29-02-2016 1

Camilo Contreras (Valparaíso, 2015)

Manual guía para la programación de modelos físicos FischertechnikMétodos Computacionales en Arquitectura — ARQ232

Elaborado por Camilo Contreras

Elaborado por Cristián Calvo29-02-2016 2Elaborado por Camilo Contreras

ContenidoBienvenidos al Curso 3

Metodología 4

Informaciones Generales 6

Primeros Pasos: Modelo de Introducción 10

Modelos de Trabajo Iniciales 15

Interfaz grafica de Usuario 23

Robots Móviles: el Siguiente Desafio 16

ROBOTICS TXT FischerTechnik 6Sistema de control automático 7Diferentes componentes:Actuadores 8Diferentes componentes: Sensores 9

Desafío personal de programación 14


Bienvenido al Curso Métodos Computacionales en la ArquitecturaEn esta asignatura, desarrollarán el pensamiento estructurado (analítico, lógico, crítico, analógico) aplicando en Arquitectura diferentes métodos y herramientas computacionales.

Se realizaran en equipos diferentes actividades prácticas, ensamblando juegos de construcción programables de sistemas de control automático y robots móviles autónomos.


MetodologíaEnsamblaras modelos físicos simples de

sistemas de control automático y robótica móvil

autónoma, aplicando instrucciones de manuales

en forma autónoma.

Programaras estos modelos utilizando el

lenguaje de programación visual y reflexionando

sobre los procesos observados.


MetodologíaElaboraras informes técnicos de experiencias

de ensamblaje y programación de sistemas de

control automático y robótica móvil

autónoma, explicando su teoría y aplicabilidad.

Desarrollaras proyectos de modelación de

problemas del “mundo real”, utilizando principios

y técnicas de nuevos medios y resolución de

problemas en arquitectura.


ROBOTICS TXT FischerTechnikLos modelos físicos a utilizar corresponden a

diferentes Sets de la línea ROBOTICS de

FischerTechnik, con los cuales podrás realizar

gran cantidad de experimentos y resolver

interesantes desafíos.

Al seguir esta presentación aprenderás paso a paso como se pueden

programar y desarrollar diferentes tareas aumentando la complejidad

de ellas para finalmente autoimponerse nuevos desafíos. Mientras que

el la presentación sobre ENSAMBLADO pueden seguir las

instrucciones de construcción para cada modelo.


Pero ¿Qué es un sistema de control automático? Es un conjunto de componentes físicos conectados o

relacionados entre sí, de manera que regulen o dirijan su

actuación por sí mismos, es decir sin intervención de

agentes exteriores, corrigiendo además los posibles

errores que se presenten en su funcionamiento.

En la actualidad estos sistemas automáticos juegan un

gran papel en muchos campos, desde la automatización

de procesos industriales hasta tareas cotidianas como

nuestra misma lavadora o un semáforo de alguna

concurrida calle.


Los diferentes componentes físicos que componen un sistema de control automático

también se pueden diferenciar en dos tipos, Sensores y Actuadores.

ActuadoresEstos son todos los componentes

que pueden ejecutar una acción.

Esto significa que cuando se les

conecta a la corriente eléctrica, de

alguna forma se tornan “activos”.

En su mayoría esto se puede ver

directamente. Un motor girar, un

LED encenderse, etc.

Servomotores LED Lámpara de Lente


SensoresEstos son los componentes que no

ejecutan acciones, si no que reaccionan a

determinadas situaciones y sucesos. Un

pulsador reacciona por ejemplo a la

“presión en un botón” dejando pasar o

interrumpiendo una corriente eléctrica o un

sensor de calor reacciona a la temperatura

de su entorno.

Fototransistores Pulsadores

Cámara USB Sensores de Calor

Y bien, tras toda esta introducción nos ponemos manos a la obra. Necesitaremos el

manual de construcción y el software RoboPRO instalado en tu equipo para continuar.


Primeros pasos – Modelo de un SemáforoEmpezaremos a trabajar usando el modelo de un

semáforo peatonal como ejemplo para familiarizarnos

con el software RoboPRO, la conexión del sistema y la

relación que existe entre el sensor y los actuadores

LED

Tarea ejemplo 1.0 Programar el semáforo para iniciar en rojo, diez segundos después cambiar a

verde durante 5 segundos y luego volver a rojo.

Instrucciones para ensamblar el modelo desde la

pagina 7 del manual de construcción.


La tarea uno es el ejemplo mas fácil de programar, el código sigue una sola línea sin

bifurcaciones ni bucles en el hasta volver a iniciar. Tenemos con ella un modelo que

representa el actuar de un semáforo. Pero es hora de incorporar el actuador I1 a su

funcionamiento

Tarea ejemplo 1.1 El semáforo debe empezar en rojo y esperar a que el usuario presione el

pulsador, tres segundos después de ello debe cambiar a verde por 5 segundos, luego volver a rojo.

Modelo de un Semáforo

El componente esperar entrada detiene la ejecución del programa hasta que

ocurra algo especificado por el usuario como por ejemplo oprimir un pulsador


Modelo de un SemáforoLogramos hacer funcionar el pulsador e integrarlo a la configuración del semáforo, pero si te

das cuenta, el semáforo podría pasar meses en rojo hasta que alguien presione el botón para

cruzar y la luz verde cambiara de improviso lo que podría ocasionar un accidente.

Esta vez se debe mantener la ejecución del programa mientras se espera por el cambio en el

pulsador. Por lo que el comando esperar entrada no servirá.

Tarea ejemplo 1.2 El semáforo debe empezar en rojo y mantenerse por 10 segundos, pero

en caso de que se presione el pulsador, dos segundos después cambiar a verde. Esta fase se debe

mantener por 2 segundos e iniciar un parpadeo del LED que dure 4 segundos mas, luego

cambiar a rojo.


Ahora que entendemos el bucle contador y el comando esperar entrada, podemos subir de

nivel. Un semáforo real en realidad no funciona así, estos tienen un margen de tiempo en el

que si presionas el pulsador funciona. Pasado ese margen de tiempo el semáforo funciona

como si no lo hubieses presionado.

Tarea ejemplo 1.3 Deben configurar un ciclo de 15 segundos en rojo y 6 segundos en verde. Pero

esta vez, en caso de que el usuario presione el pulsador durante los primeros 10 segundos del ciclo

rojo, se debe cambiar a verde 2 segundos después. En caso de que se presione durante los últimos

5 segundos del ciclo rojo el pulsador no debe actuar.

Modelo de un Semáforo

Utiliza los componentes de la pestaña comandos para configurar el margen

de tiempo y la comparación de datos para asignarle una función.


Modelo de un SemáforoDesafío personal Hasta ahora logramos un semáforo funcionando con ambos ciclos

correctamente, y el pulsador acortando el ciclo de el LED rojo según la variable del tiempo.

¿Pero alguna vez haz visto una esquina con un solo semáforo?

Estos en realidad funcionan en cadena, y te invitamos a explorar como seria coordinar al menos

dos de ellos.

Desafío ejemplo Deben coordinar dos semáforos, cada uno con un pulsador individual

funcionando para acortar el ciclo rojo correspondiente y un ciclo verde de 6 segundos incluyendo el

pestañar de este LED. Ciclos que se deben adaptar al cambio de tiempo ligado al pulsador.

Ahora que acabamos los primeros pasos podemos empezar con el trabajo personal!


Modelos 1 – Secador de ManosTodos alguna vez hemos utilizado un secador de

manos, en un centro comercial o en los baños de

la universidad. Estos están provistos con un

sensor de luz que controla el encendido y

apagado del ventilador.

Tarea 1 Programar el secador de manos para que funcione el ventilador cuando se interrumpa la

barrera de luz y luego de 3 segundos se apague.




Modelos Básicos – Secador de ManosDe esta manera podemos asignar el tiempo en el que el ventilador trabajara, pero si la

persona se va antes del tiempo el ventilador trabajara de más y si lo necesita por mas

tiempo del asignado el programa no responderá. Arreglaremos esto eliminando el

tiempo de funcionamiento y dejando este completamente dependiente del sensor.

Tarea 2 El programa debe iniciar cuando se interrumpa la barrera de luz y empezar a girar

hasta que las manos se retiren del sensor.

Desafío Propone con tu equipo una nueva configuración para el secador de manos.


Modelo 2 – Regulador de temperaturaCon la diferencia de los sensores que regulan el

impulso eléctrico un regulador de temperatura

funciona de manera similar al secador de manos, pero

esta vez considerando una variable ambiental en vez

de una acción del usuario

Tarea Programar el regulador de temperatura para que funcione el ventilador con un aumento

de temperatura y se detenga en caso de que esta baje.




Modelos Básicos – Regulador de temperaturaUn regulador de temperatura no solo puede bajar la temperatura ambiental cuando esta pasa

un limite, puede también aumentarla para mantenerla dentro de un rango a elección.

Tarea ejemplo 2 Programar el regulador de temperatura para iniciar el ventilador cuando

la temperatura suba y encender un LED cuando la temperatura baje, de manera que pueda

mantener un rango definido por ustedes.

Desafío Propone con tu equipo una nueva configuración para el regulador de temperatura.


Modelo 3 – Un Carrusel de FeriaEl primer carrusel accionado con un motor,

fue puesto en servicio el 1º de enero de

1863 en la ciudad inglesa de Bolton, hoy en

día podemos recrear su sistema en apenas

unos minutos.

Las instrucciones para el ensamblaje se encuentran

en las paginas 21-26 de esta presentación

Tarea 1 Programar el carrusel de modo tal que al presionar un pulsador este inicie su rotación

en un sentido, hasta que presiones nuevamente y se detenga.


Modelos Básicos – Carrusel de FeriaTenemos un carrusel funcionando, pero podemos hacer que sea aun más divertido, o

¿nunca has visto un carrusel que aumenta y disminuye su velocidad?

Tarea 2 Programar el carrusel de modo tal que con más pulsadores se pueda ajustar la

velocidad a la que el carrusel se mueve, además de configurar un pulsador para inicio/apagado

Desafío Propone con tu equipo una nueva configuración para el carrusel de feria.


Modelo 4 Barrera AutomáticaEstas barreras se encuentran en muchos

lugares, los centros comerciales, los peajes,

los supermercados y lugares con gran flujo

de personas, donde la automatización es

fundamental.



Tarea 1 Programar la barrera para levantarse luego de interrumpir la barrera de luz y volver a

bajar luego de 6 segundos.


Modelos Básicos – Barrera AutomáticaQue pasaría si un vehículo llegase a la barrera antes de los seis segundos, o la barrera

bajara antes de que el vehículo avance, para impedir estos accidentes se debe notificar a las

personas que la barrera esta disponible y no utilizar un periodo de tiempo aleatorio.

Tarea 2 Programar la barrera para encender el LED rojo mientras esta cerrada. Al interrumpir

la luz levantarse y encender el LED verde. La barrera debe bajar 4 segundos después de que el

sensor de luz deja de estar interrumpido.

Desafío Propone con tu equipo una nueva configuración para la barrera automática.


Modelo 5 LimpiaparabrisasEn 1903 la americana Mary Anderson obtuvo la patente para

la primer instalación de limpiaparabrisas en funcionamiento

del mundo.

Construye el modelo en función de las instrucciones de

construcción y conecta los cables de acuerdo al esquema de

circuitos.



Tarea 1 Programa el limpiaparabrisas de manera tan que con presionar un pulsador, este se

mueva en un sentido, y al interrumpir la barrera de luz este vuelva en sentido contrario. Además

de detener el movimiento en caso de presionar nuevamente el pulsador.


Modelos Básicos – LimpiaparabrisasDe la manera en que se arma este modelo, el interruptor nos da 4 estados de entrada

diferentes, combinando los pulsadores I1 e I2. Utilizaremos las 4 configuraciones para

diseñar un limpiaparabrisas con mas funciones que solo encender y apagar.

Tarea 2 Programar el limpiaparabrisas con un ciclo de limpieza continuo rápido, uno continuo

lento (continuo refiriéndose a que limpiara hasta que se vuelva a la posición de apagado) y

además un ciclo pausado de limpieza (algunas pasadas cada ciertos segundos)

Desafío Propone con tu equipo una nueva configuración para el limpiaparabrisas.


Modelo 6– Luz de RellanoUna luz de rellano es una luz configurada con

diferentes estados de entrada, generalmente la vemos

en escaleras de emergencia. Para ahorrar energía las

luces de la escalera no se mantienen encendidas

siempre. Se encienden con un detector de luz, o con

pulsadores y se apaga después de un tiempo.



Tarea 1 Programa la luz de rellano para encender la luz con cualquiera de los pulsadores y con la

barrera de luz. Luego de encenderse debe apagarse después de 10 segundos.


Modelos Básicos – Luz de RellanoLa luz se configuro para apagarse después de un tiempo determinado, pero con ello no

sabemos en realidad si la luz aun es necesaria. La luz en las escaleras de emergencia por

ejemplo no puede llegar a apagarse por algo así. Cada vez que se presione un pulsador o se

interrumpa la barrera de luz el ciclo de 10 segundos debe volver a empezar.

Tarea 2 Configura la luz para encenderse con cualquier pulsador y con la barrera de luz, pero

esta vez el ciclo de 10 segundos debe volver a empezar cada vez que se repita un pulsador.

Desafío Propone con tu equipo una nueva configuración para la luz de rellano.

Elaborado por Cristián Calvo 27Elaborado por Camilo Contreras

Modelo 7 – RefrigeradorCon la difusión de la corriente eléctrica y los

refrigeradores, su antecesora la fresquera sin

corriente perdió atractivo. A partir de la historia,

la palabra fresquera se usa hasta en nuestro

tiempo en el idioma coloquial para denominarla

nevera que hoy utilizamos.



Tarea 1 Configura el refrigerador para encender un LED en su interior al momento de abrir la

puerta. Esta se debe apagar una vez que la puerta se cierre denuevo.


Modelos Básicos – RefrigeradorCon el tiempo se agregaron muchas mas funciones a las neveras que tenemos hoy en día,

algunos incluso integran una interfaz grafica de usuario en su funcionamiento. Empezaremos

por configurar un LED que permita ver el interior, pero ahorre energía apagándose cuando la

puerta se cierre.

Tarea 2 Configura la luz para encenderse con cualquier pulsador y con la barrera de luz, pero

esta vez el ciclo de 10 segundos debe volver a empezar cada vez que se repita un pulsador.

Desafío Propone con tu equipo una nueva configuración para el refrigerador.


Modelo 8 – Puerta CorrederaUna puerta corrediza está constituida de una o

varias hojas de puerta. Estas están guiadas arriba o

bien abajo, y se abren hacia un lado. Pero no creas,

que esta es una invención reciente – puertas

corredizas ya existían en el siglo I d.C. en las

casas romanas. Esto lo demuestran excavaciones

en la ciudad italiana de Pompeya.



Tarea 1 Configura el refrigerador para encender un LED en su interior al momento de abrir la

puerta. Esta se debe apagar una vez que la puerta se cierre de nuevo.


Modelos Básicos – RefrigeradorCon el tiempo se agregaron muchas mas funciones a las neveras que tenemos hoy en día,

algunos incluso integran una interfaz grafica de usuario en su funcionamiento. Empezaremos

por configurar un LED que permita ver el interior, pero ahorre energía apagándose cuando la

puerta se cierre.

Tarea 2 Configura la luz interior para encenderse en el momento que la puerta se abra, en caso

de estar encendida mas de 5 segundos debe empezar a parpadear a modo de aviso.



Modelo 9 – Un VentiladorUn ventilador consta principalmente de las

aspas que responden al pulsador para

encender y apagar el sistema.

Las instrucciones para el ensamblaje

se encuentran en las paginas 21-26 de

esta presentación

Tarea 1 Configura el ventilador de modo tal que el inicie presionando el pulsador y se detenga

una vez que este vuelve a ser presionado.


Modelos Básicos – VentiladorAdemás de el sistema básico de encendido y apagado los ventiladores tienen mas funciones

como regular la velocidad de ellos programar un auto apagado y mas.

Tarea 2 Agrega al sistema un nuevo pulsador, el cual debe controlar la velocidad de rotación

que tienen las aspas. Además configurar el pulsador para encender y apagar el programa.



Modelo 10 – Un ascensorTodos hemos utilizado un ascensor alguna vez,

pero alguna vez te has preguntado como funciona,

una de las características principales es que estos

cambian su funcionamiento según la interacción

del usuario, y se acciona óptimamente.



esta presentación

Tarea 1 Programa el elevador de tal manera, que inicialmente se desplace hacia abajo a su

posición de partida. En esta posición la barrera de luz en I3 está interrumpida. Cuando se oprime

uno de ambos pulsadores (I1 en la planta baja o I2 en el primer piso) el elevador tiene que

desplazarse en cada caso a la otra planta y luego de unos segundos volver al inicio.


Modelos Básicos – VentiladorAlgunos ascensores que no son utilizados durante un tiempo, bajan al primer piso para

esperar por personas, pero el tiempo es mucho mayor que los segundos que programamos

Tarea 2 Controlaremos el ascensor a modo de usuario, este debe iniciar bajando hasta

interrumpir la barrera de luz, cuando se presione un pulsador debe ir al piso correspondiente y

quedarse ahí hasta que se presione otro piso e ir a este. Considera que para ir del piso inicial a la

planta baja o al primer piso solo existe un piso de diferencia. Para ir del primer piso a la planta

baja existe una diferencia de dos pisos. y el programa debe responder a esta variable.


Modelos Básicos – VentiladorFinalmente tenemos que considerar, todos los ascensores tienen un pequeño sistema para

interactuar con el usuario además de los pulsadores para los diferentes pisos.

Desafío Diseñar una interfaz grafica de Usuario para el sistema del ascensor, que

permita visualizar en tiempo real el numero de piso mientras este se mueve y

además interactúe mediante pequeños mensajes con el usuario.


Modelo 10 – Un lavavajillasEl lavavajillas automatiza varios procesos

seguidos y simultáneos, por un lado debe advertir

al usuario mediante luces o palabras el estado del

proceso y además realizarlo



esta presentación

Tarea 1 Confecciona un programa de lavado, que recién comience cuando la puerta está cerrada

y se oprime el botón de arranque I1. Como primero se lava, a continuación se seca. El estado de

servicio tiene que ser indicado a través de ambas lámparas M3 y M4 parpadeando rápido para

indicar lavado y lento para indicar secado. Luz continua para indicar que el lavado termino.


Modelos Básicos – VentiladorUna de las curiosidades que tiene el programa para un lavavajillas es que siempre esta la

condición de detener el sistema en caso de que la puerta sea abierta.

Tarea 2 Debemos configurar el sistema de tal manera que el programa solo inicie con la puerta

cerrada y después de iniciar en caso de que esta se abra, el programa se pause, el pulsador de

inicio debe funcionar además como botón de pausa/reinicio para detener el programa, o

reanudar el funcionamiento cuando se abra la puerta.


Modelos Básicos – VentiladorFinalmente tenemos que considerar, todos los ascensores tienen un pequeño sistema para

interactuar con el usuario además de los pulsadores para los diferentes pisos.

Desafío Diseñar una interfaz grafica de Usuario para el sistema del lavavajillas, el cual

interactúe con el usuario en los diferentes estados del funcionamiento (lavando, en pausa,

secando, con la puerta interrumpida o antes de empezar) y además integre una cuenta

regresiva para los diferentes procesos.


Modelo 12 – Cámara de SeguridadAntes de empezar con los modelos móviles entraremos en una

nueva funcionalidad, la cámara. Utilizaremos la interfaz de

RoboPRO para configurar diferentes funciones de ella y

utilizarla como una cámara de seguridad.

Tarea 0. Configura la cámara para girar dentro de un rango constantemente, y

detenerse emitiendo una alarma cuando vea una esfera amarilla.

Instrucciones para el ensamblaje en las

paginas xx de la guía de ensamble


Modelo 12 Cámara de SeguridadDe esta manera vemos como la cámara puede detectar e identificar la

esfera como objeto y actuar ante esto. Pero únicamente esta

reconociendo esta figura, probaremos configurar la cámara sensible a

cualquier movimiento en vez de solo a una figura.

Tarea 0.1 Configurar la cámara para girar desde su posición inicial, detenerse para

comprobar si existe movimiento en el ambiente. De ser así emitir una alarma, de no

existir movimiento debe girar otro tramo y volver a comprobar. Una vez alcanzado

el rango de giro hacia un lado, debe girar en sentido contrario comprobando que no

exista movimiento cada pequeños tramos.


Modelo 12 Cámara de SeguridadQuizá si la alarma suene inmediatamente al detectar movimiento puede dar

mas de una falsa alarma, necesitamos estar seguros de que la cámara se

activo por un intruso y para ello una interfaz de usuario podría notificar a un

guardia y permitir que el decida si la alarma es pertinente.

Desafío Diseñar una interfaz grafica de Usuario que notifique cuando la cámara

detecte movimiento en el ambiente y permita discernir si dar la alarma o ignorar la

alerta para continuar vigilando.


Modelo Móvil 1 & 2 - Modelos Básicos Para empezar con este nuevo nivel primero que nada debemos aclarar que

existen dos modelos básicos del robot móvil, y de cada uno podemos pasar a

modelos mas complejos que veremos mas adelante. Para la siguiente actividad

ambos funcionan perfectamente.

Instrucciones para el modelo v1 en las paginas xxx y para el modelo v2 en las

paginas xxx del manual de ensamblaje.

V1 V2


Modelo Móvil 1 & 2 - Modelos BásicosPara empezar con este nuevo nivel primero que nada debemos contestarnos

algunas preguntas ¿como se mueve un robot móvil? ¿Qué relación existe

entre el movimiento de los motores y la dirección que tomar el robot?

Tarea 0.1 Configuraremos el robot inicialmente para que se mueva solamente tres

segundos hacia delante y tres segundos hacia atrás. Prueba el programa varias veces,

el robot realmente vuelve a su posición inicial?

Fijarse en que dirección deben tomar los motores para que esta

actividad resulte.


Modelo Móvil Modelos BásicosAhora que logramos mover en robot en líneas rectas cambiaremos el

sentido de los motores de diferentes maneras, tenemos que explorar

con curvas esta vez!

Al mover los motores en sentidos opuestos durante el mismo tiempo se

mueven en línea recta, moviéndolos en la misma dirección el robot

empieza a dar vueltas en si mismo

Tarea 0.2 Configuraremos el robot para que se mueva tres segundos hacia delante

luego cambie de dirección trazando una curva y luego continúe tres segundos hacia

delante.


Modelo Móvil 1 Modelos BásicosAhora que conocemos como desplazarnos en línea recta y como cambiar la

dirección para trazar curvas es hora de dejar de pensar en la dirección del

movimiento y pensar en la forma del recorrido

Tarea 0.3 Esta vez programaremos el robot para que este dibuje un cuadrado con su

trayectoria. Volviendo al punto inicial para cerrar la figura. ¿Que pasaría si fijamos un

lápiz en nuestro robot, la figura que traza realmente es un cuadrado?

La utilización de subprogramas para los cambios de dirección

agilizara la lectura del código principal


Modelo Móvil Modelos BásicosSi probamos nuestros códigos varias veces podríamos notar que la respuesta no es

siempre exacta, pequeños fallos en los engranes o la corriente puede retrasar un

motor ya que hasta ahora solo los estamos controlando con intervalos de tiempo.

Para controlar los motores por la distancia que recorren en vez de

intervalos de tiempo necesitamos el componente “motor de codificador”

Tarea 0.4 Repite las ultimas tres tareas pero esta vez utilizando motores de

codificador en vez de intervalos de tiempo de espera y motores normales.


Modelo móvil 3 – El rastreadorTu robot ahora puede desplazarse en línea recta y doblar

como se lo indiques, pero un robot en realidad debería

reaccionar de manera autónoma. Por esta razón le queremos

dar algo, a lo cual pueda reaccionar: Una línea negra en el

suelo como marcación. El objetivo es que el robot busque la

línea negra y se desplace a lo largo de ella



esta presentación

Tarea 1 Programa el robot de tal manera, que siga una pista recta negra sobre la cual ha sido

colocado. Si pierde la pista o ha llegado a su final, el robot debe detenerse y ambas lámparas

deben parpadear 3 veces en cada caso.


Tarea 2 Amplia tu programa en la función, que el robot al abandonar la pista corrija

adecuadamente su dirección y siga la pista. Prueba esta tarea primero con el recorrido 1a y

luego con el recorrido 1b.

Con esto estamos considerando un robot que se desvía de la línea a seguir, pero que

pasaría si el robot desde el principio no detecta ninguna pista que seguir, en este caso se

debe configurar previamente una función para que el robot explore a su alrededor, hasta

encontrar una pista que seguir y continuar con el programa.

Modelo móvil 3 – El rastreadorParte de la autonomía que el robot debe tener se encuentra en resolver el problema de que

hacer cuando un rastreador de pista no detecta una pista o la pierde de vista, este debiese

poder reencontrarla para continuar su función de seguirla.


Tarea 3 Escribe un subprograma "buscar", con el que el robot busque una pista, cuando al

iniciar el programa no encuentra ninguna. Para ello el robot primero tiene que girar 1 vez en

círculo. Si en este caso no encuentra ninguna pista, debe avanzar un tramo en línea recta. En el

momento que el robot detecta una pista, deberá seguirla. En caso contrario la búsqueda debe

comenzar desde el inicio. Si ha girado 10 veces en círculo sin encontrar una pista, debe

detenerse y parpadear 3 veces

Desafío Propone con tu equipo una nueva configuración para el robot rastreador de pistas.

Con esto tenemos un robot automatizado para encontrar un pista para seguir, modificar su

recorrido en caso de desviarse y seguirla una vez que esta sobre ella. Esperamos que

puedan agregar una nueva configuración que beneficie de alguna forma al modelo.


Modelo móvil 4 – Una cortadora de CéspedPodemos llegar a automatizar un proceso como cortar en

césped. Sólo se debe, mediante la programación decir

como deben contornar los obstáculos y delimitar el

espacio de trabajo.



Tarea 1 Programa la cortadora de césped de tal manera, que desde su posición de partida dentro

de los límites) avance en línea recta hasta que tropieza con un obstáculo o alcanza el límite del

césped (línea negra). Cuando la cortadora de césped tropieza con un obstáculo (parachoques

delantero), debe detenerse inmediatamente, parar el mecanismo cortador, retrocede un pequeño

tramo, girar hacia la izquierda, nuevamente desplazarse hacia delante y volver a conectar el

mecanismo cortador. Esta función la logras en el subprograma "desviar".


Tarea 2 Modifica el programa de la cortadora de césped, de manera que esta cada vez al

desviarse asuma otro ángulo para el giro. Esta debe girar entonces una vez más y una vez

menos. Además debe desviarse de un obstáculo que reconoce con el parachoques derecho, hacia

la izquierda y viceversa.

Estamos imaginando por el momento una cortadora trabajando sobre los limites, se asegura

de cortar de un lado a otro evitando obstáculos y así completando todo, pero crees poder

realizar el corte completo sin recorridos lineales o sin la función únicamente de volver al

“salirse del limite”

Modelo móvil 4 – Una cortadora de césped El césped está simbolizado por la superficie blanca de nuestro estadio de fútbol de recorrido

1b, que está limitada por un borne negro Este borde no puede ser atravesado por la

cortadora de césped


Tarea 3 Inicia la cortadora de césped dentro de los limites, pero esta vez busca nuevas

configuraciones para sus recorridos diferentes a la línea recta que ya programaron. Primero

prueben su configuración sin obstáculos y respetando los limites. ¿Que pros y contra tienen los

recorridos irregulares?

Desafío Propone con tu equipo una nueva configuración para el robot cortador de cesped.

Con esto podemos comparar las diferentes maneras que ejecuta el robot para describir una

superficie, Esperamos que puedan agregar una nueva configuración que beneficie de alguna

forma al modelo.


Modelo móvil 5 – Carretilla elevadoraUn área, en que el robot se emplea preferentemente en la

industria, es la logística. O sea, en todo lugar donde

deben moverse objetos. Estas tareas de transporte las

puedes reproducir fantásticamente con el modelo de

carretilla elevadora.



Tarea 1 Deben realizar dos subprogramas para que el sistema levante y baje la carretilla.

Además y debido a que durante la marcha la horquilla no puede estar demasiado arriba o

demasiado abajo, necesitas un subprograma extra que regule la "posición de desplazamiento".

Haz que la carretilla avance en línea recta, levante la horquilla, avance y vuelva abajarla.


Tarea 2 Deben agregar al funcionamiento que permite mover la horquilla de manera

independiente el algoritmo para seguir una pista. Mientras la sigan debe verse interrumpida por

obstáculos que pueda levantar para probar el sistema completo. Seguir pista, detenerse, subir la

horquilla, avanzar y bajar la horquilla.

Tenemos la configuración para el funcionamiento básico de la horquilla pero un sistema de

guías para su desplazamiento, el siguiente paso es permitir al usuario su control.

Modelo móvil 5 – La carretilla elevadoraDespués que toda la mecánica ahora funciona correctamente, también la queremos utilizar.

Finalmente una carretilla elevadora debe transportar objetos y no sólo poder mover su

horquilla, así que debemos asignarle una rutina la cual seguir.


Tarea 3 Diseña con tu equipo una interfaz grafica de usuario que integre funciones de

desplazamiento como avanzar, detenerse, girar y todas las necesarias para la carretilla y

además el sistema para el control de la horquilla.

Desafío Propone con tu equipo una nueva configuración para la carretilla elevadora

Con la interfaz podemos controlar remotamente al robot en todas sus características pero

confiamos en que puedan agregar una nueva configuración que beneficie de alguna forma al

modelo.


Modelo móvil 6 – Robot MedidorÉl robot medidor está equipado con un sensor de

temperatura (NTC) y puede medir e indicar la temperatura

en diversos puntos. Adicionalmente el robot de medición

también tiene un sensor de pista, de manera tal que

puedes especificarle su trayecto a través de una línea

negra.



Tarea 1 Programa un sistema para el rastreo de pista y amplíalo con un subprograma para

controlar el brazo de medición. El robot debe desplazarse sobre el recorrido 1b y en determinados

intervalos, medir la temperatura. La temperatura debe ser indicada en el display del ROBO TX

Controllers..


Tarea 2 Deben diseñar una interfaz grafica de usuario que permita controlar al robot medidor

libremente y visualizar los datos captados por el sensor de calor en la pantalla de la interfaz

Modelo móvil 6 – Robot medidorAdemás de medir la temperatura podemos configurarlo como un verdadero robot explorador,

y lograr que nos muestre el resultado de sus datos en tiempo real

Desafío Propone con tu equipo una nueva configuración para la carretilla elevadora


Modelo móvil 7 – Detector de ObstáculosCon el modelo móvil logramos realizar movimientos

rectos, curvas y darle mayor precisión en su

desplazamiento, pero un robot debería funcionar de

manera autónoma, así que le posibilitaremos reaccionar

frente a obstáculos con la ayuda de un parachoques.



Tarea 1 Deben programar el detector de obstáculos para detenerse y retroceder en cuanto uno

de los parachoques tropiece con algún obstáculo.


Tarea 2 El detector de obstáculos debe circular en línea recta, en el momento que su

parachoques izquierdo se tropiece con un obstáculo debe detenerse, retroceder girar algo a la

derecha y continuar su tramo en línea recta. Además de manera inversa en caso de que el

parachoques que detecte el obstáculos sea el derecho.

Tenemos al detector reaccionando de manera autónoma según la posición del obstáculo,

veamos que tan fieles podemos ser a la dirección inicial del desplazamiento.

Modelo móvil 7 – Detector de ObstáculosEl detector de obstáculos es capas de reaccionar a ellos y retroceder, puede reaccionar pero

debemos darle mas autonomía a sus reacciones y buscar que este pueda continuar su

recorrido lo mas fiel posible.


Tarea 3 Marca una línea recta que indique el camino a seguir por el robot detector y pon un

obstáculo en medio de ella. El robot debe circular por la línea hasta encontrarse con el

obstáculo. Detenerse y rodearlo para continuar su recorrido por la línea recta trazada.

Desafío Propone con tu equipo una nueva configuración para el detector de obstáculos.

Mientras mas fiel sea el recorrido después de desviarse a la línea que trazamos mejor,

podemos asegurar que el robot responda sin desviarse ni perder el rumbo, confiamos en que

pueden agregarle alguna nueva función.


Modelo móvil 8 – Detector de Obstáculos con cámara integrada Hasta ahora el robot detector de obstáculos busca

continuar su recorrido simulando una línea recta, pero

como funcionaria si este pudiese ver por donde se dirige.



Tarea 1 Programar el detector de obstáculos de modo tal que al encontrase con uno se detenga,

pero no rodee hasta que se le muestre la tarjeta roja. Cuando la detecte debe continuar su

recorrido.


Tarea 2 El detector de obstáculos debe circular en línea recta hasta encontrase con un

obstáculo y detenerse. Deben asignar un color para cada función (reversa, rodear, continuar) y

mediante la interacción con el robot tratar de que rodee el obstáculo.

De esta manera tenemos un sistema de control mediante la cámara y la interacción del

usuario, pero podemos utilizarla para mostrar directamente el camino y controlar al robot a

distancia.

Modelo móvil 8 – Detector de Obstáculos con cámara integradaHasta ahora estamos usando como parámetro de entrada para continuar su funcionamiento

una variable sensible a la cámara, pero ¿que tal si configuramos los colores de las tarjetas

como sistema de control para eludir los obstáculos?


Tarea 3 Diseña una interfaz grafica de usuario que permita controlar al robot mediante una

conexión WLAN para darle instrucciones desde tu computadora y ver su recorrido, el robot se

debe detener al encontrarse un obstáculo e inhabilitar el botón para seguir en línea recta

mientras este el obstáculo en frente.

Desafío Propone con tu equipo una nueva configuración para el detector de obstáculos.

Mediante la interfaz podemos controlar los movimientos del robot y con la cámara podemos

ver su perspectiva, prueba diferentes situaciones, salir de una esquina, estar rodeado por

obstáculos, o obstáculos de gran tamaño.


Modelo móvil 9 – Rastreador de pista con cámara integrada El rastreador que ya programamos podía continuar por

una línea sin problemas, con la cámara podemos no solo

reconocer si se dispone una pista o no, si no que

podemos reconocer la posición exacta de la línea en la

imagen y reaccionar a ello de manera análoga.



Tarea 1 Programar el rastreador de modo que siga una línea recta sobra la cual debe ser

colocado para empezar. La imagen de la cámara para la posición de la línea se mapea entre

-100 a +100. Siendo 0 la línea centrada. Si esta se desvía el robot debe detenerse y retroceder.


Tarea 2 Crear 5 intervalos para la posición de la línea en la imagen. Entre -10 y +10 debe seguir

recto. Entre -11 y +40 debe corregir hacia la izquierda. Entre +11 y -40 debe corregir a la derecha.

Si el valor es menor a -40 debe corregir intensamente a la izquierda y si es mayor a +40 debe

corregir intensamente a la derecha, además de detenerse en caso de que pierda la pista.

Prueba llegando hasta el final de la línea y programando el robot para girar y volver a

seguirla en sentido contrario. ¿De que manera vuelve a alinear la pista con el valor 0?

Modelo móvil 9 – Rastreador con cámara integrada Ahora que sabemos los valores análogos de entrada para la pista reconocida por la cámara

debemos asignar los intervalos para lograr que siga la pista a la perfección. Por ejemplo

continuar de manera recta mientras la línea se encuentre entre -10 y +10


Tarea 3 Programaremos inicialmente el robot para buscar una pista que seguir. Diseña un

recorrido que permita al robot explorar de manera cíclica hasta encontrar una pista en la que

alinearse y continuar el recorrido.

Desafío Propone con tu equipo una nueva configuración para el rastreador de pista

¿En todos los casos el robot logra encontrar una pista que seguir? Que pasa en casos con

mas pistas cercanas, ¿ podrían programar al robot para terminar una y buscar mas a su

alrededor?


Modelo móvil 10 – Robot exploradorPara este modelo integraremos varias de las funciones trabajadas

de manera independiente. Debe poder mirar hacia delante para

explorar su entorno y bajar la cámara para poder seguir diferentes

pistas. Además debe reunir datos sobre la temperatura como el

robot medidor, mediante una resistencia de NTC



Tarea 1 Programaremos al robot inicialmente como el robot rastreador con cámara integrada.

La principal diferencia es que puede levantar y bajar la cámara para explorar a su alrededor o

para seguir una pista especifica. Prueba situándose sobre una pista mirando hacia abajo,

siguiéndola hasta el final y luego de vuelta.


Consideraremos un real robot explorador, no limitaremos su movimiento únicamente a las

pistas definidas y dispondremos todas las funciones para el uso simultaneo.

Modelo móvil 10 – Rastreador con cámara integrada Tenemos la experiencia con el seguidor de pista con cámara integrada, pero debemos

coordinar todas las funciones extra que tiene el explorador. Para ello debemos considerar las

tarjetas de colores, el medidor de temperatura y recorrer pistas en ambos sentidos.

Tarea 2 Primero deben colocar el explorador en una pista que recorra hasta el final, de la

vuelta y continúe en dirección contraria. Cuando llegue a la pista ensanchada debe levantar

la cámara y esperar. Cuando le muestres una tarjeta de un color debe buscar la pista

correspondiente y continuar por ella. Cada vez que el robot se detenga debe medir la

temperatura y emitir los datos en el display del TXT controller.


Desafío Propone con tu equipo una nueva configuración para el robot explorador

Coloca las diferentes pistas alrededor de la sala y prueba. Permite que las recorra o que siga

explorando la sala y mide la temperatura en diferentes lugares.

Tarea 3 Diseñar una interfaz grafica de usuario que permita el movimiento del robot

explorador y visualizar lo que la cámara ve. Al detectar una pista se debe poder decidir si

continuar por ella automáticamente o continuar explorando. También debe incluir un botón

para medir la temperatura y uno para bajar y subir la cabeza del robot.


Modelo Móvil 11 - Robot de Futbol con control de movimiento¿Has escuchado alguna vez de la robo-cup?

Aunque no lo creas existen campeonatos de futbol

para robots y empezaremos a prepararnos para

organizar uno con nuestros modelos Fischertechnik



Tarea 1 En primer lugar programaremos nuestro robot para ejecutar el comando de “disparar

el balón” al momento en que este interrumpe la barrera de luz integrada. Experimenta con la

velocidad del disparo y prueba la velocidad de respuesta ideal para no fallar ninguna jugada!


Prueba el robot y entrénalo para el campeonato, busca el balo y prueba que tan difícil es

llegar a la portería con el.

Modelo Móvil 11 - Robot de Futbol con control de movimientoEl programa que acabamos de configurar debe ser independiente de los controles para el

movimiento del robot. Ejecutarse ambos programas de manera simultanea de manera que

ninguno interfiera en el correcto funcionamiento del otro. Configuraremos en paralelo el

control del robot mediante detección de movimiento .

Tarea 2 Programaremos ahora la movilidad del robot, manteniendo el archivo para

disparar el balón, configuraremos zonas de reconocimiento con la cámara. Si saludas con la

mano izquierda debe desplazarse hacia la izquierda. Si saludas con la derecha debe

desplazarse hacia la derecha y si saludas con ambas debe ir en línea recta.


Con las actividades de entrenamiento realizadas estamos listos para realizar la ultima

actividad. Esperamos que sea de su agrado! Nesecitas realizar el ultimo detalle a tu modelo

para continuar.

Tarea 3 Configura una nueva zona de detección de movimiento para la cámara, esta vez

que control el lanzamiento del balón, si este se dispara inmediatamente no tenemos

posibilidad de apunar hacia la portería antes, intentaremos corregir esto para hacer un mejor

jugador de futbol…robot.


Modelo Móvil Robot Futbolero Final Hemos llegado al final de las actividades y con ello al gran

cierre del campeonato USM para robots futbolistas. Sigue

las instrucciones para montar la cámara integrada en el

robot y poder ver lo que hace para manipularlo desde la

distancia!

Tarea Final Diseña una interfaz grafica de usuario, que permita ver a través de la cámara

incorporada al robot. Además debe integrar los botones básicos para disparar el balón y para

su movimiento según estimes conveniente (diferentes velocidades, giros, pausas, etc) ya que

competirás con el, mientras mas cómodo te sientas mejor para tu equipo!




¡Gracias por seguir clase a clase las actividades realizadas para este manual!

Modelo Móvil 11 - Robot de FutbolPractica con el modelo todo lo que requieras para diseñar una interfaz cómoda y con los

mejores comandos de movimiento, esto será fundamental si quieres ganar el campeonato.

Desafío final Formen dos equipos con cuatro robots futboleros cada uno, limiten el espacio

de juego, las porterías, y quienes controlen a los robots lo deberán hacer a distancia.

(únicamente observando a través de la interfaz). Pueden empezar el juego y con ello finalizar

todas las actividades de este manual para programación!

Elaborado por Cristián Calvo29-02-2016 75

Contacto

Luis Felipe González Böhme

Profesor instructor

Universidad Técnica Federico Santa María

Departamento de Arquitectura

Teléfono: 56 (0)32 2654773

Fax: 56 (0)32 2654108

Email: [email protected]

Url: www.arq.utfsm.cl

Dirección: Avda. España 1680

Casilla: 110-V

Código postal: 2390123 Valparaíso - Chile

Camilo Hernán [email protected]

Elaborado por Camilo Contreras

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