robótica

Jul

2013

Paso 1: Instalación del software y conexión de la tarjeta Home Work al PC

Última actualizacón: 16 marzo 2018 a las 20:26

El robot que vamos a construir y programar se llama Boe-Bot y su cerebro es un microcontrolador, modelo BASIC Stamp 2, en cuya memoria grabaremos el programa que gobierna todo el sistema. Para ello emplearemos el lenguaje PBASIC.

Entre las principales características de este microcontrolador vamos a destacar las siguientes:

Velocidad del procesador: 20 MHz
Velocidad de ejecución de programas: ~4,000 instrucciones PBASIC por segundo.
Memoria RAM: 32 Bytes (6 I/0, 26 variable).
Memoria EEPROM: 2 KBytes; ~500 instrucciones PBASIC.
Número de clavijas I/O: 16 + 2
Consumo de corriente @ 5 VDC: 3mA en funcionamiento, 50 μA dormido
Comandos PBASIC: 42
Temperatura de funcionamiento: -40º a +85º

Gracias a este microcontrolador, nuestro robot podrá realizar cuatro tareas fundamentales:

Detectar, visualizar y registrar todo lo que ocurre en su entorno utilizando los sensores apropiados.
Tomar decisiones según la información suministrada por los sensores.
Controlar el movimiento del robot mediante los dos motores que incorpora y que hacen girar dos ruedas.
Intercambiar información con el usuario.

Una vez que hemos explicado someramente la función del microcontrolador, el primer paso consistirá en poner a punto la tarjeta Home Work que es donde se aloja el mismo. Dicha tarjeta se comunica con el PC a través de un cable USB (suministrado con la caja como vimos en la anterior entrada). Es necesario disponer de un ordenador ya que es ahí donde se escriben los programas en lenguaje PBASIC antes de descargarlos en la memoria de la tarjeta. Por ello, para lograr la comunicación entre el PC y la Home Work hay que instalar el software que el fabricante Parallax pone a disposición de los usuarios de forma gratuita en esta dirección. Una vez aquí, debemos hacer click en el círculo rojo y seguir las instrucciones de pantalla.

Antes de continuar, les dejo los datos técnicos de mi ordenador para que comprueben el sistema operativo ya que, dependiendo del equipo que usemos, la instalación puede ser diferente (aunque en esencia sea igual). Por lo tanto, bajo estas premisas se muestran las diferentes pantallas de instalación:

Una vez instalado el programa, lo abrimos y seguiremos el procedimiento de Ayuda que nos guiará a través de las siguientes tareas:

1. Identificación de la tarjeta que estamos utilizando.

2. Conexión de la tarjeta al ordenador.

3. Realizar una prueba de la conexión.

4. Resolver los problemas con la conexión si es necesario.

5. Escribir nuestro primer programa en lenguaje PBASIC.

6. Desconectar el hardware cuando hayamos finalizado.

En esta entrada nos vamos a ocupar de los pasos 1 a 3.

Identificación de la tarjeta y sus diferentes componentes

Una vez abierto el programa de ayuda, debemos hacer click donde se indica en la imagen: «Getting started with stamps in class»

Acto seguido hacemos de nuevo click en «next»

Ahora es cuando tenemos que identificar cuál es la tarjeta con la que estamos trabajando. En nuestro caso es la segunda: «Board of Education – USB»

Esta es nuestra tarjeta de trabajo:

Veamos cuáles son sus principales componentes:

Punto de conexión de la batería de 9 V.
Conector de alimentación barrel jack. Permite la conexión de un alimentador de entre 6-9 V al enchufe de pared o mediante baterías. Un detalle importante es que, como se puede observar por la disposición de los componentes 1 y 2, ambos no se pueden utilizar al mismo tiempo. Se ha hecho así de forma intencionada.
Regulador de voltaje: Suministra 5 V regulados (hasta 1 amperio de corriente) para los enchufes y clavijas etiquetados como Vdd. Estas tomas Vdd son muy útiles para suministrar 5 V a los circuitos que se van a instalar en la placa de pruebas.
Indicador LED de energía: Este LED se encenderá cuando la tarjeta tenga energía y el interruptor 11 esté en posición 1 o 2.
Conectores header para los servos (X4 y X5) y selección de la fuente de alimentación: cada uno de ellos tiene dos conectores de 3 clavijas que incluye la potencia, la conexión a tierra y la clavija de acceso I/O (nos referimos a dispositivos I/O (Imput/Output, o Entrada/Salida y cuya función la explicaremos más adelante con detalle). La conexión a la fuente de alimentación está preestablecida en Vdd (+5 V) pero se puede establecer en Vin (el voltaje de alimentación de la tarjeta) si se mueve el bloque entre los conectores. Cada uno de los conectores de 3 clavijas está etiquetado con un número de clavija I/O por encima. Las líneas de señal para el servo 12, 13, 14 y 15 son accesibles también en los conectores P12, P13, P14, P15 I/O rotulados como X1 y X2 (puntos 8 y 9 de la tarjeta).
Conector de energía: los enchufes etiquetados como Vdd entregan +5 V de corriente continua. Los enchufes etiquetados como Vin conectan directamente a la alimentación de la tarjeta (a través de los componentes 1 o 2) y, por último, los enchufes Vss entregan 0 V (toma de tierra).
Placa de pruebas: es un tablero con orificios conectados eléctricamente entre sí en un plano horizontal en el cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables sin necesidad de soldadura. Está hecho de dos materiales, un aislante (el plástico blanco), y un conductor que conecta los diversos orificios entre sí. Cada banda conecta un grupo de cinco enchufes, con dos grupos en cada fila, separados por un surco central. Los cables o las patas de los componentes conectados en el mismo grupo estarán conectados eléctricamente. Los componentes con muchas patas (como los pulsadores), se colocan en el centro de la placa, de modo que la mitad de patas se encuentren en el lado izquierdo y la otra mitad en el lado derecho. Nota: Debemos desconectar siempre la alimentación antes de construir o modificar los circuitos.
Conector X2: Las 16 clavijas del microprocesador BASIC Stamp están conectados a este cabezal. Hay que tener en cuenta que las clavijas de acceso I/O también se encuentran en los conectores X4, X5 y X1; por lo tanto, debemos tener cuidado de no crear circuitos contradictorios si estamos utilizando estos otros conectores.
Conector AppMod: este conector proporciona potencia, clavijas de I/O, y acceso Vdd, Vin, Vss para algunos dispositivos que están especialmente diseñados para utilizar este enchufe.
Botón de reinicio: puede utilizarse para reiniciar el microcontrolador BASIC Stamp sin tener que encender y apagar el equipo. También se utiliza en programas avanzados para cambiar entre diferentes funciones.
Interruptor de energía: la posición más a la izquierda (0) es APAGADO, toda la potencia se desconecta. Cuando añadamos o cambiemos componentes en la placa de pruebas debemos colocar el interruptor en esta posición. La posición central (1) proporciona Vin (voltaje no regulado de la batería o de la fuente de alimentación) al regulador, al microcontrolador y a los conectores marcados como «Vin». Esta posición del interruptor también entrega Vdd (5 V) a todas las tomas Vdd de la placa de pruebas y al contector AppMod. La posición extrema derecha (2) también proporciona potencia a los conectores X4 y X5 (los servos).
Microcontrolador.
Conexión USB con el PC.

Realizar las conexiones de la tarjeta

Lo primero que haremos al sacar la tarjeta Home Work de su bolsa de embalaje será colocar los tacos de goma en la parte inferior para evitar daños mientras la manipulamos:

Acto seguido debemos insertar el microcontrolador. Se hace aplicando una leve presión.

Conectamos la fuente de alimentación (o bien la batería de 9V o la alimentación a la pared).

Ahora ya podemos conectar el cable USB al ordenador

La tarjeta ya está lista para encenderse. Colocamos el interruptor 11 en la posición “1” y veremos como se enciende el indicador LED 4 con una luz verde. Nota: Debemos esperar un poco ya que normalmente, el programa Windows del PC detectará el dispositivo y comenzará a instalar los drivers.

Probar las conexiones de la tarjeta

Una vez realizados los ajustes anteriores, debemos probar que las conexiones se han hecho correctamente, para lo cual deberemos volver al programa:

Hacemos click en la pestaña RUN y luego pulsamos IDENTIFY

y por fin aparece la ventana que confirma que el ordenador ha detectado correctamente la tarjeta Home Work.

Bien, lo vamos a dejar aquí por ahora, aunque antes debemos seguir unos pasos sencillos para desconectar la tarjeta: devolveremos el interruptor 11 a la posición “0” y ya podremos desconectar la batería y el cable USB.

Jul

2013

Boe-Bot: descripción

Última actualizacón: 10 marzo 2018 a las 15:42

El nombre de Parallax, PBASIC, BASIC Stamp, Board of Education y Boe-Bot son marcas registradas por Parallax Inc.

Todas las fotografías y vídeos han sido realizados por el autor. Si alguien desea copias de mayor resolución de las imágenes, puede solicitarlas

Como ya he adelantado, mi intención es construir un pequeño robot móvil y programable que realice tareas sencillas. Tras mucho investigar, y consultar a algunos especialistas en el tema, he decidido adquirir el robot Boe-Bot® de la empresa Parallax®

Como podrán observar, la caja contiene todos los elementos necesarios para construir y programar el robot, así como un completo manual ilustrado (aunque en inglés). En cualquier caso, la empresa española Ingeniería de Microsistemas Programados SL mantiene una página en internet desde donde no sólo comercializa el producto, sino que aloja documentación, drivers, programas para descargar así como un foro de debate para resolver las diferentes cuestiones que puedan surgir durante su montaje.

Los distintos componentes se presentan perfectamente embalados y protegidos. Destacan los sensores, el microcontrolador y la tarjeta Home Work® donde van adaptados todos los periféricos y donde se realizan las conexiones.

Este es el alma del robot. Aunque más adelante profundizaremos en su diseño, señalar que funciona con una batería de 9V (los motores y otros elementos emplean sus propias baterías) y que no es preciso hacer soldaduras para conectar los diferentes actuadores gracias a la placa Board of Education® que permite introducir directamente los cables a presión en el lugar adecuado.

Por último, tenemos las ruedas, la estructura sobre la que se montarán todos los elementos y las baterías adicionales para los motores como hemos apuntado más arriba.

Bien, una vez hechas las presentaciones, en próximas entradas comenzaremos el montaje. No se lo pierdan.

Jul

2013

Introducción a la robótica: construir un microbot

Última actualizacón: 16 noviembre 2017 a las 17:06

Tras las vacaciones ha llegado la hora de poner manos a la obra de nuevo. Como lo prometido es deuda, vuelvo con nuevos proyectos que creo serán de interés. Vamos a presentar el primero de ellos.

A pesar de que he estudiado una carrera de «letras» (aún no se muy bien porqué pero, como diría una buena amiga, eso es otra historia…) siempre me ha interesado el mundo de la electrónica, construir cosas y comprender el funcionamiento de las máquinas —en apariencia sencillas— que nos hacen la vida más cómoda (por ejemplo, un ascensor, un ventilador y otros artilugios por el estilo). Así que, como suelo hacer habitualmente en estos casos, para hacerme una idea del tema acudí a un buen libro: Introducción a la robótica: principios teóricos, construcción y programación de un robot educativo. Se trata de una obra dividida en dos partes, la primera teórica, y la segunda —más densa— práctica, que ofrece una aproximación a la robótica, sus características básicas, los componentes y demás conocimientos necesarios para la construcción de un robot, tarea a la que dedica la segunda parte. En definitiva, permite construir paso a paso un microbot comprendiendo la esencia de su construcción, programación y funcionamiento.

Permítanme que les explique con mayor detalle qué es exactamente lo que pretendo. Mi objetivo es construir un pequeño robot móvil y programable que realice tareas sencillas. Para ello, contará con un cerebro electrónico consistente en un microcontrolador que integrará un programa previamente escrito con una serie de instrucciones que determinarán las acciones a ejecutar en función de la interacción del robot con el entorno.

Ya tenemos la primera palabra importante: el microcontrolador. Como sabemos, las primeras microcomputadoras se obtuvieron al añadir a un procesador unos periféricos externos, tales como memoria, líneas de entrada/salida, temporizadores etc. El siguiente avance fue la creación de un circuito integrado que contenía tanto el procesador como estos periféricos. De esta forma se desarrolló la primera microcomputadora en un solo chip, denominada más tarde microcontrolador. Mientras que el microprocesador, por sí solo, no está preparado para la comunicación con los dispositivos periféricos que se le conectan, el diseño del microcontrolador es tal que contiene todos esos componentes integradas en el mismo chip. El resultado es evidente, se ahorran tanto tiempo como espacio en la construcción de los dispositivos.

Una vez sentado lo anterior, tengamos en cuenta que un microbot consta, por lo general, de los siguientes elementos:

Una estructura, que sirve de soporte material de los distintos componentes. El diseño de este armazón o esqueleto va a depender en gran medida del tipo de trabajo que va a desarrollar el robot, en ocasiones será necesario que sea ligero (en el caso de un robot volador por ejemplo) o bien más robusto para soportar el peso de grandes baterías.
Diferentes sensores, encargados de recoger la información del entorno (temperatura, luz, presencia de obstáculos, etc.). Es esencial que el robot sea capaz de captar lo que sucede a su alrededor para así poder actuar en consecuencia. Una correcta elección de los sensores, y su colocación sobre el robot, son determinantes para que pueda cumplir su tarea correctamente.
Motores y otros actuadores que realizan acciones concretas (altavoz, cámara de grabación, señales LED, display, zumbador, etc.). Los motores confieren movilidad al robot (habrá que elegir los adecuados para la tarea, con mayor potencia o velocidad); mientras que existen otros actuadores con múltiples utilidades, comunicación con el usuario, radiofrecuencia etc.)
Por último, el cerebro: una tarjeta de control con un microcontrolador que tiene grabado en su memoria el programa de instrucciones que gobierna el comportamiento de toda la máquina.

Para desarrollar una aplicación práctica basada en un microcontrolador hay que hacer dos cosas. En primer lugar, debemos conectar al microcontrolador los diferentes dispositivos de entrada —que recogen información del mundo exterior— y los de salida —que realizan las acciones precisas—. En segundo lugar, es preciso diseñar un programa basado en las instrucciones que admite el microcontrolador, para organizar y planificar las operaciones a realizar a lo largo del tiempo. Una vez puesto a punto, el programa se graba en la memoria que posee el microcontrolador y el sistema queda operativo.

Como vemos, el diseño de un microbot exige tener clara la función que queremos que desempeñe. De esta forma, no tenemos más que llevar a cabo la instalación del “hardware”, es decir, el conexionado físico de los elementos que desempeñarán la tarea, y desarrollar el “software”, consistente en la creación del programa de instrucciones que planifique las acciones a ejecutar en función de las características de las entradas.

Sencillo ¿verdad?. Pues eso parece, pero en realidad hay mucho que aprender y muchas pruebas que realizar así que, sin más preámbulos, pongámonos manos a la obra: