Robot MiniSumo 6 junio, 2015 Comentar
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Nota: Este articulo fue escrito con la colaboración de nuestro amigo robotista Jason Alexander Salazar, agradecemos mucho su apoyo e interés en compartir su conocimiento y experiencia con la comunidad. El objetivo del siguiente tutorial es que conozcas los detalles de funcionamiento de un robot minisumo de competencia. Acá encontrarás los componentes necesarios para la elaboración de un robot minisumo, en todos sus aspectos, mecánica (Diseño y fabricación), electrónica, programación. Antes de iniciar, vamos a conocer a nuestro robotista en la entrevista que le hemos realizado: 1. Conozcamos la categoría minisumo. Limitaciones del robot: Área de 10×10 cm como máximo. La altura no tiene límite, pero se recomienda que el robot sea lo más bajo posible. El robot debe tener como máximo 500 g de masa. Normalmente esta limitación es fácil de cumplir cuando el robot es solo de 2 llantas. Limitaciones del Dohyo:
Diametro exterior de 77cm Ancho de la línea blanca 2.5cm 2. Materiales:
1 Estructura para robot minisumo: Esta estructura en aluminio cumple con las limitaciones de 10×10 cm en las dimensiones del robot. Cuenta con la base para poner los motores, batería, sensores y electrónica. Además trae una cuchilla echa en bronce para levantar al oponente. Además cuenta con las tapas laterales perforadas para soportar los sensores Sharp.
2 Motores Pololu 50:1 micro HP: se recomiendan estos motores ya que la relación de fuerza y velocidad es la más adecuada (aproximadamente 625 RPM – 1kg-cm de Torque). Esta relación permite que tu robot tenga la suficiente fuerza para poder mover el peso propio del robot y el del contrincante. Sin embargo tú puedes decidir si quieres un robot un poco más lento pero con mucha más fuerza, para este caso se recomiendan los motores Pololu 100:1 micro HP o los 75:1. Hay robots que usan 4 motores, pero esto requiere más trabajo, tiempo y dinero. Y no garantiza que tu robot sea mejor.
2 soportes para micro motores: Permiten sujetar los motores a la estructura del robot y están diseñados para los motores pololu, agarrándolos de manera firme.
2 Llantas de minisumo : Se recomiendan estas llantas ya que están diseñadas para este tipo de robot y logran cumplir con las limitaciones de las dimensiones, y el agarre con la superficie de madera es el mejor.
2 Sensores de proximidad infrarrojos: Se recomiendan 2 sensores al frente del robot, o mejor aún 4 sensores distribuidos 2 al frente y 2 a los lados (uno a cada lado). Hay robots minisumo que llegan a tener hasta 6 sensores y otros que tienen 3, esto ya depende de tu diseño propio, presupuesto, estrategia y lógica de programación. Además también está limitado por el número de pines que tengas libre en tu microcontrolador, y por el tamaño de los sensores que utilices ya que es más fácil acomodar 2 sensores en tu robot que 6, debido al poco espacio disponible. Se recomienda que los sensores tengan un alcance mínimo de 30cm y máximo de 80 cm, ya que si tu robot tiene un alcance menor a 30cm será difícil que encuentre al oponente, y si es mayor a 80cm puede detectar objetos por fuera del dohyo.
Podrías utilizar para esto los sensores Sharp análogos de 4-30cm o de 10-80cm estos no son los mejores, pero si muy comerciales y fáciles de adquirir, sin embargo hay sensores más pequeños que cumplen con las mismas características de alcance y son más rápidos en su respuesta. Personalmente no recomiendo los sensores de ultrasonido para los robot minisumo.
2 Sensores de línea QTR1A: Se utilizan para reconocer el borde del dohyo, ya que éste es de color blanco. Se recomiendan dos sensores uno en cada extremo de la parte frontal del robot. Sin embargo algunos robots tienen 4, 3 o incluso un solo sensor para detectar el borde de la línea (tú decides).
1 Bateria Lipo de 2 celdas y 500 mAh: Esta batería alimentara todo el robot, esto incluye los sensores, motores, y tarjeta de control.
1 Microcontrolador o algún arduino: Puedes utilizar el que más te guste (PIC, Picaxe, Atmel, freescale, Texas), o algún arduino micro o nano, lo importante es que cuente con puertos de entrada/salida para los sensores que pueden ser digitales y/o análogos y señales de control para los motores. Este es el cerebro de tu robot.
1 Puente H: Por si no lo sabes un microcontrolador no puede entregar directamente la potencia que necesita un motor. Para esto se utilizan los puentes H. Desde el microcontrolador se envían las señales digitales para indicar en qué dirección debe girar el motor y el puente H recibe estas señales y entrega la potencia necesaria al motor. Los más comerciales son el L293, L298, DRV8833, TB6612FBG. Para seleccionar el más adecuado para tu robot debes revisar las características de cada uno y de tus motores. Los motores pololu tienen una corriente pico de 1.6 A esto puede pasar cuando tu robot choque contra el oponente sin que ninguno ceda, por lo cual el puente H que selecciones debe cumplir con esta característica de corriente para cada motor, de lo contrario se puede quemar. Nota de tdrobotica: Te hemos recomendado el driver DRV8833, sin embargo ten en cuenta las recomendaciones del tutorial, ya que si solo pones un driver es posible que tu driver se queme en el momento en que el robot más fuerza generé. Una solución es poner los dos canales de un mismo driver para un motor. 3. Construcción y diseño Yo personalmente recomiendo que tú mismo diseñes tu placa PCB, en la cual pongas el microcontrolador y el puente H seleccionado, ya que si utilizas tarjetas por separado tu placa será más grande, y de todas maneras tendrás que diseñar un PCB. Entiendo que por facilidad muchos se acostumbran a utilizar tarjetas comerciales, pero si quieres un robot más compacto lo mejor es diseñar tu propia PCB que se acomode a tu diseño, esto te servirá también para que no necesites tantos cables de conexión. Además cuando
diseñes la placa debes procurar que los conectores para los sensores, motores, etc., estén cerca a lo que vas a conectar, por ejemplo que el conector del sensor derecho este al lado derecho de tu PCB y así con cada componente. Otra recomendación es hacer la PCB a doble cara, todo con el objetivo de que sea los más pequeña posible y que se acomode al espacio disponible. Además lo ideal sería que utilizaras componentes de montaje superficial. Cuando uno está empezando piensa que conseguir estos componentes es difícil y soldarlos aún más, pero realmente no es así. Actualmente se consiguen fácilmente resistencias, condensadores, led´s, microcontroladores, puente-h´s. Y en Youtube hay muchos videos sobre como soldar estos componentes sin problemas. Nota de tdrobotica: En el listado de materiales anteriores te recomendamos algunas placas y tarjetas de desarrollo que son más fácil de usar. Igualmente te invitamos a que diseñes tu propio PCB y uses los componentes SMD como lo recomienda el tutorial. 4. Diagrama de Bloques:
Este diagrama representa lo mínimo que debe tener tu robot. Se recomienda poner algunos leds en tu placa para que tener información sobre tu robot, por ejemplo que si un sensor está detectando algo, un led se encienda. 5. Programación: A continuacion se presenta un codigo en Arduino para un minisumo con 2 sensores Sharp y 2 sensores QTR, y 4 salidas para motores, 2 para cada motor. Y utilizando un puente H como el L293.
MInisumo con 2 sensores La programación varia drásticamente dependiendo del número de sensores que le pongas a tu robot y de donde los acomodes, este código es sencillo y diseñado para un robot con 2 sensores en la parte frontal del robot, a los cuales llamaremos sensor derecho y sensor izquierdo. Tú puedes poner 3, 4, 5 y hasta 6 sensores y dependiendo de esto la programación será muy diferente. La lógica es la siguiente, cuando enciendes tu robot este debe tener un tiempo de seguridad de 5 segundos que es lo que exigen en la mayoría de competencias, luego de esto empieza a funcionar tu robot, tu puedes tener una estrategia de ir siempre hacia adelante o de girar a la derecha o izquierda si ningún sensor ha detectado nada, y si algún sensor detecta al oponente entonces tu robot debe girar en dicha dirección. Esto queda más fácil de entender en la siguiente tabla de verdad.
La idea es que tu robot siempre ataque de frente, por lo cual si alguno de los sensores QTR detectan el borde de la línea blanca entonces tu robot debe regresar y dar media vuelta. ¿Cómo hacer que el robot de media vuelta? El tiempo que se tarda tu robot en dar media vuelta varía dependiendo de qué llantas estés usando y del diámetro de las mismas, que tan pesado sea, que tan rápidos sean tus motores, por eso para ajustar este tiempo que debe girar se deben hacer muchas pruebas.
Minisumo con 4 sensores Si vas a utilizar 4 sensores dispuestos como se muestra en la figura podrías tener la siguiente tabla de verdad.
Son muchas las condiciones que no se cumplen para una competencia de minisumo, por ejemplo la última condición de que todos los sensores estén detectando nunca se va a cumplir ya que es imposible que todos los sensores dispuestos de esta manera estén detectando a la vez, por lo cual no se tendría en cuenta esta condición a la hora de programar. Así mismo pasa con las otras condiciones que se descartan con una X, (recuerda que esto depende de cómo acomodes los sensores). La diferencia entre Derecha fuerte y Derecha suave, es que Derecha suave se logra haciendo girar solo la rueda izquierda de tu robot y dejando la rueda derecha quieta, mientras que derecha fuerte se logra haciendo girar la rueda izquierda hacia adelante y la rueda derecha hacia atrás, esto con el objetivo de que tu robot gire más rápido hacia la derecha. Asi mismo para el lado izquierdo. Esto es solo una recomendación ya que tú puedes desarrollar diferentes tipos de estrategias y mejores algoritmos para tu programación. Debes investigar.
