diseño de robot móvil omnidireccional mayabot

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DISEÑO DE ROBOT MÓVIL OMNIDIRECCIONAL MAYABOTJ. R. Atoche Enseñat, O. Sánchez Siordia, O. Moreno Franco, S. Narváez Samuel, O. Carvajal Espinoza, A. Cortés Mánica, H. Pinto Ávila, E. Gaxiola Sosa, A. Collí Menchi, D. Broca López, E. Espadas Aldana, A. A. Castillo Atoche, E. Uicab Santos Instituto Tecnológico de Mérida, Km. 5 Carretera Mérida Progreso, Mérida, Yucatán, México [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected] RESUMEN En este trabajo se presenta el diseño mecánico, eléctrico y electrónico de un robot móvil omnidireccional, resaltando las ventajas que tendría hacer uso de el para la enseñanza de diversas disciplinas. Se describe a detalle los elementos mecánicos utilizados, los motores, baterías, y circuitos de control, potencia y sensores que se implementaron en el robot. Se menciona también las ventajas de utilizar un software de programación visual diseñado para el robot, que permite a usuarios sin experiencia en electrónica ni robótica programar tareas complejas en un ambiente visual muy intuitivo, de manera fácil y rápida. La plataforma Hardware-Software fue probada en el concurso de robótica realizado en el marco de la 18 Olimpiada Internacional de Informática llevada a cabo en Agosto de 2006. ABSTRACT In this work, the design of an omnidirectional mobile robot is presented including the mechanical, electrical and electronichal systems. With this kind of project, the students can improved their skills in robotics and digital design that is very difficult to obtain in a single course. We also describe in this work, the elements implemented in the design like the mechanical elements, control circuits, power stages and different sensors. A visual programming interface was also design with the purpose to reduce the programming time for the students. This program allows to the users without any experience in electronics or robotics to program complex tasks in a very simple way. The Hardware-Software platform was presented and used in the 18th International Olympiad in Informatics carried out in August 2006. I. INTRODUCCIÓN En los últimos años la comunidad científica y las instituciones de educación han prestado un especial interés en el uso de competencias de robots móviles autónomos para motivar el interés de los estudiantes hacia el diseño y la investigación en diversas áreas de la ingeniería así como para promover el desarrollo de nuevas tecnologías. El empleo de pequeños robots que deban resolver tareas bien definidas como medio para la enseñanza de materias de diseño integral avanzado se encuentra bien documentado. Por ejemplo en [1] y [2] se describen cursos en los cuales los alumnos deben realizar el diseño completo de robóts móviles inteligentes que cumplan determinadas tareas, en [3] se destaca que este tipo de actividad permite desarrollar en los alumnos habilidades esenciales para un ingeniero que no pueden desarrollarse en el aula normal, como son: identificación de conceptos claves, adquisición de nuevos conocimientos, creatividad para utilizar información incompleta o contradictoria. En [4] se trabaja con robots diseñados con Lego y se describe un software de programación visual para programar robots móviles autónomos, en el cual el usuario final no requiera ningún conocimiento sobre los métodos "internos" de control, en este caso redes neuronales artificiales. En [5] se presenta el uso y reuso de plataformas hardware basadas en tarjetas de desarrollo para FPGAs de Xilinx y de Altera, y en microprocesadores embebidos como el control de robots móviles autónomos dentro del programa de una materia de diseño avanzado. [6] presenta la construcción de un robot móvil muy simple que utiliza los motores y baterias de 2 desarmadores eléctricos como

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Instituto Tecnológico de Mérida.Presentado por: J. R. Atoche Enseñat, O. Sánchez Siordia, O. Moreno Franco, S. Narváez Samuel, O. Carvajal Espinoza, A. Cortés Mánica, H. Pinto Ávila, E. Gaxiola Sosa, A. Collí Menchi, D. Broca López, E. Espadas Aldana, A. A. Castillo Atoche, E. Uicab SantosMérida, Yucatán, México 2006.En este trabajo se presenta el diseño mecánico, eléctrico y electrónico de un robot móvil omnidireccional, resaltando las ventajas que tendría hacer uso de el para la enseñanza de diversas disciplinas. Se describe a detalle los elementos mecánicos utilizados, los motores, baterías, y circuitos de control, potencia y sensores que se implementaron en el robot. Se menciona también las ventajas de utilizar un software de programación visual diseñado para el robot, que permite a usuarios sin experiencia en electrónica ni robótica programar tareas complejas en un ambiente visual muy intuitivo, de manera fácil y rápida. La plataforma Hardware-Software fue probada en el concurso de robótica realizado en el marco de la 18 Olimpiada Internacional de Informática llevada a cabo en Agosto de 2006.

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DISEÑO DE ROBOT MÓVIL OMNIDIRECCIONAL “MAYABOT”

J. R. Atoche Enseñat, O. Sánchez Siordia, O. Moreno Franco, S. Narváez Samuel, O. Carvajal Espinoza, A. Cortés Mánica, H. Pinto Ávila, E. Gaxiola Sosa, A. Collí Menchi,

D. Broca López, E. Espadas Aldana, A. A. Castillo Atoche, E. Uicab Santos

Instituto Tecnológico de Mérida, Km. 5 Carretera Mérida Progreso, Mérida, Yucatán, México [email protected], [email protected], [email protected], [email protected],

[email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected],

[email protected], [email protected], [email protected]

RESUMEN En este trabajo se presenta el diseño mecánico, eléctrico y electrónico de un robot móvil omnidireccional, resaltando las ventajas que tendría hacer uso de el para la enseñanza de diversas disciplinas. Se describe a detalle los elementos mecánicos utilizados, los motores, baterías, y circuitos de control, potencia y sensores que se implementaron en el robot. Se menciona también las ventajas de utilizar un software de programación visual diseñado para el robot, que permite a usuarios sin experiencia en electrónica ni robótica programar tareas complejas en un ambiente visual muy intuitivo, de manera fácil y rápida. La plataforma Hardware-Software fue probada en el concurso de robótica realizado en el marco de la 18 Olimpiada Internacional de Informática llevada a cabo en Agosto de 2006. ABSTRACT In this work, the design of an omnidirectional mobile robot is presented including the mechanical, electrical and electronichal systems. With this kind of project, the students can improved their skills in robotics and digital design that is very difficult to obtain in a single course. We also describe in this work, the elements implemented in the design like the mechanical elements, control circuits, power stages and different sensors. A visual programming interface was also design with the purpose to reduce the programming time for the students. This program allows to the users without any experience in electronics or robotics to program complex tasks in a very simple way. The Hardware-Software platform was presented and used in the 18th International Olympiad in Informatics carried out in August 2006.

I. INTRODUCCIÓN En los últimos años la comunidad científica y las instituciones de educación han prestado un especial interés en el uso de competencias de robots móviles autónomos para motivar el interés de los estudiantes hacia el diseño y la investigación en diversas áreas de la ingeniería así como para promover el desarrollo de nuevas tecnologías. El empleo de pequeños robots que deban resolver tareas bien definidas como medio para la enseñanza de materias de diseño integral avanzado se encuentra bien documentado. Por ejemplo en [1] y [2] se describen cursos en los cuales los alumnos deben realizar el diseño completo de robóts móviles inteligentes que cumplan determinadas tareas, en [3] se destaca que este tipo de actividad permite desarrollar en los alumnos habilidades esenciales para un ingeniero que no pueden desarrollarse en el aula normal, como son: identificación de conceptos claves, adquisición de nuevos conocimientos, creatividad para utilizar información incompleta o contradictoria. En [4] se trabaja con robots diseñados con Lego y se describe un software de programación visual para programar robots móviles autónomos, en el cual el usuario final no requiera ningún conocimiento sobre los métodos "internos" de control, en este caso redes neuronales artificiales. En [5] se presenta el uso y reuso de plataformas hardware basadas en tarjetas de desarrollo para FPGAs de Xilinx y de Altera, y en microprocesadores embebidos como el control de robots móviles autónomos dentro del programa de una materia de diseño avanzado. [6] presenta la construcción de un robot móvil muy simple que utiliza los motores y baterias de 2 desarmadores eléctricos como

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etapa de potencia y una laptop como etapa de control destacando la potencia de computo disponible gracias a este artilugio. En [7] se utiliza una tarjeta de desarrollo de Altera como el control de un robot móvil autónomo capaz de realizar diversas tareas, para enseñar diseño avanzado en ingeniería. En el presente trabajo describe el diseño mecánico, eléctrico y electrónico de un pequeño robot móvil que puede ser programado mediante un software que permite programar el comportamiento del robots en un ambiente visual muy intuitivo. Dichos robots se han diseñado de manera que puedan ser útiles para la enseñanza de diversas áreas de la ingeniería. Se eligió como plataforma mecánica un sistema omnidireccional basado en tres ruedas independientes con sus correspondientes motores (Fig. 3 a), debido a lo interesante que resulta el control de trayectorias con este sistema para materias de planificación de movimientos. El control del mismo se basa en tarjetas de desarrollo para FPGAs de Xilix, debido a la gran flexibilidad de estos elementos, lo cual permite utilizar dicha plataforma para materias de diseño digital y que el control del robot pueda ser modificado fácilmente, ya sea para probar nuevos controladores (materias de control), para anexar nuevos sistemas de sensado (instrumentación, optoelectrónica), o capacidades de comunicación inalámbricas (comunicaciones), por ejemplo. Desde el punto de vista de la educación, el software diseñado permite que alumnos distintos niveles puedan acceder a la plataforma robótica creada. A su vez, permite la implementación de algoritmos para la realización de tareas complejas, de manera rápida y sencilla. Dichos algoritmos pueden aprovechar para la toma de decisiones el tiempo y el estado de una serie de sensores colocados alrededor de la estructura del robot para medir las variables del entorno. La prueba conjunta de la plataforma de programación visual y del agente autónomo (robot móvil omnidireccional) se realizó durante un concurso en el marco de la 18th Olimpiada Internacional de Informática (IOI), realizada en la Ciudad de Mérida, Yucatán, México, durante la semana del 13 al 20 de agosto de 2006, en el cual participantes de

más de 25 países utilizaron el software presentado para programar robots con el objetivo de resolver tareas específicas previamente definidas. 2. DISEÑO MECÁNICO

El chasis del robot se diseñó para que formara un cilindro de 18 cm de diámetro por 22 cm de alto, el cual está formado por una base principal de aluminio, un separador y una tapa protectora de acrílico. Las tres placas son circulares de 18 cm de diámetro y se encuentran separadas entre sí por postes de aluminio roscados en sus dos extremos, los cuales se han fijado con tornillos a las placas.

a)

b)

Figura 1. a) Tapa protectora. b) Tapa protectora y

separador colocados en el robot.

2.1. Tapa protectora de la tarjeta Spartan 3 La función de esta placa es proteger a la tarjeta de control que como se explica mas adelante es una “Spartan 3 Starter Board”. Como podemos observar en la Figura 1 a, esta placa cuenta con cortes que permiten tener acceso a los siguientes componentes de

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la tarjeta: los pulsadores, los interruptores, el pulsador que resetea la tarjeta y carga el programa de la memoria en el FPGA y la conexión del J-TAG para la programación del robot. 2.2. Separador de aislamiento El objetivo de esta placa es servir de soporte y aislamiento entre la tarjeta de potencia y la tarjeta de control. La tarjeta de potencia se fija en la cara inferior de esta placa, con tornillos. La tarjeta de control se fija en la cara superior de esta placa, con tornillos. Esta placa cuenta con un corte lateral (se muestra encerrado en un óvalo en la figura 1 b), que facilita la conexión de un cable IDE que sirve como conexión entre ambas tarjetas.

a)

b)

Figura 2. a) Soporte principal. b) Vista lateral del

robot (sin batería ni placa de control)

2.3 Soporte Principal Este soporte es un círculo de 18 cm de diámetro hecho de aluminio calibre 16 y que, como se puede observar en la figura 2 a, cuenta con tres cortes separados a 120º cada

uno de los otros, que permiten la ubicación de las llantas dentro del chasis. Por debajo de la placa, utilizando segmentos angular de aluminio se han fijado los motores de manera que sus ejes cacen con los ejes del soporte principal, con 120º de separación entre ellos (Figura 3 a). Las llantas se han fijado a los motores utilizando bujes de bronce a presión (Figura 3 b). Arriba de la placa se sujeta la batería con Velero para evitar que se mueva durante el funcionamiento del robot, pero que sin embargo sea fácil y rápido cambiarla. Los motores utilizados cuentan con un reductor de velocidad con una conversión de 30:1, el eje de salida del reductor no se encuentre centrado, esto ayudó a que pudiéramos colocar los motores en apariencia descentrados, como se aprecia en la figura 3 a, sin que los ejes de las llantas perdieran su posición correcta.

a)

b)

Figura 3. a) Vista inferior, ubicación de los motores

y soportes para sensores frontal y posterior. b) Vista lateral, buje de bronce.

2.4 Soporte de sensores Adicionalmente, para la aplicación en la que se probó, se adicionaron dos soportes para

120º 120º

120º

Soportes para sensores: frontal y posterior

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sensores. Uno de ellos se colocó en la parte frontal de robot y alberga 8 sensores infrarrojos: 4 al frente para detección de obstáculos, 3 hacia abajo para detección de líneas en la pista y uno al costado izquierdo (del robot) para detección de pared. El otro soporte se colocó en la parte trasera izquierda del robot y alberga un sensor infrarrojo para la detección de pared. A ambas placas se les colocaron protectores de acrílico para evitar que algún golpe pudiera doblar o dañar los sensores.

a)

b)

Figura 4. a) Protector de la placa frontal de

sensores. b) Protector lateral.

3. DISEÑO ELECTRICO Y ELECTRÓNICO 3.1 Alimentación y motores Como fuente de alimentación para el robot se utilizan paquetes de baterías recargables de Níquel Metal Hidruro de 2,000 mAh a 9.6 Volts, con un peso de 230 g., pudiendo utilizarse una o hasta 2 baterías en un robot. Una batería le permite al robot una autonomía a pleno funcionamiento de aproximadamente 20 minutos. Se utilizaron motores de CD con voltaje nominal de 12 Volts, consumo a 12 Volts sin carga de 60 mA y con el eje frenado de 1500 mA. El motor tiene una velocidad de 6000 rpm pero con el reductor 30:1 obtenemos 200 rpm en el eje de salida. El sistema motor reductor tiene una fuerza de 4.6 Kg cm y pesa 152 g. La electrónica consta básicamente de tres elementos: la tarjeta de control, la tarjeta de potencia y las tarjetas de los sensores. Cada uno de ellos se describe a continuación:

3.2 Tarjeta de Control La tarjeta de control utilizada en este prototipo como ya se había comentado antes es una tarjeta de evaluación “Spartan 3 Starter Board”, la cual cuenta con un FPGA Xilinx Spartan 3 de 200 mil compuertas lógicas, 3 conectores de expansión de 40 pines, puerto serial RS232, 1 MByte de memoria RAM, interruptores, pulsadores, leds, etc. Dicha tarjeta se alimenta con 5 Volts y sus puertos de entrada y salida trabajan a 3.3 Volts.

a) b)

c)

Figura 5. a) Motor-reductor utilizado b) Batería

utilizada b) Tarjeta de control

3.3 Tarjeta de Potencia La tarjeta de potencia en realidad encierra 3 circuitos principales: regulación de voltaje para alimentación de la tarjeta de control, circuitos de potencia para alimentación de motores y adaptación de señal analógica a digital para los sensores. Cada uno de ellos es descrito a continuación. Regulación de voltaje para alimentación de la tarjeta de control. Para este circuito se utilizó un regulador lineal de 5 Volts (LM7805T) en su configuración estándar. Se añadió un pequeño disipador para evitar calentamientos excesivos.

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Circuitos de potencia para alimentación de motores. Para poder controlar el sentido de giro de los motores se utilizaron puentes H integrados para manejar su alimentación. El circuito utilizado es el L293D, este CI contiene 2 puentes H completos, es capaz de manejar hasta 600 mA por canal y trae integrados los diodos de protección, con lo cual solo resta conectarle el motor. Además estos circuitos tienen un pin de habilitación para cada puente H, alimentando una señal de PWM en este pin podemos controlar la cantidad de potencia entregada al motor y con esto su velocidad.

a)

b)

Figura 6. a) Circuito de potencia para los motores

b) Circuito de alimentación para la tarjeta de control.

Adaptación de señal analógica a digital para los sensores. Para esta etapa se han utilizado comparadores con salida de colector abierto, esto permite alimentar los comparadores con los 5 Volts que obtenemos del regulador implementado para generar el voltaje de la tarjeta de control (+Vcc=5volts, -Vcc=GND) y utilizar la alimentación de 3.3 Volts proveniente de la propia tarjeta para generar los voltajes de salida. Esta configuración garantiza señales digitales siempre en el rango de voltaje adecuado para la tarjeta. Se han utilizado 3 CI con 4 comparadores cada uno (LM339), lo cual nos permite leer hasta 12 sensores. A cada comparador se encuentra asociado un preset que nos permite fijar la calibración de cada sensor de manera individual con lo cual, aún con la misma configuración de los sensores, se pueden obtener distintos comportamientos de acuerdo a la calibración realizada. En la figura 7a se muestran las conexiones para uno de los CI, los otros 2 se conectan de manera idéntica. Finalmente en la Figura 7b podemos ver desde la ubicación de los conectores hasta la ubicación de todos y cada uno de los puentes, se puede observar el conector que va hacia la SPARTAN-3 el cual se encuentra casi en el centro, el conector que viene de la placa de los sensores delanteros y el conector del sensor trasero, así como la disposición de nuestros circuitos integrados, los potenciómetros de ajuste, los conectores de los motores y la entrada de la batería

Figura 7. a)

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b)

Figura 7. a) Circuito utilizado para convertir la

señal analógica de los sensores en niveles lógicos a 3.3Volts. b) Circuito impreso de la tarjeta de

potencia.

3.4. Tarjetas de Sensores Para la aplicación en la que se probó el diseño se utilizaron 9 sensores infrarrojos, estos se distribuyeron en 2 tarjetas, una delantera con 8 de ellos y una trasera con el sensor restante. Se utilizaron 2 tipos de emisores: uno de amplia iluminación (modelo IR333C) para los sensores frontales y de línea y uno de larga distancia (modelo IR383) para los laterales tanto delantero como trasero (Fig. 8). Se utilizó como receptor un fototransistor con filtro de luz de día (modelo PT1302B/C2) para todos los receptores debido a su inmunidad ante la iluminación ambiental. Se utilizaron resistencias de 220ohms en la polarización de los emisores para tener una corriente de 22mA. La potencia total que consume el circuito es de 636.5mW incluyendo los fototransistores, la corriente máxima es de 127.3mA (cuando los transistores conducen).

a)

b)

c)

Figura 8. a) LED infrarrojo IR383 b) LED Infrarrojo

IR333C c) Fototransistor PT1302B/C2

4. PRUEBA DEL SISTEMA

El sistema se probó durante un concurso de robótica en el marco de la 18th Olimpiada Internacional de Informática (IOI), realizada en la Ciudad de Mérida, Yucatán, México, durante la semana del 13 al 20 de agosto de 2006, en el cual participantes de más de 25 países utilizando un software de programación visual diseñado junto con el robot, programaron 15 robots idénticos construidos para el vento. 4.1 Plataforma Hardware En la tarjeta de control se implementado un sistema embebido, el cual es una combinación de hardware y software de cómputo [8] ubicados en su totalidad dentro del dispositivo que controlan. El sistema embebido está constituido básicamente por el microprocesador MicroBlaze, sus respectivas memorias de datos y de programa, módulos de entradas digitales y módulos independientes de PWM para cada motor. El control de todo el sistema lo realiza el microprocesador, por lo tanto modificando la programación de este, se modifica el funcionamiento del robot.

Fototransistor de silicón de 5mm de diámetro, con filtro de luz de día, 7 Volts de colector a emisor y 5 microse- gundos de tiempo de recuperación.

Transparente, 5 mm de diámetro, longitud de onda de 940 nanóme- tros, 1,3 Volts típicos en polarización directa, 1,7 Volts máximos, 20 mW y ángulo de 27 grados.

Azul, transparen te, 5 mm de diámetro, con longitud de onda de 940 nm, 1,3 V. típicos en polarización directa, 1,7 V. máximos, 20 mW y ángulo de 12 grados.

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Figura 9. Diagrama de las tarjetas de sensores lateral y frontal y vista del montaje. Código de los sensores: F-

ER=Frontal, extremo derecho, F-R=Frontal derecho. F-EL=Frontal, extremo izquierdo, F-L=Frontal izquier do, L-L=Línea izquierdo, L-C=Línea central, L-R=Línea derecho, W-F=Lateral frontal, W-R=Lateral trasero

a) c)

Figura 10. Software de Programación Visual. a) Ventana principal. b) Visualización virtual de los sensores.

c) Ventana para selección de movimiento predefinido o edición de movimiento específico.

Una carpeta muestra cada estado:

Estado 1, 2, 3y 4

Resúmenes de cada

acción del estado activo

Los estados pueden:

borrarse,

duplicarse,

renombrarse

y agregarse.

Las acciones pueden:

borrarse,

editarse,

agregarse

y duplicarse

b)

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4.2 Plataforma Software El microprocesador MicroBlaze puede programarse utilizando un lenguaje C modificado llamado “Xilinx C++” dentro del “Xilinx Plataform Studio”, por lo cual alguien que quisiera programarlo necesitaría tener conocimientos de programación en C++, programación en VHDL y saber manejar los programas de Xilinx “ISE Fundation” y “Xilinx Plataform Studio”. Pero esto implicaría un tiempo de entrenamiento excesivo para poder llegar a programar el robot, motivo por el cual se diseñó un software que permite, mediante un ambiente visual muy intuitivo, diseñar una máquina de estados que controle el funcionamiento del robot. El software diseñado compila la máquina de estados hacia un programa en Xilinx C++, se encarga de ejecutar automáticamente el sintetizador y finalmente descarga el algoritmo en el FPGA sin que el usuario tenga que tener conocimiento de la manera en que se utilizan estos programas. El software de programación visual esta estructurado en ventanas emergentes que facilitan al usuario el uso de todas las características del robot mediante visualizaciones virtuales. En si, se trata de un generador de máquina de estado que permite controlar las acciones del robot dentro de cada estado y el cambio entre estados. Un programa puede constar de uno o más estados, los cuales son creados, copiados o eliminados desde una ventana inicial por medio de botones (Fig. 10). A su vez cada estado puede contener una o más acciones, las cuales se evalúan para su ejecución en el orden en que son creadas y de acuerdo a sus condiciones de entrada y salida, todo esto por medio de botones, pero permitiendo al usuario avanzado modificar parámetros importantes durante la creación del algoritmo y después de creado el usuario tiene acceso al codigo Xilinx C++ para modificarlo si considera necesario. 4.2 El Concurso El torneo se dividió en dos etapas: eliminatoria y final. En la etapa eliminatoria los participantes deberían lograr que sus robots eligieran el camino mas corto en la pista (Fig. 11) y se detuvieran al llegar a la marca del final. Esta primera etapa tenía

como objetivo que los participantes se familiarizasen con los robots y con el software de programación visual, adicionalmente serviría como etapa eliminatoria ya que se contaba únicamente con 3 pirámides de prueba para la siguiente etapa, solo los 10 mejores equipos pasarían a la etapa final. En esta segunda etapa los concursantes deberían programar a sus robots para que ascendieran por la pirámide (Fig. 11) y se detuvieran al llegar a la marca de la cúspide. Para cada etapa los participantes solo contaron con alrededor de 3 horas para realizar sus algoritmos y pruebas. Antes de comenzar la etapa eliminatoria se proyectó un video en ingles de 20 minutos en el que se explicaban las reglas de la competencia, las características del robot y como utilizar el software de programación visual (que nunca antes habían visto).

Figura 11. Pirámide y pista utilizadas para el

torneo.

A la competencia se inscribieron 27 equipos de entre 2 y 4 personas de 25 países (cabe destacar que en el equipo ganador un solo participante acudió a la final). Los diez mejores equipos de la etapa eliminatoria acudieron a la final, durante tres horas, ante

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la expectación de compañeros y dirigentes del evento, obtuvieron avances impresionantes. Después de las pruebas vino la competencia, en la cual se obtuvieron los siguientes resultados: en primer lugar el equipo de España logró ascender la mayor distancia hacia lo más alto de la pirámide, más del 90% de la ruta, faltándole únicamente las 3 vueltas finales, en segundo lugar se colocó el equipo de Chile, cuyo algoritmo logró que el robot completara mas del 60% del recorrido de la pirámide durante la competencia (en las pruebas habían logrado más del 90%); finalmente el tercer lugar lo ocupó el equipo de Lituania con un avance del 55% del recorrido total en la pirámide. 5. RESULTADOS La utilización del robot-software de programación visual en este torneo demostró que por un lado, la plataforma robótica es robusta y funcional, y por otro, que su utilización junto con el software permite que usuarios, aún sin tener conocimientos profundos de robótica o electrónica, puedan programar de manera rápida y sencilla tareas específicas en los agentes autónomos. Cabe destacar que los participantes en la Olimpiada Internacional de Informática son alumnos de nivel medio superior, si bien es una selección de los mejores alumnos de cada país en este nivel, aún así, fue muy gratificante observar que, con tan solo un video de 20 minutos en el que se dedicaban aproximadamente 10 min. a la explicación de la competencia, reglas del juego y características del robot y únicamente 10 min. a la explicación del software, los participantes pudieron, sin excepción, generar algoritmos para controlar los robots suministrados, logrando en el poco tiempo de prueba que se les permitió usarlos, resultados impresionantes. Pruebas en el laboratorio demostraron que la eficiencia de un programador, mejora grandemente con la utilización de la plataforma visual propuesta, ya que el tiempo de elaboración de un algoritmo para una tarea básica como lo es un seguimiento de línea se redujo de 3 horas a tan solo 15 minutos.

6. CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS En este documento se describe el desarrollo de un robot móvil omnidireccional que en conjunto con un software de programación visual fue puesto a prueba en el torneo de robótica llevado a cabo en el marco de la Olimpiada Internacional de Informática 2006. Desde el punto de vista de la educación, el conjunto robot-software permite que alumnos del área de programación en distintos niveles puedan acceder a la plataforma robótica creada, desde alumnos en niveles básicos creando algoritmos para resolver tareas sencillas, hasta alumnos en niveles avanzado que pudieran probar complejos algoritmos de navegación y reconocimiento de entornos, o agregando un módulo de comunicación inalámbrica algoritmos para la realización de tareas en ambientes cooperativos, etc. La utilización de un FPGA como parte medular del sistema de control permite a su vez utilizar al robot en materias de electrónica digital, ya que proporcionando a los alumnos la hoja técnica de las conexiones, sin necesidad de modificar el hardware ya construido, los alumnos pueden diseñar su propio sistema de control, pudiendo utilizar desde lógica combinacional, maquinas de estado, hasta microprocesadores embebidos. A su vez la flexibilidad de este tipo de plataformas permite modificar fácilmente el sistema de control y anexar nuevos elementos, con lo cual el robot pude ser utilizado para plantear problemas reales a alumnos de diversas disciplinas en la electrónica, desde controladores de velocidad, redes de comunicación inalámbricas, nuevos sistemas de sensado, etc. Actualmente se esta trabajando en agregar sensores de velocidad a cada una de las llantas y en el módulo VHDL para el control PID de velocidad. También se está mejorando el sistema de sensores utilizando convertidores analógico a digital, para que se puedan calibrar por software, evitando con esto utilizar potenciómetros. Se está trabajando en un módulo de comunicación inalámbrica para anexarlo a cada robot.

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7. REFERENCIAS

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[2] Mark J. Paulik, Mohan Krishnan, “A

Competition-Motivated Capstone Design Course: The Result of a Fifteen-Year Evolution”, Transactions On Education, IEEE, Vol. 44, No. 1, February 2001, pp. 67-75.

[3] Peter H. Gregson, Timothy A. Little,

“Using Contests to Teach Design to EE Juniors”, Transactions On Education, IEEE, Vol. 42, No. 3, August 1999, pp. 229-232.

[4] Shawn M. Best, Philip T. Cox,

“Programming an Autonomous Robot Controller by Demonstration Using Artificial Neural Networks”, Proceedings of the Symposium on Visual Languages and Human Centric Computing

(VLHCC’04), IEEE, Sept. 2004, pp. 157-159.

[5] Tyson S. Hall, O. Hamblen, “System-on-

a-Programmable-Chip Development Platforms in the Classroom”, Transactions On Education, IEEE, Vol. 47, No. 4, November 2004, pp. 502-507.

[6] Carlos Cardeira, José Sá da Costa, “A

Low Cost Mobile Robot for Engineering Education”, 32nd Annual Conference of Industrial Electronics Society, IEEE, Nov. 2005, pp. 2162-2167.

[7] David Jeff Jackson, Kenneth G. Ricks,

“FPGA-Based Autonomous Vehicle Competitions in a Capstone Design Course”, Proceedings of the International Conference on Microelectronic Systems Education, IEEE, June 2005, pp. 9-10.

[8] Barr, Michael, Programming Embedded

Systems in C & C++, O´Reilly, January 1999.