Algunas notas sobre programación del robot didáctico programable

En esta publicación: Robot Programable: Diagrama Básico en Bloques prometo, al final, que voy a continuar con los detalles de circuito y de programación. En la entrada: El microcontrolador “cerebro” del robot programable (básico) hay mucho de circuito (hardware), ya que el artículo contiene una descripción bastante detallada de las secciones del chip microcontrolador que utilizamos por ahora, y también detalles de configuración y uso del chip que tienen una enorme relación con la programación.

Concretamente, que algo he cumplido de la promesa.

Los artículos hasta ahora venían más o menos sincronizados con el avance de las clases, pero para esta fecha obviamente estamos en receso de verano y no hay actividad, ni la habría aunque me lo propusiera, ya que por suerte los chicos asisten a una colonia de verano. A mí tampoco el calor me favorece mucho para mover las neuronas, por eso estuve dedicando algunos artículos a la mecánica, a la búsqueda de soluciones para abaratar la construcción de la base mecánica del robot.

De eso aún falta, me quedan algunas cosas por solucionar, y me dedico casi diariamente al tema. Ya les contaré.

El robot programableRobot programable

Pero hay un programa básico ya escrito con el que hemos trabajado en clase, haciendo mover al robot. Este programa (escrito en assembler, o ASM) permite ordenar una secuencia de movimientos al robot. El programa tiene tres niveles: 1) las instrucciones básicas para mover los motores en el lenguaje del microcontrolador (son las mismas para toda la familia PIC16F, y se podrían utilizar en todos los modelos disponibles, si bien nuestro chip elegido es el PIC16F876A), 2) la inclusión posterior de las instrucciones básicas dentro de subrutinas a las que se puede llamar programando con palabras en castellano en lugar de con los mnemónicos de la programación ASM, lo cual facilita la comprensión, y finalmente 3) la conversión de estas subrutinas en macros.




Utilizando macros se programa directamente con la palabra que hemos definido para el comando; ni siquiera hace falta utilizar la instrucción CALL de ASM que se necesita para hacer correr una subrutina.

Voy a explicar poco a poco la programación, en todos los pasos.

Primero que nada: la configuración inicial del chip

Recordemos primero el diagrama en bloques, ya que hay que definir las funciones de las patas del chip teniendo en cuenta este circuito.

Diagrama básico en bloquesDiagrama en bloques
Veamos las instrucciones ASM en la parte de configuración:


        list P = 16F876a       ; indica el modelo de microprocesador a usar
        include "P16f876a.inc" ; provee declaraciones necesarias para el chip

        ERRORLEVEL 1;-302      ; para evitar los mensajes de cambio de
                               ; banco en el resultado del compilador

        ; Declaraciones que definen el funcionamiento básico del chip
        __config  _CP_OFF & _XT_OSC & _WDT_OFF & _PWRTE_ON & _LVP_OFF & _BODEN_OFF

        CBLOCK 0x20            ; Declarar las variables
          d1 ; usada en Retardos
          d2 ; usada en Retardos
          d3 ; usada en Retardos
        ENDC
;
; -----------
; INICIALIZAR
; -----------
        org 0x0000              ; Indica la dirección de origen del programa
        clrf STATUS             ; limpia el registro de estado
        movlw 0x00              ; valor cero 00
        movwf PCLATH            ; al contador de programa = comienzo 
        goto Comienzo           ; Salto a comienzo
;
Comienzo
; BANCO
        bcf STATUS,RP0          ; Prepara
        bcf STATUS,RP1          ; RAM Página 0, en pág 0 están los registros
                                ; de salida de los puertos
; ------------------------------------
; PUERTOS
        movlw 0x00      
        movwf PORTA             ; Inicializar valores del PORT A
        movlw 0x00
        movwf PORTB             ; Inicializar valores del PORT B
        movlw 0x80
        movwf PORTC             ; Inicializar valores del PORT C 
; ------------------------------------
; BANCO
        bsf STATUS,RP0          ; RAM Page 1, en pág 1 están los registros
                                ; de configuración de los puertos y
                                ; otros módulos del microcontrolador
; ---------------------------------------------------------------
; FUNCION DE LAS PATAS DE LOS PORTS
; ---------------------------------------------------------------
        movlw b'00000000'
        movwf TRISA             ; Todas las patas port A como salidas
        movlw b'00000000'
        movwf TRISB             ; Todas las patas port B como salidas
        movlw b'10111111'
        movwf TRISC             ; Todas las patas port C como entradas excepto RC6/TX
        movlw 0x06              ; Todas las patas del puerto entrada/salida digital
        movwf ADCON1            ; esto es necesario para el buen funcionamiento
                                ; de los puertos que tienen 
                                ; opciones analógicas (convertidor A/D)
;
; -----------------------------------------------------------
; BANCO
        bcf STATUS,RP0          ; Página RAM 0, la operación normal se realiza
                                ; en la página 0 de RAM
; -----------------------------------------------------------

 

Es conveniente que vayamos explicando las líneas de instrucciones por partes:


; -----------------------------------------------------------
        list P = 16F876a       ; indica el modelo de microprocesador a usar
        include "P16f876a.inc" ; provee declaraciones necesarias para el chip
; -----------------------------------------------------------

La indicación list P es muy directa, con ella se le dice al programa de compilación que vamos a trabajar en un programa para el PIC16F876A.

La indicación include incluye en el programa, en el momento de compilarlo, todo el texto que se encuentra dentro del archivo que se indica a continuación P16f876a.inc. En estos archivos (provistos por el fabricante) se definen nombres en letras para todas las partes del microcontrolador, que de otro modo deberían estar indicadas en el programa con números hexadecimales. Esta práctica evita el trabajo de estar memorizando o buscando en una tabla estos números, y facilita la comprensión al leer el programa, y permite un fácil intercambio de programas (migración) entre diferentes microprocesadores.

Por ejemplo, dentro de P16f876a.inc define así al puerto A: PORTA EQU H’0005′. Podríamos cambiar la declaración dentro de este archivo y llamar al puerto con un nombre en español, por ejemplo: PuertoA EQU H’0005′. Luego podríamos programar utilizando este nombre y funcionaría correctamente.


; -----------------------------------------------------------
        ERRORLEVEL 1;-302      ; para evitar los mensajes de cambio de
                               ; banco en el resultado del compilador
; -----------------------------------------------------------

Esta línea no es imprescindible y se utiliza para evitar molestas indicaciones de aviso cuando se cambia de banco de RAM en el programa. Las indicaciones no son necesarias si en el programa hemos realizado correctamente los cambios de banco.



; -----------------------------------------------------------
        ; Declaraciones que definen el funcionamiento básico del chip
        __config  _CP_OFF & _XT_OSC & _WDT_OFF & _PWRTE_ON & _LVP_OFF & _BODEN_OFF
; -----------------------------------------------------------

Los microcontroladores poseen una serie de configuraciones que se fijan por única vez al principio de la operación y definen ciertas partes esenciales de su funcionamiento. En el ejemplo:

_CP_OFF (Code Protection) define que no protegeremos el código de ser leído desde la memoria de programa del chip. Es posible definir _CP_ON cuando ya tenemos un programa totalmente probado en un equipo que vamos a entregar y no deseamos que alguien se lo copie leyéndolo desde la memoria de programa del microcontrolador.

_XT_OSC define el modo de oscilador de reloj del chip. En este caso, la opción _XT_OSC indica que se utilizará un cristal o resonador conectado al chip para definir la frecuencia de trabajo.

_WDT_OFF está relacionado con la función de “Despertador” (“Watchdog timer” en inglés) que se utiliza en aquellos casos en que se desea que el microcontrolador sea “despertado” de posibles estados en que haya quedado detenido, sea porque quedó esperando una señal de activación externa o porque falló su programa o porque se lo puso intencionalmente en ese estado por programa. El watchdog timer (WDT) puede producir un reinicio del microcontrolador PIC cada cierto período de tiempo, y recomenzar la ejecución del programa. Esto es para evitar que el dispositivo entre en un lazo infinito (se “cuelgue”), o se quede en una espera muy prolongada por un determinado evento que no ocurre. Durante la operación normal, el watchdog timer (en español “perro guardián” o “despertador”) genera un reinicio del microcontrolador PIC después del final de su período WDT. También cumple la función de sacar al dispositivo del modo Sleep (“Dormir”). En este caso el watchdog timer ocasiona que se despierte el microcontrolador PIC y continúe con la operación normal (sin producir reinicio), lo que se conoce como despertar WDT. No lo utilizamos en este programa en particular, de modo que fijamos _WDT_OFF, o sea, Watchdog Timer apagado.

_PWRTE_ON (Power-up Timer) Habilita un temporizador que se dispara en el encendido y permite que, durante su espera, se estabilicen todos los circuitos antes de comenzar a correr el programa.

_LVP_OFF define el modo en que se puede programar el chip. Esta definición en OFF determina que no se puede programar el chip utilizando un sistema de programación de bajo voltaje. Los programadores de PICs utilizan un voltaje de 12 volts en la pata MCLR del chip para poder escribir en su memoria de programa. Al definir el estado OFF de esta configuración se previene una programación accidental (que modificaría el programa y dejaría no operativo al microcontrolador) con los voltajes estándar de funcionamiento en sus patas.

_BODEN_OFF El bit BODEN (Brown Out Reset) en la configuración define la activación o no de una detención del microcontrolador por un descenso de voltaje de alimentación. Puede ser útil, pero no lo utilizamos en este diseño, por eso lo definimos en OFF.


; -----------------------------------------------------------
        CBLOCK 0x20            ; Declarar las variables
          d1 ; usada en Retardos
          d2 ; usada en Retardos
          d3 ; usada en Retardos
        ENDC
; -----------------------------------------------------------

En este bloque se declaran las variables que necesitaremos utilizar (y se reservan sus espacios en la memoria RAM). Por defecto, las variables son bytes (8 bits).



; -----------------------------------------------------------
; INICIALIZAR
; -----------
        org 0x0000              ; Indica la dirección de origen del programa
        clrf STATUS             ; limpia el registro de estado
        movlw 0x00              ; valor cero 00
        movwf PCLATH            ; al contador de programa = comienzo 
        goto Comienzo           ; Salto a comienzo
;
Comienzo
; BANCO
        bcf STATUS,RP0          ; Prepara
        bcf STATUS,RP1          ; RAM Página 0, en pág 0 están los registros
                                ; de salida de los puertos
; ------------------------------------
; PUERTOS
        movlw 0x00      
        movwf PORTA             ; Inicializar valores del PORT A
        movlw 0x00
        movwf PORTB             ; Inicializar valores del PORT B
        movlw 0x80
        movwf PORTC             ; Inicializar valores del PORT C 
; ------------------------------------
; BANCO
        bsf STATUS,RP0          ; RAM Page 1, en pág 1 están los registros
                                ; de configuración de los puertos y
                                ; otros módulos del microcontrolador
; ---------------------------------------------------------------
; FUNCION DE LAS PATAS DE LOS PORTS
; ---------------------------------------------------------------
        movlw b'00000000'
        movwf TRISA             ; Todas las patas port A como salidas
        movlw b'00000000'
        movwf TRISB             ; Todas las patas port B como salidas
        movlw b'10111111'
        movwf TRISC             ; Todas las patas port C como entradas excepto RC6/TX
        movlw 0x06              ; Todas las patas del puerto entrada/salida digital
        movwf ADCON1            ; esto es necesario para el buen funcionamiento
                                ; de los puertos que tienen 
                                ; opciones analógicas (convertidor A/D)
;
; -----------------------------------------------------------
; BANCO
        bcf STATUS,RP0          ; Página RAM 0, la operación normal se realiza
                                ; en la página 0 de RAM
; -----------------------------------------------------------

Las líneas de inicialización en este bloque están ampliamente explicadas con comentarios. En la última parte, debo aclarar que los registros TRIS son los que definen si una pata de entrada/salida es una entrada o una salida. Hay un registro TRIS para cada puerto: TRISA, TRISB y TRISC. Un 0 las define como salidas, un 1 las define como entradas. Por último, los microcontroladores con puertos cuyas patas se pueden definir como entradas al módulo Convertidor Analógico Digital (Analog/Digital Converter, o ADC, en inglés) tienen un registro de configuración en el que se debe definir si se utilizarán o no esas patas como entradas analógicas. Esto lo define el registro ADCON1 y el valor a definir para utilizar todas las patas como entrada/salida digital (tal como las utilizaremos por el momento) es 0x06 (hexadecimal 06).

Esencial: La parte del programa en sí

Observando el diagrama en bloques del robot programable, y con una lectura al artículo de apoyo sobre el chip de manejo de motores, podemos determinar que uno de los motores, el derecho, se maneja a través de dos patas del puerto A, RA0 y RA1, y el otro (izquierdo) a través de las patas RA2 y RA3 del puerto A.

La tabla de señales de control para los motores es como sigue:

     MOTOR DERECHO     
|
       MOTOR IZQUIERDO       
    RA0     RA1     ACCIÓN | RA2 RA3 ACCIÓN
    1     0     AVANCE | 0 1 AVANCE
    0     1     RETROCESO | 1 0 RETROCESO
    0     0     DETENIDO | 0 0 DETENIDO
    1     1     DETENIDO | 1 1 DETENIDO


Por lo tanto, las instrucciones de manejo de los motores se pueden definir del siguiente modo:

;------------
; SUBRUTINAS
;------------

DerechoAdelante
        bsf PORTA,0        ; PORTA 0 = 1 - Motor derecho ad.
        bcf PORTA,1        ; PORTA 1 = 0 - Motor derecho ad.
return
;-------------------------------------

DerechoAtras
        bcf PORTA,0        ; PORTA 0 = 0 = Motor derecho atr.
        bsf PORTA,1        ; PORTA 1 = 1 = Motor derecho atr. 
return
;-------------------------------------

DerechoDetenido
        bcf PORTA,0        ; PORTA 0 = 0 = Motor derecho det.
        bcf PORTA,1        ; PORTA 1 = 0 = Motor derecho det.
return
;-------------------------------------

IzquierdoAdelante
        bcf PORTA,2        ; PORTA 2 = 0 = Motor izquierdo ad.
        bsf PORTA,3        ; PORTA 3 = 1 = Motor izquierdo ad.
return
;-------------------------------------

IzquierdoAtras
        bsf PORTA,2        ; PORTA 2 = 1 = Motor izquierdo atr.
        bcf PORTA,3        ; PORTA 3 = 0 = Motor izquierdo atr.
return
;-------------------------------------

IzquierdoDetenido
        bcf PORTA,2        ; PORTA 2 = 0 = Motor izquierdo det.
        bcf PORTA,3        ; PORTA 3 = 0 = Motor izquierdo det.
return
; -----------------------------------------------------------

Para realizar un movimiento necesitamos definir tiempos, y para eso, para empezar, podemos utilizar un simple rutina de “pérdida de tiempo” (el microcontrolador se queda “perdiendo tiempo” dentro de esta subrutina, y no hace ninguna otra cosa). La rutina la calculé utilizando los servicios del sitio Delay Code Generator donde se puede crear un código de retardo para PICs definiendo algunos parámetros (en el futuro usaremos un módulo TIMER del microcontrolador, pero cada cosa a su tiempo).

La rutina de pérdida de tiempo es:

;------------
Retardo1seg
        movlw d'0'
; Frecuencia de reloj = 4 MHz
; Retardo real = 1 segundo = 1000000 ciclos
; Error = 0 %
                ;999997 ciclos
        movlw        d'8'        ; 0x08
        movwf        d1
        movlw        d'47'        ; 0x2F
        movwf        d2
        movlw        d'3'        ; 0x03
        movwf        d3
Retardo_01
        decfsz        d1, f
        goto        $+2
        decfsz        d2, f
        goto        $+2
        decfsz        d3, f
        goto        Retardo_01
                ; 3 ciclos más
        goto        $+1
        nop
        return
; -----------------------------------------------------------

Veamos entonces cómo es un programa que utilice estas subrutinas para ordenar al robot un movimiento en L.

; -----------------------------------------------------------
Principal
        call DerechoAdelante
        call IzquierdoAdelante
;
        call Retardo1seg
;
        call DerechoAdelante
        call IzquierdoDetenido
;
        call Retardo1seg
;
        call DerechoAdelante
        call IzquierdoAdelante
;
        call Retardo1seg
;
        call DerechoDetenido
        call IzquierdoDetenido
;
; las siguientes llamadas al retardo son para que el robot 
; se detenga unos segundos antes de moverse nuevamente en 'L'
; y repetir esta secuencia constantemente...
        call Retardo1seg 
        call Retardo1seg
        call Retardo1seg
        call Retardo1seg
        call Retardo1seg
        call Retardo1seg
        call Retardo1seg
        call Retardo1seg
        call Retardo1seg
        call Retardo1seg
;
        goto Principal

; -----------------------------------------------------------

El programa completo en ASM con el método de llamado a subrutinas es el que sigue. Más abajo encontrarán un enlace para bajarse el archivo en formato TXT con el programa completo en ASM listo para compilar. En el próximo artículo presentaré la conversión del programa al método de programación con MACROS y una serie de ejemplos de programas con distintas rutinas de movimiento.

;************************************************************************
; Procesador: PIC16F876 con Xtal 4 MHz
; Función: Manejo del robot programable
; Hardware: Protoboard
; Archivo: 01
; Autor: Eduardo J. Carletti 
; Fecha: 21 septiembre 2014
;
; Historia: El robot avanza formando una L   
;    
;*************************************************************************

        list P = 16F876a
        include "P16f876a.inc"

        ERRORLEVEL 1;-302        ; para evitar los mensajes de cambio de
                                ; banco en el resultado del compilador

        __config  _CP_OFF & _XT_OSC & _WDT_OFF & _PWRTE_ON & _LVP_OFF & _BODEN_OFF

        CBLOCK 0x20        ; Declarar las variables
          d1 ; usada en Retardo1seg
          d2 ; usada en Retardo1seg
          d3 ; usada en Retardo1seg
        ENDC
;
; -----------
; INICIALIZAR
; -----------
;
        org 0x0000                ; Indica la dirección de origen del programa
        clrf STATUS                ; limpia el registro de estado
        movlw 0x00                ; valor cero 00
        movwf PCLATH                ; al contador de programa = comienzo 
        goto Comienzo                ; Salto a comienzo
        org 0x0004                
;
Comienzo
; BANCO
        bcf STATUS,RP0
        bcf STATUS,RP1                  ; RAM Página 0
; ------------------------------------
        movlw 0x00      
        movwf PORTA                ; Inicializar PORT A
        movlw 0x00
        movwf PORTB                ; Inicializar PORT B
        movlw 0x80
        movwf PORTC                ; Inicializar PORT C 
;
; ------------------------------------
; BANCO
        bsf STATUS,RP0                ; RAM Page 1
; ---------------------------------------------------------------
; FUNCION DE LAS PATAS DE LOS PORTS
; ---------------------------------------------------------------
;
        movlw 0x00
        movwf TRISA                ; Todas las patas port A salida
        movlw 0x00
        movwf TRISB                ; Todas las patas port B salida
        movlw b'10000000'
        movwf TRISC                ; Todas las patas port C salida excepto RC7/RX

        movlw 0x06                ; Todas las patas entrada/salida digital
        movwf ADCON1
;
; -----------------------------------------------------------
; BANCO
        bcf STATUS,RP0        ; Página RAM 0
; -----------------------------------------------------------
; -----------------------------------------------------------
; PRINCIPAL
; -----------------------------------------------------------

Principal
        call DerechoAdelante
        call IzquierdoAdelante
;
        call Retardo1seg
;
        call DerechoAdelante
        call IzquierdoDetenido
;
        call Retardo1seg
;
        call DerechoAdelante
        call IzquierdoAdelante
;
        call Retardo1seg
;
        call DerechoDetenido
        call IzquierdoDetenido
;
        call Retardo1seg
        call Retardo1seg
        call Retardo1seg
        call Retardo1seg
        call Retardo1seg
        call Retardo1seg
        call Retardo1seg
        call Retardo1seg
        call Retardo1seg
        call Retardo1seg
;
        goto Principal
;
;-------------------------------------
; SUBRUTINAS
;-------------------------------------

DerechoAdelante
        bsf PORTA,0        ; PORTA 0 = 1 - Motor derecho ad.
        bcf PORTA,1        ; PORTA 1 = 0 - Motor derecho ad.
return
;-------------------------------------

DerechoAtras
        bcf PORTA,0        ; PORTA 0 = 0 = Motor derecho atr.
        bsf PORTA,1        ; PORTA 1 = 1 = Motor derecho atr. 
return
;-------------------------------------

DerechoDetenido
        bcf PORTA,0        ; PORTA 0 = 0 = Motor derecho det.
        bcf PORTA,1        ; PORTA 1 = 0 = Motor derecho det.
return
;-------------------------------------

IzquierdoAdelante
        bcf PORTA,2        ; PORTA 2 = 0 = Motor izquierdo ad.
        bsf PORTA,3        ; PORTA 3 = 1 = Motor izquierdo ad.
return
;-------------------------------------

IzquierdoAtras
        bsf PORTA,2        ; PORTA 2 = 1 = Motor izquierdo atr.
        bcf PORTA,3        ; PORTA 3 = 0 = Motor izquierdo atr.
return
;-------------------------------------

IzquierdoDetenido
        bcf PORTA,2        ; PORTA 2 = 0 = Motor izquierdo det.
        bcf PORTA,3        ; PORTA 3 = 0 = Motor izquierdo det.
return
;-------------------------------------

Retardo1seg
        movlw d'0'
; Frecuencia de reloj = 4 MHz
; Retardo real = 1 seconds = 1000000 cycles
; Error = 0 %
                ;999997 cycles
        movlw        d'8'        ; 0x08
        movwf        d1
        movlw        d'47'        ; 0x2F
        movwf        d2
        movlw        d'3'        ; 0x03
        movwf        d3
Retardo_01
        decfsz        d1, f
        goto        $+2
        decfsz        d2, f
        goto        $+2
        decfsz        d3, f
        goto        Retardo_01
                ; 3 ciclos más
        goto        $+1
        nop
        return

; ----------------------------

        END

El archivo ASM se puede bajar de AQUÍ.

El insecto palo robótico HECTOR da sus primeros pasos

Un equipo de investigadores de la Universidad de Bielefeld ha tenido éxito en enseñarle la forma de caminar al único robot de su tipo en el mundo. Sus primeros pasos fueron registrados en un video. El robot se llama HECTOR y su construcción se basa en las formas de un insecto palo (Phasmatodea)

Con un diseño inspirado en los insectos, HECTOR tiene juntas elásticas pasivas y un exoesqueleto ultraligero. Lo que lo hace único es que está equipado con un gran número de sensores y que funciona de acuerdo con un concepto inspirado en la biología, un control reactivo descentralizado: el Walknet. Para el 2017, el robot andante estará equipado con habilidades adicionales dentro de un importante proyecto en el Centro de Excelencia de Tecnología de Interacción Cognitiva (CITEC).

Dibujo de diseño de HECTOR

El robot andante ha sido construido por el grupo de investigación en biomecatrónica. En el futuro, HECTOR servirá como una plataforma para los biólogos y expertos en robótica para poner a prueba las hipótesis sobre la locomoción animal. Un aspecto importante será la fusión de grandes cantidades de datos de los sensores de manera que el robot pueda caminar de modo más autónomo que antes. Una cuestión clave más será una óptima coordinación de los movimientos en un robot con articulaciones elásticas.




“La forma en que actúa la elasticidad en las unidades de HECTOR es comparable a la forma en que los músculos actúan en los sistemas biológicos”, dice el profesor Dr. Axel Schneider. Él dirige el grupo de investigación biomecatrónica y coordina el proyecto CITEC junto con el Profesor Dr. Volker Dürr del Departamento de Cibernética Biológica de la Facultad de Biología. Schneider y su equipo desarrollaron sus propios actuadores elásticos. HECTOR tiene 18 de esos. Gracias a la elasticidad inspirada en la biología que poseen sus unidades, HECTOR puede adaptarse con flexibilidad a las propiedades de las superficies sobre las que camina.

“Sin embargo, la elasticidad por sí sola no es suficiente para que HECTOR pueda caminar a través de un entorno natural que contiene obstáculos”, dice Schneider. “El reto era desarrollar un sistema de control que se encargara de coordinar los movimientos de sus patas en entornos difíciles, también”.

El colega de Schneider Jan Paskarbeit fue responsable del desarrollo y la construcción del robot. Él también programó una versión virtual de HECTOR con el fin de poner a prueba enfoques de control experimental sin dañar el robot. “Todos los subsistemas tienen que comunicarse entre sí para que el robot camine sin ninguna dificultad”, dice Paskarbeit. “De lo contrario, por ejemplo, HECTOR podría tener demasiadas patas en el aire al mismo tiempo, volverse inestable y caerse. Por otra parte, las patas tienen que ser capaces de reaccionar a las colisiones contra obstáculos. Hemos Solucionado esto implementando un comportamiento reflejo para subir por encima de los objetos”, explica el investigador del CITEC.

En el Centro de Excelencia CITEC, ocho grupos de investigación se han unido durante tres años en un proyecto a gran escala para optimizar a HECTOR. Los científicos vienen de los campos de la informática, la biología, la física y la ingeniería.

En la actualidad, los investigadores están trabajando en el equipamiento de la sección frontal de HECTOR con sensores de largo alcance, como en una cabeza. Ya tienen un prototipo con dos cámaras laterales y dos antenas táctiles. Tanto el sistema visual como el táctil están inspirados en los de los insectos; sus espacios de funcionamiento y su resolución son similares a los de modelos animales.

Equipo de diseño de HECTOREquipo de trabajo

“Un gran reto ahora será encontrar una forma eficaz de integrar estos sensores de largo alcance con los sensores de posición y los sensores de las articulaciones. HECTOR es la plataforma ideal de investigación para hacer esto”, dice Volker Dürr.

A hexapod walker using a heterarchical architecture for action selection

Por otra parte, hasta la fecha Hector ha sido un sistema reactivo: Reacciona a los estímulos de su entorno; gracias al programa de software “Walknet” puede caminar con un paso de insecto; y gracias a otro programa llamado “Navinet” es capaz de encontrar el camino hacia cualquier objetivo distante. Pero Schillling y Cruse también han desarrollado un programa llamado “reaCog” que se activa cuando dos de los otros programas no son capaces de resolver un problema dado.

Este nuevo software permite al robot simular un “comportamiento imaginado” para resolver dicho problema: Héctor busca nuevas soluciones y evalúa si estas acciones tendrían sentido, en vez de completar automáticamente cualquier operación predeterminada. El hecho de ser capaz de imaginar acciones es una característica central de una forma simple de conciencia.

Autoconciencia

Pero en breve, además, Héctor demostrará cómo funciona la nueva arquitectura de software para él creada y que le proporcionará la “autoconciencia”. De momento, esta arquitectura solo ha sido probada en simulaciones informáticas.

Como explica Holk Cruse, “el ser humano posee conciencia reflexiva cuando no solo puede percibir lo que experimenta, sino que también tiene la capacidad de experimentar que está experimentando algo. Por tanto, la conciencia reflexiva existe si un sistema técnico o humano puede verse a sí mismo ‘desde fuera de sí mismo’, por así decirlo”.

Cruse y Schilling han demostrado como puede surgir conciencia reflexiva de un robot. “Con el nuevo software, Héctor puede observar su estado mental interno —en cierta medida, sus estados de ánimo— y dirigir sus acciones, usando esta información”, señala Schilling. Pero, además, estas facultades básicas estarán preparadas para que Héctor también sea capaz de evaluar el estado mental de otros. Así será “capaz de sentir las intenciones o expectativas de los demás, y actuar en consecuencia”, aseguran los investigadores.

Noticias relacionadas:






Mecánica del robot didáctico: ruedas principales (1)

En este artículo analizo las opciones para las ruedas principales, de movimiento, del robot didáctico social, y la búsqueda (constante) de muy bajo costo, o si es posible CERO costo. Sólo me quedaré tranquilo cuando se pueda armar totalmente con material de desarme de equipos descartados.

Ruedas

Gracias a un dinero donado pude comprar 96 ruedas de la marca RASTI de 53 mm de diámetro y sus juegos de ejes con dos puntas de encastre.

Ruedas de RASTI

Los ejes son del viejo estilo, no como se fabrican ahora, lo mismo en el caso de las ruedas, aunque en éstas no se nota gran diferencia. Con los ejes es otra cosa, ya que los ejes actuales son de metal con el cabezal de empalme plástico, mientras que los antiguos son totalmente de plástico blando.

Ejes y otras piezas

Los ejes cortos (96 en total) tienen 40 mm de longitud total, 17 de la parte recta del eje en sí y el resto en 11,5 mm de cada uno de los cabezales. La rigidez en el caso de este eje corto es aceptable.

Los ejes largos (48 en total) tienen 74 mm de longitud total, 51 de la parte recta del eje en sí y el resto en 11,5 mm de cada uno de los cabezales. El eje largo se dobla con facilidad.

Ejes blandos

Los 96 ejes cortos parecen ofrecer la mejor solución para empalmar la rueda con el mecanismo de reducción del motor en el robot didáctico. La tarea a pensar seriamente es crear un buje que, en su fricción contra el eje, no lo desgaste ni tampoco se desgaste demasiado. Debería tener, incluso, un punto de ingreso de grasa lubricante.

En el centro de la imagen de abajo se observan las piezas de Rasti que, de a dos, cumplen esta función (de color gris). Pero no me parece que su durabilidad en un uso más intenso, como en un robot para aprendizaje, sea adecuada.

Unión tipo RASTI

El montaje que debemos estudiar no utilizará las piezas de RASTI que se diseñaron como “bujes”, y de uno de los extremos debemos estudiar el método de anclaje (conexión) con el mecanismo de engranajes de reducción de los motores.

Unión que se debe diseñar

Se muestra un diagrama del fabricante del montaje de ruedas con un eje corto (no hacer caso a los colores, no coinciden con los reales de ninguna de las dos clases de ejes que he conocido). Le sigue una imagen con mis anotaciones.

El “buje” ideal sería, como lo son las piezas de ladrillos encastrables originales, una pieza compuesta de dos partes, con su conducto para el eje, dos orificios de fijación y uno en la parte superior, centrado y conectado con el conducto del eje, por donde aplicar la grasa adecuada. Debo averiguar bien con qué material se debería hacer esta pieza que dibujé, más o menos, en la imagen de abajo.

Bloques de montaje diseñados

El próximo paso necesario es conectar el extremo opuesto del eje de la rueda al mecanismo de reducción de la unidad de CD-ROM, sobre el engranaje de salida. Quizás la mejor opción es buscar un engranaje que se ajuste al de este mecanismo y colocarlo en el extremo del eje de RASTI. Uno de los problemas es que en estos mecanismos (como ya comenté en artículos anteriores) hay una variación muy grande de diámetros de engranaje, de paso y cantidad de dientes.

Sin embargo, es una posibilidad más interesante que la de unir directamente el eje al engranaje de salida, ya que aporta facilidad de desarme para el mantenimiento y reemplazo de partes.

En este caso se conectaría así:

Conexión propuesta con engranaje acoplado

Otra opción (con costo de compra, y lamentablemente sin posibilidad de comprar las piezas individuales, ya que solamente se pueden adquirir como parte de kits con muchas otras piezas), sería usar el conector que mostramos remarcado en la foto que sigue:

Pieza de RASTI para encastrar piezas al eje

Este conector nos permitiría unir el eje a aquellos engranajes de salida que tengan suficiente diámetro, en los cuales se puedan perforar los 4 agujeros de encastre para los postes de amarre de esta pieza.




En las fotos que siguen muestro algunos ejemplos de uso de esta pieza.

Pieza de encastre unida a un engranaje (y otros empalmes)Ejemplo de encastre 1

Pieza de encastre unida a una llanta de ruedaEjemplo de encastre 2

Pieza de encastre unida a una polea y a un engranajeEjemplo de encastre 3

Piezas de encastre unidas a piezas “ladrillo” estándarEjemplo de encastre 4

Otra posibilidad es sacar molde del encastre del cubo de la rueda y de la parte circular de la llanta plástica, y crear nuestra propias piezas con epoxi o algún plástico derretible. Puede ser difícil… o no. No tengo experiencia en esta tarea y debería hacer pruebas.

Ruedas

También se podría tomar un molde del punto de unión con el eje de la pieza de encastre de cuatro postes que vimos antes, sólo que del lado de los postes insertables se colocaría un círculo plástico a unir con el engranaje, o un engranaje que coincida en el engranaje de salida de la caja de reducción.

Otra manera es unir un círculo de plástico al extremo del eje (muy bien centrado, y esto me resulta difícil de lograr), y que éste se pueda pegar o atornillar (aunque los tornillos “pesan” y todo lo que sea peso adicional evitable debe ser muy tenido en cuenta en este diseño) a los engranajes de salida de la caja de reducción.

Aquí se observa una solución similar, un tanto tosca, que encontré en Internet (pero es más o menos la idea). Obviamente, se hizo utilizando pegamento. El eje que sobresale del disco gris de la foto sería, en nuestro caso, el eje de RASTI al que va unida la rueda.

Unión eje – engranajeUnión eje con engranaje

El primer intento será: engranajes acoplados al eje y a la salida de la caja de reducción

Ya que en principio parece ser menos complejo agregar un engranaje en el extremo opuesto del eje de la rueda, he desarmado una serie de video-caseteras VHS viejas y descartadas que compré en remates, obteniendo varios pares de engranajes.

Recordemos que cada robot tiene un par de motores y sus juegos de engranaje asociados, de modo que siempre estamos hablando de conjuntos de dos piezas.

Engranajes de desarmeEngranajes varios

El trabajo ahora es buscar de aparear estos engranajes con los de salida de los conjuntos de reducción que obtuve del desarme de unidades de CD-ROM (muy variados en diámetro y paso, como ya dije), y luego buscar la forma más segura y práctica de unirlos al extremo del eje. El resto es montar todo sobre una base.

Continuaré con este tema…

Más información:






Base robótica

Construir un robot sobre un chassis comprado, que ya tiene los elementos necesarios, es mucho más fácil que crear su mecánica: se necesita habilidad de manipuleo, las herramientas correctas y precisión en el trabajo

Si queremos crearlo a partir de materiales de desarme, ya es otra cosa. Un robot necesita una base donde montar la estructura. La plataforma en sí no es un gran problema, se puede recortar de partes de cajas de monitores, impresoras, frentes de PCs, bandejas de CR-ROM, chassis y tapas de discos rígidos, etc. No necesita tener tantas perforaciones y ranuras como tienen las plataformas comerciales. Agujereamos según las necesidades.

La imagen lo ilustraChassis comprado

El problema cuando se busca obtener todos los materiales desde la recuperación de elementos de equipos descartados son las otras tres partes: dos motores con reducción, sus ruedas y una rueda de giro libre, o rueda loca.


En la serie de artículos de los últimos tiempos estuve tratando sobre la recuperación de motores con reducción que puedan adaptarse a un robot didáctico. Quien los haya leído, se habrá dado cuenta de que no es tan fácil como parece, ya que la mecánica de las unidades de CD-ROM, de discos rígidos y de disketteras suele ser muy variada. Cuesta mucho conseguir los pares para cada robot. Deben ser idénticos en lo mecánico y también eléctricamente, aunque compensar las diferencias en la parte eléctrica es más fácil.

Los artículos hasta ahora fueron:

Así que los próximos movimientos deben estar orientados a conseguir ruedas que se adapten a los mecanismos de motor y engranaje que he rescatado de unidades de CR-ROM. No deberían ser compradas (aunque sí pueden provenir de donaciones), o entramos a la situación de crear un robot que no esté formado de partes rescatadas; y este es el programa propuesto.

Otro elemento a lograr es la rueda libre, o rueda loca. El tercer punto de apoyo del robot. Luego vienen los portapilas, y finalmente la electrónica. Son los temas que iré tratando en unas pequeñas notas que seguirán. Hay diversas opciones, pero la elegida no debe hacernos muy esclavos en tiempo de trabajo: las horas-hombre tienen valor cuando no se tiene un mecenas que te mantenga.

Ejemplo de rueda loca compradaRueda loca

Próximamente, un elemento que por simple no se aleja de ser crítico: Ruedas para el robot didáctico.

Ejemplo de base y rueda loca caserasBase y rueda loca caseras






Donaciones para los robots desde Marcos Paz

Nuevas donaciones para desarme y para construir robots de mi plan Robots Didácticos Sociales. Como verán, algunas muy específicas e interesantes. Gracias, Susi, Leonel, Andrea

Conjunto de donaciones recibidasConjunto donaciones
Donaciones

Donaciones para los robots desde Marcos Paz: un auto a control remoto; sin el transmisor del control, aunque igual debe valer mucho dineroAuto de carrera

Donaciones para los robots desde Marcos Paz: este tipo de ruedas, con cubiertas blandas neumáticas, son excelentes para la marcha y agarre de un robot y tienen importantes precios en el mercadoRuedas