Robotic M.C. Juan Carlos Olivares Rojas April, 2009

Outline Introducción a la Robótica Descripción del Robot Lego Mindstorms NXT Programación del Robot Lego Mindstorms NXT Otras aplicaciones de la robótica

¿Qué es la Robótica? Es el área de la Inteligencia Artificial (IA) que se encarga de los estudios de los robots. La robótica no sólo incluye elementos de IA sino también de mecatrónica, computación y otras áreas de la Ingeniería. 3

¿Qué es un Robot? Deriva de la palabra checa “robota”. Literalmente significa “esclavitud”, “servidumbre forzada” Máquina mecánica o autómata capaz de interactuar con el entorno y tomar decisiones propias 4

Características de un Robot Diseñados para sustituir al humano en algunas tareas. 5

Características de un Robot Capaces de actuar en función de la información recibida del mundo real. 6

Law of Robotic Isaac Asimov in 1942 defined the following rules: A robot may not injure a human being or, through inaction, allow a human being to come to harm. A robot must obey orders given to it by human beings, except where such orders would conflict with the First Law.

Law of Robotics A robot must protect its own existence as long as such protection does not conflict with the First or Second Law. Exist other laws related with the idea of a Robot must know it is a Robot.

Características de un Robot Los robots se clasifican según su forma en: Androides: Imitan la forma humana Móviles: Se desplazan mediante ruedas Zoomórficos: Con forma de animales Poliarticulados: Con partes móviles y poco grado de libertad. 9

Características de un robot Un robot se debe componer de: Mecanismo para desplazarse Mecanismo para percibir el mundo exterior Mecanismo para interactuar con el entorno 10

Funcionamiento de un Robot Mecanismo habitual de 3 ruedas: 2 ruedas motorizadas, con motores independientes. 1 rueda “muerta” para soportar el equilibrio. 11

Funcionamiento de un Robot Para hacer girar el robot, se modificará la velocidad y el sentido del giro de cada uno de los motores por separado. Se puede captar el entorno a través de los sensores del robot: Choque: Detecta colisiones físicas del robot. 12

Funcionamiento de un robot Sonar: Calcula la distancia del robot a otros objetos del entorno. Infrarrojos: Detección de colores, etc. Cámaras: Obtiene los datos mediante visión. 13

Funcionamiento de un Robot 1.Inicializar el robot: Situarlo en el mundo. 2.Recibir información por los sensores. 3.Procesar la información recibida. 4.Desplazar/Activar partes del robot. 14

Problemas Principales de un Robot Localización ¿Dónde estoy? Respuesta de los sensores: ¿Hay cuchara? Respuesta del sistema: ¿Todo ok? 15

Ejemplos de Robots Robot Lego RCX

Ejemplos de Robots Sony AIBO

Robots Frameworks Exist a lot of framework to work with Robot. We work with NXT Mindstorm of Lego Company. Other frameworks are: Parallax, XiOR, NeoRobotic, Arduino,

Constructive Games Exist some games like Meccano, which main objective is build machines like Robots with electromechanism components. One example is Spykee ( In general, Robots must be constructed by specialized Engineers. Some kind of Robots are arms and no neccesary are similar to Movie Robots (R2D2)

Robot Lego Mindstorms NXT 20 Es un Robot construido por la marca de juegos Lego. Se caracteriza por que este robot se puede armar en diversos modelos, además de que es económico ($250 USD), potente y muy versátil. No es un simple juguete.

Robot Lego Mindstorms NXY Ejemplos de Robots 21

NXT La unidad central de proceso contiene: 4 entradas (digital y analógica) 3 salidas (soporte para los motores) Pantalla LCD Monocromática de 100x64 píxeles

NXT 4 Botones de control Sonido Interfaces USB y Bluetooth 23

Sensores Luz Sonido Tacto Ultrasónico Servomotor

Procesador Atmel 32-bit ARM, AT91SAM7S KB FLASH 64 KB RAM 48 MHz 25

Coprocesador Atmel 8-bit AVR processor, ATmega48 4 KB FLASH 512 Byte RAM 8 MHz 26

Comunicación Bluetooth y USB BlueCoreTM 4 v2.0 +EDR System Soporta el Serial Port Profile (SPP) para emulación de puertos de comunicación. USB 2.0 Full speed com port (12 Mbit/s). 27

Motores Contador de rotaciones. Rotación de 360 grados. Las posiciones son relativas. La velocidad máxima es de 200 RPM. 28

Otras características Utiliza 6 pilas AA. Utiliza cables RJ-12 parecidos a los telefónicos (aplanados). Algunos fabricantes realizan otros tipos de piezas y sensores. 29

Herramientas de Programación LabVIEW NEXT-G Microsoft Robotics Studio Otras: – NXC (and NBC) – Robot C – pbLua – Java 30

Programación Basado en un ambiente gráfico de desarrollado (programación en bloques) desarrollado por National Instruments’ los desarrolladores de LabView. Permite el desarrollo rápido de aplicaciones. Útil para niños. 31

Programación Está muy limitado para realizar programas más complejos, por lo que se utilizan otros entornos. A continuación se listan los pasos para programar una aplicación en este Robot:

Programación Se arma el modelo de robot (se pueden seguir los pasos indicados en la guía o se desarrolla por cuenta propia). Se realiza la programación en bloques. Se baja el programa al Robot 33

Programación Se corre el programa en el Robot y se ven los resultados obtenidos. No se cuenta con un emulador para probar los desarrollos lo que dificulta un poco el proceso de desarrollo. 34

Entorno de Desarrollo 35 Construcción Programación Ejecución

Entorno de Desarrollo Propiedade s Zona de Programación Bloques Guía

Otros entornos NXC (Not eXactly C) es un lenguaje similar NQC, el cual es la forma más popular de programar el RCX. Está basado en el “ensamblador” NBC (Next Byte Code). RobotC es un entorno no gratuito desarrollado por CMU. 37

Programación con NXC Se tienen algunas limitaciones como: No existe pila Memoria Limitada Limitado a 256 procesos (task) 38

Programación con NXC #include "NXCDefs.h“ task main() { SetSensor( IN_1, SENSOR_TOUCH ); while( true ) { if( Sensor( IN_1 ) ) { PlayToneEx(440, 100, 3, false); TextOut( 0, LCD_LINE1, "TOUCHING!"); while( Sensor( IN_1 ) ); } 39

Programación con NXC TextOut( 0, LCD_LINE1, " "); while( !Sensor( IN_1 ) ); } 40

Construcción de Pistas de Robots

Detalles de la Pista

Competencia de autos

Evaluación de Obstáculos

Questions?